基于GIS的華寧縣滑坡災害影響因子分析及易發性評價

吳常潤, 趙冬梅, 劉澄靜, 角媛梅, 馮志娟, 劉 敬

(云南師范大學 旅游與地理科學學院, 昆明 650500)

全球范圍內凡是有人類居住和工程活動的山嶺地區，幾乎都有滑坡災害發生，滑坡已成為各災種中頻度最高、損失最大的地質災害類型，中國尤其云南省是一個滑坡災害極為頻繁的地區[1]。因此，近年來對滑坡災害的研究越來越受重視。目前我國滑坡災害研究主要集中在滑坡易發性評價[2-6]、風險性評價[7-9]、敏感性分析[10]、滑坡災害預測[11]、影響因子研究[13-15]等方面，并已獲得豐碩成果。如在易發性評價方面，楊根云[3]、史展[9]、王志旺[11]等從不同的模型出發開展滑坡易發風險評價研究和危險性評價以及進行滑坡空間預測評價。在風險評價方面，許英杰[7]在危險性評價和易損性評價基礎之上展開區域滑坡地質災害風險性評價。在影響因子研究方面，一些學者從影響因子出發研究滑坡與其影響因子的關系及其分布特征。其中，黃發明等[5]從高程、坡度、剖面曲率、平面曲率、地形起伏度、地層巖性、地質構造、距離河流的距離和歸一化植被指數等因子出發展開對影響滑坡發育的環境因子的研究。蘭恒星等[13]利用滑坡確定性系數的方法對研究區進行分析后，從巖性、結構、坡度、高程、斷裂等因子出發展開對滑坡因子敏感性分析。王德耀等[15]從新構造運動與地形地貌、地層巖性、水文、人類活動等因子出發展開對崩塌、滑坡的成因分析。同時，隨著地理信息科學的不斷成熟和完善，地理信息技術(GIS)被廣泛應用于滑坡災害的危險性區劃及計算機制圖，特別是基于GIS技術的影響因子和滑坡易發性評價逐漸成為滑坡研究領域的熱點[4,16-17]。例如，王亞強[18]、王萌[19]等在GIS支持下,建立各影響因子圖層的空間數據庫，對各因子進行分級賦值，然后進行因子疊加分析，完成區劃制圖及區劃研究。整體上可知，GIS技術是目前開展滑坡等災害研究有力的工具。但在目前的滑坡研究中，不同學者在考慮因子上各不相同。在因子組合方面，本文加入了坡向和距道路距離，經過實地考察發現這兩個因子對研究區來說非常重要。同時，從多重因子出發，考慮到在滑坡災害研究上基于GIS技術分析滑坡災害影響因子和滑坡災害的易發性研究已經比較成熟，所以將多重因子疊加與GIS結合展開對華寧縣滑坡災害影響因子分析和易發性評價研究。

華寧縣作為全國開放型生態農業示范縣和生態文明建設示范縣，是云南省最大的柑橘生產基地，自改革開放以來縣域經濟取得了巨大的發展。但由于全縣地處滇中高原湖盆區，地質活動頻繁，地質災害廣布，加之城市化進程加快，經濟建設和社會發展所引發的各種地質災害問題開始日益增多，其中滑坡災害所占比例最大，帶來的影響最為廣泛。在2017年華寧縣滑坡災害統計數據中，受滑坡災害威脅人數達16 570人，對當地人民的生命財產造成了很大影響，這極大地制約了全縣經濟社會的可持續發展。為切實保護全縣生態環境，避免和減輕滑坡災害給當地人民的生命和財產安全造成損失，促進縣域經濟與社會全面協調可持續發展，本文利用GIS空間分析技術，對華寧縣滑坡空間分布及誘發因子進行分析研究，依據區域地質災害詳細調查資料，建立GIS災害數據庫的同時選取海拔、坡度、坡向、距水系距離、距道路距離、距斷層距離、巖性7個誘發因子，利用統計指數對滑坡在每個因子的各類別中的占比進行權重分析，最終確定滑坡災害易發性分區并闡述其空間分布特征，以期為華寧縣的防災減災提供借鑒，有效降低滑坡地質災害造成的人員傷亡和財產損失，并為區域滑坡災害防治與管理提供科學依據。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

