李鑫楊, 劉慶生, 白淑英

(1.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所 資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.南京信息工程大學(xué) 地理與遙感學(xué)院, 江蘇 南京 210044)

四川省雅安市泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

李鑫楊1,2, 劉慶生1, 白淑英3

(1.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所 資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.南京信息工程大學(xué) 地理與遙感學(xué)院, 江蘇 南京 210044)

[目的] 對(duì)四川省雅安市泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為科學(xué)合理地預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)該區(qū)泥石流的發(fā)生提供科學(xué)依據(jù)。 [方法] 首先構(gòu)建危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選取3類(lèi)8個(gè)評(píng)價(jià)因子并進(jìn)行量化分級(jí)，再用層次分析法(AHP)給指標(biāo)賦權(quán)重，最后用危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型疊置分析評(píng)價(jià)因子，進(jìn)行雅安市危險(xiǎn)度區(qū)劃，將雅安市范圍的泥石流危險(xiǎn)性級(jí)別分為輕度(Ⅰ)、中度(Ⅱ)、較高(Ⅲ)、高度(Ⅳ)。 [結(jié)果] 寶興縣的Ⅳ區(qū)域占比(8.8%)最小，整體泥石流危險(xiǎn)性最低。天全縣危險(xiǎn)性相對(duì)偏低。雨城區(qū)、蘆山縣、名山區(qū)的Ⅳ級(jí)都占比約20.0%，整體泥石流危險(xiǎn)性居中；滎經(jīng)縣和漢源縣整體泥石流危險(xiǎn)性偏高，Ⅳ級(jí)占比約45.0%；石棉縣的泥石流危險(xiǎn)性最高，Ⅳ級(jí)區(qū)域占比高達(dá)57.4%，Ⅲ級(jí)區(qū)域占比高達(dá)24.4%。 [結(jié)論] 加強(qiáng)預(yù)防高度危險(xiǎn)區(qū)的泥石流災(zāi)害能力，警惕較高危險(xiǎn)區(qū)泥石流潛在危險(xiǎn)性。采用合理有效的措施(災(zāi)害監(jiān)測(cè)，氣象預(yù)報(bào)，植樹(shù)種草)將雅安市泥石流危險(xiǎn)性盡可能降低。

泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià); 雅安市； 評(píng)價(jià)因子; 量化分級(jí); 危險(xiǎn)度區(qū)劃

文獻(xiàn)參數(shù)： 李鑫楊, 劉慶生, 白淑英.四川省雅安市泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(2)：278-283.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.042； Li Xinyang, Liu Qingsheng, Bai Shuying. Evaluation of Debris Flow Hazard in Ya’an City of Sichuan Province[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：278-283.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.042

泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，是評(píng)估泥石流災(zāi)害對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)可能造成損失的嚴(yán)重程度，它以一系列等級(jí)為依據(jù)進(jìn)行評(píng)估，這些等級(jí)是根據(jù)泥石流歷史活動(dòng)情況記錄和山地區(qū)域環(huán)境條件的分析而劃分出的每個(gè)區(qū)域泥石流的危險(xiǎn)等級(jí)[1]。在泥石流多發(fā)地進(jìn)行泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)可以為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、生產(chǎn)建設(shè)布局、人口安置、城市規(guī)劃提供決策的基礎(chǔ)資料，對(duì)生態(tài)保護(hù)的有效開(kāi)展、項(xiàng)目建設(shè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化有著積極作用；與此同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的預(yù)判和防治。20世紀(jì)80年代，鐘敦倫等[2]對(duì)1981年夏季四川大部分地區(qū)的系列暴雨泥石流進(jìn)行野外考察和室內(nèi)總結(jié)，并分析了當(dāng)?shù)氐哪嗍魈卣?、形成條件和泥石流發(fā)展趨勢(shì)，生成了1981年四川暴雨泥石流分布及危害的現(xiàn)狀圖(涵蓋了包括雅安市在內(nèi)的四川大部分地域)，雖然在泥石流的形成條件方面做了詳細(xì)的分析，但是只用文字對(duì)泥石流的發(fā)展概要趨勢(shì)進(jìn)行了闡述；2002年，李輝霞[3]對(duì)雅安地區(qū)的水土流失危險(xiǎn)度作了評(píng)價(jià)和分區(qū)，將雅安市的水土流失危險(xiǎn)性進(jìn)行量級(jí)的劃分，但是僅僅是從水土流失現(xiàn)狀和驅(qū)動(dòng)力兩個(gè)方面建立的水土流失危險(xiǎn)度綜合評(píng)價(jià)模型，指標(biāo)數(shù)量較少；2004年劉希林和蘇鵬程[4]對(duì)比分析1990和2000年四川省泥石流災(zāi)害易損度，通過(guò)對(duì)泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定量計(jì)算，得出2000年四川省泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，并依此判斷雅安市為四川省泥石流災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；陳宜娟等[4]采用劉希林和莫多聞[4-6]提出的區(qū)域泥石流危險(xiǎn)度和易損度評(píng)價(jià)模型R區(qū)=H區(qū)·V區(qū)對(duì)川西地區(qū)進(jìn)行泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，這幾項(xiàng)研究都是基于危險(xiǎn)度和易損度評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)結(jié)果都是以縣區(qū)為基本評(píng)價(jià)單元；2014年于金蓉等[7]曾基于GIS空間建模對(duì)雅安市泥石流危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)估，但是欠缺詳細(xì)的評(píng)估結(jié)果；劉麗娜[8]曾對(duì)雅安市蘆山縣進(jìn)行泥石流易發(fā)性的研究，研究方法是基于確定性系數(shù)法與滑坡物源和基于地貌信息熵法的評(píng)價(jià)方法；王家柱等[9]在2015年以位于雅安市天全縣大葉龍溝泥石流作為研究對(duì)象，計(jì)算了泥石流動(dòng)力學(xué)特征，引用劉希林學(xué)者90年代末提出的函數(shù)賦值模型對(duì)大葉龍溝泥石流流域危險(xiǎn)度進(jìn)行了定量的評(píng)價(jià)。綜上所述，以縣區(qū)為基本評(píng)價(jià)單元對(duì)泥石流危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，一個(gè)縣或區(qū)只被賦予一種危險(xiǎn)度值，但是某縣區(qū)范圍內(nèi)的泥石流不一定只有一種危險(xiǎn)性，所以有必要逾越縣區(qū)界線對(duì)雅安市整體進(jìn)行泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

雅安市位于長(zhǎng)江上游岷江水系的大渡河和它的青衣江支流流域，坐落于西部四川盆地的北緯28°51′10″—30°56′40″與東經(jīng)101°56′26″—103°23′28″，幅員面積1.53×104km2，是青藏高原向成都平原的過(guò)渡地帶。全市呈北西南高東低的地形，山地地形占全市地形總面積的90%以上，丘陵與平壩占總面積約6%。氣候類(lèi)型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年均氣溫在14.1～17.9 ℃，年均降雨量1 800 mm左右，有“雨城”之稱，是四川降雨量最多的區(qū)域。雅安市下轄雨城區(qū)、名山區(qū)2個(gè)市轄區(qū)，滎經(jīng)縣、漢源縣、石棉縣、天全縣、蘆山縣、寶興縣6個(gè)縣。第 6次全國(guó)人口普查雅安市常住人口為150.73萬(wàn)人。

