九寨溝地震次生災害風險及對自然保護區和自然遺產地的影響

李孝永, 杜國明, 匡文慧

(1.中國科學院 地理科學與資源研究所, 北京 100101;2.中國科學院大學, 北京 100049; 3.東北農業大學 資源與環境學院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

九寨溝地震災區內自然保護區和遺產地是生態恢復的關鍵區域，因此對震后自然保護區和遺產地的生態狀況開展科學評估并提出有效對策建議，對于保護和恢復珍稀動植物的生境質量尤為重要[1-3]。2017年8月8號，四川省阿壩州九寨溝縣發生7.0級地震，造成500多人傷亡，7萬余間房屋受損[4]。震源距九寨溝國家自然風景區較近，該區域地質構造復雜，且重災區坡度較陡，地層破碎，又恰逢雨季，滑坡、泥石流等次生災害易發。九寨溝地震災區是我國生物多樣性保護的關鍵區域，災區內分布著多個國家自然保護區和世界自然遺產地[5-7]。地震及次生災害會引起區域生態環境變化，尤其是地質地貌、土壤等要素的改變，嚴重威脅區域生物多樣性和生態系統的穩定性，從而影響動植物的生境質量[8-11]。

當前已開展較多地震災區次生災害風險評估，主要是基于地形地質狀況、植被覆蓋等觸發地質災害的關鍵自然要素開展分析，能夠有效評估滑坡、泥石流等次生災害發生的風險等級[12-14]。如劉甲美等[15]基于累計位移模型開展了九寨溝地震滑坡危險性的快速評估，戴嵐欣等[16]分析九寨溝災區地質災害的空間分布規律，為災后救援工作提供了重要支撐。震后災區生態環境恢復方面，匡文慧等[13]基于云南魯甸地震次生災害風險的評估結果，認為陡坡退耕和水土流失防治應是災后重建規劃關注的重點。包維楷[17]針對汶川地震重災區自然環境狀況，提出要優先開展災區關鍵地段生態功能恢復以及珍稀動植物生境的恢復重建。崔鵬等[18]在對汶川地震災后重建的對策建議中，認為應在風險評估的基礎上減小對生態環境的壓力。九寨溝地震災后恢復重建規劃指出災后基礎設施和公共服務設施的恢復、地質災害治理和生態修復工作需要首先對災區生態系統變化和受損狀況開展科學評估[19]。

本研究基于地震災區土地利用、地形、植被覆蓋、自然保護區與遺產地分布、氣象等數據，結合國家地震局地震烈度與地震斷層分布，構建次生災害風險評估體系，在分析災區自然環境狀況的基礎上，評估災區次生災害風險等級及分布，并重點分析國家自然保護區和遺產地次生災害的風險，以期為災區生態環境恢復、自然保護區與遺產地保護以及生態重建規劃的制定提供科學參考。

1 研究區概況

九寨溝地震震中位于九寨溝縣漳扎鎮比芒村 (103.8°E, 33.2°N)，屬四川阿壩藏族羌族自治州，地震發生在青藏高原東緣與四川盆地過渡的深切割高山峽谷地帶，位于岷山山脈北段的復背斜上[16]。本研究選取地震所涉及53個區縣作為次生災害風險評估的研究區，地理位置為100°43′—106°36′E，30°44′—35°57′N，區域地勢復雜，地形起伏大，地勢西高東低，海拔介于385～5825 m之間，土地利用以林草為主 (附圖13)。氣候為高原濕潤氣候，年均氣溫為12 ℃，多年平均降水量為550 mm且集中在7—8月份。研究區內分布著多個國家級自然保護區、世界自然遺產地以及著名的風景名勝區。

