葉振南，田運濤，陳宗良，鄧 兵

(1.中國地質調查局水文地質環(huán)境地質調查中心，河北 保定 071051; 2.中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

芒康縣地處川、滇、藏三省交界，川藏線G318和滇藏線G214在縣域北部交匯，是四川、云南的入藏門戶，西藏經濟發(fā)展的大動脈。該區(qū)位于青藏高原東南部，橫斷山脈北段，“三江”流域中東部，以構造侵蝕剝蝕山地地貌為主，山高坡陡，河谷深切；加之地處阿爾卑斯～喜馬拉雅構造帶向南急拐彎部位，地質構造十分復雜，特定地質環(huán)境條件使之成為昌都地區(qū)，乃至全區(qū)地質災害多發(fā)縣之一。近年來，受地震、極端天氣及人類工程活動影響，崩塌、滑坡等斜坡地質災害進一步加劇，給區(qū)內交通和人民生命財產安全帶來嚴重威脅和危害。如受昌都“8·12”地震影響，芒康縣境內地震誘發(fā)崩塌、滑坡10處，原有地質災害變形加劇36處，造成10 536戶77 791人受災，國道318、214等37條道路受損里程約892.91km，房屋、水利設施、草場等不同程度受損，經濟損失巨大。

受復雜的地形條件和地質構造等因素影響，藏東南地區(qū)是我國地質災害高發(fā)區(qū)之一，國內眾多學者在該區(qū)開展了大量研究工作，取得了豐碩的研究成果[1-3]。然而，受高海拔和交通條件差等因素限制，已開展的地質災害調查研究工作主要集中于交通沿線及居民聚集區(qū)，對區(qū)域地質災害分布和發(fā)育規(guī)律的認識不夠全面，在一定程度上也影響了區(qū)域地質災害易發(fā)性評價精度。

鑒于此，本文以芒康縣為例，通過“遙感解譯+地面調查”的工作思路，綜合獲取區(qū)內崩塌 、滑坡等斜坡地質災害數據，基于GIS統計分析闡述了斜坡地質災害空間分布特征，并采用信息量模型和加權信息量模型兩種方法，探討其在該區(qū)易發(fā)性評價的適用性，以期為芒康縣地質災害防治及重大工程規(guī)劃建設等提供依據，同時為類似地區(qū)區(qū)域地質災害調查評價工作提供技術參考。

1 研究區(qū)概況

芒康縣位于西藏自治區(qū)東南部，地理坐標范圍為E 97°59′～99°06′、N 28°41′～30°20′，縣域面積11 580 km2， G318由東向西橫穿縣境，G214由南向北在芒康縣城與G318交匯。該區(qū)地處南北走向的他念他翁山和沙里魯山之間，芒康山從縣境中部穿過，水系呈樹枝狀鑲嵌于山岳之間，形成了高山挾持狹長河谷的地貌景觀?？傮w地勢北高南低、西高東低，海拔在2 160-6 324 m之間，最大相對高差4 714 m。區(qū)內屬溫帶半濕潤高原季風氣候，受來自青藏高原的三大氣環(huán)流和地形等綜合因素的影響，水熱分布不均，區(qū)域氣候和立體氣候差異顯著。區(qū)內多年平均氣溫3.2℃，多年平均降水量524.2mm，降雨自東南向西北呈減少趨勢。

芒康縣大地構造上位于泛華夏大陸昌都—思茅陸塊、雙湖—瀾滄江結合帶與洋湖—金沙江結合帶之間。構造帶在區(qū)內急劇向南拐彎、收窄，沉積巖相建造復雜，巖漿活動劇烈而頻繁，區(qū)域動力變質、熱液變質作用特別發(fā)育，地質構造十分復雜。受西部瀾滄江斷裂、東部金沙江斷裂及中東部字嘎寺—德欽斷裂等區(qū)域斷裂控制，次級斷裂發(fā)育。新生代以來，昌都—思茅微板塊和左貢—保山微板塊繼續(xù)向東碰撞義敦微板塊，使區(qū)內地層發(fā)生變形、褶皺，并伴有燕山期—喜山期酸性巖漿侵入活動，新構造運動強烈。芒康縣境內地震活動較為頻繁，地震烈度為Ⅶ—Ⅷ度，地震動加速度值為 0.15 g-0.20 g。

2 數據來源

2.1 基礎數據

通過遙感影像目視解譯+地面調查的方式獲取斜坡地質災害空間分布特征，遙感影像采用2017年國產GF2號衛(wèi)星數據資料和2016年美國陸地資源衛(wèi)星landsat-8衛(wèi)星數據(見表1)。兩種遙感數據相互驗證，并結合國家1∶50000地形測繪數據，提取了縣域范圍內影響地質災害發(fā)育的地形控制因子(地形地貌、坡度、坡向、起伏度等)、植被因子(植被類型及覆蓋度)、人類工程活動因子(道路、重要地物、土地利用類型等)等。地質數據采用國家1∶20萬區(qū)域地質資料。

