申懷飛, 楊清潔, 魏億鑫, 閆旭倩, 閔家森, 吳宇琛

(許昌學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院, 河南 許昌 461000)

根據(jù)2016年的《中國地質(zhì)調(diào)查百項(xiàng)成果》顯示，地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失占據(jù)年平均因?yàn)?zāi)損失的30%以上，滑坡災(zāi)害占地質(zhì)災(zāi)害總量的1/2以上，對(duì)人們的生命以及財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅[1]。地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、降雨和人類活動(dòng)是導(dǎo)致滑坡的主要因素[2]，其中，降雨為最活躍多變的自然誘發(fā)因素，其誘發(fā)的滑坡占滑坡總數(shù)的90%[3]。隨著生態(tài)與環(huán)境信息逐漸為決策者重視，滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)引起了諸多學(xué)者的關(guān)注，并取得重要進(jìn)展。如1999年，Pilgrim[4]指出了滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)于滑坡防治決策的重要性；唐川[5]提出滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)是全面反映災(zāi)情、優(yōu)化防御措施、進(jìn)行減災(zāi)決策的重要依據(jù)；汪敏等[6]研究了滑坡災(zāi)害易損性和破壞損失評(píng)價(jià)方法，分析了滑坡災(zāi)害破壞效應(yīng)以及受災(zāi)體的價(jià)值。目前國內(nèi)外學(xué)者大都采用層次分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等方法進(jìn)行滑坡災(zāi)害的評(píng)估。如Lamek Nahayo等[7]通過GIS技術(shù)和AHP決策方法對(duì)盧旺達(dá)滑坡的脆弱性進(jìn)行評(píng)估，并利用R-index方法進(jìn)行驗(yàn)證，加深了對(duì)滑坡脆弱性的認(rèn)識(shí)；Guzzetti等[8]基于統(tǒng)計(jì)的分類模型，選擇繪圖單元得到意大利中部翁布里亞的滑坡敏感性圖，并對(duì)其進(jìn)行了分級(jí)和驗(yàn)證。在滑坡因素研究方面，學(xué)者采用多學(xué)科的知識(shí)相互交叉融合對(duì)地區(qū)滑坡因素進(jìn)行分析，并逐步由定性研究轉(zhuǎn)變?yōu)槎垦芯?。?965年Garrison提出“地理信息系統(tǒng)”概念以來，國內(nèi)外學(xué)者已將GIS技術(shù)廣泛應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害研究中，Norsuzila Yaa’cob認(rèn)為隨著遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)的發(fā)展，空間信息處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中[9]。龔健雅等[10]將空間信息處理軟件和統(tǒng)計(jì)分析工具的相結(jié)合，大大提高了數(shù)據(jù)的獲取、處理與分析的效率，也促進(jìn)了更多評(píng)價(jià)模型和方法的應(yīng)用。向喜瓊[11]指出了區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律和成因機(jī)制的重要性，建議風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為內(nèi)在因素、外在因素、敏感因子和先決性因子；朱良峰等[12]利用GIS技術(shù)、信息量模型和專家打分模型得到了中國滑坡危險(xiǎn)性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性評(píng)價(jià)結(jié)果；唐緒波等[13]通過構(gòu)建信息量模型并結(jié)合ArcGIS軟件得到了神農(nóng)架林區(qū)的危險(xiǎn)性、易損性和滑坡風(fēng)險(xiǎn)性結(jié)果，為神農(nóng)架林區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作提供了一些依據(jù)。馬慧[14]根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害形成的條件，總結(jié)了湖南省懷化市地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征，圈定懷化市地質(zhì)災(zāi)害的高、中、低易發(fā)區(qū)，并為該地區(qū)各種地質(zhì)災(zāi)害提出了不同的防治建議。綜上所述，目前的研究主要集中于小區(qū)域單體滑坡，不能從整體上把握某個(gè)地區(qū)的滑坡特征；對(duì)滑坡的形成機(jī)理研究較少；大多數(shù)學(xué)者采用定性或定量評(píng)價(jià)的方法，但帶有一定的主觀性。鑒于此，本文綜合考慮了地形、植被、人口、降水等因素，基于層次分析法，并結(jié)合GIS空間技術(shù)對(duì)研究區(qū)滑坡發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)和損失等級(jí)進(jìn)行了評(píng)估，以期豐富滑坡防治理論及方法，提高人們對(duì)滑坡災(zāi)害的防護(hù)意識(shí)，減少滑坡災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)損失。

