楊元敏， 薄景山，2， 李孝波， 常晁瑜2，， 黃 猛， 李雪玉

(1. 防災科技學院， 河北 三河 065201； 2. 中國地震局工程力學研究所 中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室， 黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引言

1920年12月16日，我國寧夏海原縣境內(nèi)發(fā)生了8.5級特大地震，造成了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失[1]，這次地震誘發(fā)了大量的黃土地震滑坡[2-4]，規(guī)模巨大的黃土地震滑坡吞噬了房屋建筑，淹沒了河流，截斷了河流，形成了嚴重的地震災害。由于海原及附近地區(qū)降雨量少，氣候干燥，植被不發(fā)育，使得大量黃土地震滑坡的地貌形態(tài)保存完好，為滑坡的現(xiàn)場調查提供了方便。自2016年以來，防災科技學院組織師生對1920年海原特大地震形成的滑坡開展了歷時5年的全面系統(tǒng)的野外調查工作，獲取了數(shù)百個黃土地震滑坡的珍貴調查資料，這些資料對研究黃土地震滑坡的形成條件、機理以及滑坡防治具有重要的學術意義和工程應用價值。為了更好地儲存和規(guī)范化管理這些寶貴的黃土地震滑坡資料，使其更好地在科學研究和滑坡災害防治中發(fā)揮作用，本文依托“Access 2019”軟件平臺，建立了黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫。這一數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)和圖像儲存、查詢、更新、調用和提取的優(yōu)良性能，實現(xiàn)了黃土地震滑坡特征參數(shù)和圖像資料的規(guī)范化管理。本文建立黃土地震滑坡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對開展黃土地震滑坡形成條件、地震誘發(fā)黃土滑坡的形成機理、黃土地震古滑坡的地形恢復以及地震場地研究具有重要的科學意義； 對黃土地震滑坡的防治和黃土邊坡設計具有重要的工程應用價值； 對黃土防震減災工作有重要的推動作用； 為從事地震滑坡研究的科技人員提供豐富的數(shù)據(jù)資源。

1 數(shù)據(jù)庫的資料來源

數(shù)據(jù)庫所采錄的數(shù)據(jù)和圖像資料均來自于海原特大地震黃土滑坡的野外實際測量資料。海原特大地震發(fā)生在1920年12月16日，宏觀震中位于寧夏回族自治區(qū)海原縣的干鹽池附近，震級8.5級，震中的烈度高達Ⅻ度，烈度等值線長軸方向為北西向[1]。這次地震的發(fā)震斷層以海原斷裂帶的西、南華山北麓斷裂為主，斷裂走向為北西西向[5]，形成長達200ikm的地表破裂帶[3]。這一地區(qū)黃土的厚度分布不均，主要表現(xiàn)為西北部較薄、東南部較厚。因此，在震中的東南地區(qū)黃土地震滑坡發(fā)育，在地震烈度Ⅷ度和Ⅸ度的區(qū)域范圍內(nèi)最為發(fā)育，地震滑坡主要分布在西吉縣、海原縣、靜寧縣、會寧縣和彭陽縣等地。圖 1是錄入數(shù)據(jù)庫的地震滑坡調查點分布圖。

圖 1 海原特大地震誘發(fā)地震滑坡調查點分布圖Fig.1 Distribution of survey points of seismic landslide induced by Haiyuan M8.5 earthquake

本文的滑坡調查以野外實地調查為主，衛(wèi)星資料為輔。按照有關規(guī)范要求[6-9]，調查組制定了調查內(nèi)容并對調查的每一處滑坡均填寫地震滑坡野外調查表。數(shù)據(jù)庫錄入的黃土地震滑坡的主要內(nèi)容包括了滑坡的野外編號、點號、滑坡名稱、地理坐標、地震烈度、滑坡長度、滑坡寬度、滑坡面積、主滑方向等。同時，在野外調查的過程中也實地拍攝了大量珍貴的地震滑坡圖像信息資料。本文從數(shù)百個滑坡調查資料中選擇了精度較高的568處地震滑坡的調查數(shù)據(jù)和200處滑坡圖像作為本數(shù)據(jù)庫錄入的基礎數(shù)據(jù)，其他368處滑坡的圖像信息將陸續(xù)錄入。