表1 衛(wèi)星遙感數據特征表Table 1 Characteristics of satellite remote sensing data

2.2 斜坡地質災害提取

在高分辨率遙感解譯中，地物的空間特征是地物識別的最主要依據[4]。本次研究在資料收集整理和野外踏勘的基礎上，根據地物波譜特征(影像色調、紋理、形態(tài)、結構)和空間特征(包括影紋、色調、形狀、空間分布、地貌、水系)，結合其與地貌、水系、人類活動痕跡等的相關關系，建立了崩塌、滑坡等斜坡地質災害的遙感解譯標志，并據此完成了室內初步解譯。此外，可能會發(fā)生滑坡、崩塌、斜坡變形的潛在隱患的斜坡地段稱為不穩(wěn)定斜坡，遙感判識中其與崩塌、滑坡常具有類似特征，但沒有發(fā)生明顯位移，不穩(wěn)定斜坡的判譯比較復雜，通常要結合實地驗證。依托“西藏自治區(qū)芒康縣1∶50000地質災害詳細調查” 項目，重點對交通沿線和居民聚集區(qū)開展地質災害調查，共確定崩塌57處、滑坡81處、不穩(wěn)定斜坡24處，并建立了地質災害數據庫。依據野外調查結果，對解譯標志進行了完善，進一步開展了地質災害綜合解譯和驗證工作。本次解譯面積11 580 km2，解譯崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡共788處(見表2)，受交通限制驗證率46.2%，驗證正確率96.8%。

表2 斜坡地質災害分類表Table 2 Classification landslides

3 斜坡地質災害空間分布特征

芒康縣斜坡地質災害具有成群成帶發(fā)育的特點，主要受地形地貌(坡度、坡向、起伏度)、地質構造、工程地質巖組、河流侵蝕、植被覆蓋等因素控制。

3.1 地形地貌

(1)坡度

地形坡度決定斜坡應力分布特征，與斜坡巖土體物理力學性質密切相關，同時也控制斜坡破壞方式及滑坡運移特征等，是影響斜坡地質災害分布的重要因素之一。全區(qū)地形坡度介于0°～81°之間，基于GIS重分類將其劃分為5個區(qū)間(見圖2(a))，坡度處于10°～25°和25°～40°之間的區(qū)域分別占全區(qū)面積的35%和46%。與災害統計結果表明(見圖3(a))：斜坡坡度小于40°時，災害數量及密度隨坡度增大而增大，且25°～40°區(qū)間內災害數量及密度最大；坡度大于40°的災害數量較少，但災害密度較大，主要是由于區(qū)內崩塌以高陡巖質斜坡為主。

(2)起伏度

對于相同地區(qū)而言，通常斜坡體的起伏度分布特征與坡度分布基本相似。區(qū)內起伏度介于0～1 024.5 m區(qū)間，基于GIS重分類將其劃分為6個區(qū)間(圖2(b))，起伏度處于100～200 m和200～300 m的區(qū)域分別占全區(qū)面積的39%和35%。與災害統計結果表明(圖3(b))：隨著起伏度的增加，災點密度整體呈遞增的趨勢，且集中發(fā)育于起伏度處于100～400 m的斜坡，同時也指示區(qū)內有特大型和巨型滑坡發(fā)育，這與地面調查的結果相吻合。

圖2 影響因子與地質災害分布圖Fig.2 Distribution of geological disasters and influence factors

(3)坡向

坡向要素主要通過太陽輻射、溫度、蒸發(fā)、水分等制約斜坡穩(wěn)定性。區(qū)內斜坡按坡向劃分為8個區(qū)間，即N、NE、E、SE、S、SW、W、NW(圖2(c))，各區(qū)間所占比例相差不大。與災害統計結果表明(圖3(c))：就整體趨勢分析，坡向為E、W的斜坡的災害數量及密度明顯高于N、S方向，這主要受區(qū)內地質構造、河流的南北走向控制，災害在垂直于斷裂帶方向和干流河谷兩岸密集發(fā)育。

