ArcGIS在湖北省公路地质灾害危险性评估中的应用

ArcGIS在湖北省公路地质灾害危险性评估中的应用

杨吉红1  李剑2  侯欣雨3

（1. 湖北交投武天高速公路有限公司  湖北天门  431701；2. 湖北省交通规划设计院股份有限公司  武汉  430051；3. 中国地质大学（武汉）工程学院  武汉  430074）

摘  要：湖北省地处三大地质构造之间的交汇处，地质构造复杂，是地质灾害多发省份之一。运用ArcGIS对湖北省公路地质灾害进行危险性评估，根据评估结果分析不同区域的诱发因素以及常见地质灾害，并针对常见的地质灾害提出针对性的防治建议，为湖北省公路地质灾害的防范治理提供依据。

关键词：ArcGIS技术；湖北省；公路；地质灾害，危险性评估；防治措施

中图分类号：TK0~TK91      文献标志码：A

Application of ArcGIS in Highway Geological Hazard Assessment in HuBei Province

Yang Ji-honh1, LI Jian2, HOU Xin-yu3

(1.Hubei Jiaotou Wutian Expressway Co., Ltd., Tianmen 431701, Hubei;

2. Hubei Provincial Transportation Planning and Design Institute Co., Ltd., Wuhan 430051; 3. Faculty of Engineering, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074 )

Abstract: Hubei Province is located at the intersection of three major geological structures, with complex geological structures and is one of the provinces prone to geological disasters. Using ArcGIS to assess the risk of highway geological disasters in Hubei Province, analyzing the triggering factors and common geological disasters in different regions based on the evaluation results, and proposing targeted prevention and control suggestions for common geological disasters, providing a basis for the prevention and control of highway geological disasters in Hubei Province.

Key words: ArcGIS technology; Hubei Province; Highway; Geological hazards and risk assessment; Prevention and control measures

0  引  言

近年来，随着城市化进程的加快，公路工程快速发展，使得公路两侧边坡的自然地质条件、应力平衡状态遭到破坏，导致一系列自然灾害的发生。

本文运用ArcGIS软件对湖北省公路地质灾害进行危险性分析与评估，判断潜在地质灾害形成机制、规模和危险性，确定公路遭受地质灾害的可能性和危险性等级，从而制定有效的安全措施，防止并降低灾害发生对公路的危害，保障公路正常运行。

1研究区概况

湖北省地处华中腹地、长江经济带中段[1]、全省西、北、东三面被山体环绕，地质条件复杂，境内地形地貌复杂多样，包括山地、丘陵、平原和盆地等多种类型；研究区地处扬子古陆东部边缘，经历了早古生代泛海及后来的大陆碰撞过程，形成了一系列不同程度的褶皱、断裂和逆冲构造，地质构造复杂，山体破碎，易滑地层、易溶岩层广泛分布。

研究区岩性类型丰富。其中，在鄂西地区、宜昌峡东地区出露有沉积岩；岩浆岩主要分布在大别山地区、鄂西黄陵地区和鄂东南地区；武当—桐柏—大别山地区出露有世界上面积最大、保存最为完好的超高压变质带—大别山超高压变质带[2]。

图1 湖北省等高线分布图

Fig. 1 Contour Distribution Map of Hubei Province

2危险性评估方法

随着公路交通事业的快速发展，人们对公路地质灾害的重视程度大幅提高，对灾害区划与防治的研究也逐渐加深并系统化。常见的地质灾害评估方法有地理信息系统技术（GIS）、数学模型法、数值模拟法等。其中，GIS技术具有数据整合与分析、空间可视化与展示、模型建立与预测等优越性。

ArcGIS是基于GIS技术的一款软件，可以将地形地貌、降雨、水系分布、土地利用类型等数据进行整合与集成。使用ArcGIS软件进行地质灾害危险性评估可以提高工作效率和准确性，为制定科学的预防措施提供有力支持，保障公路安全运行。

3.湖北省公路地质灾害危险性评估

公路地质灾害危险性评估是对公路所在地区的地质环境、地形地貌、水文地质等方面进行分析，结合公路设计、施工方式、技术规范及相关标准，对研究区可能出现的地质灾害进行综合评价，以确定潜在地质灾害发生的可能和对公路运行造成的危害，对于危险性较大的地区及时采取相应的修复及防治措施，从而提升公路的安全性和通行能力。

3.1公路地质灾害危险性分区

经过数据收集、数据预处理、参数分析、模型建立和分析等过程，将湖北省划分为5个等级危险区，分别为高危险区、较高危险区、中危险区、较低危险区和低危险区（如图4.1所示）[3]。

图2 湖北省地质灾害危险性分区图

Fig. 2 Geological Hazard Zoning Map of Hubei Province

3.2公路地质灾害危险性分析

湖北省公路地质灾害高危险区、较高危险区、中危险区、较低危险区和低危险区占比分别为18%、25%、26%、17%和14%，约69%的区域属于危险区，是我国地质灾害多发省份。