2 Access 2019數(shù)據(jù)庫的可行性

數(shù)據(jù)庫是由一個互相關聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合和一組用于訪問這些數(shù)據(jù)的程序組成，主要用于儲存和管理數(shù)據(jù)，并根據(jù)其服務對象的要求提供數(shù)據(jù)的一個“倉庫”[10-11]。不過，這個倉庫是存在于計算機存儲設備上，同時針對數(shù)據(jù)的存儲格式也有一定的要求。地質災害數(shù)據(jù)庫起源于20世紀60年代的美國[12]，主要是石油公司需要將鉆井的地質資料轉換成機器存儲形式，存儲在磁帶或磁盤上。隨后美國建立了石油數(shù)據(jù)庫、計算機資源信息庫、國家煤炭資源數(shù)據(jù)系統(tǒng)、全國水文數(shù)據(jù)存儲檢索系統(tǒng)等。我國的地質災害數(shù)據(jù)庫始于20世紀70年代后期[13]，主要是地質礦產(chǎn)部、氣象和石油等特殊行業(yè)和部門使用，主要用于各類鉆孔數(shù)據(jù)存儲、水文數(shù)據(jù)監(jiān)測和典型地質災害數(shù)據(jù)的監(jiān)測等。同時，我國也陸續(xù)建立了滑坡數(shù)據(jù)庫、應急地理信息數(shù)據(jù)庫、強震地表破裂數(shù)據(jù)庫等[14-16]。

迄今為止，大量的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)被各行業(yè)廣泛應用，如oracle、DB2、SQL server等。本文建立的海原特大地震黃土地震滑坡數(shù)據(jù)采用Access 2019數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)全稱是Microsoft Office Access 2019，是2018年9月微軟發(fā)布的由數(shù)據(jù)庫引擎的圖形用戶界面和軟件開發(fā)工具結合在一起的新型關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是Microsoft Office的系統(tǒng)程序之一。Access 2019的主要功能體現(xiàn)在兩個方面：一是強大的數(shù)據(jù)分析處理能力，即使有數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)也可以利用Access的查詢功能，快速進行各類數(shù)據(jù)的匯總、平均等統(tǒng)計，還可以靈活設置統(tǒng)計的條件； 二是用以開發(fā)軟件系統(tǒng)，Access提供了表生成器、查詢生成器、宏生成器和報表設計等許多可視化工具，以及數(shù)據(jù)庫向導、表向導、查詢向導、窗體向導、報表向導等多種向導，可以使用戶快速建立一個功能完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，滿足各類企業(yè)生產(chǎn)管理、銷售管理、庫存管理等需求。

與其他數(shù)據(jù)庫相比，Access 2019只需輸入簡短的VBA代碼即可在短時間內(nèi)開發(fā)出一個過程完全可視、功能強大的專業(yè)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。因此，Access 2019數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析能力，同時該系統(tǒng)界面友好、易學易用、開發(fā)簡單、接口靈活。其不足是數(shù)據(jù)的儲存文件的大小有上限，不能超過2G字節(jié)； Access 2019數(shù)據(jù)庫的安全性也比不上其他類型的數(shù)據(jù)庫。由于本文的數(shù)據(jù)資料包含大量黃土地震滑坡的調查資料，后續(xù)會有針對黃土地震滑坡參數(shù)的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析等需求，同時針對數(shù)據(jù)庫的使用對象，要求該數(shù)據(jù)庫必須要具有通俗易懂、便于操作的功能界面，這些都是Access 2019數(shù)據(jù)庫所能滿足的基本要求。因此，本文選擇Access 2019數(shù)據(jù)庫建立的海原特大地震黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3 黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫的設計

