山地鄉村空間格局與地質災害危險性關聯研究

地質災害頻發，嚴重危害了我國山地鄉村的安全。本研究以湯丹鎮為研究區域，運用定性定量相結合的方法構建地質災害危險性評價體系，探究地質災害危險性分區以及地質災害危險性因子與鄉村建筑、道路分布的關系。研究發現：（1）地形地貌等基礎環境因素對于鄉村建筑、道路的影響大于地質災害因素的影響。（2）鄉村道路、建筑大部分處于地質災害低危險性中低區域；受區域地質地形因素和長期采礦的影響，除植被覆蓋率、坡度和地震峰值加速度三個指標外，其余指標危險性分區中鄉村建筑、道路處于中危險性及以下區域的占比均大于80°%。（3）鄉村建筑、道路危險性占比的數值與地質災害危險指標各級別比例變化趨勢基本相同，說明鄉村建筑、道路分布與人居環境優劣保持高度的同一性。

地質災害危險性； 鄉村建筑； 鄉村道路； 關聯性

TU312+.3A

城鄉規劃與環境建設城鄉規劃與環境建設

［定稿日期］2023-03-23

［基金項目］國家自然科學基金項目（地區基金項目）（項目編號：41867069）; 國家自然科學基金項目（地區基金項目）（項目編號：41361092）

［作者簡介］付志國（1994—），男，碩士，主要從事房地產開發工作。

［通信作者］王培茗（1966—），女，本科，教授，研究方向為城鄉規劃與防災減災。

0" 引言

廣義的地質災害包括地震、火山活動等由于地殼內部運動引起的災害。中國山地面積大，山地、丘陵面積占總國土面積的69.27%，復雜的山地地質構造導致孕災、致災因子豐富。地質災害嚴重威脅中國山地人居環境的安全。在我國50%以上的崩塌、滑坡災害，60%以上的泥石流災害以及總面積80%以上的地裂縫災害發生在鄉村。然而，盡管我國山地鄉村頻繁遭受地質災害破壞，但仍有很大部分鄉村在與自然環境相互適應中存留至今。探究山地鄉村建筑、道路與地質災害危險性之間的關系對我國鄉村建設安全有著重要的意義，也為國家振興鄉村發展提供科學依據。

通過國內外相關文獻發現，針對地質災害危險性的研究較豐富。研究內容上有對全國縣域單元進行評估，有針對皖南山區、渤海海域等具體地區進行地質災害危險性評估，還有對重大工程項目實施之后地質災害危險性的評估［6］；研究方法上多采用GIS空間分析、層次分析法、證據權法等定量方法進行研究；研究視角上逐漸由單純的地質構造、地形地貌視角向綜合視角轉變。另外，梳理有關村落空間格局相關文獻發現：影響村落空間結構演變的因素有自然環境和經濟社會兩方面；自然環境方面自然災害是影響古村落空間結構的主要因素之一，村落空間格局也在不同災害的影響下呈現不同特點：受旱澇災害影響村落分布多順應區域水系分布，選址于近水高地；受地震災害影響村落呈現遠離震中集中分布的趨勢；受泥石流災害的影響云南省東川地區的村落分布呈現聚集點多、聚集程度高的狀況。綜上所述，目前針對地質災害對村落空間格局的影響研究集中于單一災種對于村落空間格局的影響，研究方法上呈現逐步由定性向定量轉變。本研究選取山地多災地區湯丹鎮鄉村建筑與道路為研究對象，結合GIS、ENVI等技術，運用灰色關聯法確定地質災害評價指標體系，綜合分析地震、泥石流等地質災害分區與湯丹鎮鄉村建筑、道路空間格局的關系。

