考慮植被因素的林地淺表層滑坡易發性評價*
——以川東華鎣市山地為例

郭鄭曦，康必均，齊 實，伍冰晨，王鑫皓

(1.北京林業大學 水土保持學院，北京100083；2.四川省華鎣市天池國有林場，四川 廣安611330；3.重慶市地質礦產勘查開發局107地質隊，重慶 401120)

淺表層滑坡是川東地區主要的山地災害類型之一，具有頻率大、分布廣的特點[1-2]。大量研究表明森林植被能降低淺表層滑坡發生的風險[3]，其作用與林分密度、林齡和植物生長發育狀況密切相關，一般而言，林分密度通過影響斜坡承重進而影響斜坡穩定性，平均樹齡可用于反映植物根系生長發育的規模及其錨固斜坡的能力。植物生長發育過程中，根系的密度、根徑等不斷增大，根系對于斜坡的固持能力不斷增強[4-6]，因此合理營造結構穩定的森林能降低林地淺表層滑坡的風險[7]。盡管植物通過多方面影響斜坡穩定性，但是目前在淺表層滑坡易發性評價指標體系構建中，對于植被因子的選擇仍較為單一，主要以NDVI、地表植被覆蓋度為主，鮮少考慮林分類型和樹齡等更為具體的植被因素，也缺乏植被因素和無植被因素的對比分析[8-9]。本研究以川東華鎣山林地為研究對象，針對淺表層滑坡評價中植被因子考慮欠缺的問題開展林地淺表層滑坡評價的植被因子選擇，優化淺表層滑坡易發性評價指標體系，為山區林地淺表層滑坡易發性評價提供借鑒。

1 研究區概況

1.1 研究區概況

華鎣市地處四川盆地東緣，川東平行嶺谷區華鎣山脈中段，緊鄰渠江(30° 07′～30° 28′ N，106° 37′～106° 54′ E)。市內海拔206.7～1 704.1 m，城市大致以襄渝鐵路為界，分為東西兩部分，西部以丘陵為主，夾雜部分平地和臺地，整體高差變化較小，平均海拔300.27 m，東部以山地為主，高差變化大，平均海拔689.81 m(圖1)。華鎣市屬亞熱帶濕潤性季風氣候區，降雨充沛，多年平均降雨量為1 087.84 mm，平均氣溫為17.2 ℃。研究區內的地質條件較為復雜，出露地層類型包括奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系，其中出露面積較大的地層類型為侏羅系、三疊系。華鎣市地質災害較為嚴重，據四川省地質環境監測總站2008年記錄，華鎣市內地質災害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、不穩定斜坡等五種地質災害，共計148處災害點，其中以滑坡和不穩定斜坡為主，占總體80%，東西部災害分布不均，整體上東部山區災害點占多數，達到57%(圖2)。

1.2 土地利用概況

華鎣市土地利用以農地和林地為主，占全市總面積的87%，西部為丘陵臺地，農田分布集中，占華鎣市總面積的40%，東部為山地，土地利用類型以林地為主，占華鎣市總面積的48%。華鎣市林分類型多樣，包括針葉林、闊葉林、針闊混交林、灌木林等其他林分類型四種，其中闊葉林面積最大，占整體22.4%，其次是針葉林，占17.41%，而針闊混交林和其他林分類型面積分別占1.30%和0.60%，面積都較小。從分布來看，針葉林自東北向西南成條帶狀分布，闊葉林主要集中在東北部，針闊混交林以及其他林分則在全區零散分布(圖3)。

圖1 華鎣市地形圖2 華鎣市地質災害分布圖3 華鎣市土地利用現狀

表1 基礎數據信息表

表2 林地調查信息記錄表

2 材料與方法

2.1 基礎數據

本研究數據來源及精度如表1所示。

2.2 滑坡點識別與調查

自2014年特大暴雨造成華鎣山區產生多處淺表層滑坡以來，此之后沒有強降雨發生，未產生新的滑坡災害，因此本研究依據2014年華鎣市Google 18級遙感影像以及實地調查進行滑坡點識別。

2.2.1 滑坡體影像識別

依據影像的顏色、紋理、大小、形狀等特點，對滑坡區域進行識別，如40年林齡的馬尾松(PinusmassonianaLamb.)林，林地整體顏色呈墨綠色，紋理較為粗糙，顆粒感強，面積覆蓋大，形狀不規則，在林地中出現的淺綠色，紋理較為光滑，細小、狹長分布的斑塊表明該區域地表被低矮灌草覆蓋，可以作為篩選滑坡體的標志，進行初步識別。