華寧縣位于云南省中部偏東南，滇中高原湖盆區南緣，撫仙湖東岸，南盤江西濱。行政區劃上屬于玉溪市所轄，地理坐標范圍是23°59′—24°34′N，102°49′—103°09′E，總面積為1 313 km2(圖1)。受多次地質構造運動和斷塊抬升的影響，境內南北向斷層和東西向褶皺縱橫相切，全境地勢呈現出西北高東南低的特點，地形東西狹，南北長，呈南北展布的“兩脊兩槽”特殊地形，高山、盆地、河谷相間。研究區海拔1 019～2 656 m，坡度分布范圍較大，在0°～70°左右；河網密度較大，境內有青龍河流域、龍洞河、曲江和南盤江4個流域，在整體上這4個流域皆屬珠江流域西河水系的范疇；氣候屬中亞熱帶半濕潤高原季風氣候，季節變化小，干濕季節分明，年平均氣溫17.7℃，降水量比較充沛，約600～1 100 mm，年平均降水量為886.4 mm，氣候較濕潤，水量充足；區內巖石組成復雜，共劃分出碎屑巖、碳酸鹽巖、變質巖、巖漿巖、松散土類5類巖石。此外研究區由于山多壩少，斜坡陡峭，可耕種土地少，環境容量有限，雖然森林覆蓋率較高，但分布不均，在人類活動較多的地區，人口多而耕地少，毀林開荒嚴重，導致水土流失，引起滑坡、泥石流等災害頻發。

圖1 華寧縣的位置與滑坡災害空間分布

1.2 數據來源與方法

在數據來源上，災害點數據來源于實地考察和云南省玉溪市華寧縣防震減災局，通過GPS工具精確定位各滑坡點的經緯度、海拔高度，將數據庫導入ArcGIS 10.2軟件內完成滑坡空間制圖。研究區地形數據來源于地理空間數據云的數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，分辨率為30 m×30 m。

在研究方法上，利用軟件制圖、文獻和已有數據等進行綜合分析和判斷，制圖采用ArcGIS軟件。選取地形、地質、道路距離等7個因子疊加滑坡災害點制圖，其中從DEM數據中提取了3個地形因子，分別為坡度、坡向和水系，其中距水系距離先后利用水文分析模塊及歐式距離進行處理得到；地層巖性和斷層因子則由云南省華寧縣地質局提供的1∶5萬地質災害詳細調查區域工程地質條件圖數字化得出，并通過歐氏距離從中提取斷層距離；道路數據由云南省華寧縣防震減災局提供，而后在GIS軟件平臺進行配準柵格化而成，并通過歐氏距離從中提取道路距離。所有柵格圖層統一到WGS_1984_UTM_Zone_48N坐標，并對各個因子進行重分類，利用統計指數對滑坡在每個因子的各類別中的占比進行權重分析，完成易發性區劃。同時在數據分析方面，還借助DIVA-GIS軟件。

2 結果與分析

2.1 滑坡災害的分布特征

2.1.1 滑坡災害點空間分布的總體特征 地質環境不同的區域，滑坡的產生和分布都有較大差異。華寧縣的滑坡災害分布特點受區域地理、地質環境條件的影響，在各區域都有分布，具有明顯的地域特點。縣內主要地質災害以滑坡災害為主，占滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、不穩定斜坡5種類型災點總數的80%。研究區所轄5個鄉鎮均有滑坡地質災害分布，全縣滑坡地質災害點分布平均密度0.054/100 km2(表1)。整體上滑坡災害規模總體以小型為主，在2017年華寧縣滑坡地質災害統計中(表1)，共71處滑坡災害點，其中特大型規模滑坡3處，大型規模滑坡有3處，中型規模27處，小型38處。

