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摘要 : 矿山开采活动在带来巨大的经济效益的同时也产生 了一系列矿山地质环境问题，如地面塌陷、地裂缝及滑坡等。这 些矿山地质环境问题严重影响着矿区当地居民生存环境，成为 构建和谐社会的一大瓶颈。同时随着矿山开采活动的日益频繁， 对自然环境的破坏不断加深，导致矿山周边地质灾害发灾风险 不断增大， 严重威胁当地人员生命财产安全， 影响社会经济的持 续健康发展。但传统矿山地质环境调查方式(地面调查) 往往费 时费力、时效性较低，本文将 GIS 技术引入矿山地质环境与地质 灾害领域，借助其强大的空间分析功能，从宏观角度，开展地质 环境调查与地质灾害易发性分析。
关键词 ：GIS 技术,矿山,地质环境,地质灾害,易发,分析
川北地区是典型的高山峡谷地区，有多处非煤矿山分布，区 内地质灾害易发、高发、多发，已发现的崩塌、滑坡与泥石流等 地质灾害点多达数千处，加之近年“5 · 12”汶川与“8 · 8”九寨 沟地震的影响， 加剧了区内原本脆弱的地质环境， 使得地质灾害 防治形势严峻，开展区域泥石流易发性评价对于防灾减灾具有 重要意义。受区内高山峡谷地貌影响， 域内地质灾害多为山洪泥 石流，具有发灾快、来势迅猛、破坏力大、爆发突然、物质容量 多及成灾危害大等特征。
1 研究区及地质地质环境概况
研究区位于四川阿坝州西北部，是重要的金矿等矿山开采 区，其北部、东部与甘肃省接壤，南部为四川松潘与平武二县， 西与若尔盖毗邻， 总体呈“鸡冠”状，域内面积约 5300 km2 (其中九寨沟景区面积占 655 km2) ;区内存在的矿山地质环境问题主 要有土地被压占与破坏、地形地貌景观破坏、水土污染、矿山地 质灾害及矿山疏干排水诱发次生灾害等。区内属川西高原气候 中的暖温带干温河谷气候。具有温和偏冷，夏短冬长，垂直差异 大，昼夜温差变化大等特点 ;区内年降雨量偏少， 且分布较为集 中，暴雨多发，且受复杂地形条件影响，常出现局域性强暴雨天 气过程， 引发泥石流等自然灾害。
2 矿山地质环境调查
针对区内存在的矿山地质环境问题展开，具体可归纳为土 地被压占与破坏、地质灾害、地形地貌景观破坏、水土污染及矿 山疏干排水诱发次生灾害等多种。通过建立遥感解译标志，采用类比法、直译法、排除法和推测法等解译方法，开展矿山开发 信息及矿山环境信息提取，基于此对矿山土地压占与破坏(排土 场、矿山堆场、中转场、干堆场)、地貌景观破坏(露天采场、选 冶厂、矿山辅助设施)、矿山地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流、地 面塌陷、不良地质现象等)、矿山水土污染(矿山及周边沟渠塘、 污染水体、重要耕地)、矿山恢复治理(复绿治理、灾害治理)、 尾矿库分布与开采点及其它辅助信息等 7 类矿山环境专题信息 开展综合分析研究。
结合矿山开采现状等资料，开展矿山地质环境调查结果表 明，区内泥石流灾害是主要地灾类型，占比 90% 以上，就集中程 度而言，区内灾害点主要分布在区内北部与东北部区域，区内泥 石流灾害对矿区内的设施与河流存在威胁， 是区内矿山地质灾害 预防与治理的重要对象。在遥感影像上，泥石流一般呈瓢形或漏 斗形围谷，其流通区多为一深切峡谷，沟床较短而直，呈线型， 纵坡较形成地段缓，堆积区位于沟谷出口处，纵坡较平缓，常形 成“扇”形堆积。遥感解译主要采用ENVI等遥感软件，先后进行 了辐射定标、大气校正、正射校正、影像配准、图像融合、镶嵌 裁剪等预处理后，完成县域内泥石流灾害点解译。结果表明 ：共 发育有268处，主要以中小型为主，特大型与大型共约 5处，中型 70处 ;按水源类型划分，区内泥石流灾害多属暴雨型泥石流及 冰雪融水型泥石流，流域形态上以沟谷型泥石流居多。通过分析 历史资料可知， 区内受“5 ·12”汶川地震、“4 ·20”芦山地震及“8 ·8” 九寨沟地震影响，域内大部分斜坡发生裂缝变形，震后的2 ~ 3 年在降雨促使下，多条沟道爆发泥石流灾害，在月份上主要集中 在每年的 5 ~ 8 月，与该期间降雨较多关系较为密切。