1" 地質災害危險性評價指標體系的構建

1.1" 評價指標的選取

通過查閱地質災害學術論文，結合地質災害危險性評估國家規范，篩選出地質災害危險性評價指標，共5大類19個指標因子。進而通過專家咨詢，結合山地鄉村實際情況，考慮到評價指標數據可獲取性以及研究尺度與精度大小等方面的因素對相關指標進行篩選（表1）。對篩選后的指標進行分類整理，最終從基礎因素和災害因素兩個方面構建地質災害危險性評價指標。其中基礎因素有：高程、相對高差、坡度、植被覆蓋率、降雨量；災害因素有：與地質災害隱患點距離、與河流距離、與斷裂帶距離、地震峰值加速度。

1.2" 評價指標權重的確定

因為指標體系中各指標與地質災害危險性的關聯性較為模糊，所以通過比較各因素發展趨勢的相似或相異程度（灰色關聯法）來判斷各指標與地質災害危險性的關聯程度。同時運用灰色關聯法可以分析指標體系中各評價指標間的相互關聯度；這種關聯程度可以反應指標體系內部各指標間的相互影響程度，基于此可以對指標體系的科學性進行檢驗。具體步驟：

首先依據指標體系中各指標的基礎數據，依次構建各指

標目標數列xo={xo|o=1，2，…，n}，同時依據基礎數據構建對應的參考數列xi={xi（k）|k=1，2，…，n}，并采用均值法對目標數列和參考數列進行無量綱處理，見式（1）、式（2）：

=∑nk=1xi（k）（1）

x′i=xi（2）

式中：為數列各行平均數；x′i為無量綱處理后的數列。

從幾何角度看，關聯程度實質上是目標數列x0和參考數列xi曲線的相似程度。因此判斷目標數列x0和參考數列xi關聯度大小可以以兩者在同一點k的差值大小為標準。依次確認各組數列在k點的位移差Δk=x0（k）-xi（k），在此基礎上確定各組數列的二級最小差和二級最大差，進而計算其在k點的關聯系數，見式（3）。

δ（k）=minminx0（k）-xi（k）+ρmaxmaxx0（k）-xi（k）x0（k）-xi（k）+ρmaxmaxx0（k）-xi（k）（3）

式中：minminx0（k）-xi（k）為二級最小差；maxmax|x0（k）-xi（k）|為二級最大差；δ（k）為關聯系數；ρ為分辨系數，ρ∈［0，1］，一般取0.5。

之后計算關聯度roi，見式（4）。

roi=1n∑nk=1δ（k）（4）

以關聯度為基礎構建相互關聯度矩陣ri。

依據相互關聯度矩陣ri計算各行平均值，最終確定各指標權重，構建指標體系。見式（5）。

城鄉規劃與環境建設付志國， 王培茗， 王秋迪： 山地鄉村空間格局與地質災害危險性關聯研究

wi=ri-∑8i=1ri（5）

式中：ri-為相互關聯度矩陣各行平均值；wi為各指標權重。

2" 研究區域及數據準備

2.1" 研究區域

湯丹鎮位于昆明市東川區西北部，全鎮國土面積291.71 km2，下轄26個村民委員會，239個自然村。鎮域西高東低，地形整體起伏度大，山高坡陡，形成了集河谷、半山區、高寒山區于一體的高原山地地貌。在地質構造上處于華夏東北構造帶與川滇經向構造帶之間，小江斷裂帶從湯丹鎮南部貫入，六條活斷層均勻分布于境內，區域抗震設防烈度為8度，設計基本烈度加速度值不低于0.3g，歷史上湯丹鎮地震災害頻發，且強震具有頻度低、震級大的特點。境內氣候處于亞熱帶季風氣候小江干熱河谷區，降水季節差異大，且受地形地貌影響，形成了高差懸殊的立體氣候。境內水系發達，且多條泥石流溝貫穿，夏季多雨季節易引發洪澇、泥石流滑坡等自然災害，鎮域存在地質災害隱患點58處，僅江西村坪子地的一處中型泥石流地質災害隱患點就威脅著150位人民群眾的人身安全，受威脅財產約580萬元；地質災害隱患點眾多嚴重威脅村民安全。