1 研究區(qū)概況

湖南省位于中國中南部、長江中游地區(qū)，界于108°47′—114°15′E，24°38′—30°08′N，東西寬667 km，南北長774 km，總面積約2.11×105km2。位于江漢平原向南嶺山地和江南丘陵向云貴高原的過渡地帶，地貌地形復(fù)雜多樣，山地集中分布在東、南、西三面，以沉積巖地貌為主。屬大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均降水量約1 200～1 700 mm，降雨集中且區(qū)域差異明顯?；聻?zāi)害的形成受到很多因素的影響，海拔高程、地層巖性和距斷層的距離都是影響滑坡的重要因素[15]。在時(shí)間上，滑坡活動(dòng)與暴雨、大暴雨及特大暴雨的頻次相吻合[16]。據(jù)湖南省人民政府統(tǒng)計(jì)，2018年湖南省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育隱患點(diǎn)較多，多分布于湖南省的西北部、中部以及南部地區(qū)，東北部相對(duì)較少，共計(jì)220處，其中滑坡150處、地面塌陷39處、泥石流34處、崩塌5處、不穩(wěn)定斜坡4處，災(zāi)害類型以滑坡為主。

2 研究數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文數(shù)據(jù)主要包括DEM、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、降水、地震、巖性及其他矢量數(shù)據(jù)等多個(gè)數(shù)據(jù)集。其中，DEM數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云，空間分辨率30 m；土地利用數(shù)據(jù)來自全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)的“30 m地表覆蓋數(shù)據(jù)”，包括耕地、草地、水體、人造地表、裸地等數(shù)據(jù)類型；降水?dāng)?shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的中國地面累年值/日值數(shù)據(jù)(1981—2010年累年20：00—20：00日降水量)；土壤數(shù)據(jù)來自于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，包括粗砂土、粉土、砂壤土、壤土、粉黏土、壤黏土、黏土等類型；其他矢量數(shù)據(jù)來自全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)的“1∶25萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫”，數(shù)據(jù)相對(duì)完整，質(zhì)量良好。

本文對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要利用ArcGIS 10.5和ENVI 5.3軟件平臺(tái)，包括遙感影像輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何配準(zhǔn)、鑲嵌、裁剪；并計(jì)算得到坡度、地形起伏度、NDVI、降雨量插值圖、地震點(diǎn)核密度、人口密度、距河流距離等多個(gè)數(shù)據(jù)集。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)不僅分析已發(fā)生滑坡，更要對(duì)未來可能性滑坡進(jìn)行評(píng)估，旨在采取措施進(jìn)行預(yù)防。開展區(qū)域滑坡敏感性研究，首先要確定影響滑坡災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵因子[17]。本文在收集整理研究區(qū)多年滑坡災(zāi)害的基礎(chǔ)上，選取影響滑坡的多個(gè)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，例如：降水、巖性、土壤、植被覆蓋、人口密度等，通過層次分析模型完成湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)和損失評(píng)價(jià)。 (1) 風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估因子?？紤]研究區(qū)自然和社會(huì)條件，本文綜合選取了對(duì)滑坡影響的多種因素(圖1，附圖3)，結(jié)合自然間斷點(diǎn)法和實(shí)際情況將各因子重分為5類，經(jīng)ArcGIS加權(quán)運(yùn)算，最終得到湖南省低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果導(dǎo)出為專題圖。 (2) 損失等級(jí)評(píng)估因子?；聻?zāi)害損失評(píng)估是一門涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的研究課題，是災(zāi)害防治工作中的重要環(huán)節(jié)，決定了防災(zāi)的具體措施和投入資金的數(shù)額。本文選取了人口密度、公路線密度作為損失評(píng)估的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素(圖2)。

圖1 湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估部分因子

2.3 層次分析法

層次分析法(AHP)是指將某一決策問題按目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層3個(gè)層次進(jìn)行分析，是研究中常用的一種定性和定量分析的權(quán)重決策方法。本文依次將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系劃分為“目標(biāo)層：A；準(zhǔn)則層B；次指標(biāo)層C；指標(biāo)層D”4級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中包括2個(gè)2級(jí)指標(biāo)，5個(gè)3級(jí)指標(biāo)，12個(gè)4級(jí)指標(biāo)。通過建立判斷矩陣，找到某一層指標(biāo)的元素相對(duì)于其上一層元素的影響程度，判斷兩元素之間的重要程度；為判斷矩陣計(jì)算出的權(quán)重是否有效，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過計(jì)算得到各層次的各指標(biāo)權(quán)重從大到小排序，結(jié)果詳見表1。

圖2 湖南省損失性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估因子

表1 湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

3 結(jié)果與分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果及驗(yàn)證

為驗(yàn)證研究區(qū)滑坡結(jié)果的正確性，本文利用2018年湖南省實(shí)際發(fā)生的150處滑坡點(diǎn)與滑坡風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)圖疊加，得到每個(gè)等級(jí)中滑坡的數(shù)量，即檢驗(yàn)結(jié)果(附圖4，表2)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，75%以上的驗(yàn)證滑坡點(diǎn)分布在高風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)及中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其中，53.33%的滑坡驗(yàn)證點(diǎn)分布在高風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，表明評(píng)價(jià)結(jié)果與滑坡實(shí)際發(fā)生情況基本吻合。

