趙迎楠

(盤錦市水利服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124000)

山洪地質(zhì)災(zāi)害主要是指暴雨或強(qiáng)降雨所帶來的泥石流、滑坡等，其造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)環(huán)境破壞問題越來越引起人們的重點(diǎn)關(guān)注[1-3]。調(diào)查顯示，我國發(fā)生中小規(guī)模的泥石流、滑坡、崩塌接近40萬處，較大規(guī)模的滑坡2000多個、崩塌3000多個。全國350多個縣的3000多公里鐵路、50多座大型礦山、100多座大型工程和上萬個村莊都在不同程度上受到泥石流、滑坡、崩塌的危害。針對山洪地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育的遼寧省地區(qū)，自1949年以來發(fā)生一定規(guī)模的滑坡有70多處，泥石流580多處，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4,5]。因此，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)研究山洪地質(zhì)災(zāi)害的成因、特點(diǎn)、規(guī)劃和分布規(guī)律等內(nèi)容，對于生態(tài)保護(hù)、水土資源高效利用、減少災(zāi)害損失以及合理防治規(guī)劃等具有重要意義。

1 研究方法

河流流域?qū)儆谏胶榈刭|(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)，首先以小流域為基本單元劃分山洪地質(zhì)災(zāi)害防治分區(qū)，通過對地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集和分類整理形成電子圖表，然后以地形等高線確定小流域分水嶺、以1∶25萬數(shù)字地形圖為底圖，將研究區(qū)劃分成多個小流域，各單元面積約200km2，按照該原則可將全省劃分成小流域單元670個。

由于地質(zhì)巖性、地形地貌等因素對山洪地質(zhì)災(zāi)害影響較大，所以利用地理信息系統(tǒng)概化研究區(qū)巖性、地形地貌分區(qū)：以1∶25萬數(shù)字地形圖為底圖編制研究區(qū)的地形坡度分區(qū)圖和地貌分區(qū)圖，以1∶50萬第四紀(jì)地質(zhì)圖和數(shù)字地質(zhì)圖編制地層巖性分布圖，在此基礎(chǔ)上生成滑坡、泥石流分布圖。通過圖層疊加生成山洪災(zāi)害易發(fā)程度分布圖，明確其主要控制因素和分布特點(diǎn)[6]。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 坐標(biāo)與投影

采用Arc GIS 10.7和Arc View 3.2軟件，表格數(shù)據(jù)、格柵數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)格式為Excel、Grid、Coverage、Shape等。以度為單位建立經(jīng)緯度坐標(biāo)系統(tǒng)，大地基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)為1980西安坐標(biāo)、1950國家高程基準(zhǔn)，選用正軸等角割圓錐投影坐標(biāo)系統(tǒng)?？紤]到山洪地質(zhì)災(zāi)害規(guī)劃對面積計算精度有較高要求，故利用正軸等積割圓錐投影計算小流域面積等，以取到分的遼寧省中心經(jīng)度確定中央經(jīng)線，結(jié)合區(qū)域范圍確定標(biāo)準(zhǔn)維線[7]。

2.2 圖層劃分與屬性、代碼

圖層劃分為災(zāi)害點(diǎn)分布圖層、小流域圖層、地貌分區(qū)、巖性分區(qū)、坡度分級和地形圖層，并確定說明、幾何特征及其層名[8]。

1)坡度分級。坡度分級圖層(slopel)應(yīng)用1∶25萬數(shù)字高程模型生成，統(tǒng)一按Ⅳ級>45°、Ⅲ級25°-45°、Ⅱ級10°-25°、Ⅰ級<10°劃分坡度區(qū)間，其屬性與代碼見表1。

表1 坡度分級屬性與代碼

2)巖性分布。根據(jù)不同單元劃分地層巖性，以一個巖性單元作為各類土體，按照堅固程度將巖石劃分成軟質(zhì)、硬質(zhì)兩大類，并進(jìn)一步按強(qiáng)度指標(biāo)劃分成4個亞類，見表2。

表2 巖石堅固性分類

根據(jù)1∶50萬數(shù)字地質(zhì)圖進(jìn)行巖性分區(qū)，各地層巖性單位所屬的分區(qū)單元按照數(shù)字地質(zhì)圖屬性表中巖性特征的描述來確定，其屬性與代碼見表3。