表1 華寧縣2017年各鄉鎮嚴重滑坡災害

注：數據來源于云南省玉溪市華寧縣防震減災局。

2.1.2 滑坡災害點密度分布特征 從滑坡災害點的密度來看，滑坡災害點密度能夠反映出不同區域災害點分布的疏密情況，從而反映滑坡點集中分布區域以及比較區域之間的差異。整體上高密度區主要集中在華寧縣的磨豆山和登樓山地區。在鄉鎮分布上，各鄉鎮滑坡災害點密度見表1，其中寧州街道滑坡點數量最多，但災害點密度不是最高，以通紅甸鄉災害點密度最大，除了與其自然地理環境有關，還與其面積小有關(表1)。從圖2可以看出，研究區中部滑坡災害點密度最大，尤其以青龍鎮南部、寧州街道、通紅甸西部、盤溪西部、華溪東北部等區域最明顯。

圖2 華寧縣滑坡災害密度分布和受災人數分布

2.1.3 滑坡受災人數分布特征 在滑坡受災人數分布上，受災人數多少能反映滑坡災害的影響程度。從滑坡受災人數的空間分布來看(表1、圖2)，受災影響人數最大的主要分布在海拔較低的寧州街道和通紅甸鄉，說明兩個鄉鎮人口密集，受滑坡災害影響較明顯。其中寧州街道作為華寧縣的中心，經濟發達，交通設施便利，人口較其他鄉鎮多，在同等條件下滑坡災害影響大；通紅甸鄉以少數民族為主，海拔較低、水系發達，旅游業較發達，居住人口多，受滑坡災害點影響人數較多。整體上看，滑坡受災人數較大區域主要集中在人口密集區，在人口稀少地區，滑坡影響人數隨之降低。

整體來看，華寧縣滑坡地質災害在空間分布特征上，主要集中于中部高海拔地區，中部較東部發育。青龍鎮、寧州街道等地，由于地質環境條件復雜，屬滑坡災害發生頻率較高區域，災害點主要分布于海拔較高的山區或盆地邊緣。盤溪、通紅甸等地，由于坡度較緩，森林植被覆蓋較好，水土流失量較少，滑坡地質災害較青龍鎮、寧州街道較少。在滑坡災害點密度分布上，研究區中部滑坡災害點密度最大，尤其以青龍鎮南部、寧州街道、通紅甸西部、盤溪西部、華溪東北部等區域最明顯。從滑坡受災人數來看，受災影響人數最大的主要分布在海拔較低的寧州街道和通紅甸鄉。

2.2 滑坡災害分布的影響因子

滑坡災害的發育與發生受多種因素的影響和制約。華寧縣滑坡災害分布的影響因素包括地形地貌、水文、人類工程活動、地層巖性、地質構造5個方面。地形地貌包括海拔、坡度、坡向等方面，滑坡災害在不同的海拔高度、坡度、坡向有不同的發育強度。人類工程活動主要指基礎設施的建設，區內的基礎設施建設主要為公路建設和水利設施建設，距道路和水系遠近也影響著滑坡的發生。地質環境不同的區域，滑坡的產生和分布都有較大差異，華寧縣的滑坡災害及分布特點受區域地理、地質環境條件的影響，在各區域都有分布，具有明顯的地域特點。

