基于GIS的忠縣滑坡危險評價研究*

林　慶，林孝松，田　佳，韓　賾(重慶交通大學河海學院，重慶400074)

基于GIS的忠縣滑坡危險評價研究*

林慶，林孝松，田佳，韓賾
(重慶交通大學河海學院，重慶400074)

摘要:在綜合分析忠縣滑坡災害影響因子的基礎上，選取地表坡度、地表高程、地形起伏度、距道路遠近、距河流遠近、匯流累積量以及年均降雨量等7危險評價因子構建忠縣滑坡危險評價體系;采用專家系統評分方法對各評價因子進行分級賦值，利用AHP法確定各評價因子權重值，在GIS軟件平臺上建立各評價因子專題圖層;基于綜合指數分析方法建立忠縣滑坡災害危險評價綜合指數模型，并利用綜合指數進行分區評價，最終將忠縣滑坡災害分為微危險、低危險、中危險、高危險4個危險等級區;研究結果表明:忠縣滑坡災害微危險區面積689.18 km2，占總面積的34.39%;低危險區面積643.91 km2，占32.14%;中危險與高危險區面積分別為366.13、334.54 km2，占總面積的17.02%與16.45%。評價結果與忠縣滑坡災害的實際情況項吻合，可用于指導滑坡災害的防災減災工作。

關鍵詞:滑坡災害;危險評價; GIS;層次分析法;忠縣

我國70%的地域屬于山區，其滑坡發生頻率高、密度大，是世界上受滑坡危害最為嚴重的國家之一［1］。作為滑坡災害風險評估的一部分，滑坡災害危險評價是通過對單體滑坡、局部地域或大面積區域滑坡進行危險評價，從而實現對各種類型滑坡進行高效管理，以減少滑坡災害造成的生命以及財產損失。在對滑坡危險評價研究中，R.L.舒斯特等［2］采用與滑坡相關的地形因素和巖性因素等對滑坡危險度進行評價; Kienholz H［3］采用坡度和滑動速度等因素對滑坡危險度進行評價;沖村孝［4］采用切割密度、降雨等因素對滑坡危險度進行評價。近年來，關于滑坡危險評價研究則越來越傾向于將具有強大空間分析功能與數據管理功能的GIS分析技術融入到研究工作中［5-8］。評價的一般流程是在確定評價方法基礎上，提取研究區域危險性因子，將其轉化成GIS圖形數據;結合滑坡空間分布進行分析，選用適當方法獲取各個因子的權重以及賦值;建立評價模型進行GIS空間分析，從而獲得研究區域滑坡危險度分區圖，并在此基礎上進一步細化，最終完成研究區域滑坡災害危險評價。

基于GIS技術，在綜合分析忠縣滑坡災害影響因子基礎上，選取地表坡度、地表高程、地形起伏度、距道路遠近、距河流遠近、匯流累積量以及年均降雨量等7危險評價因子構建忠縣滑坡危險評價指標體系，采用專家系統評分法對各評價因子進行分級賦值，基于綜合指數分析方法建立忠縣滑坡災害危險評價綜合指數模型，并利用綜合指數進行滑坡危險等級區劃分，為滑坡災害的防災減災工作提供科學依據。

1　研究區概況

忠縣位于重慶市中部，三峽庫區腹心地帶。東北與萬州區相鄰，西接墊江縣，東南與石柱縣毗鄰，西南與豐都縣接壤，北與梁平縣為界。地理位置介于東經107°3'－108°14'、北緯30°03'－30°35'之間，東西長66.45 km，南北寬60.15 km，幅員面積2 183 km2。境內呈“三山兩槽”地形，即由金華山、方斗山、貓耳山3個斜背山和其間的拔山、忠洲兩個向斜溝槽構成，海拔117～1 680 m，是典型的丘陵地貌。屬于亞熱帶東南季風區山地氣候，溫熱寒涼，四季分明。降雨量時空分布不均，多年平均降雨量為1 200 mm。境內有溪河28條，均屬長江水系，其中流域面積大于50 km2的有8條。2013年忠縣總人口達到102萬人，全縣實現國內生產總值達156.8億元。研究區相關基礎數據分布如圖1所示。