表3 巖性分區(qū)屬性與代碼

3)地貌分區(qū)。通過歸納合并，利用1∶400萬地貌圖編碼表將研究區(qū)劃分成20個類別的地貌分區(qū)單元，其屬性與代碼見表4。

表4 地貌分區(qū)屬性與代碼

2.3 流程分析

步驟1：編制滑坡、泥石流電子表。災(zāi)害點(diǎn)分布圖的編制以災(zāi)害點(diǎn)電子表為根本依據(jù)，通過填充災(zāi)害點(diǎn)電子表可以生成滑坡、泥石流等災(zāi)害點(diǎn)分布圖，便于后期的統(tǒng)計分析計算。本次規(guī)劃主要涉及由降雨引起的山洪滑坡和泥石流，并且歷時最高洪水位均高于滑坡的前緣高程。

步驟2統(tǒng)一編號。外部數(shù)據(jù)庫、屬性表及GIS系統(tǒng)內(nèi)連接空間位置的關(guān)鍵性字段是要有統(tǒng)一編號，編碼結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 編碼結(jié)構(gòu)圖

步驟3：填充滑坡、泥石流電子表。填充內(nèi)容包括發(fā)生時間、災(zāi)害類型、行政位置、河谷名稱、損失情況、規(guī)模大小、地理坐標(biāo)和編號等。

步驟4：編制災(zāi)害點(diǎn)分布圖。根據(jù)x、y坐標(biāo)或經(jīng)度、維度將電子表中所列的災(zāi)害點(diǎn)轉(zhuǎn)繪到等高線、水系、行政區(qū)滑面或省界等任一地形圖層的數(shù)字地圖上，并考慮災(zāi)害類型生成新的滑坡或泥石流災(zāi)害點(diǎn)分布圖層文件，格式為shape。為了便于今后對災(zāi)害點(diǎn)的統(tǒng)計分析和查詢，在此過程中可以將其屬性特征值一并附加到圖層中。

步驟5：統(tǒng)計各類災(zāi)害點(diǎn)的分布。先重分類Shape文件圖層和Grid圖層，以小流域圖層為基準(zhǔn)疊加上災(zāi)害點(diǎn)的分布圖層，然后統(tǒng)計每個小流域發(fā)生泥石流災(zāi)害的次數(shù)、滑坡的個數(shù)、流域平面面積、滑坡總平面面積和泥石流堆積扇的總體積等。根據(jù)小流域面積將統(tǒng)計分析的各類災(zāi)害轉(zhuǎn)換成單位面積上的數(shù)值，即每1km2災(zāi)害發(fā)生次數(shù)、滑坡體個數(shù)、泥石流堆積扇固體物體積、泥石流溝的條數(shù)、體積及面積等，在屬性表字段中存儲以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由此以來即可確定各類災(zāi)害易發(fā)程度下相應(yīng)災(zāi)害類型的低、中、高度易發(fā)分區(qū)圖[9]。

3 研究成果

3.1 山洪地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃

結(jié)合研究區(qū)山洪地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)確定低、中、高易發(fā)程度標(biāo)準(zhǔn)見表5，然后按照劃分標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際調(diào)查資料可以確定研究區(qū)滑坡、泥石流易發(fā)程度分區(qū)圖。

表5 災(zāi)害易發(fā)程度劃分表

3.2 山洪地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

研究表明，山洪地質(zhì)災(zāi)害與區(qū)域地質(zhì)條件、降雨條件等因素密切相關(guān)。從地貌類型上，遼寧省中部主要為低海拔平原，東西部主要為中小起伏山地，西部的北漂、阜新地區(qū)，南部的東港和莊河，北部的開原和昌圖等局部為丘陵；從地形變化上，凌源、蓋州和本溪等地區(qū)坡度為25°～45°，中部地區(qū)比較平坦坡度為0°～15°，東西部坡度為10°～25°；從巖性分布上，沈陽的康平、瓦房店、本溪、凌海以及朝陽大部分地區(qū)以沉積巖為主，巖體結(jié)構(gòu)軟弱相間；在中部低海拔平原地區(qū)的沈陽、盤錦、營口等以第四系沉積物為主，土地類型不同；其它地區(qū)以變質(zhì)巖、巖漿巖為主，巖石多為硬質(zhì)。結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，從1949-2019年遼寧省發(fā)生一定規(guī)模的滑坡、泥石流近700處，其中東部山區(qū)的滑坡、泥石流發(fā)生頻次要高于西部山區(qū)，發(fā)生過泥石流的縣共有26個，有22個分布于東部山丘區(qū)，有4個位于西部山丘區(qū)。從流域分布上，滑坡、泥石流發(fā)生頻率最高的位于東部山區(qū)的鴨綠江流域，其次為太子河流域。從時間分布上，隨時間變化研究區(qū)滑坡、泥石流發(fā)生頻次表現(xiàn)出上升趨勢。此外，同一區(qū)域內(nèi)的洪水發(fā)生頻次高于滑坡、泥石流發(fā)生頻次，如遼東半島的洪水發(fā)生頻次為3a一次，而滑坡泥石流為5～6a一次[10-14]。

