張英杰,雷國平①

(1.東北大學文法學院，遼寧 沈陽 110819；2.東北大學土地管理研究所,遼寧 沈陽 110819)

浙江洞頭屬于地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地區(qū),近年來隨著經(jīng)濟快速發(fā)展,當?shù)貒鷫ㄔ斓亍⑴浇?、切坡建房和開礦采石等活動大量增加,對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞,開挖坡腳、削坡、坡后堆載、爆破振動等行為極易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。截至2015年底,洞頭共發(fā)生歷史地質(zhì)災(zāi)害81次,其中泥石流3次,約占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的3.7%;崩塌23次,約占28.4%;滑坡55次,約占67.9%。地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,給洞頭人民帶來了巨大的財產(chǎn)損失和生命安全威脅。

在我國農(nóng)村地區(qū),早期居民點多自發(fā)無序建設(shè),未考慮地質(zhì)環(huán)境因素,地質(zhì)災(zāi)害隱患是制約農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和生命財產(chǎn)安全的重要因素[1-3]。目前,國內(nèi)外學者關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃和農(nóng)村居民點布局優(yōu)化的研究頗多,主要包括運用GIS空間分析[4-7]、Logistic回歸模型[8-9]和模糊聚類分析[10]等方法選取影響因子并劃分地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級以及運用網(wǎng)格分析法[11]、加權(quán)集覆蓋模型[12]、景觀格局指數(shù)分析方法[13]和最小累積阻力模型[14]等方法分析農(nóng)村居民點空間布局現(xiàn)狀及存在問題,并提出優(yōu)化方向[15]。但將兩者結(jié)合起來,以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性為切入視角,充分考慮地質(zhì)災(zāi)害的危害性,對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)農(nóng)村居民點布局優(yōu)化的研究較少[16-19]。

鑒于此,以浙江洞頭為例,對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度進行區(qū)劃分析,明確研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)和不易發(fā)區(qū)域,在此基礎(chǔ)上,分析農(nóng)村居民點的空間分布現(xiàn)狀并提出相應(yīng)的優(yōu)化方向,有效預(yù)防研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害,盡可能降低地質(zhì)災(zāi)害損失,并為其他地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)農(nóng)村居民點布局優(yōu)化提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洞頭地處浙江省東南部沿海,位于27°41′～28°01′ N，120°59′～121°15′ E之間,與溫州市隔海相望。洞頭是我國著名的海島縣,由100多個島嶼組成,總面積為892 km2,其中海域面積較大,陸地面積僅為104.5 km2(圖1)。研究區(qū)轄4個街道、1個鎮(zhèn)和1個鄉(xiāng),包括84個行政村和2個居民區(qū),總?cè)丝诩s為14萬。研究區(qū)屬于典型亞熱帶海洋型氣候區(qū),降水豐富,年均降水量為1 400 mm,最高年降水量可達2 000 mm以上,由強降水引發(fā)的滑坡和泥石流是洞頭縣主要地質(zhì)災(zāi)害類型。研究區(qū)境內(nèi)主要有丘陵地貌以及洪積平原和海積平原堆積地貌等類型。其中侵蝕丘陵地貌分布廣泛,約占全縣陸地面積的91%。丘陵山坡地形以凸型坡和直線型坡為主,容易出現(xiàn)崩塌滑落等現(xiàn)象;平原地區(qū)土質(zhì)疏松,極易出現(xiàn)塌陷等現(xiàn)象。研究區(qū)陸地面積較小,可利用土地資源十分緊張,村莊多依山而建,特殊的自然地理環(huán)境和不斷增加的人類工程活動成為洞頭農(nóng)村居民點處于地質(zhì)災(zāi)害威脅下的重要原因。

國務(wù)院于2015年7月批準洞頭縣撤縣立區(qū),將原屬于溫州市行政管轄范圍內(nèi)的靈昆街道劃歸洞頭。該研究基期為2015年,未將靈昆街道歸入研究范圍。

圖1 研究區(qū)示意Fig.1 Sketch map of study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)包括:洞頭30 m空間分辨率的ASTER GDEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)來源于中國科學院地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http:∥www.gscloud.cn)、《洞頭年鑒》(2000—2015年)、《溫州市洞頭縣城市總體規(guī)劃(2005—2020年)》、《洞頭縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》、《浙江省洞頭縣1∶1萬鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)地質(zhì)災(zāi)害分布與易發(fā)區(qū)圖圖冊》(2014年)、《浙江省洞頭縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃(2008—2015年)》、《浙江省洞頭縣地質(zhì)災(zāi)害隱患排查總結(jié)報告》(2014年)。采用ArcGIS 10.5軟件對各類數(shù)據(jù)進行矢量化處理,建立各項專題圖件,并統(tǒng)一各專題圖件的空間投影坐標系統(tǒng)。