3.2 地質構造

斷層、皺褶等主要通過控制巖層產狀、巖體完整程度及區(qū)域地殼穩(wěn)定性等控制斜坡穩(wěn)定性?；贕IS核密度分析工具對線性構造進行分析(圖2(d))，與災害統計結果表明(圖3(d))：隨構造密度的增大，災點密度呈增大趨勢，災害發(fā)育與斷裂發(fā)育呈正相關，揭示了地質構造是誘發(fā)或加劇地質災害的重要因素。研究區(qū)地質構造十分復雜，加之構造帶在此向南急拐，使區(qū)內巖體形成了極為復雜的軟弱結構面，包括：節(jié)理、斷層、劈理、侵入體與圍巖體接觸面等，這些結構面加速了巖石的風化，為地質災害的形成提供了有利的基礎條件，致使在斷裂擠壓破碎巖帶和斷層交匯帶，崩塌、滑坡成帶成群分布。

圖3 地質災害與各影響因子的關系Fig.3 Relationship between geological hazards and various influencing factors

3.3 工程地質巖組

地層巖性是崩滑等災害形成的物質基礎。將研究區(qū)巖土體劃分為土體(I)、軟硬相間層狀砂巖、砂礫巖巖組(II)、堅硬塊狀火山巖、變質巖巖組(III)、堅硬厚層狀、塊狀灰?guī)r巖組(IV)、軟硬相間層狀砂頁巖巖組(V)、堅硬塊狀侵入巖巖組(VI)(圖2(e))。其中軟硬相間層狀砂巖、砂礫巖巖組(II)分布最廣，占全區(qū)總面積的44%。與災害統計結果表明(圖3(e))：對于分布較廣的II、III來說，災害集中分布且密度相對較高，II為礫巖、砂巖、粉砂巖、泥頁互層或夾層，強度相對較低，工程性質性質較差，為區(qū)內易崩易滑巖組； III由于變質作用及軟弱夾層的存在，容易發(fā)生崩塌等地質災害，為區(qū)內次易崩易滑巖體；堅硬厚層狀、塊狀灰?guī)r巖組(IV)分布面積較少，受地質構造影響，巖體破碎，斷裂帶上崩塌集中發(fā)育，致使該巖組內災害密度相對較高。

3.4 河流水系

河流侵蝕作用是誘發(fā)崩滑災害的重要因素之一，河流對河谷岸坡的侵蝕包含下切和側蝕兩種作用?？紤]到河流在不同發(fā)育階段對河岸影響不同，本次研究對干流和支流進行分類考慮(圖1)，其中干流包括瀾滄江、金沙江等，根據野外調查結果進行河流緩沖區(qū)分級，統計結果顯示：(1)對干流來說，距離小于400 m時災點密度隨距離增加呈大趨勢，災害點集中分布于600 m以內范圍內；(2)對支流來說，災害發(fā)育與距支流距離的趨勢與干流基本一致，揭示距離支流小于300 m的斜坡受其影響較大。

圖1 斜坡地質災害分布圖Fig.1 Distribution of landslides

3.5 植被覆蓋

植被對斜坡表層土體具有一定加固作用，是控制坡體穩(wěn)定性的重要因素之一?；贕IS平臺將NDVI劃分為5個區(qū)間(圖2(f))。統計結果顯示，災點密度隨著NDVI值的增加(植被覆蓋程度增加)呈減小趨勢，斜坡地質災害集中分布于植被覆蓋一般及較差區(qū)域。

4 斜坡地質災害易發(fā)性評價

4.1 評價方法

地質災害易發(fā)性評價是危險性、風險性評價的基礎，是國內外地質災害研究的熱點之一。常用的易發(fā)性評價方法有專家打分法、證據權法、層次分析法、神經網絡法、邏輯回歸模型和信息量模型等。各種方法受模型本身限制各有優(yōu)缺點[5-6]，不少學者將不同模型進行有機結合，在一定程度上提高了評價精度[7-10]。本次研究采用信息量模型和加權信息量模型進行地質災害易發(fā)性評價，并對評價結果進行對比分析，探討其在該區(qū)的適用性，兩種方法已經在國內多個地區(qū)得到了廣泛應用[11-15]。

信息量模型是通過樣本頻率定量評估各成災要素區(qū)間的相對敏感程度和致災貢獻大小，通過柵格疊加得到評價結果，其缺點是無法反映各成災要素致災貢獻的主次關系。通過層次分析法為各成災要素引入權重，即加權信息量。公式如下：

(1)

其中，I為加權信息量；Ii為第i個成災要素的信息量；wi為第i個成災要素的權重；Nj為成災要素i中第j區(qū)間的災點數；Sj為對成災要素i中第j區(qū)間的面積；N為區(qū)域總災點數；S為區(qū)域總面積；n為成災要素的個數；m為某個成災要素劃分的區(qū)間個數。