3.3 山洪地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)與成因

結(jié)合歷年統(tǒng)計資料，遼寧省滑坡發(fā)生頻率低于泥石流，并且泥石流多為暴雨補(bǔ)給型，其引起的危害也更大。根據(jù)地貌形態(tài)可將泥石流劃分成溝谷型、坡面型兩種類型，其中溝谷型多出現(xiàn)于溝谷地，研究區(qū)一次泥石流沖出的松散碎屑超過10萬m3、1.0～10萬m3、0.5～1.0m3的泥石流溝分別有72條、215條、288條，所占比例依次為12.5%、37.4%、50.1%；坡面泥石流多出現(xiàn)在坡度超過20°坡面上，堆積區(qū)與形成區(qū)相連由快速滑塌或崩塌轉(zhuǎn)化而來。

依據(jù)相關(guān)調(diào)查資料，研究區(qū)由山洪所引起的滑坡主要位于陡峭的山坡處，大部分的滑坡規(guī)模較小，東西部山區(qū)雖然由滑坡引起的危害較小，但滑坡形成時產(chǎn)生的固體堆積物易引起泥石流的爆發(fā)。

誘發(fā)山洪地質(zhì)災(zāi)害的因素有暴雨、巖性條件、地形地貌等，為準(zhǔn)確識別關(guān)鍵控制因素，分區(qū)概化了研究區(qū)的巖性分布、地形坡度和地貌類型，通過疊加易發(fā)程度分區(qū)圖與影響因素概化圖建立滑坡、泥石流影響因素與易發(fā)程度關(guān)系，如表6所示。其中，數(shù)值大小代表研究區(qū)各影響因素所占比例。

表6 山洪地質(zhì)災(zāi)害影響因素統(tǒng)計表

續(xù)表6 山洪地質(zhì)災(zāi)害影響因素統(tǒng)計表

研究表明，坡度較大的山地硬質(zhì)巖石地區(qū)屬于遼寧省泥石流主要發(fā)生地，硬質(zhì)巖石不易風(fēng)化、地形陡易形成崩塌或滑坡體，這也是泥石流的主要物質(zhì)來源。然而，災(zāi)害的成因往往較為復(fù)雜，不僅有以上因素有關(guān)，還與暴雨、巖土體結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)，所以文章僅從宏觀上初步探討了山洪地質(zhì)災(zāi)害的成因特點(diǎn)。

3.4 山洪地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃

1)根據(jù)前文分析結(jié)果，滑坡、泥石流是遼寧省山洪地質(zhì)災(zāi)害的主要類型，但滑坡的發(fā)生頻率、規(guī)模及其造成的損失遠(yuǎn)小于泥石流，應(yīng)以防治泥石流作為災(zāi)害治理的重點(diǎn)。

2)將泥石流高易發(fā)區(qū)按照易發(fā)程度分布圖確定為60個小流域，主要包括凌源、朝陽建平、本溪桓仁、丹東寬甸及鳳城、鞍山岫巖、大連普蘭店等重點(diǎn)防治區(qū)。

3)為有效防治山洪地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、水土保持等工作，因地制宜地實(shí)施小流域治理項目，對重點(diǎn)區(qū)域還要加強(qiáng)監(jiān)測。

4 結(jié) 論

文章利用地理信息系統(tǒng)概化了研究區(qū)地形、地貌和巖性，通過圖層疊加研究了山洪地質(zhì)災(zāi)害的成因、特點(diǎn)、規(guī)劃和分布規(guī)律等內(nèi)容，主要成果有：建立了遼寧省山洪地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分標(biāo)準(zhǔn)和影響因素統(tǒng)計表，分析了山洪地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)、成因及其分布規(guī)律，初步探討了泥石流災(zāi)害分布點(diǎn)、地形地貌和地層巖性概化分布情況，并結(jié)合分析結(jié)果提出有效防治山洪地質(zhì)災(zāi)害的建議。