2.2" 鎮域建筑、道路分布

以高分辨率遙感影像結合設計院、地震局的相關調研數據為基礎，運用CAD和ArcGIS空間分析技術，構建研究所需數據庫，生成工作基礎底圖（圖1～圖5）；統計得出湯丹鎮建筑共計8 220棟（由于湯丹鎮為農業鄉鎮，建筑基本為鄉村農房），多分布于鎮域東部，小范圍內呈成團狀分布；湯丹鎮境內道路（省道、縣道與鄉道）蜿蜒曲折，大體上沿著山脈走勢分布，道路共計481 347.42 m，多分布于鎮區東部。

2.3" 鎮域地質災害危險等級分區

2.3.1" 地質災害危險性各評價指標分級

確定地質災害危險性指標后采取等距法、自然斷點法、參考規范與文獻對不同指標進行分級，分級標準見表2。

以地質災害危險性指標的分級依據為基礎，采用GIS空間分析技術及ENVI軟件將湯丹鎮各評價指標危險性分級轉換為圖6，通過GIS統計各指標危險性分級數據，在此基礎上統計湯丹鎮在各指標的各危險性等級中所占比例（表3）。

2.3.2" 地質災害危險性各評價指標權重

以GIS空間分析工具處理遙感影像獲得的數據、設計院資料數據和中國科學院資源數據作為研究基礎數據。依據灰色關聯法計算各指標權重，構建指標體系（表4）。

2.3.3" 地質災害危險性綜合評價

將各指標危險性分級圖乘以各指標所占權重，通過GIS空間分析模塊下的重分類工具得到湯丹鎮地質災害危險性分級（圖7），并通過GIS統計出湯丹鎮在地質災害危險性的各危險性等級中所占比例（表5）。

從地質災害危險性綜合評價看出，地質災害危險性分級中，低危險性區域所占比例為11.65 ％，中低危險性區域所占比例為21.31％，中危險性區域所占比例為29.81％，中高危險性區域所占比例為24.09％，高危險性區域所占比例為13.16％；地質災害危險性在低、中低、中危險性比例之和大于中高、高危險性比例之和，且處于中危險性比例最高。在單

項指標中，除加速度、坡度、植被覆蓋率三項指標外，其余指標在低、中低、中危險性比例之和均大于中高、高危險性比例之和；隱患點、河流、高程、斷裂帶四個指標低、中低危險性指標之和大于中、中高、高危險性比例之和。

3" 湯丹鎮地質災害危險性分區與鄉村建筑、道路的關聯性

3.1" 湯丹鎮鄉村建筑、道路與地質災害危險性關系分析

將GIS空間分析得出的鎮域地質災害危險性危險等級分區結果與鎮域建筑點狀要素分布圖以及道路線狀要素分布圖進行疊加，綜合分析兩類要素在不同危險級別中的分布規律，分析湯丹鎮建筑與道路空間格局與地質災害危險性分區的關系（表6、圖8、圖9）。

從表6可知，建筑和道路在低、中低危險性所占比例之和均大于地質災害危險性低、中低危險性所占比例之和。因此，在地質災害的作用下，古村落居民趨利避害，遠離自然環境惡劣區與災害頻發區，將道路與建筑建設于低危險性區域。

3.2" 湯丹鎮鄉村建筑、道路與各地質災害危險性指標的關系分析

3.2.1" 湯丹鎮鄉村建筑、道路在各地質災害危險性指標分區中的占比

將湯丹鎮鄉村建筑點狀要素域各地質災害危險性指標分區結果進行疊加分析，得到鄉村建筑在各指標不同危險級別中的分布規律和所占比例，見表7、圖10。

分析相關數據發現，除植被覆蓋率、坡度和地震峰值加速度三個指標外湯丹鎮建筑在各指標危險性分級中所占比例均呈現：位于低、中低、中危險性的比例之和大于80%，位于低、中低危險性的比例之和大于70%。