2 數據源與研究方法

2.1 數據源

本研究數據源主要包括土地利用數據、數字高程數據、地震烈度、地震斷裂層、植被覆蓋、河流、降水、自然保護區、風景名勝區等。其中，土地利用數據來源于2015年中國科學院土地利用/覆蓋1∶10萬數據集[20-21]；數字高程數據來自地理空間數據云 (http:∥www.gscloud.cn/)；降水數據下載自中國氣象數據共享服務網 (http:∥www.cma.gov.cn/)，并利用ANUSplin軟件對其進行空間插值；自然保護區和遺產地空間分布數據來自世界自然保護區數據庫 (https:∥www.protectedplanet.net/)；歸一化植被指數 (NDVI)數據為MOD13Q1數據產品，來源于美國航空航天局 (NASA，https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/)；基礎地理數據來源于國家地理信息中心 (http:∥ngcc.sbsm.gov.cn/)；在ArcGIS 10.3軟件中，將空間數據投影統一為WGS1984-Albers，并統一到30 m分辨率的柵格進行計算。

2.2 研究方法

2.2.1 自然環境狀況分析 從地形特征、土地利用狀況和植被覆蓋狀況三個方面分別對研究區、自然保護區和自然遺產地的自然環境狀況進行分析。選擇坡度作為地形評價指標，并將坡度劃分為5個級別(0°～5°，5°～8°，8°～15°，15°～25°，>25°)；土地利用狀況主要分析耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地的數量和空間格局特征；植被覆蓋狀況，基于NDVI數據利用像元二分模型[22-23]計算得到植被覆蓋度，劃分為5個等級[24-25]：0%～30%(低覆蓋度)，30%～45%(中低覆蓋度)，45%～60%(中等覆蓋度)，60%～75%(中高覆蓋度)，75%～100%(高覆蓋度)，并進行統計分析。

2.2.2 次生災害風險評價 對九寨溝地震災區滑坡、泥石流等次生災害風險評估主要考慮3個方面[12,24]，首先考慮地質災害易發性，選取地震烈度等級、與斷裂層距離兩個指標，距斷裂層越近、地震烈度等級越高，地質災害風險越高。從地震次生災害風險性角度出發，選取坡度、相對高程和降水量作為指標，坡度和海拔對地震次生災害的發生強度具有顯著影響，降水的大小決定了其對表層土壤的侵蝕能力，會誘發滑坡、泥石流等地質災害發生。水系分布對地質災害也有一定影響，距河流越近，生態越脆弱，地質災害發生概率相對越大。植被覆蓋越高的區域，土壤保持能力比較強，能有效降低地質災害的發生概率及災害程度。考慮到自然保護區/遺產地及風景名勝區的脆弱性，因此將距自然保護區/遺產地距離和到風景名勝區距離也作為風險評價指標。綜上，選取地震烈度、距斷裂層距離、坡度、相對高程、降水、距河流距離、植被覆蓋、距自然保護區/遺產地距離和到風景名勝區距離共9個指標進行次生災害風險評價 (圖1)。

各個評價指標對次生災害風險的影響權重采用層次分析方法(AHP)來確定[12,26]；通過對比各個指標的重要性構建判斷矩陣，并求解矩陣的最大特征向量，進一步得到各個評估指標的權重，最后對求得的權重結果進行一致性檢驗，CR值為0.068，小于0.1，表明層次分析法權重通過一致性檢驗，較為合理 (表1)。基于各個指標數據與權重在ArcGIS進行柵格計算，得到研究區的次生災害風險性，利用自然斷點法將風險評估結果劃分為五個風險等級，并進行統計分析。

2.2.3 次生災害風險空間分析 基于上述得到的次生災害風險評價結果，首先分析整個研究區不同等級風險區的面積和占比狀況；其次重點分析Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ和Ⅸ烈度區內部的風險等級特征；再次統計各個自然保護區和自然遺產地內的次生災害風險，并對其進行等級評價，對比分析自然保護區和自然遺產地的差異；最后重點對九寨溝自然遺產地和旅游業受到的影響進行分析。