圖1　研究區相關基礎數據分布

2　危險評價因子分析與指標選取

影響滑坡災害發生的因素很多，但大致可分為外在因素和內在因素兩大類。外在因素主要包括大氣降水、地表水侵蝕和人類工程活動等;內在因素則包括地形地貌、地層巖性、地質構造、斜坡結構類型以及水文地質等［9］。同時由于有一些因素本身屬于不恒定的因素，因此在眾多因素中，若僅僅只是對任何一個單因素進行評價，其最終結果是不精確的［10］。

2.1滑坡災害危險評價因子分析

2.1.1地表坡度

地表坡度是滑坡發育的重要影響因素之一。通過繪制坡度圖，對區域進行坡度分區，這些都可為斜坡穩定性分區和防治滑坡提供分析依據。對收集到的忠縣滑坡點數據按照10°為間隔進行整理，結果表明:10～20°滑坡相對較多，有296個滑坡點。0～10°、20～30°、＞30°的滑坡分別有96、57、48。因此可以看出10～20°之間滑坡點最多，約占總滑坡點的60%，同時可以判斷忠縣的滑坡點大多分布于10～20°之間，坡度大于20°以后，滑坡點的數量明顯減少，其是滑坡發生的轉折點。

2.1.2地表高程

忠縣主要呈“三山兩槽”的地形狀態，地勢東高西低，地表高程變化于117～1 680 m，通過對忠縣滑坡點數據進行統計，發現滑坡點主要分布高程為200～550 m地區，其所在范圍共計有435處滑坡災害，約占滑坡總數的87.53%，而其他高程段550～1 000 m和1 117～1 200 m以及1 000 m～1 680 m的滑坡點則分別有42、15、5處，相對來說較少。由此對地表高程進行分級賦值，同時也說明區域的地表高程與區域所在滑坡的分布有著緊密的關系。

2.1.3地形起伏度

地形起伏度作為描述區域地形的一個宏觀指標，具體表現了區域地表起伏度的高低以及地表的崎嶇，地形起伏度高的地區往往較為陡峭，地貌形態復雜，地質構造活躍，易產生滑坡;而地形起伏度低的區域則較為平坦，地貌形態單一，地質構造穩定，滑坡發生幾率較低。因此將地形起伏度選作滑坡災害危險評價因子，通過忠縣地形起伏度的高低，反映忠縣滑坡產生頻率的大小，并以此分級賦值。

2.1.4距道路遠近

交通道路網遍及于丘陵、山區、河流以及平原之間，在對道路網中鐵路、公路、省級道路以及國道的修建和維護中，尤其是在對坡體之間、峽谷邊緣的道路進行修建與維護中，難以避免的都會對坡體進行打通或者是開挖坡腳，這些都容易造成坡體內部應力的重分布，從而誘發滑坡的產生。同時對忠縣滑坡點進行統計分析，發現大多數的滑坡都是沿著道路展開，因此對忠縣的交通道路網絡進行多級緩沖分析，以此確定不同距離范圍內道路對滑坡的影響程度，并以此結果進行分級賦值。

2.1.5距河流遠近

當坡體的前方有足夠的臨空面，那么其就有可能產生滑坡。而河流沖刷淘蝕坡腳，使得坡體前方產生眾多臨空面，從而使得大量的斜坡滑移控制面得以暴露，進而引發滑坡的產生。同時地表水的沖刷與淘蝕及其對地下水的補給，常常和岸坡巖體中的地下水沖蝕產生聯合作用，再加上暴雨的誘發，從而使的滑坡更容易產生。因此對忠縣河流網絡進行多級緩沖分析，以此確定距離河流遠近對于滑坡產生的不同影響，并以此結果進行分級賦值。

2.1.6匯流累積量

廣西是一個多民族的以壯族為主體，地處我國西南邊陲的地區，在民族遷徙和千百年的融合中，廣西地區形成了具有自身特點的耳聾基因突變譜。因此對廣西地區耳聾高危人群、患病人群進行分子篩查，查找新致病突變、豐富耳聾突變分子譜，有助于本地區制定相應的耳聾基因篩查策略；指導人群篩查、遺傳咨詢和臨床診斷，并幫助高風險家庭進行產前診斷和醫學干預，才能達到提高出生人口素質的目標。

