滑坡災(zāi)害坡度坡向敏感性分析研究——以云南大關(guān)縣為例

凌 炳,余 敏

（1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇南京 210046；2.江西省地質(zhì)工程（集團(tuán)）公司，江西南昌 330029）

0 引言

隨著人口的增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)資源、環(huán)境的利用越來越強(qiáng)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞亦越來越嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害愈演愈烈，地質(zhì)環(huán)境問題日益突出，嚴(yán)重制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。地質(zhì)災(zāi)害問題成為大關(guān)縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展長(zhǎng)期難以擺脫的主要控制因素之一。

大關(guān)縣是云南省地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，其中滑坡是主要的災(zāi)害類型。滑坡主要影響因素有地形地貌、植被覆蓋、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和人為活動(dòng)等因素。客觀分析各影響因子和滑坡之間的關(guān)系在區(qū)域滑坡分析中顯得尤為重要，也是準(zhǔn)確進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

本文選取云南昭通市大關(guān)縣為研究區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)有的滑坡數(shù)據(jù)資料[1]，以ArcGIS為平臺(tái)，通過研究區(qū)域的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）分析得到坡度及坡向數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析功能，結(jié)合基于貢獻(xiàn)率的敏感性數(shù)學(xué)分析方法，定量地分析坡度、坡向因子中各區(qū)段對(duì)滑坡的敏感程度。

1 研究區(qū)概況及地質(zhì)災(zāi)害情況

大關(guān)縣位于云南省東北部，昭通地區(qū)的腹心地帶。縣境氣溫平面差異不大，垂直差異突出，為山區(qū)立體氣候，全年平均氣溫15.0℃，最高40.3℃，最低-6.4℃。縣境內(nèi)降水分布不平衡，年平均降水量992.9mm[2]。整個(gè)縣域地貌以峽谷山岳地形地貌為主，山高坡陡，溝谷縱橫，地勢(shì)南北高，中間低，相對(duì)高差大。大關(guān)縣境內(nèi)除太古界、元古界和古生界、中生界的地層個(gè)別缺失外，其余地層均有出露。地層出露巖性主要為淺海相碳酸鹽巖，濱海相及海陸交互相的砂巖、粉砂巖，巖漿巖主要為二疊系玄武巖。溝谷和斜坡地帶廣布第四系松散堆積層。大關(guān)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)邊緣，川滇經(jīng)向構(gòu)造帶北段。區(qū)內(nèi)以褶皺和斷裂構(gòu)造為主，總體為北東向。境內(nèi)構(gòu)造形跡北部和南部主要以南北向或北西向構(gòu)造為主，中部構(gòu)造形跡主要為北東向。地層褶皺寬闊，多數(shù)以短軸背斜出現(xiàn)[3]。按展布方向可分為南北、北東、北西和東西向構(gòu)造。縣域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，近代地震活動(dòng)強(qiáng)烈，河谷下切，河流深切和側(cè)蝕作用加劇。

全縣共發(fā)現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共187處。地質(zhì)災(zāi)害類型主要是滑坡和崩塌，其次為泥石流、不穩(wěn)定斜坡等[4]。滑坡災(zāi)害是大關(guān)縣各類地質(zhì)災(zāi)害中數(shù)量最多、分布最廣、危害性最大的災(zāi)種。在187個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)中，滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)達(dá)93個(gè)，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的50%。

2 分析方法

2.1 GIS空間分析

GIS是集成多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，功能強(qiáng)大而完備，如：數(shù)據(jù)采集與編輯、屬性數(shù)據(jù)編輯與分析、制圖功能、空間數(shù)據(jù)庫管理功能。GIS為空間分析提供了強(qiáng)大的工具，使復(fù)雜困難的高級(jí)空間分析變得簡(jiǎn)單易行。

DEM是地理信息系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)庫中最為重要的空間信息資料，是提取坡度和坡向的數(shù)據(jù)來源。本文研究區(qū)域內(nèi)覆蓋13幅1:50000的DEM，首先將13幅DEM進(jìn)行鑲嵌，運(yùn)用Arcgis的3D分析工具對(duì)柵格數(shù)據(jù)做坡度坡向分析，然后設(shè)定相應(yīng)的分類級(jí)別生成坡度坡向圖[5]。再運(yùn)用GIS的疊加分析，將2個(gè)圖層重疊在一起，經(jīng)過圖形和屬性運(yùn)算，產(chǎn)生新的空間區(qū)域。將滑坡坐標(biāo)投影到圖上，進(jìn)行提取分析，就可獲取每個(gè)滑坡點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)屬性。

2.2 基于貢獻(xiàn)率的敏感性分析

敏感性分析是經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)分析中經(jīng)常用到的一個(gè)名詞，是指從定量分析的角度研究有關(guān)因素發(fā)生某中變化對(duì)某一個(gè)或一組關(guān)鍵指標(biāo)影響程度的一種不確定分析技術(shù)。將其引入地質(zhì)災(zāi)害分析就是將影響滑坡發(fā)生的各個(gè)因子對(duì)滑坡發(fā)生所起到的作用大小進(jìn)行量化，研究的是坡度與坡向的區(qū)間變化對(duì)于滑坡的影響程度[6]。

