孫 蕊 , 丁雨虹 , 郭海燕 , 徐金霞

（1. 高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室, 成都 610072；2. 四川省氣候中心, 成都 610072；3. 四川省氣象臺, 成都 610072）

引言

四川省地跨青藏高原，地表起伏大，地質(zhì)構(gòu)造復雜，加上西南季風影響形成獨特的氣候，導致歷年來該地區(qū)地質(zhì)災害頻發(fā)[1?4]。每年滑坡泥石流地質(zhì)災害都對四川省社會經(jīng)濟和人們生活造成了嚴重影響，威脅著山區(qū)的交通干線、農(nóng)田水利等基礎(chǔ)設(shè)施安全以及山區(qū)的工礦企業(yè)、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點等[5?6]。例如1981年7月9日四川省甘洛利子依達溝沖毀鐵路大橋，顛覆成昆線上的1列客車，造成300余人死亡。1997年6月5日，四川省美姑縣則租滑坡轉(zhuǎn)化為特大泥石流災害，使四個村莊1527人受災，151人死亡。作為重要的非工程減災措施，地質(zhì)災害預報和風險評估在預防災害風險和減輕災害損失中起著重要的作用，一直是防災減災領(lǐng)域基礎(chǔ)應用研究的熱點和難點，已被明確列入《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》。

近年來，我國在自然災害風險評估方面開展了多項工作，并取得了顯著成果。已有研究[7?15]表明：滑坡泥石流災害的發(fā)生是地形地貌、地質(zhì)狀況和強降水等多種因素共同作用的結(jié)果；其中，地形地貌條件和地質(zhì)狀況是災害形成的環(huán)境因素，而促使災害發(fā)生的動力因子則主要是降水因素。以往的地質(zhì)災害風險區(qū)劃研究中，關(guān)注的因子多側(cè)重于地質(zhì)地貌類因子和地質(zhì)狀況因子，而將降水誘發(fā)地質(zhì)災害的氣象因子加入集成評估的研究較少。針對這一薄弱點，本文收集四川地區(qū)歷史上發(fā)生的滑坡泥石流地質(zhì)災害案例記錄，著重考慮誘發(fā)滑坡泥石流地質(zhì)災害的降水氣象動力因子，構(gòu)建四川省降水誘發(fā)型滑坡泥石流風險評估模型，通過分析各個影響評估因子對滑坡泥石流的敏感性，對四川省降水誘發(fā)滑坡泥石流風險進行綜合評估和區(qū)域劃分，以期為四川省滑坡泥石流地質(zhì)災害延伸期預報和風險防控提供科技支撐。

1 資料及預處理

（1）降水資料：四川省大氣探測數(shù)據(jù)中心整編的1990～2020年四川省156個站點的逐日降水資料。（2）災情資料：中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所提供的1990～2020年滑坡泥石流災情資料，將其中有具體發(fā)生時間、發(fā)生地點的災情記錄篩選出來，匹配災情發(fā)生時對應最近氣象站的前期有效雨量。（3）災害隱患點資料：利用四川省災害風險普查系統(tǒng)，補充有經(jīng)緯度記錄的滑坡泥石流災害隱患點數(shù)據(jù)，提高各影響因子對滑坡泥石流災害敏感性的計算精度。（4）地理信息數(shù)據(jù)：四川省DEM（Digital Elevation Model）高程數(shù)據(jù)，分辨率為1 km，來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心；2020年四川省植被減少表土損失量數(shù)據(jù)，分辨率為1 km，來源于國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享服務平臺；1: 100萬地質(zhì)圖，來源于全國地質(zhì)資料信息網(wǎng)；2020年四川省1: 25萬道路網(wǎng)與河網(wǎng)數(shù)據(jù)，來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心。（5）社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)：四川省2020年土地利用數(shù)據(jù)、人口與經(jīng)濟數(shù)據(jù)，分辨率為1 km，來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心。研究所用數(shù)據(jù)來源、單位量綱、取值范圍均不同，因此評估前先進行預處理：各圖層統(tǒng)一成WGS1984地理坐標系和Albers投影，空間分辨率統(tǒng)一為1 km，并對所需數(shù)據(jù)進行標準化處理，具體公式如下：