匯流累積量代表的是河流產流水量集中到某一范圍的多少，即用量化的數字大小來表示匯流量的多少。某一區域河水匯流量值越大，流經區域的匯流就越多，從而使得該區域河流水位上升甚至是發生洪水。而河流水位的上升往往對斜坡穩定性帶來不利影響［11］，斜坡前緣內部的水壓力會因為水位的上升而變化，從而是的有效正壓力降低，這會對斜坡的穩定性產生不利的影響，同時由于斜坡下部巖土長期浸泡于地表水當中，降低了斜坡的整體性和力學強度，再加之重力影響，引發上部的強烈蠕動變形，在暴雨作用下時易導致滑坡的發生。在忠縣DEM數據基礎上，利用GIS的水文分析功能來計算流域水系匯流累積量來確定河水匯流量的大小對滑坡產生的影響，并在此基礎上進行分類賦值。

2.1.7年均降雨量

年均降雨量是反映降雨多少的量化依據，亦是導致滑坡災害頻發的誘因。年均降雨量越大，則表示降雨強度越大，沖刷力越強，激發力越大，在穩定性較差的墊面條件下，則更易產生滑坡、泥石流等地質災害，因此將忠縣年均降雨量選作危險評價因子。基于重慶市各個區縣以及周邊區縣共44個縣級氣象臺站的高程以及多年平均降水量數據進行線性回歸分析［12］，模擬得到忠縣年均降水量的回歸方程［13］，再利用ArcGIS柵格計算功能，最終得到忠縣年均降雨量分布圖，并在此基礎上進行分類賦值。

2.2危險評價因子選取與量化

通過對忠縣滑坡各個因素的分析，在咨詢相關專家意見的基礎上，將地表坡度、地表高程、地形起伏度、距道路遠近、距河流遠近、匯流累積量量以及年均降雨量作為滑坡災害危險評價指標。采用滑坡穩定性因子賦予判別值方法對各因子賦值［14］，最后得到各因子的狀態分類以及賦值(表1)。在此基礎上利用GIS分析技術對各項因子進行分析處理得到各評價因子分級圖，同時參照表1進行重分類得到各指標重分類圖(圖2－8)。

表1　各危險性因子狀態分類及賦值

圖2　DEM重分類

圖3　坡度重分類

圖4　起伏度重分類

圖5　匯流量重分類

圖6　道路緩沖重分類

圖7　河流緩沖重分類

圖8　年均降雨量重分類

3　危險評價模型構建級危險分區與評價

3.1危險評價模型構建

3.1.1危險評價因子權重值獲取

利用AHP方法對評價因子兩兩對比，利用1－9標度法表示各個評價因子之間影響的強弱程度［15］，并在此基礎上通過18位專家對各個評價因子的相對重要性賦值打分，以此來構建判別矩陣，之后通過計算得到評價因子的權重值(表2)。最后在對所構建的判別矩陣進行層次單排序一致性檢驗，算出一致性指標CR＜0.1，由此可得判別矩陣通過一致性檢驗。

表2　各評價因子權重值表

忠縣滑坡危險評價模型采用多因素綜合指數評價方法建立。方法是利用GIS空間分析功能將滑坡災害危險各影響指標的單因素圖層疊加，最終得出研究區危險分區結果。多因素綜合指數法計算模型:

式(1)中，Z代表滑坡危險綜合指數，其是用以評價滑坡危險性分級的一種綜合量化指標，它的綜合指標數值大小決定著滑坡危險分區結果。Ki為危險性各評價因子的權重值; Xi為各危險評價因子的量化賦值。

3.2滑坡危險分區與評價

采用綜合評價法構建了滑坡災害的危險評價指標體系，層次分析法確定各危險評價因子的權重值，在通過ArcGIS的空間疊加分析功能，將各個評價因子按照權重值綜合評定滑坡災害的危險性，最終得到忠縣滑坡災害危險評價結果。