2.2.1 海拔 海拔高度與植被類型、巖土體的含水率、人類工程活動以及降雨都具有一定的相關性，從而對滑坡災害的分布產生影響[8]。研究區滑坡在不同的海拔高度分布數量有很大差異，表現出一定海拔高度的集中性。結合研究區實地調查和參考相關文獻的基礎上[8-10]，本文將華寧縣內海拔在ArcGIS軟件中劃分5個等級進行評價，分別為1 019～1 300 m，1 300～1 600 m，1 600～2 000 m，2 000～2 300 m及>2 300 m，并統計分析華寧縣滑坡災害在各等級的分布情況(附圖1A)。統計結果表明，滑坡災害大多分布在1 600～2 300 m海拔區間內，其中57.75%分布在1 600～2 000 m海拔區間內(圖3A)。滑坡分布最密集的海拔范圍為華寧地區人類活動最頻繁與地形坡度較陡的范圍。海拔高程小于1 600 m的地區，由于地形起伏較小，不容易形成滑坡；海拔高程大于2 300 m的地區由于人類活動少且植被覆蓋率大，滑坡數量也較少。

2.2.2 坡度和坡向 滑坡災害點分布與坡度關系密切，坡度是影響滑坡穩定性的重要因素。已有研究表明，自然條件下滑坡所處坡體坡度越大，臨空面的黏性力越小，斜坡受重力影響越大，滑坡發生可能性越大[10,14,21]。然而如圖3B所示，研究區的滑坡數量并沒有隨坡度變大而增多，而是集中在10°～30°范圍內，這說明區內有許多滑坡集中發育在較緩坡度區。本文利用華寧縣DEM數據，生成坡度分布圖，分別統計各等級坡度內滑坡點數量，依據史展等[9]提出的按貢獻率分級將研究區內坡度分為5個級別，分別為0°～10°，10°～20°，20°～30°，30°～40°，>40°，同時疊加滑坡災害點，得到研究區滑坡災害點坡度空間分布圖(附圖1B)，統計結果表明，研究區滑坡的易發坡度區域為10°～30°范圍內，有36.62%的滑坡分范圍內布在10°～20°，35.21%分布在20°～30°的滑坡范圍內(圖3B)。這說明了滑坡災害多發生在10°～30°，在這個范圍內，坡度越大，滑坡穩定性越差。

注：1 為堅硬灰巖、白云巖巖組；2 為較堅硬灰巖、白云巖夾泥灰巖、砂巖、泥巖巖組；3 為松散土類巖組；4 為較堅硬噴出玄武巖巖組；5 為較堅硬含砂礫巖、泥巖夾礫巖巖組；6 為較軟弱砂頁巖互層巖組；7 為較堅硬砂、板巖夾灰巖、白云巖巖組； 8 為極軟黏土巖、砂巖巖組。
圖3 滑坡災害點和影響因子相關性統計

滑坡發育與多種因素相關，斜坡的坡向也是一個不可忽視的條件。將滑坡分布位置的坡向分為8個方向，利用GIS軟件將研究區坡向與滑坡災害點疊加，得到在不同坡向滑坡災害分布情況，圖3C是研究區滑坡坡向分級和與滑坡分布的關系圖。可以看出大多數滑坡發生在面向E，NE，NW，N等方向上，滑坡數分別占23.94%，16.9%，16.9%，14.08%(附圖1C、圖3C)，其中以東向相關性最高。說明在這4個方向上滑坡發生的可能性大。

2.2.3 距水系和道路的距離 滑坡災害的發育和發生與河流的特征有密切關系，河流通過其流水活動影響和改變地理環境[23]。在距離河流不同的區域受其影響不同，河流的流量、流速、水位等水情要素等對滑坡的產生有一定的影響。華寧縣流域為珠江水系，南盤江流域，境內有南盤江、海口河、華溪河、青龍河、龍洞河5條主要河流，區內地表水系發育，受河流侵蝕的作用，斜坡多處于極限平衡狀態，在外力的作用下，易失穩形成滑坡。空間臨近效應表明，距離越近對滑坡影響程度越大，根據ArcGIS軟件中的直方圖通過自然間斷點分級法進行分類，將滑坡災害點距離河流的距離在ArcGIS軟件中劃分5個等級進行評價，分別為<300 m，300～600 m，600～1 000 m，1 000～1 400 m及>1 400 m，并統計分析華寧縣滑坡災害在各等級的分布情況(附圖1D)。統計結果表明，滑坡災害大多分布在小于300 m區間內，49.3%的滑坡分布在此范圍內，距離河流越近，發生滑坡的可能性越大(圖3D)。