2.2.2 實地調查與解譯標志修正

選擇華鎣山天池林場猴兒溝管護區已知的13處滑坡體進行調查，調查指標包括滑坡體的坡度、土層厚度、主要樹種、林分類型、平均樹齡等指標以及相應的影像特征，調查結果如表2所示。經過實地調查了解到華鎣山區林地淺表層滑坡體形狀為條帶狀，地表覆蓋以淺綠色低矮灌草為主，坡度主要集中在35°以上的陡坡區域，平均土層厚度在1 m以下，據此修正滑坡體解譯標志，以淺綠色、狹長、條帶狀、陡坡、垂直于等高線分布作為滑坡區域解譯標志。根據修正的解譯標志進行滑坡點識別，共識別出105處滑坡點。

2.3 評價模型

本研究采用綜合指數模型進行淺表層滑坡易發性評價，具體公式如下：

(1)

(2)

(3)

3 林地淺表層滑坡影響因子及分級賦值

滑坡受各種因素綜合影響，合適的評價指標體系才能科學評價滑坡易發性[11]。崔陽陽[12]整理國內外滑坡易發性評價研究論文的指標體系，歸納出17個評價因子，包括高程、坡度、坡向、曲率、地形起伏度、地表粗糙度、地形濕度指數、地層巖性、地貌類型、地震動峰值加速度、距斷層距離、距水系距離、年均降雨量、植被類型、歸一化植被指數、距道路距離、土地利用類型，計算指標權重得出對滑坡影響最大的5種因子包括高程、土地利用類型、距道路距離、地形起伏度、曲率。針對地質地形因素，結合區域特點，本研究選擇工程地質巖組、坡度、平面曲率、剖面曲率等四個因子。針對非地質地形因素，已有研究采用植被覆蓋度、NDVI、樹齡、林分類型、土層厚度、土壤質地等[13-18]，本研究結合森林資源二類調查數據，選取土層厚度、林分類型、平均樹齡三個因子。

3.1 各因子分級及賦值

3.1.1 工程地質巖組

研究地區的地質巖組共七組，結合相關研究[19]，其分級分為七級，各級賦值結果如表3和圖4所示。

表3 工程地質巖組分級表

3.1.2 坡度和土層厚度

(1)坡度分級。各滑坡點坡度統計結果(圖5)表明，滑坡體主要分布在26°～35°這一坡度區間，因此將坡度分級為≤ 25°、26°～35°、36°～45°、≥ 46°四級，各級賦值情況如表4和圖6所示。

圖5 不同坡度下滑坡體數量分布圖

表4 坡度分級表

圖6 坡度賦值圖

(2)土層厚度分級。由于土層厚度為林業小班的平均土層厚度，不能反映滑坡點真實情況，因此需要進行土層厚度修正。本研究利用調查的滑坡點數據對研究區坡度在25°以上的區域的土層厚度進行修正，采用回歸分析方法進行反演，得到坡度與土層厚度間呈對數關系(圖7)，土層厚度修正結果如圖8所示。依據滑坡點數量進行土層厚度分級，分級結果如表5和圖9所示。

圖7 坡度-土層厚度關系圖

表5 土層厚度分級表

圖8 不同土層厚度下滑坡體數量分布

圖9 土層厚度賦值圖

3.1.3 平面曲率和剖面曲率

通過滑坡點平面曲率和剖面曲率統計結果(圖10)表明，其在平面曲率小于0°和剖面曲率大于0°的凹型坡上分布超過75%，故采用凹凸形態對平面曲率和剖面曲率進行分組和分級，分級結果如表6和圖11、圖12所示。

圖10 不同曲率下的滑坡體分布數量

表6 平面曲率、剖面曲率分級表

圖11 平面曲率賦值圖

圖12 剖面曲率賦值圖

3.1.4 林分類型和平均樹齡

(1)林分類型分級。對研究區內的林分類型劃分為針葉林、闊葉林、針闊混交林、竹林及其它類型林分五組，研究區的主要林分類型為針葉林，面積達到74.33 km2，占比為41.25%。結合相關研究成果[20-22]，依據平均安全系數越大，等級越高的原則進行林分類型分級，分級結果如表7和圖13所示。

表7 林分類型分級表

圖13 林分類型賦值圖

(2)平均樹齡分級。根系發育的一個直觀體現是土壤孔隙度的變化，以研究區內的主要造林樹種馬尾松為例，有研究人員[23-24]分析不同林齡下馬尾松林地的生長立地條件，指出在31～40年間的成熟林下林地土壤孔隙度最高，該研究說明隨馬尾松年齡增長，根系發育在31～40年間達到峰值，隨后開始下降，馬尾松樹齡對斜坡穩定性呈現單峰發展趨勢。經統計，研究區內平均樹齡最大不超過52年。據《主要樹種齡級與齡組劃分:LY/T 2908 - 2017》標準的分類方法進行平均樹齡分級，分級結果見表8和圖14。研究區內以16～40年的平均樹齡為主，面積達到77.39 km2，占研究區總面積42.95%，其次是≤6年這一齡組，面積為69.89 km2，面積占比為38.79%。