以某區(qū)域內(nèi)滑坡出現(xiàn)的頻率以及單次滑坡發(fā)生的規(guī)模大小來評(píng)價(jià)某區(qū)域滑坡的災(zāi)害性的大小。以上2個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)分別記為頻率因子和面積因子，以和表示。

式中：

Aij為第i個(gè)一級(jí)影響因子中第j個(gè)二級(jí)因子的區(qū)域面積；αij為該二級(jí)因子面積內(nèi)分布的歷史滑坡災(zāi)害的面積；Fij為所有滑坡次數(shù)之和；Cij為在二級(jí)因子面積內(nèi)分布的歷史滑坡次數(shù)。

則貢獻(xiàn)率的大小計(jì)算規(guī)定如下：

進(jìn)行歸一化處理：

3 結(jié)果分析

根據(jù)上述思路將影響因子分為一級(jí)影響因子和二級(jí)影響因子。將坡度、坡向定為一級(jí)影響因子，二級(jí)影響因子是對(duì)一級(jí)影響因子的細(xì)化，是最后參與危險(xiǎn)性區(qū)劃的指標(biāo)。

本文選取坡度、坡向做敏感性分析，各二級(jí)因子細(xì)化指標(biāo)如表1所示。

表1 滑坡致災(zāi)因子及其子類

3.1 滑坡與坡度的關(guān)系

坡度在斜坡穩(wěn)定性分析中，是一個(gè)非常重要的因素[7]。在平地就很難發(fā)生滑坡，斜坡失穩(wěn)則更可能發(fā)生在坡度較大的地段，但若坡度大到一定程度，滑坡就不會(huì)輕易發(fā)生了，取而代之的是崩塌的發(fā)生[8]。從表2可以看到：坡度帶15°～25°的 ij值為最大，且發(fā)生滑坡的頻率最多、受災(zāi)面積最大，說明15°～25°坡度帶是滑坡災(zāi)害最敏感的區(qū)域。

表2 坡度因子參數(shù)計(jì)算表

3.2 滑坡與坡向的關(guān)系

坡向是指斜坡臨空面的朝向。如坡面對(duì)南稱南坡，對(duì)北稱北坡。有研究認(rèn)為，坡向可能與滑斜坡穩(wěn)定性有關(guān)，但要因地區(qū)而異[9]。坡向的不同，造成不同坡向氣候條件的差異，并對(duì)植被、土壤、地貌、水文等產(chǎn)生影響[10]。通過表3 知：坡向270°～315°是滑坡災(zāi)害最敏感的區(qū)域，其次是225°～270°，這兩個(gè)方向上發(fā)育的滑坡也較多，但是與其他方向上的差距不大，說明坡向的分區(qū)區(qū)間變動(dòng)對(duì)滑坡發(fā)生的作用較均衡，不顯著。

表3 坡向因子參數(shù)計(jì)算表

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)域內(nèi)坡度15°～25°、坡向270°～315°的區(qū)域是滑坡災(zāi)害最敏感的區(qū)域，但各個(gè)坡向帶的貢獻(xiàn)率差別不大。即地形因子中坡度對(duì)于滑坡的影響更加敏感，而坡向?qū)掳l(fā)生的作用不顯著。

（2）采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格處理，得出研究區(qū)的坡度坡向數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于貢獻(xiàn)率的敏感性分析技術(shù)，定量分析研究坡度坡向與滑坡之間的關(guān)系，分析結(jié)果為區(qū)域滑坡危險(xiǎn)度精確劃分提供基礎(chǔ)。此方法也可以應(yīng)用于其他滑坡環(huán)境影響因子敏感性分析。

[1]云南省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì)．1:200000中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(昭通幅)[R]．1978．

[2]劉泓伶，郭光輝，曾廣文．云南省大關(guān)縣滑坡災(zāi)害特征分析[J]．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2012，23(3):13～17．

[3]唐 春，羅吉祥，汪 梅．大關(guān)縣滑坡災(zāi)害發(fā)育特征及成因分析[J]．中國水土保持，2009(7):35～36．

[4]唐 春．大關(guān)縣地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與防治對(duì)策研究[D]．云南昆明，昆明理工大學(xué)，2007.

[5]鄭著彬，任靜麗．DEM地形分析在山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用—以云南省漾濞縣為例[J].云南地理環(huán)境研究，2010,22(2):19～22.

[6]陳燕平．基于GIS的貴州省滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性多模型綜合評(píng)價(jià)[D].中南大學(xué)，2010.

[7]曹洪洋，郝東恒，白聚波．區(qū)域滑坡災(zāi)害地形地貌因子敏感性分析研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2011(11):3～7.

[8]王念秦．坡度圖在滑坡研究中的應(yīng)用[J].災(zāi)害學(xué)，1991,6(3):66～70.

[9]郭芳芳，楊 農(nóng)，孟 暉，張?jiān)罉颍~寶瑩．地形起伏度和坡度分析在區(qū)域滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)，2008,35(1):131～143.

[10]王朝陽．坡向與斜坡穩(wěn)定性的關(guān)系研究[D]．昆明：昆明理工大學(xué)，2008.