3.2.1高危险区

鄂西南地区以及武汉市黄坡北部等是地质灾害高危险区。

鄂西南地区以中山为主，地势高陡；层状可溶岩广泛分布且溶蚀强烈，软弱结构面发育；人类活动主要为切坡弃渣、采矿活动，以及公路的修建，对该地区的地质环境造成一定程度的破坏，使得该地区滑坡、岩溶塌陷、泥石流等地质灾害频发。

武汉市黄坡北部位于大别山南麓，以丘陵山地为主，地势相对较高且起伏较大，地质构造复杂，存在多条地质断裂带和地质褶皱，地壳运动活跃，地震风险较高，易引发滑坡、地面塌陷等地质灾害。

3.2.2较高危险区

鄂西北地区，鄂东北地区和鄂东南部地区的鄂州市、武汉南部、嵩阳县、通山县、通城县、赤壁市等位于地质灾害危险度较高的区域。

鄂西北地区平均年降雨量约为800-1000mm，中低山为主，坡度陡峭；岩性以变质岩、碳酸盐岩和碳酸盐岩夹碎屑岩为主；人类活动主要有水库、采矿和公路切坡。受人为因素及自然因素影响，该地区常见的地质灾害为崩塌、滑坡和泥石流。

通山县、嵩阳县、通城县以低山、丘陵为主，谷深坡陡，受采矿、修路切坡等活动的影响，泥石流、滑坡灾害频发。鄂州、武汉南部、赤壁市以丘岗为主，地形起伏小；岩性为碳酸盐岩和碳酸盐岩夹碎屑岩，上覆粘性土层，隐伏岩溶发育；人类活动为地下水开采与排放，该地区易发生岩溶塌陷。

鄂东北地区以中低山为主，坡度陡峭；岩性为变质火山岩、片麻岩，风化砂层较厚；区内植被覆盖度低，降雨丰富，水土流失严重；人类活动主要为修建公路和地热开采，易引发滑坡、泥石流灾害。

3.2.3中危险区

鄂北地区的宜城市、广水市、大悟县、随州市等地区地质灾害危险性等级为中等。

宜城市、广水市地处江汉平原，地势相对平坦，地质构造较稳定，地下水资源丰富，水位较高，易导致土壤液化和地下水涌出等地质灾害。

大悟县位于鄂北山区，地形陡峭，地质构造复杂，易发生滑坡、崩塌和地面沉降等地质灾害。

随州市地处鄂北地区中部，地势起伏大，地质构造复杂，存在多个构造带和断裂带，黄土、火山岩、变质岩和沉积岩均有分布。受地形、地质条件的影响，该地区易发生滑坡、地震和地面沉降。

3.2.4较低危险区和低危险区

鄂中地区大部分区域处于低危险、较低危险区。该地区地势平坦，地质条件稳定，没有明显的地震或地质构造活动，地下水位较低，岩石稳定性高。此外，该地区的公路在修建前往往经过精细规划与设计，避免在地质灾害多发地区建设公路。

4.公路地质灾害的防治措施

根据危险性评估结果，对地质灾害发生概率较高的区域进行重点观测并采取相应的治理措施，从而提高公路地质灾害防范水平和救援能力。常见防治措施主要包括以下几方面：

（1）对于具有潜在危险的山体，可以进行加固、护坡或修整等措施，以增强其稳定性和抗灾能力。

（2）建立排水系统，包括排水管网、引水渠等，有效排除雨水和地下水，减少地质灾害发生。

（3）安装地质灾害监测设备，及时监测地质体的变化，并建立预警机制，及早采取应急措施。

（4）在易发地质灾害区域进行绿化造林，增加植被覆盖，提高土壤的稳定性和抗冲刷能力。

（5）在危险区域禁止开展大型爆破试验或进行大规模机械振动[4]。

5.结语

通过对湖北省公路地质灾害危险性进行评估，研究区约69%属于危险区。其中，鄂中地区较稳定，鄂西、鄂东以及鄂北地区受地质条件及人类活动的影响，危险性较大。为降低地质灾害对公路的危险性，根据灾害类型提出针对性措施进行防治。

参考文献：

[1]吴倩倩，李盛斓，徐锦宏.地质灾害综合防治体系建设项目的绩效评价指标体系设计[J].中国资源综合利用，2022,40（9）：154-156.

[2]连志鹏，厉一宁，刘磊，等.基于ArcGIS的湖北省远安县地质灾害风险定量评价[J].华南地质，2022，38（4）：680-688.

[3]常亚婷，刘征宇，向刚，等.信息量模型在区域地质灾害危险性评价中的应用[J].贵州地质，2021，38（4）：430-436.

[4]马静雯，蓝常勇等.321国道燕山段地灾危险性评估探讨[J].冶金与材料，2019，39（3）：129-130.

作者简介：杨吉红（1975-），男，湖南益阳人。高级工程师，工学学士，主要从事道路设计与施工方面的研究。