3 地质灾害易发性分析
3.1 评价单元获取
通常评价单元可划分为栅格单元、斜坡单元及子流域单元 等，考虑到九寨沟县域内以泥石流为主及泥石流灾害分布普遍 的流域特征等情况， 选取流域单元为最基本评价单元， 开展泥石 流灾害易发性评价。通过原因 GIS 软件的水文分析模块提取了 县域内的泥石流流域分布情况，然后结合现场泥石流的调查情 况，进行修改完善(归并不合理的泥石流流域划分)，最终获得 全县泥石流流域单元分布成果。
3.2 易发性评价指标体系
灾害易发性评价体系是对其发育环境状态的概化，通过研究区内泥石流灾害地质环境、发灾构成等特征， 总结灾害实际演 化过程，选取评价指标，构建数学概念模型，代入因子参数，获 取预期评价结果。评价指标的选取要遵循高度概括性、广泛涵盖 性、导向性、完备性等原则，各指标是一个有机整体，无相互包 含、交叉重复等现象，评价指标体系主要从灾害时空分布特征、 灾害地质环境、成灾致灾因素及承灾体脆弱性等方面综合考虑， 要求全面系统体现灾害各致灾要素(指标因子) 相互关系与相互 特征。
县域内影响泥石流灾害发生的因素较多，为了保证评价因 子的相互独立性和模型输入参数的准确性，本次采用 GIS 软件 多元分析模块中计算协方差和相关矩阵功能对初步筛选的评价 因子进行相关性分析， 得到各因子之间的相关性系数， 再进行合 理筛选， 确定出最终的评价因子。本节综合分析县域内现有数据 并结合孕灾地质条件，综合考虑坡度(体现泥石流灾害物源被搬 运的势能)、地形起伏度(展示灾害区域地表起伏程度)、地形地 貌(泥石流流通成灾关系紧密)、工程地质岩组(灾害启动与物 源形成条件)、距构造距离(地表破碎程度， 影响物源形成条件)、 水系密度(影响物源搬运能量及泥石流形成通道)、崩塌与滑坡 点密度、植被覆盖率(植被在灾害前期的启动过程中具有减少水 流量的增加、延长汇流时间等作用) 等 8 个评价因子作为地质 易发性评价的评价指标表，其权重分别为 0.16、0.16、0.08、0.19、 0.1、0.12、0.14、0.05.
3.3 评价因子综合分析
评价因子的相互独立性和模型输入参数的准确性，本次采 用 GIS软件多元分析模块计算协方差和相关矩阵功能对初步筛 选的 8 个评价因子进行相关性分析，得到各因子之间的相关性 系数均小于 0.1.故所选取的 8 个评价因子间不存在多重共线性， 模型估算时不会失真，综合分析最终确定坡度、地形起伏度、地 貌、工程地质岩组、与构造距离、水系密度、崩塌与滑坡点密度、 植被覆盖率 8 个指标作为崩塌易发性评价因子，再对初步选取 的易发性评价因子通过专家打分来确定各评价指标的相对重要 性，构造判断矩阵， 利用层次分析法确定易损性各评价因子的权 重值。
3.4 灾害易发性评价模型
灾害易发性评价采用信息量模型，该模型反映了在一定地 质环境下最易致灾因素及其细分区间的组合 ;具体是通过特定 评价单元内某种因素作用下泥石流发生频率与区域灾害发生频 率相比较实现的。各评价单元为地貌流域构成， 单元内泥石流灾 害发生受多种因素影响， 其易发性评价模型为 ：I=ln(N1/N)/(S1/ S)+ ln(N2/N)/(S2S)+……+ ln(Ni/N)/(Si/S)，其中 I 表示特定泥石 流灾害发生的总信息量，表示灾害发生的可能性，可作为泥石 流灾害易发性指数，Ni 表示第i 种影响因素情况下的评价单元面积 ;N 表示评价单元总面积 ;Si 为第i 种影响因素情况下的分布 面积， S 为县域总面积。
通过前述信息量模型，将各指标图层分级后，计算各评价 因子的分级面积及区域内分布的灾害点数量，然后将各数据代 入前述信息量模型公式，得到各评价因子分级的信息量 [4.11]， 利用 GIS 软件重分类模块将各指标图层赋值，形成灾害易发性 评价各因子基础数据图层。