2 滑坡泥石流地質(zhì)災害風險評估

2.1 評估指標及方法

自然災害風險系統(tǒng)由風險源（即自然災變）和風險承災體（即人類社會）兩方面組成[16]，致災因子和孕災環(huán)境兩者又共同造就了風險源的危險性。因此，滑坡泥石流地質(zhì)災害風險是致災體因子、孕災環(huán)境與承災體三方面相互作用的結(jié)果[17]。本文從致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性和承災體脆弱性三個方面對四川省降水誘發(fā)型滑坡泥石流進行風險評估，采用的風險評估模型公式如下：

式中：R為災害風險，H為致災因子危險性，S為孕災環(huán)境敏感性，V承災體脆弱性。

將致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性和承災體脆弱性三項指標細化為具體的一級和二級影響評估因子。

致災因子危險性：從四川省滑坡和泥石流災害發(fā)生的時間來看，幾乎所有的滑坡泥石流災害都集中發(fā)生在5～10月，與四川汛期時間相吻合，因此本文在致災因子危險性選取上側(cè)重于降水誘發(fā)致災。降水與滑坡泥石流的關(guān)系已經(jīng)得到廣大學者的論證[18?25]，水分是滑坡泥石流發(fā)生的必要條件，強度大的降水固然是絕大多數(shù)滑坡泥石流發(fā)生的水動力條件，而局地連陰雨天氣也易引起滑坡泥石流的發(fā)生。本文選取大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)和滑坡泥石流發(fā)生前期有效雨量共3個致災因子。

孕災環(huán)境敏感性：一是地形地貌因子，選取高程和坡度兩個最常用地形地貌因子指標；二是基礎(chǔ)地質(zhì)因子，地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造影響和控制了地質(zhì)災害的發(fā)育分布及類型，因此選取年表土損失量因子和距離斷裂帶遠近因子；三是水文條件，河流沖刷作用對地質(zhì)災害起到加速的作用，其次在河流附近發(fā)生滑坡泥石流后極易形成危險較大的堰塞湖，因此選取距河流距離遠近因子；四是人類工程活動，人類對山體的改造加大了滑坡泥石流地質(zhì)災害發(fā)生概率，因此選取距離主干道遠近因子。

承災體脆弱性：主要概化為人口、社會經(jīng)濟、工程建筑、農(nóng)作物4個方面，因此分別選取人口密度、GDP（Gross Domestic Product）密度、建設(shè)用地面積比例、耕地面積用地比例共4個因子。

為進一步確定降水誘發(fā)滑坡泥石流地質(zhì)災害風險評估指標體系中各個指標因子的權(quán)重，本文采用專家打分和層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）相結(jié)合，即分別分析致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性和承災體脆弱性評估因子，對子因子的重要性進行兩兩比較。采用1～9標度法來量化各因子的相對重要性，最終得到各個評估因子的權(quán)重值（表1）。

表1 四川省降水誘發(fā)型地質(zhì)災害風險評價指標體系及權(quán)重

本文采用信息量法計算致災因子和孕災環(huán)境中各個因子指標對滑坡泥石流敏感性，具體步驟為：

（1）先對各評估因子進行提取和整理。

（2）再對研究區(qū)各影響因子的相應屬性與災害點分布的相對頻率進行定量計算，具體公式如下：

式中：P(A)ks為因子k的某屬性s的災害點出現(xiàn)的相對頻率（因子敏感性）；Dis為對應某因子k中某屬性s的災害點總個數(shù)；Cks為某因子k的某屬性s的對應面積；n為某因子k的某屬性s的對應柵格單元數(shù)。各影響評估因子空間插值的分辨率均為1 km×1 km，因此敏感系數(shù)單位為個/m2。對于某因子k中某屬性等級劃分，利用自然斷點分級法確定。

（3）分別將致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性和承災體脆弱性三個部分評估結(jié)果進行加權(quán)集成，最終完成四川省降水誘發(fā)型滑坡泥石流地質(zhì)災害風險區(qū)劃。