表2 湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)檢驗(yàn)表

3.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間特征

湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大多處于中低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，少部分為較高風(fēng)險(xiǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。統(tǒng)計(jì)表明，以中度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最多，占全省面積的31.31%，共66 164.98 km2，其次為較低風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)，占比依次為24.92%，22.09%，13.88%和7.79%，各等級(jí)面積依次為52 667.57，46 686.51，29 340.13，16 455.52 km2(表2)。

滑坡往往以該地區(qū)自身?xiàng)l件為基礎(chǔ)、誘發(fā)因素為主導(dǎo)而產(chǎn)生，其中降雨是普遍誘發(fā)因素，與氣象變化的時(shí)間分布極為一致，由近5 a湖南省滑坡災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料可知，全省90%以上的自然滑坡發(fā)生于夏季暴雨期(4—8月)；地理上主要集中分布在湖南省中部、東南及北部地區(qū)。從空間分布格局來看，湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)總體上呈現(xiàn)出中部、東南高，西南、東北低的特征(附圖5)。全省滑坡災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域分布在中部的益陽市和西南部的郴州市。結(jié)合危險(xiǎn)性指標(biāo)的空間分異，以益陽市、郴州市的東部和長沙市的東部為例，可以得到這些地區(qū)大多具備降水量大、地形復(fù)雜多山谷、坡地等特征。丘陵—低山區(qū)為高發(fā)區(qū)，即多分布在高程200～800 m的區(qū)域一帶?；碌陌l(fā)育大致分為3個(gè)階段，大中型滑坡發(fā)育的階段性最為明顯，其經(jīng)過長時(shí)間的蠕動(dòng)變形，能夠形成大中型滑坡的孕災(zāi)環(huán)境，經(jīng)過自然和人為因素的多次作用產(chǎn)生滑動(dòng)，然后恢復(fù)穩(wěn)定；而小型滑坡一般經(jīng)過多種因素多次作用即可完成蠕動(dòng)—滑動(dòng)—恢復(fù)穩(wěn)定過程。人為活動(dòng)引發(fā)的滑坡，通常是由于人類的社會(huì)工程降低了邊坡原有的穩(wěn)定性，經(jīng)過暴雨的疊加作用引發(fā)滑坡，從而使得公路兩側(cè)最為突出[18]。由各市風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別統(tǒng)計(jì)圖(圖3)可知，低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)5類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在14個(gè)地州市分布中存在差異，益陽市高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積2 315.37 km2，占全市面積的18.79%；較高風(fēng)險(xiǎn)為3 259.43 km2，占全市面積的26.45%；中等風(fēng)險(xiǎn)為2 795.16 km2，占全面積的22.68%；較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積1 699.28 km2，占比為13.79%；低風(fēng)險(xiǎn)面積為2 254.42 km2，占比為18.29%；且益陽市為14個(gè)地州市中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)占比最大的地級(jí)市，說明了該市滑坡風(fēng)險(xiǎn)最高。邵陽市低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積為5 205.41 km2，占全市面積的25.04%；較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積為6 454.59 km2，占比為31.05%；中等等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)面積為5 317.56 km2，占全市面積的25.58%；較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積為3 169.88 km2，占全市面積的15.25%；高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積為637.58 km2，占全市面積的3.07%，對(duì)比分析其他各市5類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)占比情況，可看出邵陽市是滑坡風(fēng)險(xiǎn)最低的地級(jí)市。湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)分布格局總體可以概括為“三四四三”，即風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高的市包括益陽、郴州、長沙；其次為湘潭、婁底、株洲和張家界，懷化、常德、永州和岳陽風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一般；衡陽、邵陽和湘西風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最低(附圖5)。

圖3 湖南省各市風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別統(tǒng)計(jì)

3.3 滑坡?lián)p失評(píng)估

由附圖5可知，滑坡災(zāi)害損失等級(jí)整體呈現(xiàn)出東高西低，局部不均勻的分布特征。全省災(zāi)害損失等級(jí)高的區(qū)域分布在東部的長沙市、衡陽市；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以環(huán)湖南省外圍地級(jí)市居多，主要集中在永州市東部、懷化市西南、張家界市等地區(qū)；中度損失區(qū)域集中在高損失等級(jí)周圍，主要包括婁底市、湘潭市西南部、邵陽市東部和東北部。鑒于損失等級(jí)分布圖依據(jù)人口密度和公路線密度計(jì)算得到，由此可推測出經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高、人口較多的地區(qū)，相應(yīng)的損失等級(jí)也越高。例如：省會(huì)長沙市、衡陽市及湘潭市東北部；而經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的張家界市、懷化市西南部、郴州市東南部損失等級(jí)水平則較低，通過對(duì)比分析當(dāng)?shù)刈匀坏乩憝h(huán)境因子數(shù)據(jù)，確定該地區(qū)主要地理特征為：海拔高、坡度大，地形起伏度也相對(duì)于其他州市大。另外，郴州市處于地震帶邊緣，發(fā)生地震較其他地區(qū)頻繁，導(dǎo)致該地區(qū)人口密度較低，基礎(chǔ)設(shè)施較為落后，因此由滑坡造成的經(jīng)濟(jì)社會(huì)損失也相對(duì)較低。