其中坡度因子按 10°、20°、30°、 40°分为五级，面积及占比分别为 150km2 (占 0%)、570km2 (占 28%)、1410km2 (占 53%)、2030km2 (占 14%)、1120km2 (占 5%) ;地形起伏度因子按 50°、100°、200°、290°分为五个区 级，面积及占比分别为 680km2 (占 9.5%)、1985km2 (占 36.1%)、 1200km2 (占 24.6%)、950km2 (占 21.4%)、460km2 (占 8.3%) ;工 程地质岩组因子按松散岩类工程地质岩组、较软的薄 - 中厚层 状变质砂岩 - 千枚岩 - 砂质板岩为主的岩组、坚硬碳酸盐岩工 程地质岩组分为三级，面积及占比分别为 1680km2 (占 59.1%)、 1450km2 (占 32.5%)、2160km2 (占 8.3%) ;地貌因子按构造侵蚀 高山、构造侵蚀中高山、构造剥蚀山原及构造剥蚀峡谷等分为四 级， 面积及泥石流沟占比分别为 1482km2 (占 5.6%)、1613km2 (占 29.8%)、784km2 (占 3.2%)、1046km2 (占 61.5%) ;距 构 造 距 离 因子按 500m、1000m、1500m、2000m 分为五级， 面积及泥石流 沟占比分别为 1250km2 (占 25.4%)、924km2 (占 15.5%)、671km2 (占 19.4%)、490km2 (占 14.7%)、1948km2 (占 25.0%) ;水 系 密 度因子(km/km2) 按 0.1、0.4、1、1.5 分为五级， 面积及泥石流沟 占比分别为 975km2 (占 0%)、1164km2 (占 13.5%)、1490km2 (占 20.6%)、985km2 (占 25%)、668km2 (占 40.9%) ;物源分布 密度 (处 /km2) 按 0.05、0.5、1 分为四级，面积及泥石流沟占比分别 为 2884km2 (占 8.2%)、1135km2 (占 10.2%)、895km2 (占 28.3%)、 370km2 (占 53.3%) ;植被覆盖度按 10%、25%、50%、75% 分为 五级，面积及泥石流沟占比分别为 22km2 (占 11.1%)、251km2 (占 53.9%)、1241km2 (占 23.8%)、2903km2 (占 9.5%)、866km2 (占 1.6%) ;汛期累计降雨量按 580mm、600mm、64mm 分为四 级 , 面积及泥石流沟占比分别为 790km2 (占 18.6%)、1962km2 (占 53.5%)、1750km2 (占 19.7%)、768km2 (占 8.2%)。
3.5 灾害易发性分析
根据评价指标体系建立泥石流灾害易发性评价因子，再通 过信息量模型， 得到各评价因子信息量值。将评价因子信息量值 根据权重进行加权叠加分析和重分类，采用自然分段法(Natural Break) 将评价结果划分为四个等级，它们分别对应地质灾害低 易发区、中易发区与高易发区三个等级， 形成县域泥石流害易发 性评价成果。
将上述 8 个评价因子信息量值根据不同权重进行叠加分 析和重分类，得到泥石流地质灾害易发性指数，根据结果得到泥石流易发性指数在 0.117~2.411之间，参考自然间断法，将泥 石流灾害易发性评价分为高易发区(1.241~2.411)、中易发区 (0.729~1.241) 与低易发区(0.117~0.729)，高易发区主要分布在 漳扎镇东南部、黑河镇东北部沿黑河流域区域及南坪镇与双河 镇的部分区域 ;中易发区主要分布在高易发区周边，行政上分 布与大录乡 - 黑河镇 - 白河乡的沿黑河流域、漳扎镇 - 白河乡的 白河流域及南坪镇 -双河镇 -草地乡的白水江流域区域 ;低易发 区域重要分布在县域西南的热摩河流域与勿角镇部分区域。
4 地质灾害风险区划分析
4.1 风险性评价方法
参考《四川省地质灾害风险调查评价技术要求细则 (1:50000) (试行)》中关于风险评价矩阵方法等内容，将易损性和危险性进 行矩阵叠加分级， 得到一般调查区风险评价图。将风险评价结果 基于相似性、相近性的原则进一步概化， 形成区划成果图。
4.2 灾害危险性与易损性分析