4.2 評價因子及權重

結合斜坡災害分布特征分析，選取地形地貌(坡度、起伏度、坡向)、地質構造、地層巖性、河流水系(干流、支流)、植被覆蓋5個影響因素(8個具體要素)做為評價因子，參照分布規(guī)律統計劃分為47個要素區(qū)間?；谶b感解譯結果，芒康縣區(qū)內共確定災害點788處，流域面積11 580 km2，區(qū)域地質災害點密度(N/S)為0.068處/km2。各要素區(qū)間信息量值見表3。信息量為正值代表該要素區(qū)間有利于災害發(fā)生，反之不利于災害發(fā)生。由信息量值排序可知，具備坡度>25°、坡向為NE、E和W、起伏度>200m 、構造密集發(fā)育、植被覆蓋較差及距離河流較近等條件的區(qū)域更有利于災害發(fā)生，且河流的致災效應尤為突出。

表3 易發(fā)性評價因子信息量值Table 3 Information value of assessment factors

續(xù)表

應用層次分析法建立階梯層次模型，綜合專家經驗和統計分析結果，采用1-9標度法構建判斷矩陣,計算各因子權重并進行一致性檢驗(見表4)。經檢驗矩陣A、B1的一致性指標值(CR)分別為0.003和0.03，均小于0.1，表明矩陣有效。

表4 易發(fā)性評價因子判斷矩陣及權重Table 4 Judgment matrix and weight of assessment factors

4.3 評價結果與驗證

基于GIS重分類和統計分析功能進行各評價因子區(qū)間劃分和信息量計算，然后再次通過重分類進行賦值即得到個評價因子的信息量圖層，使用柵格代數計算器分別將各圖層直接疊加和按照權重疊加兩種方式進行計算，分別得到基于兩種方法的易發(fā)性評價結果(見圖5(a)、圖5(b))。隨機抽取樣本，通過ROC曲線對評價結果的準確性進行定量檢驗[16](見圖4)，結果顯示加權信息量模型與信息量模型計算結果均有效，且加權信息量模型在芒康縣易發(fā)性評價中適用性更好。河流對斜坡地質災害具有致災效應是毋庸置疑的，但由信息量值排序可知，模型中過分突出了干流及支流的作用，通過層次分析法為各因子引入權重后，評價結果更為合理。

圖4 ROC檢驗曲線Fig.4 ROC verifying curve

選取加權信息量評價結果，采用自然間斷點法將其劃分為髙易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā)4個等級，通過焦點統計、平滑處理得到易發(fā)性區(qū)劃圖(圖6)，易發(fā)性等級與災害分布對比情況見表5。

表5 易發(fā)性與災害分布對比Table 5 Comparison of the distribution of susceptibility and disasters

評價結果顯示：(1)高易發(fā)區(qū)面積占全區(qū)的11.37%，災點密度0.2處/km2,主要分布于瀾滄江河谷措瓦鄉(xiāng)-木許鄉(xiāng)一帶、丹達曲河谷徐中鄉(xiāng)以南及金沙江及右岸主要支流河谷地帶；(2)中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)依次向外擴展，且隨易發(fā)性降低，災害點密度隨之降低。

5 結論

(1)以芒康縣為研究對象，基于高精度遙感解譯和野外調查，全面查明了區(qū)內發(fā)育的斜坡地質災害，其中崩塌289處(災害點81處，現象點208處)、滑坡457處(災害點150處，現象點307處)及不穩(wěn)定斜坡42處，遙感解譯驗證準確率高達96.8%。遙感解譯和地面調查的相互驗證和有機結合，既保證了遙感解譯的精度，也為易發(fā)性評價提供了更為客觀、真實、全面的數據基礎。

(2)基于GIS統計分析查明了斜坡地質災害分布特征：坡度在25°～40°、起伏度在100～400 m之間的斜坡上；地質構造密集發(fā)育及構造交匯部位，成群成帶發(fā)育；礫巖、砂巖、粉砂巖、泥互層或夾層，強度相對較低，為區(qū)內易崩易滑巖組；沿河谷兩岸在距干流600 m、支流300 m范圍內密集發(fā)育。

(3)ROC曲線驗證結果表明，信息量模型與加權信息量模型2種方法均有效，但加權信息量模型在該區(qū)適用性更好，評價結果與地面調查結果相符。加權信息量模型評價結果統計顯示，中高易發(fā)區(qū)占全區(qū)的39.79%，主要分布于瀾滄江、金沙江及其一級支流河谷兩岸及地質構造密集發(fā)育部位。評價結果對芒康縣地質災害防治規(guī)劃及重大工程建設規(guī)劃有一定的指導意義。

(4)本文詳細描述了芒康縣地質災害數據獲取、評價因子選取、評價方法適用性比較的全過程，為類似高海拔地區(qū)開展區(qū)域地質災害調查評價工作提供了技術參考。