將湯丹鎮鄉村道路線狀要素與各地質災害危險性指標分區結果進行疊加分析，得到鄉村道路在各指標不同危險級別中的分布規律和所占比例，見表8、圖11。

分析相關數據發現，除植被覆蓋率、坡度和地震峰值加速

度三個指標外湯丹鎮道路在指標危險性分級中所占比例均呈現：位于低、中低、中危險性的比例之和大于80%，位于低、中低危險性的比例之和大于70%。

3.2.2" 湯丹鎮鄉村建筑、道路與各地質災害危險性指標分區分布趨勢分析

以五級危險性為X軸；以指標危險性分級中各級別所占比例、鄉村建筑在指標危險性分級中各級別所占比例為Y軸，繪制關系圖（圖12）。分析趨勢圖發現，除坡度、相對高差指標外，其余各指標危險級比例與在其分級區中鄉村建筑所占比例分布趨勢相同。在坡度指標占比最高的高危險性區域的鄉村建筑占比明顯在低于中、中高危險性區域的占比，說明坡度大于25°時直接影響鄉村建筑選址；在相對高差指標中危險級所在區域的鄉村建筑占比最高。

以五級危險性為X軸；以指標危險性分級中各級別所占比例、鄉村道路在指標危險性分級中各級別所占比例為Y軸，繪制關系圖（圖13）。分析關系圖發現，指標危險性分級中各級別所占比例和鄉村道路在指標危險性分級中各級別所占比例分布趨勢均相同。

3.3" 小結

通過研究可以發現湯丹鎮鄉村建筑、道路分布大部分位于中危險性及以下區域。分析地質災害危險性分級與道路、建筑危險性分級的變化趨勢可以發現鄉村道路、建筑的建設與地質環境的優劣保持高度的同一性；道路分布與地質環境優劣的關系更為緊密；總體上鄉村道路與建筑均著高危險性環境遞減。因此在與自然災害的抗爭中，湯丹鎮村民自發趨利避害，尋找低危險性區域修建道路及建筑。但同時也發現：湯丹鎮原始地形山高坡陡，坡度在中危險性及以下區域僅有18.40%；其次從植被覆蓋率指標角度來看，雖然高海拔地區植被覆蓋率高危險性小，但是這些區域建筑建造難度大，適宜建設建筑和道路用地有限，同時受長期采礦的影響低海拔地區植被破壞嚴重；從地震峰值加速度指標角度來看，危險性位于中危險性以下的區域地質條件較差；因此湯丹鎮建筑和道路在坡度、植被覆蓋率以及地震峰值加速度三個指標中出現異常，中危險性及以下區域占比較低。

4" 結論

（1）總體來說基礎環境影響因素（坡度、相對高差、降雨量等）對于鄉村建筑與道路空間分布的影響大于自然災害影響因素（地震動峰值加速度、地質災害隱患點距離等）對于村落建筑與道路空間分布的影響。

（2）在鄉村建筑、道路與單個影響關聯性分析中，鄉村建筑與道路受降水量、與河流距離、距斷裂帶距離、距災害隱患點距離、高程、相對高差等指標影響較大，分析發現鄉村道路、建筑分布區域選擇地質災害低危險性、中低危險性區域。

（3）鄉村建筑、道路危險性占比的數值與地質災害危險指標各級別比例變化趨勢對比分析，發現二者在變化趨勢基本相同，說明鄉村建筑、道路在空間布局上與地質環境優劣保持高度的同一性，并主體上沿著高危險性環境遞減。

（4）同時也發現：受區域地質地形因素影響，鄉村建筑、道路大部分分布于坡度和地震峰值加速度危險性較大的區域，這與其他指標的分布不同；此外，由于長期以來采礦對山體植被的破壞，鄉村建筑、道路大部分分布于指標植被覆蓋率危險性較大的區域。

參考文獻

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