2.2 評估結(jié)果分析

2.2.1 致災因子危險性

由四川省滑坡泥石流歷史災情點和災害隱患點分布（圖1a）可以看出，盆周山區(qū)、川西高原阿壩州東南部、甘孜州東北部和川西南山地是滑坡泥石流災害高發(fā)區(qū)，其中巴中市各縣以及廣安鄰水縣災點達到300個以上，此外達州萬源、宣漢、達川、渠縣、廣安市廣安區(qū)、華鎣市以及涼山州會理和會東縣災點也均在150個以上。根據(jù)已有研究[11?19]，前3 d、10 d、15 d等前期有效雨量作為降水致災因子多在滑坡泥石流研究中應用。為了適應地質(zhì)災害中期以上預報研究和防災減災業(yè)務需求，本文選擇計算災害發(fā)生當天至前期15 d有效降水量（PA）作為為致災降水要素中的一個因子，具體公式如下：

圖1 四川省滑坡泥石流歷史災情點和隱患點（a）、前期有效雨量（b）空間分布

式中，PA（mm）為前期有效雨量，Pi（mm）為滑坡泥石流災害發(fā)生位置的前第i天的降水量。結(jié)合圖1a，分析前期15 d平均有效雨量空間分布（圖1b）可知，前期有效雨量大值區(qū)（30～50 mm）主要位于盆北、盆西南、盆東南部分地區(qū)和攀西地區(qū)中南部，前期有效雨量小值區(qū)（低于15 mm）主要位于川西高原和盆地中部；對于川西高原、盆地中部等災害多發(fā)且前期有效雨量較小的地區(qū)，說明其地質(zhì)環(huán)境總體比較脆弱，降水容易激發(fā)滑坡泥石流災害；對于盆地北部等災害多發(fā)且前期有效雨量較大的地區(qū)，說明其地質(zhì)環(huán)境總體相對穩(wěn)定，需較大的有效雨量才能激發(fā)滑坡泥石流災害。統(tǒng)計分析156個氣象站多年平均的年大雨和年暴雨日數(shù)兩個降水致災因子空間分布（圖略）可知，四川地區(qū)大雨日數(shù)大值區(qū)（超過10 d）位于盆東北、盆西南部分地區(qū)和攀西地區(qū)中南部，其中雅安最多（16 d）；暴雨日數(shù)因地形影響，盆地多于高原，高山多于平原，迎風坡多于背風坡，盆地邊緣多于盆地中心，盆西南和盆東北部分地區(qū)以及綿陽北川等地均超過5 d，其中雅安最多（6.5 d）。

將前期有效雨量、年暴雨日數(shù)和年大雨日數(shù)3個降水致災評估因子結(jié)合災點分布情況，按公式（3）分別計算出各屬性的分級信息量，即敏感系數(shù)（表2），進行加權(quán)疊加，根據(jù)敏感系數(shù)的大小按自然斷點法將致災因子危險性分為低、較低、中等、較高和高5個等級，得到致災因子危險性等級區(qū)劃分布（圖2）。如圖所示，盆地北部、西南部和攀西東部、南部是降水致災因子危險性較高和高等級區(qū)域，川西高原大部地區(qū)則處于危險性低等級地區(qū)。

圖2 四川省滑坡泥石流地質(zhì)災害致災因子危險性空間分布

表2 致災因子等級敏感性結(jié)果

2.2.2 孕災環(huán)境敏感性

運用GIS空間分析工具對孕災環(huán)境敏感性評估因子進行提取整理，得到四川省地形坡度、四川省1:100萬135條主要斷裂帶、1:25萬共5192條主要河流湖泊和主要道路分級距離緩沖區(qū)（圖略）。按公式（3）分別計算出高程因子、坡度因子、年表土損失量、距斷裂帶距離、距河流距離和距主干道距離共6個因子的對應分級屬性的敏感系數(shù)（表3）。然后將地形地貌、基礎(chǔ)地質(zhì)、水文條件和人類工程活動4個孕災敏感性評估因子按權(quán)重加權(quán)疊加并按自然斷點法分級，得到四川省滑坡泥石流地質(zhì)災害孕災環(huán)境敏感性區(qū)劃分布（圖3a）。如圖所示，盆周山區(qū)、攀西地區(qū)（攀枝花和涼山州）以及阿壩州東部地區(qū)孕災環(huán)境敏感性大多為較高和高等級。

表3 孕災因子等級敏感性結(jié)果

2.2.3 承災體脆弱性

根據(jù)專家打分及層次分析法確定的各承災體脆弱性影響因子權(quán)重，采用加權(quán)綜合評估法確定滑坡泥石流地質(zhì)災害承災體脆弱性評估模型，具體公式如下：