1.3 研究方法

1.3.1地質(zhì)災(zāi)害影響因子數(shù)據(jù)集的建立

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受到多種因素共同作用影響,最主要因素就是自然因素和人為因素。洞頭縣地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡、崩塌和泥石流為主,影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因子多且復(fù)雜。在借鑒前人研究成果[20-24]基礎(chǔ)上,通過對洞頭歷史地質(zhì)災(zāi)害點進行實地調(diào)研分析,確定森林覆蓋率(X1)、平均高程(X2)、地質(zhì)巖組(X3)、平均坡度(X4)、年平均降水量(X5)、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害點密度(X6)、人口密度(X7)和公路密度(X8)8個影響因子。

評價單元劃分方法參照文獻[25],充分考慮研究區(qū)整體情況,按行政區(qū)劃將研究區(qū)劃分為北岙街道、東屏街道、霓嶼街道、元覺街道、大門鎮(zhèn)和鹿西鄉(xiāng)6個評價單元。其中北岙街道發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害24次,占歷史地質(zhì)災(zāi)害總次數(shù)的29.6%;東屏街道發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害12次,占總次數(shù)的14.8%;霓嶼街道發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害17次,占總次數(shù)的21.0%;元覺街道發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害4次,占總次數(shù)的5%;大門鎮(zhèn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害21次,占總次數(shù)的25.9%;鹿西鄉(xiāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害3次,占總次數(shù)的3.7%,6個評價單元的選取均具有代表性。

各評價單元地質(zhì)災(zāi)害影響因子情況見表1。

表1 研究區(qū)各評價單元地質(zhì)災(zāi)害影響因子Table 1 The influential factors of geological hazards in the study area

NT為松散粘性土類巖組;Qg為堅硬塊狀酸性侵入巖巖組;Hi為塊狀堅硬酸性熔結(jié)凝灰?guī)r巖組;Ht為較堅硬-堅硬酸性晶玻屑凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂巖和粉砂巖巖組。

1.3.2地質(zhì)災(zāi)害影響因子的評價

采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法[26]對地質(zhì)災(zāi)害影響因子進行測度,該方法能夠相對客觀地測度指標權(quán)重,能夠在較大程度上降低人為因素對測度結(jié)果造成的偏差[27]。

(1)地質(zhì)災(zāi)害影響因子賦值

因有些影響因子不是量化指標,不能直接用于計算,因此需對各影響因子統(tǒng)一量化賦值,提高灰色關(guān)聯(lián)分析的準確性。參照DZ/T 0286—2015《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》和《關(guān)于進一步加強鄉(xiāng)(鎮(zhèn))地質(zhì)災(zāi)害分布與易發(fā)區(qū)圖編制與評審工作的通知》(浙土資發(fā)〔2004〕57號)中相關(guān)數(shù)據(jù)指標,結(jié)合洞頭現(xiàn)狀及歷史地質(zhì)災(zāi)害點實地調(diào)研結(jié)果,形成地質(zhì)災(zāi)害影響因子賦值標準(表2)。

表2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因子等級及賦值標準Table 2 Grading and valuation of influential factors for geological hazards assessment in the study area

NT為松散粘性土類巖組;ST為松散砂類土巖組;Hi為塊狀堅硬酸性熔結(jié)凝灰?guī)r巖組;Ht為較堅硬-堅硬酸性晶玻屑凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂巖和粉砂巖巖組;Qg為堅硬塊狀酸性侵入巖巖組。

(2)建立地質(zhì)災(zāi)害影響因子的關(guān)聯(lián)數(shù)列

將選取的8個地質(zhì)災(zāi)害影響因子進行關(guān)聯(lián),建立關(guān)聯(lián)數(shù)列Xi={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8}。

(3)數(shù)據(jù)初值化

由于各影響因子在含義、內(nèi)容、取值標準等方面都存在差異,因此在分析前需對其進行無量綱化處理。采用初值化處理方法對數(shù)據(jù)進行歸一化,計算公式為

(1)

式(1)中,Xi′(k)為數(shù)列Xi在k處的平均值,其中i=1,2,…,8。

(4)計算絕對差數(shù)列

通過比較數(shù)列Xj和參考數(shù)列Xi得到絕對差數(shù)列Δij,其計算公式為

Δij(k)=|Xi′(k)-Xj′(k)|。

(2)

