廣西滑坡災(zāi)害的空間分布特征及其影響因子研究

周 金，范秋雁*，朱 真

（1.廣西大學(xué) 資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，廣西 南寧 530022）

滑坡是指斜坡上的巖土體受降雨、河流沖刷、人工切坡等因素影響，在重力作用下沿斜坡整體或分散向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。廣西是滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)省份之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1950年以來(lái)廣西已發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害超過(guò)4 000 起，近年來(lái)每年災(zāi)害數(shù)量仍保持在三位數(shù)。滑坡地質(zhì)災(zāi)害已成為制約廣西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要災(zāi)種之一。不少學(xué)者針對(duì)廣西全域或局部地區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害開(kāi)展了大量研究，如吳福[1]等在總結(jié)膨脹巖破壞模式、機(jī)理與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了膨脹巖滑坡地質(zhì)災(zāi)害的具體防治措施；陳立華[2]、許英姿[3]等基于信息量模型對(duì)廣西花崗巖與碎屑巖地區(qū)的滑坡災(zāi)害進(jìn)行了易發(fā)性區(qū)劃，為廣西花崗巖與碎屑巖分布區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與防治規(guī)劃提供了技術(shù)參考；侯智庭[4]等以柵格為單元基于邏輯回歸模型與ArcGIS分析了廣西梧州滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率并進(jìn)行了滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分；許英姿[5]、李岳順[6]、謝敏[7]、楊軍[8]、溫泳心[9]等分析界定了廣西不同地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的臨界雨量，為廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作提供了一定的理論依據(jù)；范皓然[10]運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)值模擬等方法分析了降雨對(duì)含泥質(zhì)夾層碎屑巖滑坡災(zāi)害的影響；劉彥花[11]等基于粗糙集與GIS組合的方法對(duì)廣西梧州的滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為類似地區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估提供了借鑒；趙軒[12]、楊向敏[13]、朱真[14]等基于不同技術(shù)與算法開(kāi)發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，對(duì)廣西地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)具有較好的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。由此可知，目前針對(duì)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的研究大多聚焦于單一因子的影響以及廣西全域或局部典型地區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性、風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估與區(qū)劃，對(duì)于廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的空間分布格局和影響因子的定量分析較少。因此，本文著眼于廣西全域，以廣西地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)中的滑坡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)空間自相關(guān)方法分析了廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征，再利用地理探測(cè)器[15]定量分析了廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害與降雨、巖性、人類活動(dòng)等影響因子的關(guān)系，以期為廣西的滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供一定的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣西是我國(guó)唯一一個(gè)沿海沿邊省份，地理位置優(yōu)越，全區(qū)陸地總面積為23.67 萬(wàn)km2，下轄14 個(gè)地級(jí)市；位于我國(guó)地勢(shì)第二階梯云貴高原東南邊緣、兩廣丘陵西部，地勢(shì)整體西北高、東南低，山地面積占比達(dá)60%以上；地貌總體為山地丘陵盆地，西、北部處于云貴高原邊緣，以高山峽谷為主，海拔較高，地形起伏大，東南、南部以丘陵、平原地貌為主，地形坡度較緩，中部地區(qū)為盆地地貌，受弧形山脈的分割，形成眾多大小相雜的盆地地貌結(jié)構(gòu)；地處華南板塊南端，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，受頻繁構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，褶皺、斷層較發(fā)育，區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，從元古界到第四系均有分布，以古生界最為發(fā)育，泥盆系分布最廣；屬亞熱帶季風(fēng)氣候，北回歸線貫穿中部，氣候溫暖、雨水充足，各地年均降水量為723.9～2 983.8 mm，大部分地區(qū)年降水量為1 300～2 000 mm。廣西降雨時(shí)空分布不均，空間上表現(xiàn)為東部多、西部少，丘陵山區(qū)多、平原河谷少，夏季迎風(fēng)坡多、背風(fēng)坡少；時(shí)間上降水主要集中在夏季，占全年降水量的70%以上，雨量大且集中，受降水影響，廣西地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于夏季。脆弱的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境、集中的暴雨和人類工程活動(dòng)干擾等因素的共同作用導(dǎo)致廣西地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1 廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖（審圖號(hào)：GS(2017)1267）