與道路距離的遠近也影響著滑坡的發生，將滑坡災害點距離道路的距離在ArcGIS軟件中劃分5個等級進行評價，分別為<10 m，10～20 m，20～30 m，30～40 m及>40 m，并統計分析華寧縣滑坡災害在各等級的分布情況(圖3E)。統計結果表明，滑坡災害大多分布在<20 m區間內，77.47%的滑坡分布在此范圍內，距離道路越近，發生滑坡的可能性越大。

2.2.4 距斷層距離 在分析滑坡災害分布特征時，斷層距離是重要的影響因素。根據相關研究資料，滑坡災害的發育和發生與斷層距離關系密切，距斷層越近，地震滑坡就越多[8]。華寧縣經歷了多次構造變動，縣域內構造體系復雜，主要斷層如小壩斷層、白玉沖斷層、永和村—何家溝斷層、河邊斷層等斷層附近滑坡災害分布有27處之多，在支斷層上滑坡分布數量較少(附圖1F)。已有研究表明[21-23]地質災害多發于斷裂構造較密集部位附近，具有沿構造線方向密集展布的特點，距離主斷層越近，滑坡災害越多，而支斷層附近由于破碎度較低，因而分布的滑坡災害較少。因此，采用距斷層距離這個因子來分析滑坡易發性本身已經體現了斷層性質的影響，所以沒有進行主斷層和支斷層的分類。利用研究區斷層分布圖與災害點進行空間分析，將災害點至最近斷層帶的距離按照600 m等間距進行劃分，在GIS軟件中依據自然間斷點分級法將研究區滑坡災害點距斷層距離劃分為5個等級進行評價，分別為0～600 m，600～200 m，1 200～1 800 m，1 800～2 400 m及>2 400 m，分析不同距離內滑坡災害的分布。統計結果表明，隨著與斷層距離的減少，滑坡的數量越多，77.46%的滑坡發育在距斷裂破裂帶0～600 m的范圍內(附圖1F,圖3F)。

2.2.5 地層巖性 滑坡變形失穩與地層巖性關系密切，滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的發育程度，與巖土體的類型密切相關。巖土體的物理和水理性質主要是由巖土類型決定的。根據研究區內的巖相、巖體結構、強度和巖性等要素的有機組合，共劃分出碎屑巖、碳酸鹽巖、變質巖、巖漿巖、松散土類5類巖石，劃分為8個巖組(附圖1G)，通過GIS軟件疊加滑坡災害點，并計算在不同巖性下滑坡災害點的數量，統計結果表明，滑坡災害主要集中分布于松散土類和較堅硬灰巖、白云巖夾泥灰巖、砂巖、泥巖巖組(圖3G)，63.39%的滑坡發生在這兩個巖組之內。其中，22.54%的滑坡災害點分布在松散土類巖組，松散土類巖性疏松，巖性相對軟弱，巖體較破碎，易風化，具有軟硬相間特征，浸水后巖體強度顯著降低，在強降雨及不利地質條件下容易產生滑坡等地質災害，主要分布于青龍鎮、寧州街道、通紅甸鄉。40.85%的滑坡災害點分布在碳酸巖中的較堅硬灰巖、白云巖夾泥灰巖、砂巖、泥巖，該巖類由于節理裂隙較發育，巖體較堅硬，力學性質較好，當受到較強烈的風化作用時，層間夾雜的泥巖、泥灰巖巖體易破碎，易引起滑坡崩塌等地質災害，主要分布于青龍鎮、寧州街道、通紅甸鄉。