利用Access 2019軟件建立黃土地震滑坡災害數(shù)據(jù)庫，能夠有效地進行數(shù)據(jù)的存儲、錄入、查詢、更新和提取，為地震滑坡研究和災害防治提供數(shù)據(jù)服務。因此依據(jù)現(xiàn)有資料可將黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫分為屬性數(shù)據(jù)庫和圖像數(shù)據(jù)庫兩個部分，圖 2為黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫的結構圖。

圖 2 黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫結構圖Fig.2 The structure of the loess seismic landslide database

3.1 功能設計

根據(jù)地震滑坡數(shù)據(jù)庫的建設需求，本文將數(shù)據(jù)庫功能分為4個模塊：

(1)用戶管理和登錄模塊：數(shù)據(jù)庫是通過登錄模塊來識別用戶的身份信息，只有通過身份認證才能實現(xiàn)進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。而數(shù)據(jù)庫的用戶主要分為兩類：一類是普通用戶，他只有黃土地震滑坡的屬性信息和圖像信息進行查閱和下載的權限； 一類是系統(tǒng)的管理人員，他除基本的數(shù)據(jù)查閱和下載權限外，還有對數(shù)據(jù)的入庫和更新、系統(tǒng)功能的調試等操作功能的權限。

(2)屬性數(shù)據(jù)管理模塊：地震滑坡的屬性數(shù)據(jù)所儲存的是地震滑坡的基本特征，該模塊主要用于管理滑坡的屬性信息，包括屬性數(shù)據(jù)的儲存、查詢、更新和下載功能。

(3)圖像數(shù)據(jù)管理模塊：地震滑坡的圖像信息是滑坡的另一個重要的基本信息，是黃土地震滑坡的重要圖像信息。此模塊的功能是用戶根據(jù)自己的需求來查閱和下載滑坡的野外圖像。

(4)屬性數(shù)據(jù)與圖像信息交叉管理模塊：同一處滑坡的屬性數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)是同時存在的，當調取某一處滑坡的屬性數(shù)據(jù)或圖像信息時，相應的另一種數(shù)據(jù)信息也應該有被調取的功能，這就是兩種信息的交叉管理。信息交叉管理功能是實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)庫和圖像數(shù)據(jù)庫的連接。

3.2 統(tǒng)一編碼

數(shù)據(jù)的統(tǒng)一編碼是連接屬性數(shù)據(jù)庫和圖像數(shù)據(jù)庫的唯一性關鍵詞，是實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與圖像信息交叉管理模塊的關鍵，兩者須保持一致，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。根據(jù)中國地質調查局環(huán)境監(jiān)測院編寫的《縣(市)地質災害調查與區(qū)劃空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設技術要求》[17]規(guī)定，地質災害的統(tǒng)一編碼由行政區(qū)劃代碼、災害體類型和災害點順序編碼三部分組成，前者描述了災害點的地理位置，分為省、市、縣三級共6位編碼，可通過行政區(qū)劃查詢； 中間為災害體類型編碼，可分為滑坡、崩塌、泥石流等共2位編碼； 最后是災害體的順序編號，共3位編碼。但是，由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所包含的地質災害有且僅有滑坡一種災害，未對其他類型的地質災害進行詳細調查； 其次黃土地震滑坡具有明顯的集中發(fā)育的分布特征，即使是同一個村落也有可能存在多個地震滑坡； 最后黃土地區(qū)面積較廣，以寧夏回族自治區(qū)固原市西吉縣為例，總面積達3144ikm2，調查資料顯示西吉縣地震滑坡多達383處，如果黃土地震滑坡的統(tǒng)一編碼仍以省、市、縣三級編碼劃分，將導致數(shù)據(jù)繁雜，出現(xiàn)滑坡數(shù)據(jù)交錯的錯誤，影響使用。

表 1 黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫屬性表字段結構說明表Tab.1 Field structure description table of attribute table of loess seismic landslide database