表1 九寨溝地震次生災害風險評價指標及權重

3 結果與分析

3.1 災區自然環境狀況分析

結合地震烈度等級對九寨溝地震災區自然環境狀況進行分析。

結果表明，九寨溝受地震影響最嚴重的為Ⅸ度烈度區，分布在漳扎鎮，面積為13.67 km2。Ⅷ度區域涉及漳扎鎮、大錄鄉和馬家鄉3個鄉鎮，分布在距震中1.5～20 km的范圍，面積為695.56 km2；Ⅶ度區域包括九寨溝縣、若爾蓋縣、松潘縣和平武縣內的20個鄉鎮，分布在距震中20～55 km的范圍，面積達到4 700 km2。

圖1 研究區次生災害風險評價指標空間分異

從地形來看，九寨溝地震區域地形西高東低，中南部略高，海拔介于385～5 825 m之間，地形起伏較大。其中Ⅸ度烈度區全部位于海拔3 000 m以上，Ⅷ，Ⅶ度烈度區分布在海拔3 000 m以上的區域面積占比均在70%以上。坡度總體呈東高西低的趨勢，而中部則明顯高于其他地區。尤其是距離震源較近的區域，極易誘發地震次生災害，坡度較小的區域集中在若爾蓋縣內。研究區內有65.89%的區域坡度大于15°，其中坡度大于25°的區域面積占39.28%(圖2)。

從土地利用狀況來看，草地是最主要的土地利用類型，多分布在西部，面積為9.12×104km2，占區域的48.68%；其次是林地，主要分布在中部，面積為5.77×104km2，建筑用地和水域最少，分別占區域的1%和0.68% (圖2)。從植被覆蓋狀況來看，研究區平均植被覆蓋度為58.42%，以高覆蓋度植被為主。中高、高覆蓋度的植被面積分別為6.00×104km2和4.58×104km2，各占區域的32.01%和24.47%，中覆蓋植被面積為3.50×104km2，中低覆蓋植被面積最少，為2.14×104km2(圖2)。

圖2 研究區坡度、土地利用及植被覆蓋度

3.2 區域次生災害風險分析

圖3為區域次生災害風險評價結果，利用ArcGIS的自然斷點法劃分為極高風險區、高度風險區、中度風險區、低度風險區和微度風險區5個風險等級。從空間分布來看，極高和高度風險區主要分布在中部和南部地區，大都是距震源較近、距烈度帶較近的區域以及坡度較陡的自然保護區和遺產地。低度和微度風險區分布在西部、北部和東南部地區，以坡度較緩的草地和平原為主 (圖3)。從不同風險等級的面積來看，區域極高、高度、中度、低度和微度風險區面積分別為1.73×104km2，3.93×104km2，5.20×104km2，4.67×104km2，3.16×104km2，其中極高風險區和高度風險區面積比例分別為9.23%和21.03%。從不同烈度區來看，Ⅸ和Ⅷ度內主要是極高風險區，面積分別為13.43和500 km2，各占烈度區的98.18%和70.27%，分布在九寨溝縣的漳扎鎮和大錄鄉。Ⅶ度烈度區內以高度和極高風險區為主，面積分別為1 900和2 100 km2，該烈度區內次生災害風險主要受坡度的影響，主要分布在九寨溝縣、若爾蓋縣、松潘縣、平武縣等地區。Ⅵ度烈度區內以中高風險區為主，面積分別為6 000和7 800 km2。由此表明，次生災害風險等級隨烈度的減小而降低。需要注意的是，由于Ⅴ度烈度區東南部坡度較陡且分布著自然保護區和遺產地，因此有較大面積的極高風險區，且Ⅴ度烈度區外圍西南部是該區域高風險區分布的熱點區域 (表2)。