由于县域内汛期降雨是诱发泥石流灾害的高发主要原因之 一，采用汛期的累计降雨量作为泥石流灾害危险性指标衡量依 据，通过将累计降雨量因子进行归一化， 融合前述灾害易发性分 析结果，获得泥石流灾害危险性指数，根据野外调查地质灾害 发育程度并结合计算的危险性指数分布选取 0.9、1.4 为县域危险 性阈值，以此确定选取 0~0.9 为低危险性区、0.9~1.4 为中危险性 区、1.4~2.41 为高危险性区。
在易损性方面，主要选择建筑物面积、受泥石流灾害直接威 胁人口数量、交通设施(高速、省道、一般道路) 及其他设施(油 气、水、电及通讯线路) 等因素，通过采用归一化处理，分别获得 建筑物密度(A1)、人口密度(A2) 及交通道路密度(A3)信息，参 阅前人经验，采用层次分析法(AHP) 确定各指标因子权重，各 因子相乘相加获得最终的泥石流灾害易损性分布信息，结果表 明，易损指数将小于 0.1为低易损性区， 0.1~0.4为中易损性， 0.4~ 0.7 为高易损性区，大于 0.7 为极高易损性区 ;其中高易损性主要 分布与县域东南位置的南坪、永和、郭元及漳扎等场镇区域。
4.3 灾害风险区划分析
通过易损性和危险性进行矩阵叠加分级，得到县域内风险 评价结果，在此基础上，将栅格计算结果转为矢量，根据临近性 及相似性，对于图斑面积小于4mm2 的区块合并到周围区块的风 险等级，采用栅格综合的概化功能将风险评价分区进行区划 ; 根据野外实地调查情况，对一些评价结果有误的地方进行适当 人工修正 ;再根据野外调查治理工程情况及风险区内国土空间 规划情况， 将少数高风险区经工程治理后降低为中风险区， 从而 得到区域内风险区划图、风险区划结果表及风险区基本特征表。
分析泥石流风险区划成果可知，研究区域内泥石流灾害风 险性无极高风险区 ;高风险区 9 处，面积约为 3.93km2.占域内 总面积的 0.07%，零星分布于几处变形强烈区域 ;中风险区 10 处面积约为 643.33km2.占县域总面积的 12.17%，主要分布于重 点场镇区域 ;低风险 3 处，面积约为 4639.19km2.占县域总面积 的 87.76%，主要分布于地形相对平缓的地区以及山地斜坡上坡 度较缓地带。
5 结论
(1) 利用遥感影像数据完成了研究区矿山地质环境专题调 查与地质灾害隐患点信息提取，总结了各类矿山环境影响要素 与地质灾害点空间分布特征。因此， 利用高分技术可快速宏观掌 握矿山地质灾害空间展布特征及矿山地质环境等相关信息，应 用前景较大。
(2) 以流域为单元，选定坡度、地形起伏度、地形地貌、工 程地质岩组、距构造距离、水系密度、物源分布(崩塌与滑坡点 密度)、植被覆盖率等 8 个评价因子，建立九寨沟县泥石流灾害 易发性评价指标体系，开展泥石流易发性评价，结果表明，泥 石流易发性指数在 0.117~2.411 之间，高易发区主要分布在漳 扎镇东南部九寨沟景区、黑河镇东北部沿黑河流域区域及南坪 镇与双河镇的部分区域 ;中易发区主要分布在高易发区周边， 行政上分布与大录乡 - 黑河镇 - 白河乡的沿黑河流域、漳扎镇 - 白河乡的白河流域及南坪镇 - 双河镇 - 草地乡的白水江流域区 域 ;低易发区域重要分布在县域西南的热摩河流域与勿角镇部 分区域。
(3) 基于风险评价矩阵方法，综合考虑易损性(建筑物密 度、人口密度及交通道路密度) 和危险性(汛期的累计降雨量) 因素，获取区域内风险区划图、风险区划结果表及风险区基本 特征表 ;县域内泥石流灾害风险性无极高风险区 ;高风险区 9 处，面积约 3.93km2.占县域总面积的 0.07%，零星分布于几处变 形强烈区域 ;中风险区 10 处面积约为 643.33km2.占县域总面积 的 12.17%，主要分布于重点场镇区域 ;低风险 3 处，面积约为 4639.19km2.占县域总面积的 87.76%，主要分布于地形相对平缓 的地区以及山地斜坡上坡度较缓地带。
(作者单位 ：1. 四川省安全科学技术研究院 ;2. 四川省安科技术咨询有限公司) 基金项目 ：本文受《四川省天空地一体化综合监测与服务体系建设(87-Y40G06-9001-15/18)》与《四川灾害区域综合发展 与建设监测应用示范先期攻关(zyf –2017 –37)》项目支持。
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