根據(jù)公式（1），對空間化好的人口、GDP等數(shù)據(jù)進行標準化預處理，并根據(jù)評估模型公式（5），應用自然斷點法將四川省承災體脆弱性劃分為低、較低、中等、較高、高共5個等級，得到全省滑坡泥石流地質(zhì)災害承災體脆弱性區(qū)劃分布（圖3b）。如圖所示，承災體脆弱性中等及以上等級基本位于盆地地區(qū)，盆周山區(qū)、川西高原及攀西地區(qū)脆弱性等級大多在中等以下。

圖3 四川省滑坡泥石流地質(zhì)災害孕災環(huán)境敏感性（a）和承災體脆弱性（b）區(qū)劃分布

2.2.4 風險評估與區(qū)劃

將致災因子危險性指數(shù)和孕災環(huán)境敏感性指數(shù)進行標準化處理，結(jié)合承災體脆弱性指數(shù)，根據(jù)滑坡泥石流地質(zhì)災害風險評估模型進行綜合集成評估，采用自然斷點法得出四川省降水誘發(fā)型滑坡泥石流地質(zhì)災害風險區(qū)劃結(jié)果（圖4）。對四川省21市州不同風險等級的面積與比例進行統(tǒng)計（表4），其中較高風險和高風險等級多分布在盆地北部，巴中、達州、南充三市較高風險以上面積占比均超過90%。表5給出了四川省不同風險等級面積與實際地質(zhì)災害點分布對比。評價對象涉及四川全省約483400 km2，其中較高風險等級以上面積約占30.3%，67.2%的災害點處于較高以上風險區(qū)域；另外隨著風險等級的逐步提高，地質(zhì)災害實際發(fā)生的比率（總個數(shù)百分比與總面積百分比的比值）也隨之增大，高風險等級區(qū)域與災害點比率達到了3.2。

表4 四川省21市州降水誘發(fā)型地質(zhì)災害不同風險等級面積（%）與比例（%）

表5 四川省降水誘發(fā)型地質(zhì)災害風險等級面積與實際地質(zhì)災害點分布對比

3 結(jié)論

本文基于災害系統(tǒng)學原理和災害分析理論，以四川省為研究區(qū)，綜合考慮了側(cè)重降水誘發(fā)型地質(zhì)災害的致災因子、孕災環(huán)境和承災體，構(gòu)建了降水誘發(fā)型地質(zhì)災害風險評估指標體系，并對四川省降水誘發(fā)型地質(zhì)災害風險進行評估，得到如下主要結(jié)論：

（1）降水型地質(zhì)災害的致災因子主要是前期有效雨量，其中前期有效雨量較大的區(qū)域位于盆北、盆西南和攀西地區(qū)東部，前期有效雨量較小的地區(qū)主要位于川西高原和盆地中部。

（2）選取前期15 d有效雨量、大雨日數(shù)和暴雨日數(shù)作為降水誘發(fā)致災因子進行致災因子危險性評估，發(fā)現(xiàn)盆北、盆西南和攀西地區(qū)東部是致災因子危險性等級最高區(qū)域，川西高原大部地區(qū)處于危險性等級低地區(qū)，其余地區(qū)則處于降水致災因子危險性中等和較低級別。選取地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、人類工程活動等進行孕災環(huán)境敏感性評估，發(fā)現(xiàn)盆周山區(qū)、攀西地區(qū)（攀枝花和涼山州）以及阿壩州東部地區(qū)孕災環(huán)境敏感性為較高及以上等級。選取工程建筑、居民人口、社會經(jīng)濟、耕地等評估承災體脆弱性，發(fā)現(xiàn)承災體脆弱性中等及以上等級基本位于盆地地區(qū)，盆周山區(qū)、川西高原及攀西地區(qū)脆弱性等級大多在中等以下。

（3）四川省降水誘發(fā)型滑坡泥石流地質(zhì)災害風險較高區(qū)域主要位于盆北，盆西南和攀西地區(qū)，較高風險等級以上面積約占30.3%，67.2%的災害點處于較高以上風險區(qū)域。隨著風險等級的逐步提高，地質(zhì)災害實際發(fā)生的比率隨之增大，高風險等級區(qū)域與災害點比率達到了3.2。