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

地質(zhì)災(zāi)害的影響因素眾多，綜合現(xiàn)有數(shù)據(jù)的可獲取性和前人研究成果，本文選取高程、坡度、坡向、地形起伏度、構(gòu)造斷裂、地層巖性、降雨、人類活動(dòng)作為廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響因子開(kāi)展研究，以分析不同因子對(duì)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響。本文采用的廣西歷史滑坡災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于廣西地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)，包含編號(hào)、地理位置、經(jīng)緯度坐標(biāo)、險(xiǎn)情等級(jí)等信息；廣西DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn），分辨率為90 m，通過(guò)鑲嵌、裁剪等方式獲得廣西原始高程數(shù)據(jù)；坡度、坡向和地形起伏度從廣西DEM數(shù)據(jù)中提取；廣西多年平均降雨數(shù)據(jù)、斷裂影響分布數(shù)據(jù)、地層巖性分類數(shù)據(jù)和人類活動(dòng)影響因子等資料均來(lái)源于廣西地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站（http://dzhj.dnr.gxzf.gov.cn/）。由于數(shù)據(jù)來(lái)源和空間尺度的不同，本文按照研究區(qū)范圍對(duì)各因子圖層進(jìn)行裁剪，統(tǒng)一投影到CGCS2000坐標(biāo)系下，并重采樣為統(tǒng)一柵格尺度，大小為5 km×5 km。

2.2 研究方法

2.2.1 空間自相關(guān)

地質(zhì)災(zāi)害的空間聚集性可在一定程度上反映地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，即空間上表現(xiàn)為熱點(diǎn)聚集的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性高，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大；反之，則地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性低，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性小。因此，利用空間自相關(guān)分析中優(yōu)化的熱點(diǎn)分析工具可探測(cè)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害熱點(diǎn)區(qū)域與冷點(diǎn)區(qū)域，其結(jié)果能反映廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)程度。優(yōu)化的熱點(diǎn)分析工具可通過(guò)輸入數(shù)據(jù)特征中派生的參數(shù)來(lái)執(zhí)行熱點(diǎn)分析，計(jì)算公式為：

式中，xj為要素屬性值；ωi,j為要素i與j之間的空間權(quán)重；n為要素總數(shù)；為統(tǒng)計(jì)量，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后Z值結(jié)果表征廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性。

2.2.2 地理探測(cè)器

地理探測(cè)器模型是探測(cè)事件空間分異性的工具，包括因子探測(cè)器、交互探測(cè)器、風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)器和生態(tài)探測(cè)器4 個(gè)部分。利用該模型能解決事件空間差異性的影響因子、影響因子對(duì)事件空間分異性的解釋力大小以及影響因子兩兩之間交互作用力的解釋力等問(wèn)題。本文主要采用因子探測(cè)器與交互探測(cè)器來(lái)定量分析廣西滑坡災(zāi)害影響因子的解釋力大小和因子之間兩兩交互作用的解釋力。

1）因子探測(cè)器用于探測(cè)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害事件的空間分異性和某個(gè)因子對(duì)該事件空間分異性的解釋力大小，表達(dá)式為：

式中，Nh、N分別為層h下滑坡影響因子總數(shù)和研究區(qū)樣本數(shù)；、σ2分別為層h下滑坡影響因子的方差和全區(qū)方差；h為滑坡影響因子的分層；SSW、SST 分別為層內(nèi)方差之和與全區(qū)總方差；q的值域?yàn)閇0,1]，值越大表明該因子對(duì)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的解釋力越強(qiáng)，反之則解釋力越弱，q=0 表明該因子與廣西滑坡災(zāi)害空間分布無(wú)關(guān)。

2）交互探測(cè)器用于識(shí)別不同影響因子之間的相互作用，即評(píng)估影響因子兩兩之間共同作用對(duì)廣西滑坡災(zāi)害空間分異的影響是增強(qiáng)、減弱還是相互獨(dú)立。兩兩因子交互作用可分為5種類型（表1）。

表1 交互作用探測(cè)

3 研究結(jié)果與分析

3.1 廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征

首先在ArcGIS10.2 軟件中基于優(yōu)化的熱點(diǎn)分析工具，采用（SNAP_NEARBY_INCIDENTS_TO_CREATE_WEIGHTED_POINTS）聚合方法將鄰近滑坡災(zāi)害事件點(diǎn)聚合在一起，以創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的加權(quán)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的權(quán)重（Z值）為該位置聚合事件點(diǎn)的數(shù)目；再通過(guò)克里金插值法的平滑處理獲得整個(gè)研究區(qū)內(nèi)任意位置的Z值，經(jīng)歸一化處理后得到研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)程度分布（圖2），可以看出，Z值較高區(qū)域主要集中在東部地區(qū)，玉林、梧州、桂林、南寧等地區(qū)屬于滑坡地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)；柳州和沿海等地區(qū)屬于滑坡地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)；部分地級(jí)市局部地區(qū)也屬于滑坡地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)；整體上廣西東部地區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性明顯高于西部地區(qū)。

圖2 廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度分布圖

3.2 廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響因子探測(cè)

