強降水條件下喀斯特地貌地質災害風險區劃研究

黃天福 吳安坤 陳昌文 劉鵬

摘要? ? 選取六盤水市暴雨日數比例、地災隱患指數、年均暴雨量、年均暴雨日數、年均降雨量、坡度6個指標作為暴雨誘發地質災害風險的評價因子，采用投影尋蹤聚類模型對評價指標進行客觀賦值，采用自然斷點分級法將暴雨誘發地質災害風險區劃劃分為低風險區、次低風險區、中風險區、次高風險區及高風險區五級。結果表明，高風險區大致分布在3個區域，東北部六枝的中寨、隴腳、折溪、箐口、新窯等鄉鎮，南部的瑪依及西部的松河、斷江、盤江、柏果、灑基等鄉鎮。

關鍵詞? ? 暴雨;地質災害;投影尋蹤聚類模型;風險區劃

中圖分類號? ? P694? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）14-0162-03

Abstract? ? In this paper， six indexes were selected as the evaluation factors of geological disaster risk induced by rainstorm， including the ratio of rainstorm days， the index of geological disaster potential， the annual average rainstorm， the annual average rainstorm days， the annual rainfall average and the gradient. The projection pursuit clustering model was used to evaluate the evaluation indexes objectively， and the natural breakpoint classification method was used to divide the risk division of geological disaster induced by rainstorm into low-risk areas， sub low-risk areas risk area， medium risk area， sub high risk area and high risk area. The results showed that the high-risk areas were generally distributed in three areas： Zhongzhai， Longjiao， Zhexi， Qingkou， Xinyao and other towns in the northeast of Liuzhi， Mayi in the south and Songhe， Duanjiang， Panjiang， Baiguo， Saji and other towns in the west.

Key words? ? rainstorm; geological disaster; projection pursuit clustering model; risk zoning

國內外學者都十分關注地質災害并進行了大量研究工作。許多研究認為，大多數滑坡是由于短期強降雨引起的，滑坡事件和暴雨峰值幾乎同時發生[1]。肖漢忠[2]分析了降雨對滑坡、泥石流發育的基本影響，認為前期降雨是滑坡和泥石流發展的充分條件，前期降雨量和降雨強度是滑坡及泥石流預報的主要預警指標，降雨強度是形成泥石流的必要條件，是泥石流預報預警的關鍵參數。薛建軍等[3]基于國家地質災害預警區的劃分以及歷史地質災害記錄和氣象數據，建立了全國范圍的區域氣象潛勢預測模型。國內外關于暴雨與地質之間關系的研究很多，但針對貴州特殊的喀斯特地貌因暴雨誘發的地質災害研究少之甚少，特別是關于六盤水市這類特殊的工業城市暴雨與地質災害關系的研究基本沒有。

六盤水市位于貴州省的西部，全市總面積9 914 km2，總人口近300萬人，由于特殊的喀斯特地貌，地質災害嚴重。隨著社會經濟的發展，工程建設和礦產資源開采破壞了自然結構。因此，研究喀斯背景下暴雨誘發地質災害風險區劃很有必要，氣象監測和預警可以為地質災害的防御提供理論依據。

1? ? 資料與方法

1.1? ? 區域概況

六盤水位于貴州省西部、云貴高原一、二級臺地斜坡上，地勢西高西低，北高南低。一般地區海拔在1 400～1 900 m。最高點在鐘山區大灣鎮，海拔2 845.7 m;最低點在六枝特區毛口鄉北盤江河谷，海拔586 m，相對高差2 259.7 m。地貌景觀以山地、丘陵為主，也有盆地、山原、高原、臺地等地貌類型。年降水量為1 200～1 500 mm。

1.2? ? 數據來源

2011—2019年六盤水市各鄉鎮兩要素氣象觀測資料;六盤水市地質災害隱患點資料，來源于六盤水市國土資源局40年地質災害資料;DEM數據，來源于美國地質調查局EROS數據中心的GTOP30數據集，分辨率達30 m;六盤水市基礎地理數據（含區縣邊界、水系分布等）以及鄉鎮行政區域圖。

1.3? ? 分析方法

1.3.1? ? 風險因子的確定及網格化。選取暴雨日數比例、地災隱患指數、年均暴雨量、年均暴雨日數、年均降雨量、坡度作為風險評價因子，由于篩選獲得的每個指標因子數據格式和維數不同，因而無法直接進行分析和計算。在此基礎上，基于GIS平臺，對因子進行網格化處理，生成0.005°×0.005°柵格數據。風險因素的網格處理在統一分析和計算的同時提高了分析的準確性，并彌補了市縣級行政區域規模空間單元尺度大、分辨率低的缺陷。

1.3.2? ? 權重系數的確定。確定指標權重旨在確定風險結果與評價指標之間的數值換算關系，是定量化分析多指標多因素風險評價的必要途徑。投影尋蹤是由Friedman等學者提出的基于探索性和確定性分析的聚類與分類方法，在一定程度上可解決多指標分類等非線性問題，減少人為的主觀性操控[4-5]。建模過程包括以下4步。