1.2 數(shù)據(jù)處理

水文氣象類(lèi)評(píng)價(jià)因子采用了“全國(guó)氣象臺(tái)站矢量數(shù)據(jù)”和“四川省2013—2014年日降雨量數(shù)據(jù)”，其中年均降雨量因子利用了汛期7—9月的降雨數(shù)據(jù)。將降雨數(shù)據(jù)空間化后通過(guò)ArcMap中的地統(tǒng)計(jì)分析模塊，用克里金插值的方法獲取整個(gè)四川省的汛期平均最大3日降雨量、汛期平均降雨量、≥50 mm汛期平均暴雨日數(shù)；地形地貌類(lèi)評(píng)價(jià)因子提取自“ASTER GDEM 30 m分辨率數(shù)據(jù)”和“地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)西南山地分中心(http:∥imde.geodata.cn)四川泥石流分布數(shù)據(jù)”，地形起伏度和山坡坡度用ArcMap的表面分析工具進(jìn)行提取，研究區(qū)的溝谷密度通過(guò)DEM提取研究區(qū)河網(wǎng)矢量生成(圖1)；地質(zhì)類(lèi)評(píng)價(jià)因子以“250萬(wàn)中國(guó)地質(zhì)圖”作為原始數(shù)據(jù)，距斷層距離通過(guò)斷層文件建立分級(jí)緩沖區(qū)進(jìn)行提取，地層巖性是依據(jù)地質(zhì)圖的巖性數(shù)據(jù)分組識(shí)別后輸出為矢量圖層進(jìn)行提取。所有評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)結(jié)果均經(jīng)過(guò)了相同的投影變換、統(tǒng)一了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層之間的對(duì)比、計(jì)算與分析。

1.3 研究方法

評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)：鑒于不同的評(píng)價(jià)因子的計(jì)量單位不同，取值范圍變幅不一，評(píng)價(jià)因子的類(lèi)型有定性的也有定量的。所以量化處理上述評(píng)價(jià)因子是非常必要的，各因子對(duì)泥石流危險(xiǎn)性的影響程度采用5級(jí)量化分級(jí)指標(biāo)表示(表1)。分級(jí)的值數(shù)越高說(shuō)明其對(duì)泥石流的影響程度越大，泥石流危險(xiǎn)程度越高。

評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定：AHP決策分析法(analytic hierarchy process， AHP)，是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家，匹茲堡大學(xué)教授薩迪等[10]在20世紀(jì)70年代提出來(lái)和廣泛應(yīng)用的。是系統(tǒng)分析法的數(shù)學(xué)工具之一，是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法?；静襟E為：

表1 泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值

圖1 溝谷密度計(jì)算流程圖

(1) 雅安市泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型。將泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子進(jìn)行層次的劃分，并按照因子的隸屬關(guān)系進(jìn)行分組。本次研究將泥石流評(píng)價(jià)指標(biāo)分為2個(gè)層次，第1層包括3個(gè)因子，分別是地質(zhì)類(lèi)因子、地形地貌類(lèi)因子、水文因子，每一個(gè)因子又包括很多子要素，具體的層次模型如圖2所示。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)模型

(2) 構(gòu)造判斷矩陣并賦值。準(zhǔn)則層判斷矩陣：

措施層判斷矩陣：

(3) 層次單排序及一致性檢驗(yàn)。當(dāng)一致性比例C.R.<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。當(dāng)C.R.≥0.1時(shí)，則需要重新調(diào)整判斷矩陣，直到滿足C.R.<0.1為止。如表2所示，經(jīng)歸一化后的WA=[0.320 2，0.353 9，0.325 9]依次對(duì)應(yīng)準(zhǔn)則層各要素(地質(zhì)構(gòu)造因子、地形地貌因子、水文氣象因子)相對(duì)于研究區(qū)泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)相對(duì)重要性權(quán)重向量；WB1=[0.666 7，0.333 3]即為地質(zhì)構(gòu)造條件措施層因子(地層巖性、距斷層距離)的相對(duì)重要性權(quán)重向量；WB2=[0.289 7，0.379 3，0.331 3]即為地形地貌條件措施層因子(山坡坡度、地形起伏度、溝谷密度)的相對(duì)重要性的權(quán)重向量；WB3=[0.463 2，0.291 8，0.245 1]即為地形地貌條件措施層因子(汛期平均降雨量、汛期平均最大3日降雨量、≥50 m汛期平均暴雨日數(shù))的相對(duì)重要性權(quán)重向量。

(4) 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型。由于研究區(qū)具有地域遼闊、范圍較大及泥石流災(zāi)害影響因素眾多等特點(diǎn)，故把研究區(qū)看作是一個(gè)具有一定層次性和不確定性的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)分析理論，本研究采用了層次分析法和GIS相結(jié)合的方法來(lái)計(jì)算泥石流危險(xiǎn)性指數(shù)。泥石流危險(xiǎn)性指數(shù)定義為某一地區(qū)的某一地段的某一柵格位置上的各種影響因素對(duì)泥石流災(zāi)害產(chǎn)生的綜合疊加影響，其表達(dá)式為[11]：