表2 九寨溝地震災區不同烈度區次生災害風險等級面積統計 104km2

圖3 九寨溝地震災區次生災害風險等級分布

3.3 自然保護區與遺產地保護風險評估

3.3.1 自然保護區與遺產地自然環境狀況分析 九寨溝地震災區涉及38處自然保護區和自然遺產地，其中自然保護區主要分布在西部和中部，自然遺產地(九寨溝、黃龍、大熊貓棲息地自然遺產地)主要分布在中部和南部。從不同坡度來看，自然保護區內坡度大于25°的區域分布最廣，面積為1.90×104km2，占其總面積的55.52%，坡度介于5°～8°之間的區域最少，面積為2 300 km2，坡度介于15°～25°和0°～5°之間的區域面積分別為8 100 km2和7 100 km2(圖4)。自然遺產地坡度大于25°的區域最多，為3 500 km2，占其總面積的91.84%，其次是坡度介于15°～25°的區域，面積為2 900 km2(圖4)。表明自然保護區和遺產地的均處于坡度較陡的地區，次生災害風險性較高。

從土地利用狀況來看，自然保護區內草地最多，面積為2.03×104km2，占保護區的60.30%；其次是林地，面積為8 800 km2；建設用地最少，僅為97.01 km2；耕地和水域的面積分別為1 100和300 km2(圖4)。自然遺產地內林地和草地面積最多，分別為2 200和2 500 km2，各占遺產地面積的45.61%和52.20%(圖4)。從植被覆蓋來看，自然保護區平均植被覆蓋度為61.85%，以中高覆蓋度植被為主，面積為1.51×104km2，占保護區的44.98%，其次是高覆蓋度植被，面積為7 100 km2，中低覆蓋度植被最少，為2 300 km2(圖4)。自然遺產地植被覆蓋度明顯低于自然保護區，平均植被覆蓋度為45.60%。低覆蓋度植被最多，為1 900 km2，占遺產地的38.70%，其次是高覆蓋度植被，面積為1 200 km2，占遺產地的24.24%，中低、中等、中高覆蓋度植被區域面積分別為600，500，700 km2(圖4)。

圖4 自然保護區和自然遺產地坡度、土地利用及植被覆蓋度

3.3.2 自然保護區與遺產地次生災害風險狀況 基于次生災害風險等級評估結果，與自然保護區與自然遺產地進行疊置 (圖5)。從空間分布來看，研究區中部和南部的自然保護區處于高風險區，如白水河、王朗、白羊自然保護區；西部則處于中低風險區，如若爾蓋濕地、三江源、黃河首曲自然保護區；而九寨溝、黃龍和大熊貓自然遺產地均為高風險區。

統計各個自然保護區和遺產地的次生災害風險的平均值，并利用自然斷點法進行風險等級劃分(圖5)。結果表明，38處自然保護區和遺產地中，5處為低度風險，9處為中度風險，11處為高度風險，13處為極高風險 (圖5)。這表明大多數自然保護區和遺產地處于高度風險區，需要加強生態風險管控。

對自然保護區和遺產地內部不同風險等級面積進行統計。統計結果表明，自然保護區高度風險區和中度風險區面積最大，分別為8 300和8 000 km2，分別占自然保護區總面積的24.55%和23.79%；其次為低度風險區，面積為6 500 km2；極高風險區面積最小，為5 100 km2，僅占自然保護區面積的15.13%(表3)。

對自然遺產地來說，極高風險區面積最大，為3 500 km2，占總面積的73.30%；其次為高度風險區，面積為1 100 km2；微度和低度風險區分布較少，面積分別為24.52和1.09 km2(表3)。

圖5 九寨溝地震災區自然保護區與自然遺產地風險等級

表3 九寨溝地震災區自然保護區與自然遺產地不同風險等級面積

3.4 九寨溝世界自然遺產地和旅游業影響評估

3.4.1 地震災害對九寨溝世界自然遺產地的影響分析 九寨溝世界自然遺產地生態和地質環境敏感，受地震影響最為嚴重，重要自然遺產地和生態環境遭到嚴重破壞。如火花海、諾日朗瀑布等在地震中遭到不同程度的破壞，需要進行對其進行動態監測和保育，并開展保護性修復。地震對自然遺產地內外的林地植被造成破壞，導致草地植被退化。林草植被的受損加劇了遺產地內水土流失風險，需要開展一系列生態工程措施進行保護。同時，自然遺產地內分布有大熊貓、金絲猴等珍稀瀕危動物，其棲息地內林草植被也遭到嚴重破壞，需要開展生態修復、恢復和保育工作(圖6)。