首先在ArcGIS10.2 軟件的重分類工具中對(duì)高程（X1）、坡度（X2）、坡向（X3）、地形起伏度（X4）、降雨（X5）、斷裂（X6）、巖性（X7）、人類活動(dòng)（X8）8個(gè)因子圖層進(jìn)行分類預(yù)處理；再利用創(chuàng)建漁網(wǎng)點(diǎn)工具生成8 949 個(gè)等間距采樣點(diǎn)，通過(guò)采樣點(diǎn)提取各因子圖層?xùn)鸥駟卧臄?shù)據(jù)信息；最后運(yùn)行地理探測(cè)器模型進(jìn)行定量分析。

3.2.1 單因子影響分析

由地理探測(cè)器的因子探測(cè)器結(jié)果（表2）可知，在0.05顯著性水平條件下，高程、地形起伏度、降雨、斷裂、巖性、人類活動(dòng)等因子對(duì)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害空間分布有影響，但影響程度具有明顯差異。各影響因子對(duì)廣西滑坡災(zāi)害空間分布的解釋力排序?yàn)椋航涤?巖性>高程>人類活動(dòng)>地形起伏度>斷裂。單一因子對(duì)廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害空間分布差異性的解釋力最大為降雨因子（11.74%），最小為斷裂因子（0.14%），說(shuō)明單個(gè)因子對(duì)廣西滑坡災(zāi)害空間分布差異性的解釋力有限。

表2 因子探測(cè)器結(jié)果

3.2.2 雙因子交互作用分析

由地理探測(cè)器的交互探測(cè)器結(jié)果（表3）可知，各影響因子之間不是相互獨(dú)立的，廣西滑坡地質(zhì)災(zāi)害的空間差異性是多因子共同作用的結(jié)果，因子間交互作用類型包括雙因子增強(qiáng)和非線性增強(qiáng)兩種，其中高程∩地形起伏度、高程∩降雨、高程∩斷裂、高程∩巖性、高程∩人類活動(dòng)、地形起伏度∩降雨、地形起伏度∩斷裂、地形起伏度∩巖性、地形起伏度∩人類活動(dòng)、降雨∩斷裂、降雨∩巖性、降雨∩人類活動(dòng)、斷裂∩巖性、斷裂∩人類活動(dòng)、巖性∩人類活動(dòng)的交互作用結(jié)果表現(xiàn)為非線性增強(qiáng)，降雨∩巖性交互作用結(jié)果為雙因子增強(qiáng)；從解釋力角度來(lái)看，高程∩降雨、高程∩巖性、地形起伏度∩降雨、降雨∩斷裂、降雨∩巖性、降雨∩人類活動(dòng)交互作用的解釋力均達(dá)到10%以上，其中降雨∩巖性交互作用的解釋力最大，為18.4%，相較于單一因子的解釋力，因子間交互作用對(duì)廣西滑坡災(zāi)害空間分異性的解釋力明顯提高。

表3 交互探測(cè)器結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用空間自相關(guān)分析與地理探測(cè)器分析了廣西滑坡災(zāi)害的空間分布特征，并對(duì)其影響因子進(jìn)行了定量歸因。優(yōu)化的熱點(diǎn)分析表明廣西滑坡災(zāi)害的空間分布呈現(xiàn)一定的分異格局，高易發(fā)區(qū)主要集中在東部地區(qū)，中部和沿海地區(qū)屬于低易發(fā)區(qū)，整體上廣西滑坡災(zāi)害的危險(xiǎn)性程度呈東部高西部低的空間格局。單一因子影響力上，不同因子對(duì)廣西滑坡災(zāi)害空間分異性的解釋力差異明顯，降雨和巖性的解釋力較強(qiáng)，斷裂和地形起伏度因子的解釋力較弱。因子間存在交互作用，對(duì)廣西滑坡災(zāi)害空間分異性的解釋力表現(xiàn)為雙因子增強(qiáng)和非線性增強(qiáng)，其中降雨與巖性因子交互作用的解釋力最強(qiáng)（18.40%）。

地質(zhì)災(zāi)害的影響因素眾多，本文僅從高程、坡度、坡向、地形起伏度、降雨、斷裂、巖性、人類活動(dòng)等8 個(gè)因子出發(fā)探討廣西滑坡災(zāi)害空間分異的影響機(jī)制，而未研究水系、土壤、土地利用類型等因子對(duì)廣西滑坡災(zāi)害的影響，后續(xù)需展開(kāi)研究；同時(shí)，使用地理探測(cè)器模型時(shí)，針對(duì)柵格數(shù)據(jù)的空間尺度和因子之間的分類預(yù)處理還沒(méi)有明確的劃分標(biāo)準(zhǔn)，大多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)與前人成果，具有一定的主觀性，因此針對(duì)數(shù)據(jù)空間尺度和因子空間分類的劃分標(biāo)準(zhǔn)也是今后開(kāi)展研究的方向之一。