表 2 黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫圖像信息表字段結構說明表Tab.2 Field structure description table of image information table of loess seismic landslide database

考慮上述現(xiàn)象，本文黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一編碼采取行政區(qū)劃代碼和滑坡順序編碼兩部分組成，其中行政區(qū)劃代碼細分為省、市、區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村5級共12位編碼，滑坡順序編碼3位編碼，具體如圖 3所示。

3.3 數(shù)據(jù)表設計

數(shù)據(jù)庫設計最重要的部分就是數(shù)據(jù)表結構的設計[18-19]，數(shù)據(jù)表的結構直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。本數(shù)據(jù)庫依據(jù)其主要的功能，設計其主要的屬性數(shù)據(jù)表結構見表 1，主要的圖像數(shù)據(jù)表結構見表 2。

圖 3 黃土地震滑坡統(tǒng)一編碼規(guī)則Fig.3 Unified coding rules for loess seismic landslides

4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設是涉及相關屬性數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的收集與整理、編輯、入庫、更新、查詢和下載等工作，這些工作是以Access 2019為平臺實現(xiàn)，其建議流程如圖 4所示。

圖 4 海原特大地震黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫建庫流程圖Fig.4 The flowchart of database construction process of loess seismic landslide induced by Haiyuan M8.5 earthquake

4.1 基礎數(shù)據(jù)源及預處理

本文對568處黃土地震滑坡資料和近200處滑坡的圖像信息做如下處理：

(1)滑坡經(jīng)緯度校核。本文采用的校核軟件是91衛(wèi)圖，借助91衛(wèi)圖的遙感影像資料，將原始數(shù)據(jù)的滑坡經(jīng)緯度落點在影像上，查看落點處是否為滑坡所在點，若滑坡落點處無明顯的滑坡特征(如圈椅狀后壁，滑坡位置條狀紋理突然錯位或終止，高程驟減等)，則依據(jù)該滑坡的其他屬性，將滑坡重新定位。

(2)滑坡名稱校核。原始數(shù)據(jù)中滑坡命名標準不一致，有的滑坡命名詳細到村、組，有的滑坡命名可能只包含某縣某滑坡，本數(shù)據(jù)庫依照統(tǒng)一編碼里的區(qū)劃規(guī)則，將滑坡統(tǒng)一命名為某省某市某縣某鄉(xiāng)鎮(zhèn)某村，再加上滑坡順序編碼對滑坡進行重新命名。

(3)滑坡參數(shù)校核?；碌拈L度、寬度以Cruden 和 Varnes[20]給出的方法進行校核； 最大水平距離、最大垂直距離以樊曉一[21]提出的方法進行校核，滑坡的平面形態(tài)按半圓形、半橢圓形、矩形(后壁平直且寬，滑坡橫向延伸)、舌形(長至少是寬的2倍以上)、三角形、不規(guī)則等進行重新梳理。

(4)滑坡圖像信息校核。本文利用滑坡的名稱、野外編號、滑坡長寬、滑坡面積等數(shù)據(jù)找到屬性信息與圖像信息的對應關系，從而實現(xiàn)圖像信息的校核工作。

將校核后的原始數(shù)據(jù)導入設計好的屬性表 1和圖像信息表 2中，形成本數(shù)據(jù)庫的屬性數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源和圖像數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源。

4.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)

本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要提供屬性數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的輸入、查詢和提取等功能，并設有安全權限[12， 18]。實現(xiàn)的步驟如下：

(1)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。創(chuàng)建一個空的數(shù)據(jù)庫，將該數(shù)據(jù)庫命名為海原特大地震黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫.accdb。

(2)創(chuàng)建數(shù)據(jù)表。打開建立的黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫.accdb，根據(jù)表 1、表 2創(chuàng)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表，將校核后的數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)表，形成了整個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源。