式(2)中,Xi′(k)和Xj′(k)分別為數(shù)列Xi和Xj在k處的平均值,其中i=1,2,…,8;j=2,3,…,8。

(5)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

分別計算各個時刻比較數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度值,區(qū)分數(shù)列間的關(guān)聯(lián)強度,得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)值ξij(k),其計算公式為

(3)

式(3)中,Δmin和Δmax分別為絕對差數(shù)列的最小值和最大值;ρ為分辨系數(shù),取值范圍為[0,1],通常情況下取0.5。

(6)計算關(guān)聯(lián)度

因得到的關(guān)聯(lián)系數(shù)較多,信息過于分散,不便于比較,采用灰色關(guān)聯(lián)度方法計算得到比較數(shù)列與參考數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)度rij,其計算公式為

(4)

按照上述步驟進行重復(fù)計算,依次改變母序列,求出所有兩兩數(shù)列的關(guān)聯(lián)度值,得到關(guān)聯(lián)矩陣R。

(7)計算權(quán)重

通過關(guān)聯(lián)矩陣R可得到各影響因子權(quán)重Wi,其計算公式為

(5)

經(jīng)計算,X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7和X8的權(quán)重分別為0.109 537、0.127 135、0.131 038、0.135 141、0.136 328、0.121 872、0.116 761和0.122 188。

2 結(jié)果與分析

2.1 洞頭縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

由研究區(qū)各地質(zhì)災(zāi)害影響因子權(quán)重,采用ArcGIS 10.5軟件空間分析功能進行加權(quán)疊加分析,測度洞頭地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度。借鑒其他地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究成果[19-20]和《關(guān)于進一步加強鄉(xiāng)(鎮(zhèn))地質(zhì)災(zāi)害分布與易發(fā)區(qū)圖編制與評審工作的通知》中地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分標準,結(jié)合研究區(qū)實際情況,采用等間距法,將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分為不易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)4個等級[28-29](圖2)。

根據(jù)研究區(qū)81處歷史地質(zhì)災(zāi)害點對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果進行驗證。地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)面積為44.365 km2,占研究區(qū)陸地總面積的42.46%,包含歷史災(zāi)害點74處,占比為91.36%;不易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)面積為60.135 km2,占研究區(qū)陸地總面積的57.54%,包含歷史災(zāi)害點7處,占比為8.64%(表3),這表明研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃結(jié)果與實際情況基本相符。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃Fig.2 The susceptibility map of geological hazards in the study area

2.2 洞頭縣各行政村空間分布現(xiàn)狀

采用ArcGIS 10.5軟件疊加分析和空間分析功能,對研究區(qū)大門鎮(zhèn)、鹿西鄉(xiāng)、霓嶼街道、元覺街道、北岙街道和東屏街道的居民區(qū)和行政村進行統(tǒng)計(圖3),發(fā)現(xiàn)潭頭村、桐岙村、正岙村、大北岙村和松柏園村等27個行政村和居民區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)面積占各居民點面積的比例超過70%;豆巖村、西浪村、潭頭村、中侖村和洞頭村等45個行政村和居民區(qū)的中、高易發(fā)區(qū)占比超過50%。

表3 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃信息Table 3 The zoning of geological hazards in the study area

圖3 研究區(qū)各行政村地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性占比Fig.3 The ratio of geological hazards susceptibility of administrative villages in the study area

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)主要分布在海拔較低的低丘陵地帶,地形以凸型坡和直線型坡為主,地質(zhì)巖組較為復(fù)雜,多為侵入巖、凝灰?guī)r、砂類土和粘性土類巖組混合構(gòu)成,地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定,容易產(chǎn)生斷裂塌陷等現(xiàn)象。研究區(qū)人口密度大,道路密集,人類工程活動較為頻繁,對地質(zhì)環(huán)境條件的改造較為強烈,尤其是道路周邊地帶,已成為崩塌、滑坡和泥石流等災(zāi)害發(fā)生的高頻區(qū)。北岙街道和東屏街道是研究區(qū)主城區(qū),經(jīng)濟發(fā)達,人口密集,森林覆蓋率低,其涵養(yǎng)水源和防止水土流失的功能較差,因此這些地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)面積占比較高。位于霓嶼街道西南部的正岙村、下朗村和長客垅村以及東屏街道南部的大岙村、大北岙村、松柏園村和外埕頭村受降水量影響較大,容易受強降水影響而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。受地質(zhì)災(zāi)害隱患影響較大的主要有大北岙村、豆巖村和活水潭村等地區(qū),這些區(qū)域內(nèi)都曾發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害,且再次發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的隱患較大。