3.4 湖南省滑坡防控建議

通過對(duì)湖南省滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)與損失評(píng)估，結(jié)合2015—2019年滑坡災(zāi)害實(shí)況(表3)，針對(duì)湖南省3種主要滑坡類型(降雨、地形條件和人為爆破誘發(fā))提出以下防控建議。湖南省滑坡災(zāi)害中的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布的益陽市、婁底市、湘潭市、益陽市、岳陽市、長沙市屬降雨型滑坡，其占比高達(dá)95%以上，降雨是該區(qū)域誘發(fā)滑坡的主導(dǎo)因素，且滑坡多伴有水土流失災(zāi)害[19]。因此，這些區(qū)域在滑坡災(zāi)害防控時(shí)，要興修水利、合理建立排水溝；加大孔隙水壓力，降低地下水位，提高斜坡的穩(wěn)定性；同時(shí)還可植樹造林提高植被覆蓋度，降低雨水的下滲[20]。坡面是攔蓄利用降雨徑流的主要區(qū)域，具有承上啟下的作用，也是水土流失產(chǎn)生的主要區(qū)域[21]。湖南省張家界市、常德市、永州市等的交界地帶滑坡風(fēng)險(xiǎn)較高，對(duì)比評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)坡度、地形起伏度對(duì)其影響較大，滑坡發(fā)育明顯受其分布控制，歸屬于斜坡型滑坡。研究表明，滑坡監(jiān)測水平高，群防群測組織好，有利于提前做好防災(zāi)減災(zāi)準(zhǔn)備，如削坡減載、坡腳加固[22]。湖南省湘西土家族苗族自治州、張家界市兩地區(qū)近5 a由于山體開挖、景區(qū)修整等人為因素造成了山體滑坡，因此判定兩地人為爆破是誘發(fā)滑坡的主要原因。針對(duì)此類滑坡災(zāi)害要形成以“政府為主導(dǎo)，落實(shí)到個(gè)人”的防控理念，完善民間資本參與投資水土保持項(xiàng)目機(jī)制，抓好重點(diǎn)區(qū)域治理，明確山體開挖規(guī)格，進(jìn)一步提高水土保持監(jiān)測基礎(chǔ)能力；在高發(fā)區(qū)實(shí)施人口遷移政策，減少人員的傷亡[23]。

表3 近5 a湖南省部分地級(jí)市常見滑坡類型

4 討論與結(jié)論

(1) 湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大多處于中低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以中度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最多，占全省面積的31.31%，少部分為較高風(fēng)險(xiǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布。從空間格局來看，湖南省滑坡風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)分布總體可以概括為“三四四三”，即風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高的市包括益陽、郴州、長沙；其次為湘潭、婁底、株洲和張家界，懷化、常德、永州和岳陽風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一般；衡陽、邵陽和湘西風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最低。呈現(xiàn)出東北、西南低，東南、中部高的分布特征。

(2) 損失等級(jí)整體呈現(xiàn)出東高西低，局部分布不均勻的特征，其中損失等級(jí)高的區(qū)域主要包括長沙市、衡陽市及湘潭市東北部。

(3) 滑坡防治主要包括預(yù)防和治理，即加強(qiáng)滑坡監(jiān)測預(yù)警機(jī)制和開展救援工作，依據(jù)各地區(qū)常見滑坡類型，有針對(duì)性地保護(hù)滑坡易發(fā)區(qū)，減少滑坡災(zāi)害發(fā)生的可能性。

由于數(shù)據(jù)缺失，滑坡風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估未能考慮到當(dāng)?shù)卣畬?shí)施救災(zāi)的能力和水平。運(yùn)用層次分析法對(duì)湖南省各地區(qū)的滑坡災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得出的結(jié)果比較符合實(shí)際，可信度較高；但主觀性較強(qiáng)，具有一定的局限性。后續(xù)研究可采用耦合的方式，從滑坡的預(yù)測監(jiān)測、形成機(jī)制、評(píng)估方法和防治措施等方面進(jìn)行，對(duì)不同的滑坡區(qū)域選擇不同評(píng)價(jià)指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，是滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)展的重要方向。