1.3.3? ? 風險等級劃分。風險評價等級的確定采用自然斷點分級法，亦稱Jenks優化方法。其原理是采用數據聚類方法，減少類的方差，最大限度地提高類之間的差異。計算采取重復迭代過程，通過重復計算不同的數據集，以確定最小的類方差，直到偏差的總和達到最小值為止[6-7]。其公式為：

2? ? 結果與分析

2.1? ? 強降水分析

強對流天氣降雨強度大、歷時短，不同強度不同地域的強降雨，可造成輕重不同的地質災害。將6 h之內的雷陣雨歸結為強對流天氣，6 h之后雨強減弱雨量減小轉變為系統性降水，24 h降雨>50 mm的歸納為暴雨。貴州省國土資源廳近40年的統計資料表明，地質災害的發生與強降水有很大的關系：2010年貴州省關嶺縣6.28特大山體滑坡、2019年貴州水城縣7.23特大山體滑坡造成了人員傷亡和大量財產損失，以上2次特大山體滑坡都與當時區域連續強降水有很大的關聯。

對六盤水市各鄉鎮近10年兩要素氣象降雨資料進行統計分析，年均暴雨量高值區主要分布在郎岱、隴腳、毛口等東部區域，暴雨量可達200 mm以上;次高值區域分布在南部、西南部的大部分區域。年均暴雨日數大致呈現3個高值區，主要分布在郎岱、隴腳、毛口等東部區域，均達到3 d以上，與年均暴雨量十分吻合（圖1）。圖2為暴雨量占比，日均降水≥50 mm的比例與年均暴雨量分布大致一致。年均降水量大致呈現由南向北逐步遞減的趨勢，高值區分布在南部及西南部的大部分區域。

2.2? ? 強降水條件地質災害隱患指數

喀斯特地貌以貴州省六盤水為例，根據貴州省國土資源局資料：六盤水市中部地質構造相對于其他區域更為復雜，地質災害主要有滑坡、泥石流、坍塌、地裂縫等類型，并以滑坡和泥石流為重中之重。而滑坡、泥石流災害90%發生在4—10月，主要發生在汛期5—9月，7—8月達到高峰，汛期之外少有發生，這也說明此類地質災害發生的頻次與強降水時間具有很好的一致性。

結合六盤水國土資源局繪制的地質災害易發分區圖（圖3），用歸一化地災隱患指數將地災隱患點進行點密度分析后歸一化處理，結合強降水因子指標進行逐一網格化處理，得出六盤市強降水條件下地質災害隱患指數，如圖4所示。高值區主要分布在水城縣雞場、都格一線，大灣、比德鄉點和盤縣的柏果、盤江、段江一帶。其強降水條件下誘發地質災害隱患指數達到0.75～1.00。其次是水城的木果至鐘山一線，六枝的木崗、新窯、折溪，盤縣的西沖、樂民，瑪依經大山到響水一線，其強降水條件地質災害隱患指數為0.50～0.75。

2.3? ? 暴雨誘發地質災害風險區劃分析

將各鄉鎮年均暴雨量、暴雨日數、暴雨比例、年均降水量、地災隱患點、坡度作為樣本代入PPC模型。遺傳計算過程中選定父代初始種群規模為400，交叉概率為0.80，變異概率為0.20，變異方向所需要的隨機數為10，加速次數為7次，得到的最優投影方向向量為=（0.271 6，0.202 8， 0.231 9，0.134 1，0.073 1，0.086 6），采用自然間距斷點法對風險投影特征值進行等級劃分（表1），強降水條件下喀斯特地貌地質災害區劃圖如圖5所示。

將暴雨誘發地質災害風險區劃劃分為低風險區、次低風險區、中風險區、次高風險區及高風險區五級，其中高風險區大致分布在3個區域：東北部六枝的中寨、隴腳、折溪、箐口、新窯等鄉鎮，南部的瑪依以及西部的松河、斷江、盤江、柏果、灑基等鄉鎮。

3? ? 結論

地質災害的發生與強降水有很大的關系，且地質災害發生的頻次與強降水的時間具有很好的一致性。強降水條件下喀斯特地質災害風險可劃分為低風險區、次低風險區、中風險區、次高風險區及高風險區五級，高風險區大致分布在3個區域，東北部六枝的中寨、隴腳、折溪、箐口、新窯等鄉鎮，南部的瑪依及西部的松河、斷江、盤江、柏果、灑基等鄉鎮。

4? ? 參考文獻

[1] 季卓芬.雨水滲透與香港滑坡災害[J].工程地質學報，1997，7（2）：147-153.

[2] 肖漢忠.降雨對不良地質現象發育的基本作用[J].重慶交通學院學報，1996，15（3）：126-130.

[3] 薛建軍，徐晶，張芳華，等.區域性地質災害氣象預報方法研究[J].氣象，2005（10）：24-27.

[4] 李瓊，周建中.改進主成分分析法在洪災損失評估中的應用[J].水電能源科學，2010（3）：39-42.

[5] 胡安焱，郭生練，劉燕，等.干旱區內陸河流域生態環境質量模糊綜合評價[J].地質災害與環境保護，2006（2）：69-73.

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[7] 蔣勇軍，況明生，匡鴻海，等.區域易損性分析、評估及易損度區劃：以重慶市為例[J].災害學，2001，16（3）：59-64.