表8 平均樹齡分級表

圖14 平均樹齡賦值圖

3.2 各因子權重確定

本文利用文獻統計法確定因子權重，以文獻中的權重的平均值作為本研究因子的權重。為分析植被因子在淺表層滑坡中所起的作用，本研究分為地質-地貌-土壤評價指標體系和地質-地貌-土壤-植被評價指標體系兩個評價指標體系，兩個體系中因子的權重分配結果如表9所示。

表9 淺表層滑坡易發性評價因子分級賦值表

4 淺表層滑坡易發性評價

4.1 評價結果及分析

(1)地質-地貌-土壤評價結果分析。采用地質-地貌-土壤指標體系進行淺表層滑坡易發性評價，根據綜合評價模型得出淺表層滑坡易發性評價指數結果，如圖15所示，評價指數在1.00～9.00之間，平均評價指數為5.00。

圖15 地質-地貌-土壤指標體系的淺表層滑坡易發性指數

(2)疊加植被因子的評價結果分析。采用地質-地貌-土壤-植被指標體系進行淺表層滑坡易發性評價，根據綜合評價模型得出淺表層滑坡易發性評價指數結果，如圖16所示，評價指數在1.35～8.81之間，平均評價指數為4.96。

圖16 地質-地貌-土壤-植被指標體系的淺表層滑坡易發性指數

對比不考慮植被因子和考慮植被因子的評價結果，可知后者的易發性指數區間小于前者，且平均易發性評價指數也低于前者，降幅為1.2%。結果說明植被因素在淺表層滑坡災害發生中起著降低災害易發性的作用，將植被因素納入淺表層滑坡易發性評價指標體系有利于更全面地反映林地淺表層滑坡的易發性。

4.2 易發性分區

采用考慮植被因子的易發性評價結果，根據易發性指數確定分區標準(表10)，對研究區滑坡易發性進行分區(圖17)。

表10 淺表層滑坡易發性分區判定表

圖17 淺表層滑坡易發性分區

結果表明，極高易發區面積為0.32 km2，零散分布在和平原區接壤的山區一線，占總體面積0.18%；高易發區面積為38.43 km2，主要在林地西部成條帶狀分布，占總體面積的21.82%；中易發區面積為44.34 km2，主要集中在天池湖周圍，占總體面積25.17%；低易發區面積為56.25 km2，分布在研究區中部，占總體面積31.93%；非易發區面積為36.83 km2，主要分布在研究區南部，占總體面積20.90%。

結合因子分級圖可知，中易發性及以上區域內的因子特點為巖組類型為薄-厚層狀硬質夾軟質中等巖溶化灰巖、生物碎屑灰巖夾泥巖、頁巖巖組，該巖組為軟弱巖組，易發生地質災害，面積為35.03 km2，占中高易發區內面積的35.03%，坡度以25°～35°區間為主，面積為41.11 km2，占中高易發區內面積的50.23%，土層厚度集中在0.41～0.5 m，面積為41.56 km2，占中高易發區內面積的50.01%，平面曲率以小于-0.01°的區間為主，面積為42.77 km2，占中高易發區內面積的51.47%，剖面曲率以大于0.01°的區間為主，面積為46.98 km2，占中高易發區內面積的56.53%，林分類型以針葉林、闊葉林為主，面積為51.22 km2，占中高易發區內面積的61.64%，平均樹齡以低于6年的齡組為主，面積達到38.47 km2，占中高易發區內面積的46.29%，這些因素綜合在一起的區域為最容易發生滑坡的區域，在該地區內需建立預警機制，同時加強和提高對淺表層滑坡的抗災能力。

利用118處歷史滑坡點進行分區疊加驗證，結果如表11所示。由表可知，在中易發性及以上區域內災害點總共109處，占總數的92.37%，表明由地質-地貌-土壤-植被指標體系建立的綜合指數模型對該地區淺表層滑坡易發性評價的精度較高，評價結果可信。

表11 淺表層滑坡易發性分區與災害點分布

5 結論

本研究以川東華鎣山林地為例，考慮植被因素構建林地淺表層滑坡易發性評價模型進行評價，獲得以下結果：

(1)研究區影響林地淺表層滑坡的主要因素包括工程地質巖組、坡度、平面曲率、剖面曲率，土層厚度、林分類型、平均樹齡。

(2)評價結果準確率達到92.37%，具有很高準確性，說明構建的考慮植被因子的評價模型具有較高的應用價值。

(3)研究區內高易發性及以上的區域的易發性指數大于6，面積為38.75 km2，占研究區總面積的22.00%，其主要分布在研究區西側的平原與山地交界的山脈一帶，受軟弱巖組的影響，該區域內滑坡發生的可能性高，需要著重進行防災治災規劃。