圖6 九寨溝風景區內地質災害風險格局與景點分布

3.4.2 地震對旅游業的影響分析 地震使九寨溝縣的旅游業遭受極大創傷，地震發生后九寨溝景區多個景點受損，景區關閉修復，造成旅游收入和旅游人次呈斷崖式下降。統計數據表明，2017年九寨溝景區的接待旅游人數僅為2016年的50%，旅游收入也因此下降了約32%。一方面，地震對景區內旅游資源的損失和基礎設施造成嚴重破壞，如導致火花海的水流失殆盡，諾日朗瀑布也在地震中坍塌，通往各景點的道路也出現垮塌和阻塞(圖6)。另一方面，地震增加了地質災害風險，導致景區的生態承載力下降。九寨溝景區中有30個景點處于Ⅷ度烈度范圍內，而且在2018年3月份九寨溝景區恢復開放后，考慮地質災害風險因素，僅開放了處于低風險區域的溝口至長溝線路(圖6)；同時將每日的游客人數限制在2 000人次。

4 討論與結論

本研究基于土地利用、地形坡度、植被覆蓋等多源地理信息數據，分析了四川九寨溝地震災區不同烈度區內的生態環境狀況，評估了震區、自然保護區與遺產地的次生災害風險。

(1) 地震烈度高的地區主要位于海拔3 000 m以上的區域，有65.89%的區域坡度大于15°，土地利用以林地和草地為主，平均植被覆蓋度達到58.42%；

(2) 次生災害風險等級中高、極高風險區占區域的30%左右，主要分布在中部和南部陡坡地區，西部和北部區域以中低風險區為主，不同烈度區內次生災害風險等級差異明顯；

(3) 自然保護區的土地利用以草地為主，而自然遺產地以林草為主，且自然遺產地植被覆蓋明顯低于自然保護區。自然遺產地次生災害風險較高，極高風險區面積比例達到70%；中部和南部的自然保護區次生災害風險等級為高度風險，西部則以中低風險為主，高度風險區面積比例達到48%；

(4) 地震使九寨溝自然遺產地、林草植被和動物棲息地遭受不同程度破壞，對九寨溝景區旅游業造成嚴重影響。建議對九寨溝旅游景區和九寨溝世界自然遺產地實施優先恢復重建，并加強生態保護和風險防范力度。

九寨溝震區的自然保護區和遺產地內部土地利用類型以林地和草地為主，面積分別為1.10×104和2.28×104km2，其中林地主要為常綠闊葉林，草地則以中、高覆蓋度草地為主；區域仍分布著1 200 km2的耕地，主要分布在白水江自然保護區的北部、東部和洮河自然保護區的西北邊緣地帶，這些區域屬于水土流失易發區，建議坡度<2°的坡耕地可以維持原有方式繼續耕作，坡度2°～6°的耕地要采取水土保持措施。同時，考慮到這些區域的地形較為復雜，且處于自然保護區內部，建議坡度>15°的耕地實施退耕還林還草計劃，維持和保護自然保護區及遺產地內珍稀動植物的生境質量。

九寨溝是我國生物多樣性保護的重要區域，水源涵養與水土保持的關鍵區[9]，也是地震多發區。應加強對國家自然保護區和遺產地尤其是國家珍稀動植物棲息地的監管和維護，以最大程度降低災害風險及影響。地震烈度高于Ⅶ度的區域是次生災害發生的潛在高風險區，應啟動區域生態監測與應急預警工作，加強珍稀動植物生境監測。區域生態系統功能的恢復應以自然修復為主，人工修復為輔，適當擴大緩沖區范圍，保護區域生物與生態系統多樣性。