2.3 滑坡災害易發性分區和制圖

滑坡災害的易發程度受控于地理、地質、水文、人類活動等多種要素，這些要素可以稱之為滑坡災害影響因子。要對滑坡災害易發性進行評價，就要分別對滑坡災害的影響因子分別進行評價。本次詳細調查收集到的華寧縣滑坡災害影響因子共有7個(附圖1)，把每一個影響因子都進行分類，統計滑坡災害在每一類中的分布情況，就可以初步認識這一影響因子中對滑坡災害的相對貢獻率大小。7個因子的貢獻率相互疊加，即完成了華寧縣滑坡災害易發性分區。

基于上述分析，我們可以在GIS平臺上，對控制滑坡災害的7個因子對滑坡災害發育的貢獻進行疊加分析，疊加產生華寧縣的滑坡災害易發程度的空間分布(圖4)。根據地區特點，考慮成果的可用性和復雜性，把華寧縣滑坡災害易發程度劃分為高、中、低3個等級(圖4)。高易發區主要分布在研究區中部地區，在5個鄉鎮均有高易發區的分布，其中主要分布在海拔較高的中部和西部山區，在行政區劃上主要集中在青龍鎮、寧州街道、華溪鎮。中易發區主要分布在研究區東北和西南區域，以及東部部分區域。中易發區在行政區劃上主要集中在青龍鎮東北部、寧州街道西南部、通紅甸彝族苗族鄉中部和盤溪東部分布最為集中。低易發區主要分布在研究區東部和西南部分地區。低易發區行政區劃上主要集中在通紅甸彝族苗族鄉、盤溪鎮分布最為集中。

結合災害點密度角度來看，災害點密度大的地區，發生滑坡災害的風險也越大。整體上，華寧縣滑坡災害呈現出東少西多，南少北多的特征。寧州街道中部地區本來應屬于中低易發區，但由于巖性的影響，在易發性分區圖上表現為高易發區，這說明在影響因子組合上還需要進行改進。未來華寧縣應重點關注中部和西部區域的滑坡災害預防。

圖4 滑坡災害易發性分區

3 結 論

(1) 華寧縣地質環境復雜，地質災害類型多樣，以山區突發性的滑坡為主，災害等級以小型為主。從滑坡災害點空間分布來看，具有空間集中分布特征，集中分布于中部高海拔地區；從滑坡災害點密度分布來看，中部地區滑坡災害點密度最大，其次是東部和北部地區。從滑坡受災人數來看，受災影響人數最大的主要分布在海拔較低的寧州街道和通紅甸鄉，其次是青龍鎮、通紅甸西部、盤溪西部、華溪東北部、寧州街道。

(2) 滑坡災害影響因子統計結果表明，滑坡災害大多分布在1 600～2 300 m海拔區間內，其中有57.75%分布在1 600～2 000 m海拔區間內；研究區滑坡的易發坡度區域為10°～30°范圍內，有36.62%的滑坡分布在10°～20°范圍內，35.21%的滑坡分布在20°～30°范圍內；大多數滑坡發生在E，NE，NW和N等方向上，滑坡數分別占23.94%，16.9%，16.9%，14.08%；滑坡災害大多分布在距離河流300 m區間內，49.3%的滑坡分布在此范圍內，距離河流越近，發生滑坡的可能性越大；滑坡災害大多分布在距離道路20 m區間內，77.47%的滑坡分布在此范圍內，距離道路越近，發生滑坡的可能性越大；滑坡災害主要集中分布于松散土類和較堅硬灰巖、白云巖夾泥灰巖、砂巖、泥巖巖組；隨著與斷層距離的減少，滑坡的數量越多，77.46%的滑坡發育在距斷裂破裂帶0～600 m的范圍內。

(3) 在滑坡災害易發性上，主要分為3個等級：高易發區、中易發區、低易發區。滑坡災害高易發區主要分布在寧州街道、青龍鎮、華溪鎮；中易發區主要分布在青龍鎮東北部、寧州街道西南部、通紅甸彝族苗族鄉中部和盤溪東部；低易發區主要分布在通紅甸彝族苗族鄉、盤溪鎮。