ArcGIS在地质灾害危险性评估中的应用

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　　【摘 要】本文以铜川徐家沟煤矿为例，利用ArcGIS软件的空间分析功能，生成矿区的三维地形图、高程图、坡度图以及坡向图，为地质灾害危险性评估工作提供基础数据。
　　【关键词】ArcGIS；地质灾害；空间分析
　　1 引言
　　地质灾害是指由于地质作用（自然的、人为的或综合的）使地质环境产生突发的或渐进的破坏，并造成人类生命财产损失的现象或事件。地质灾害不仅威胁人类的生命和财产安全，也给国民经济带来严重的损失，成为制约社会、经济发展的重要因素之一。
　　近年来，GIS技术已广泛地应用于各个领域，如地质灾害监测、环境影响评价、土地利用规划与变更等。
　　本文以铜川矿业有限公司徐家沟煤矿（以下简称“徐家沟煤矿）为例，叙述在全国二调土地利用数据的基础上，利用ARCGIS软件强大的空间分析功能，生成矿区的三维地形图、高程图、坡度图以及坡向图的工作流程，为地质灾害危险性评估工作提供基础图件及数据资料。
　　2 研究区概况
　　徐家沟煤矿位于陕西省铜川矿区的东部，行政区划隶属陕西省铜川市印台区广阳镇管辖。始建于1958年10月，1966年3月建成投产，至今已连续生产40余年，目前生产规模0.45Mt/a。
　　该矿位于陕北黄土高原南缘台塬区的铜川长梁亚区，地表为广厚的黄土覆盖，地势总体北高南低，地表相对高差215m，为黄土梁峁沟谷地形地貌景观。南部边缘为奥陶纪石灰岩的潜伏山脉，北部是石千峰组，在两塬之间发育较深的“V”形冲沟，中部为较低的煤系。自西向东有兴家塬、固县、任家塬、胡家塬等黄土塬，塬上地势平坦，为良好耕地。
　　研究区内沟谷纵横，大沟以东西向为主，其次为南北向和斜向沟谷将黄土塬切割为许多块段，北部的白石河汇集溪泉流水形成河漫滩，河谷两岸梯田成行。北部黄土塬宽阔，南部低且地形复杂，区内除白石河外均为季节性沟谷。
　　3 数据源选择及工作流程
　　3.1 数据源选择
　　本文选择全国第二次土地调查的土地利用数据作为研究的基础数据。该数据以遥感影像为主要数据源，采用内外业相结合的调查方法，且数据库建设标准，数据处理相对简单易行。后面所有的应用分析都是基于该数据进行。
　　3.2 数据预处理
　　主要是运用ArcGIS软件完成研究区原始地形数据的矫正、裁剪、赋高程、格式转换等预处理工作。
　　3.3 创建TIN
　　TIN为不规则三角网（Triangulated Irregular Network）的简称。它根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。TIN常用来拟合连续分布现象的覆盖表面。
　　在ArcGIS中利用研究区地形数据创建TIN的步骤如下：点击ArcToolbox→3D Analysis→creat/modify Tin→creat Tin from features，在弹出的“creat Tin from features”对话框“high source”选项选择“高程”，“Output TIN”中选择输出目录，OK，生成TIN文件。
　　3.4 创建DEM
　　数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM）的一个分支，三维、高程、坡度、坡向等数据均可由DEM派生。
　　在ArcGIS中利用TIN创建DEM的步骤如下：打开ArcToolbox→3D Analysis Tools→Convert→TIN to Raster，在弹出的“Convert TIN to Raster”对话框“Attribute”选项选择“Elevation”，“Output raster”中选择输出目录，OK，生成DEM文件。
　　至此，即可以在研究区DEM数据的基础上生成各种需要的图形。
　　4 结果
　　4.1 三维地形图
　　三维地形图，又称三维电子沙盘，三维地理信息系统，它是遥感、地理信息系统、三维仿真等高新技术的结合。它是以三维电子地图数据库为基础，按照一定比例对现实世界或其中一部分的一个或多个方面的三维、抽象的描述。三维地形图主要以一种三维电子沙盘的形式反映研究区的地形起伏情况，根据高程的不同赋予不同颜色值，制作出三维地形图，用以表达不同的地形起伏情况。
　　在ArcGIS中利用DEM创建研究区三维地形图的步骤如下：点击ArcScene，添加TIN文件，实现三维可视化浏览。
　　4.2 高程图
　　高程图主要是对由离散数据生成的“.GRD”格式数据进行等值线分析产生的。经过分层设色后，不同高程的范围值被赋予一定的高程数据，显示不同的颜色值，来反映不同的地形起伏情况。
　　在ArcGIS中利用DEM创建研究区的高程图的步骤如下：点击Spatial Analyst Tools→Reclasssify→classification，在弹出的对话框中“method”选项选择“natural breaks（Jenks）”，“classes”选项选择“10”，即将研究区的高程分为10个级别，OK，“Output raster”中选择输出目录，OK，生成高程图（图一）。其中1～10分别代表了10个高度区间。
　　4.3 坡度图
　　坡度是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度h和水平距离l的比叫做坡度，它是描述地形特征信息的重要指标，能够间接表示地形的形态起伏和结构特征。 　　在ArcGIS中利用DEM创建研究区的坡度图的步骤如下：点击Spatial Analyst Tools→surface Analyst Tools→Slope，在弹出的对话框“input surface”选项选择DEM文件，“Output raster”中选择输出目录，OK，即可生成原始坡度图。
　　在ArcGIS中根据需要对研究区坡度重分级步骤如下：点击Spatial Analyst Tools→Reclasssify→classification，在弹出的对话框中“classes”选项选择“3”，即将研究区的坡度分为3个级别，Break Values分别定义为8、25、70，OK，“Output raster”中选择输出目录，OK，完成对坡度图的重新分级（图四）。其中，1代表≤8°区域，2代表8°～25°区域，3代表>25°区域。
　　3.4坡向图
　　坡向是描述地貌特征的重要参数，它反映坡面所面对的方向。
　　在ArcGIS中利用DEM创建研究区的坡向图的步骤如下：点击Spatial Analyst Tools→surface Analyst Tools→Aspect，在弹出的对话框“input surface”选项选择DEM文件，“Output raster”中选择输出目录，OK，即可生成原始坡向图。
　　在ArcGIS中根据需要对研究区坡向重分级步骤与坡度重分级类似：点击Spatial Analyst Tools→Reclasssify→classifi cation，在弹出的对话框中“classes”选项选择“8”，即将研究区的坡向分为8个方向；Break Values分别定义为45、90、125、180、225、270、315、360共8个方向，OK，“Output raster”中选择输出目录，OK，完成对坡向图的重新分级（图二）。其中1～8分别代表了8个方向。
　　5 结语
　　徐家沟煤矿地形复杂，梁峁沟谷交错发育，在煤炭开采过程中，崩塌、滑坡、地面塌陷等地质灾害的发生的可能性较大，且研究区内居住人口较多，因此，对该地区进行地形分析的意义重大。本文利用ArcGIS软件强大的空间分析功能制作出了各种地形分析图，为该区地质灾害危险性评估工作提供了基础数据。
　　参考文献：
　　[1]刘勇，巫锡勇.浅谈GIS在地质灾害中的几点应用[J].四川建筑，2004（5）.
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