(3)創(chuàng)建窗體。窗體是實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和用戶的橋梁，本數(shù)據(jù)庫窗體主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、更新、查詢和下載等功能。數(shù)據(jù)錄入以滑坡的野外編號、點號、滑坡名稱、地理坐標、地震烈度、滑坡長度、滑坡寬度、滑坡面積、主滑方向等為依據(jù)設置，該窗體在滿足參數(shù)錄入的同時，也有自動生成滑坡名稱以及統(tǒng)一編碼的功能。屬性數(shù)據(jù)的查詢窗體為兩個部分，一是簡單條件查詢，該查詢窗體只要選擇需要查詢的一個參數(shù)，如滑坡區(qū)域范圍、滑坡形狀、滑坡所處烈度區(qū)間范圍等等，就能得到相應的查詢結果； 二是多條件查詢，本窗體可以實現(xiàn)輸入兩個及以上查詢條件得到對應的滑坡信息。所有的查詢窗體均設置有數(shù)據(jù)的下載功能，用戶可根據(jù)自己的需求下載對應的滑坡信息。圖像數(shù)據(jù)的查詢窗體為簡單查詢，輸入滑坡所在區(qū)域就可以查到該區(qū)域的滑坡圖像信息。另外，利用屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)之間存在對應關系，查詢窗體還設置有交叉查詢的功能。同時，由于本系統(tǒng)設置有權限管理系統(tǒng)，因此本數(shù)據(jù)庫還添加了系統(tǒng)登錄窗體，只有輸入相應的賬號密碼，才能實現(xiàn)本系統(tǒng)的其他操作功能。

(4)添加VBA代碼。上述創(chuàng)建窗體的按鈕均沒有事件處理過程，因此窗體之間相互獨立，只有添加相應的VBA代碼才能實現(xiàn)窗體之間的相互轉換。

(5)系統(tǒng)封裝。系統(tǒng)封裝過程是實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的可視化過程，同時也是一種數(shù)據(jù)庫的自我保護機制。在窗體的屬性設置中，若將“快捷菜單”設置為“否”，則可避免數(shù)據(jù)庫使用者在使用過程中自主進入數(shù)據(jù)庫的后臺工作界面； 若將窗體“關閉按鈕”設置為“否”，則可避免在數(shù)據(jù)庫使用時存在非正常退出現(xiàn)象； 若在查詢結果欄里，將數(shù)據(jù)“是否鎖定”設置為“是”，則可避免數(shù)據(jù)源被意外修改； 若在文件-選項-當前數(shù)據(jù)庫的選項里，將“顯示導航窗格”設置為不勾選，則可隱蔽導航窗格，從而保護我們建庫成果； 若將“顯示窗體”設置為“登錄模塊”，則可以使得系統(tǒng)一開始顯示為登陸窗體。將設置保存確認后重啟數(shù)據(jù)庫，黃土地震滑坡數(shù)據(jù)庫的建設就已全部完成。

5 結論

1920年海原8.5級特大地震誘發(fā)了大量黃土滑坡，其所產(chǎn)生的災害舉世震驚。由于這一地區(qū)長期干旱、植被匱乏，使得滑坡地貌保存完整，為滑坡調查提供了極大的方便。防災科技學院利用近5年的時間開展了海原特大地震黃土地震滑坡的野外調查工作，積累了極為寶貴的資料，這些珍貴的野外調查資料無論對黃土地震災害的科學研究，還是對黃土地區(qū)防災減災都是有重要的理論和實際意義。本文初步建立了國內(nèi)首個針對海原特大地震建立的滑坡災害數(shù)據(jù)庫，它是防災科技學院和蘭州地震研究所所共同承擔的國家自然科學基金重大項目“黃土地震滑坡成災機理與風險評估”(U1939208)中“黃土高原地震滑坡與強震記錄數(shù)據(jù)庫構建”研究內(nèi)容中的一部分。我們將在繼續(xù)調查黃土高原歷次大地震滑坡災害的基礎上，不斷地充實和完善黃土高原地震滑坡數(shù)據(jù)庫的建設，為黃土地區(qū)開展地震滑坡研究提供數(shù)據(jù)支持。