通過危險評價結果，對忠縣滑坡災害進行危險分區與評價。查閱相關文獻，發現利用GIS軟件，采用幾何級數分類的分級方法對評價結果進行分區的效果最為顯著，也更能體現危險性的分布規律［16，17］。因此采用幾何級數分類方法對忠縣滑坡災害危險評價結果進行分區，最終結果是分為了微危險、低危險、中危險、高危險共計4個區，其中等級賦值分別為1.28～2.22，2.22～2.36，2.36～2.50，2.50～3.44，最終得到了忠縣滑坡危險性評價分區圖(圖9)，同時進行重分類統計得到了各個危險區的網格數量以及面積，其中微危險區網格數為68 918，面積為689.18 km2，占總面積的34.39%;低危險區網格數為64 391，面積為643.91 km2，占總面積的32.14%;中危險區網格數為36 613，面積為366.13 km2，占總面積的17.02%;高危險區網格數為33 454，面積為334.54 km2，占總面積的16.45%。

從最終滑坡危險評價分區圖可看出:忠縣滑坡災害呈現出空間上面積分布廣，等級高的特點，中度以上危險區面積占到總面積的33.47%，這部分地區集中了忠縣大部分的滑坡災害點。同時還可看出滑坡災害的高危險區與中危險區主要是集中沿河流、道路地區。而在海拔高度上也具有一定集中性，高危險區與中危險區主要分布在忠縣的東南方向，與地形的走向西北高，東南低呈現出反向的關系。

圖9　忠縣滑坡危險評價分區

4　結論

(1)在對滑坡災害進行危險性評價研究時，將GIS的空間數據管理與空間分析功能與層次分析法相結合，不僅實現了將影響滑坡發生的相關評價因子數字化管理，同時還將權重值確定判別中的主觀因子與客觀因子合理有效的結合了在一起，為評價研究工作提供了可行性手段，是一種行之有效的防災減災措施，具有很好的實用價值與應用前景。

(2)在GIS軟件支持下，以單位為100 m×100 m的網格尺寸精細獲取各指標因子數據，在此基礎上，得到忠縣滑坡災害危險評價綜合指數數值，并進行分區與評價。研究結果表明:忠縣滑坡災害危險評價綜合指數在1.28～3.44之間，中度以上危險區面積分別為:366.13 km2、334.54 km2、共計占到總面積的33.47%，由此可見忠縣滑坡災害防治工作亦不容忽視。

(3)滑坡危險區的劃分反映出了整個忠縣滑坡危險性的空間差異和分布特征，同時參照野外調查的滑坡災害點，其結果與實地情況也比較符合，為忠縣防災減災部門的進一步工作提供了很好的依據。當然滑坡災害本身是一個復雜的過程，在因子量化分級、數據獲取與評價模型等方面都還有進一步研究的空間。

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Research on the Landslide Hazard Evaluation of Zhongxian，Chongqing Based on GIS Method

LIN Qing，LIN Xiao-song，TIAN Jia，HAN Ze
(School of River and Sea Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

Abstract:On the basis of comprehensively analyzing the impact factors of landslides in Zhongxian，seven factors are selected as evaluation indices including surface slope，surface elevation，terrain undulation，the distance to roads，the distance to rivers，flow cumulant of rivers and annual average rainfall.Every indicator is given a value by using the method of expert system; weight of the seven indices are determined by Analytic Hierarchy Process (AHP); a thematic map for every evaluation index is built by GIS.Based on comprehensive index analysis，the index model of the landslide hazard evaluation of Zhongxian is established.Landslide hazards are divided into 4 rating area，ie.micro hazard，low hazard，medium hazard and high hazard according to the zoning evaluation by comprehensive index.The results show that the 4 rating area respectively cover 689.18 km2、643.91 km2、366.13 km2、334.54 km2respectivel，and each account for 34.39%、32.14%、17.02%、16.45% of the total area.The results also corresponds with the actual situation of landslides in Zhongxian，which can be used to guide the work of landslide prevention and reduction in Zhongxian.

Key words:landslide; hazard evaluation; GIS; AHP; Zhongxian

中圖分類號:XP47

文獻標識碼:A

文章編號:1672－058X(2015) 08－0076－07

doi:10.16055/j.issn.1672－058X.2015.0008.016

收稿日期:2014-10-01;修回日期:2014-12-10.

*基金項目:國家自然科學基金項目(51479015);重慶市教委科技項目(KJ100406).

作者簡介:林慶(1989-)，男，重慶銅梁人，碩士研究生，從事地質災害與地理信息系統方面研究.