2.3 研究區(qū)農(nóng)村居民點布局優(yōu)化

研究區(qū)居民點不同地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分布狀況見圖4。由圖4可知,不易發(fā)區(qū)居民點數(shù)占總居民點數(shù)的2.68%，低易發(fā)區(qū)居民點占比為22.78%，中易發(fā)區(qū)居民點占比為64.46%，高易發(fā)區(qū)居民點占比為10.08%?；谘芯繀^(qū)各行政村地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度區(qū)劃信息和居民點分布狀況,將研究區(qū)各行政村居民點劃分為對外搬遷型、限制擴展型、內(nèi)部拓展型和集聚發(fā)展型4種優(yōu)化類型(表4)。根據(jù)各行政村實際情況,設(shè)定不同優(yōu)化方向,以期為研究區(qū)降低地質(zhì)災(zāi)害風險,制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃提供科學依據(jù)。

圖4 研究區(qū)居民點地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃Fig.4 Zoning for the rural settlements of geological disaster-prone areas in the study area

3 討論

為積極響應(yīng)國家關(guān)于加強村莊規(guī)劃,引導并促進鄉(xiāng)村振興的戰(zhàn)略方針,以自然資源部發(fā)布的《自然資源部辦公廳關(guān)于加強村莊規(guī)劃促進鄉(xiāng)村振興的通知》(自然資辦發(fā)〔2019〕35號)為指導文件,參考《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價技術(shù)指南(試行)》中關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害單項評價的研究方法,以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性為研究視角,對洞頭農(nóng)村居民點布局優(yōu)化進行研究,統(tǒng)籌農(nóng)村居民點布局建設(shè)、村莊安全和防災(zāi)減災(zāi)等工作,劃定地質(zhì)災(zāi)害影響范圍,并提出農(nóng)村居民點布局優(yōu)化方向和防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)對措施,對于促進洞頭農(nóng)村發(fā)展,實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興具有重要的實踐意義。

然而,筆者研究所討論的農(nóng)村居民點優(yōu)化布局是基于地質(zhì)災(zāi)害威脅下的視角提出的,研究結(jié)果具有一定區(qū)域特殊性。此外,在進行地質(zhì)災(zāi)害影響因子評價時,因我國村級社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)較少且難以獲取,而現(xiàn)有數(shù)據(jù)不足以測度研究區(qū)社會經(jīng)濟因素與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的相關(guān)性,所以在構(gòu)建評價指標體系時未能充分考慮社會經(jīng)濟因素的影響,評價指標體系的構(gòu)建還有待進一步完善。因此,在后續(xù)研究中需進一步加強對社會經(jīng)濟因素的統(tǒng)計和測算,構(gòu)建更加科學完善的評價指標體系。

表4 研究區(qū)農(nóng)村居民點布局優(yōu)化Table 4 The optimization of spatial distribution of rural settlements in the study area

N1和N2分別指中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)面積占農(nóng)村居民點總面積比例;M1和M2分別指中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)面積占行政村總面積比例。

4 結(jié)論

以位于地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)的浙江洞頭為研究對象,采用灰色關(guān)聯(lián)分析模型和GIS空間分析方法,選取影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響因子,測度洞頭地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度,并將洞頭劃分為地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)4個等級。結(jié)果表明:

(1)洞頭地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)面積占研究區(qū)總面積比例較高,達42.46%,主要分布在東屏街道、北岙街道、霓嶼街道西南部和東北部、元覺街道南部以及大門鎮(zhèn)南部地區(qū),地質(zhì)災(zāi)害風險廣泛威脅著洞頭農(nóng)村居民點。

(2)根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果和農(nóng)村居民點空間分布現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)洞頭農(nóng)村居民點布局較不合理,農(nóng)村居民點布局建設(shè)并未充分考慮地質(zhì)環(huán)境安全問題,居民點廣泛集中在地質(zhì)災(zāi)害風險較高的區(qū)域。其中,居民點位于地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)面積占各居民點總面積比例超過50%的有豆巖村、西浪村和潭頭村等45個行政村和居民區(qū),占比超過70%的有潭頭村、桐岙村和正岙村等27個行政村和居民區(qū)。

(3)根據(jù)農(nóng)村居民點在不同地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分區(qū)中所占面積的比例和不同地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分區(qū)面積占各行政村總面積的比例,將洞頭居民點劃分為對外搬遷型、限制擴展型、內(nèi)部拓展型和集聚發(fā)展型4種優(yōu)化類型并提出相應(yīng)優(yōu)化方向。