(1)

式中：W——泥石流危險(xiǎn)性指數(shù)；Qi——控制泥石流危險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)因子的評(píng)分；θi——控制泥石流危險(xiǎn)程度的第i類(lèi)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；n——評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)。

表2 判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

注：C.R.為一致性比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)因子提取結(jié)果

根據(jù)上述評(píng)價(jià)因子的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為柵格圖層，用空間分析模塊進(jìn)行重分類(lèi)，分別得到表3所示的結(jié)果。

2.2 層次總排序及一致性檢驗(yàn)

將各個(gè)評(píng)價(jià)因子的單準(zhǔn)則權(quán)重自大而小進(jìn)行總排序，表5最后一列是每個(gè)因子的總排序權(quán)重?？偱判蚪Y(jié)果的一致性檢驗(yàn)結(jié)果為C.R.=0.018 6<0.1。可以認(rèn)為層次總排序也有較滿意的一致性,則最終得出的權(quán)重結(jié)果比較合適,此結(jié)果可以用來(lái)進(jìn)行下一步研究。

表3 泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)因子提取結(jié)果

續(xù)表3

表4 巖性分類(lèi)

表5 評(píng)價(jià)因子層次總排序

2.3 區(qū)劃結(jié)果

各因子疊置計(jì)算得到雅安市的泥石流危險(xiǎn)度值，研究區(qū)的危險(xiǎn)度值范圍是1.3～4.2。依據(jù)文獻(xiàn)[17]中的3個(gè)分界值將研究區(qū)共分為4個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)(圖3)：<2.3(Ⅰ輕度危險(xiǎn)區(qū))，2.3～2.6(Ⅱ中度危險(xiǎn)區(qū))，2.6～2.9(Ⅲ較高危險(xiǎn)區(qū))，>2.9(Ⅳ高度危險(xiǎn)區(qū))。危險(xiǎn)等級(jí)越高，泥石流發(fā)生的危險(xiǎn)性概率就越大，隨著顏色由淺色調(diào)過(guò)渡到深色調(diào)，危險(xiǎn)度級(jí)別升高，地區(qū)發(fā)生泥石流的概率呈遞增態(tài)勢(shì)。

2.4 結(jié)果驗(yàn)證

將泥石流實(shí)際災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)制成泥石流點(diǎn)密度數(shù)據(jù)對(duì)泥石流危險(xiǎn)度區(qū)劃結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證(表6)，可見(jiàn)，160個(gè)點(diǎn)中，66個(gè)點(diǎn)落入Ⅳ等級(jí)區(qū)域，37個(gè)點(diǎn)落入Ⅲ等級(jí)區(qū)域，45個(gè)點(diǎn)落入Ⅱ等級(jí)區(qū)域，12個(gè)點(diǎn)落入Ⅰ等級(jí)區(qū)域。在雅安市范圍內(nèi)，Ⅳ有5 051.5 km2，占雅安市的31.1%。區(qū)域平均泥石流點(diǎn)密度隨著危險(xiǎn)性級(jí)別的遞增而增加，Ⅳ等級(jí)區(qū)域的平均泥石流點(diǎn)密度達(dá)到1.8個(gè)/10 km2。

表6 泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際泥石流災(zāi)害點(diǎn)對(duì)比

圖3 雅安市泥石流危險(xiǎn)度區(qū)劃圖

3 結(jié) 論

在雅安市的8個(gè)縣區(qū)中，泥石流危險(xiǎn)性等級(jí)從Ⅰ—Ⅳ皆有著不同程度的分布。寶興縣的Ⅳ占8.8%，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ區(qū)域占了寶興縣的大部分，寶興縣整體的泥石流危險(xiǎn)性最低，是雅安市8個(gè)縣市中Ⅳ面積占比最小且Ⅰ面積占比最大的(43.9%)；天全縣的整體泥石流危險(xiǎn)性相對(duì)較低，Ⅳ占了19.3%，雖然面積較小但是也要引起相當(dāng)?shù)闹匾暎挥瓿菂^(qū)、蘆山縣、名山區(qū)的Ⅳ都占20%左右，整體泥石流危險(xiǎn)性居中，其中，蘆山縣的Ⅲ所占的面積40.9%與雨城區(qū)的26.1%和名山區(qū)的22.6%相比是最大的，所以要警惕蘆山地區(qū)危險(xiǎn)性為Ⅲ的泥石流區(qū)域突破臨界值轉(zhuǎn)化為Ⅳ；滎經(jīng)縣和漢源縣境內(nèi)Ⅳ占了很大的面積，分別為42.7%和45.1%，而且滎經(jīng)縣Ⅲ的占比也很高(27.9%)，兩地的整體泥石流危險(xiǎn)性偏高；石棉縣的整體泥石流危險(xiǎn)性最高，Ⅳ的占比高達(dá)57.4%，Ⅲ的占比達(dá)24.4%，所以要在石棉地區(qū)科學(xué)合理的預(yù)防泥石流的發(fā)生。

考慮到泥石流對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆踩拓?cái)產(chǎn)安全的威脅，現(xiàn)據(jù)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行資料分析后，提出以下建議：加強(qiáng)氣象預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，加強(qiáng)預(yù)防高度危險(xiǎn)區(qū)的泥石流災(zāi)害，在滑坡體內(nèi)以及泥石流活動(dòng)區(qū)科學(xué)合理植樹(shù)種草，增強(qiáng)保護(hù)山地環(huán)境和防治泥石流的意識(shí)和自覺(jué)性，選擇典型泥石流溝作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

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[17] 韓金華.基于GIS的白龍江流域泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究[D].甘肅 蘭州：蘭州大學(xué),2010.

Evaluation of Debris Flow Hazard in Ya’an City of Sichuan Province

LI Xinyang1,2, LIU Qingsheng1, BAI Shuying3

(1.StateKeyLabofResourcesandEnvironmentalInformationSystem,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 3.CollegeofGeographyandRemoteSensing,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing,Jingsu210044,China)

[Objective] The risk of debris flow in Ya’an City was evaluated to provide scientific basis for predicting and dealing with debris flow scientifically and reasonably. [Methods] Firstly, a quantitative-hierarchy factors assessing system, including nine factors of three categories, was established. The factors were weighted by method of analytic hierarchy process(AHP). Finally, assessment model of hazard was applied to the spatial overlay analysis and took debris flow hazard division in Ya’an City. The division map of debris flow hazard included low-risk zone(I), risk zone(Ⅱ), high-risk zone(Ⅲ)and higher-risk zone(Ⅳ). [Results] Baoxing county had the lowest risk, only 8.8% was covered by Ⅳ zone.Risk of debris flow in Tianquan County was determined as fairly low as well. About 20.0% of Yucheng, Lushan, Mingshan County are covered by Ⅳ zone, and the two counties have moderate level risk. Risk of debris flow in Yingjing and Hanyuan County is fairly high, Ⅳ zone covered 45.0% approximately. The debris flow risk in Shimian County hits the top. The percent of Ⅳ going up to 57.4%, and the percent of Ⅲ up to 24.4%. [Conclusion] The capacity of debris flow disaster should be enhanced in prevention of Ⅳ grade risk, be alert to the potential danger in Ⅲ. The measures have monitoring, weather forecast, tree and grass plantation.

debris flow hazard analyzing; Ya’an City; assessing factors; hazard zoning

2016-07-02

2016-09-12

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)專題(XDA05050601)； 中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究項(xiàng)目(08R8A010YA)

李鑫楊(1992—),女(漢族),內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市人,碩士研究生,研究方向?yàn)镚IS和遙感應(yīng)用。E-mail:lixy.15s@igsnrr.ac.cn。

劉慶生(1961—),男(漢族),山西省沂州市人,博士,副研究員,主要從事遙感與地理信息系統(tǒng)在資源環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究。E-mail:liuqs@lreis.ac.cn。

A

1000-288X(2017)02-0278-06

P642.23