山西省山洪災(zāi)害分布研究及災(zāi)害區(qū)地貌分析

楊秀芳

（省汾河灌溉管理局一壩分局，山西 太原 030002）

0 引言

山洪是指山區(qū)溪流中特大的徑流或水位急劇上漲的現(xiàn)象。它具有流速大、沖刷力大、破壞力大、暴漲暴落、歷時短暫等特點，由山洪所引發(fā)的自然災(zāi)害，如山丘區(qū)因降雨引起的洪水災(zāi)害，及由此誘發(fā)的泥石流、滑坡等，常常會給山區(qū)人民的生命財產(chǎn)帶來極大損失。山西省位于黃土高原，地形比較復(fù)雜，既有山地高原，又有丘陵盆地。受地理環(huán)境和氣候條件所限，河流坡陡流急，洪水暴漲暴落，年徑流集中于汛期，局部山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁且分布廣泛。山洪災(zāi)害的頻發(fā)，嚴重影響了當?shù)氐纳鐣捕ê徒?jīng)濟發(fā)展。通過收集、整理和分析已有資料，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，對山西省山洪災(zāi)害發(fā)生地區(qū)進行空間分析，劃分出溪河洪水、泥石流、滑坡高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)，并結(jié)合當?shù)氐牡孛矖l件，對山洪及其誘發(fā)的泥石流、滑坡的成因、特點及分布規(guī)律進行了分析，進而為當?shù)氐姆篮楣ぷ魈峁﹨⒖肌?/p>

1 研究區(qū)概況

1.1 地貌、地形條件

山西省地處華北西部的黃土高原東翼，是一個被黃土廣泛覆蓋的、起伏較大的高原。全省除少數(shù)地方基巖裸露外，大部分地方覆蓋著10~30 m厚的黃土，是我國黃土高原的組成部分。山西省地形較為復(fù)雜，境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等多種地貌類型。山區(qū)、丘陵占總面積的2/3以上，大部分在海拔1 000~2 000 m之間。全省地勢按地貌類型組合差異分為三部分：東部山地區(qū)包括省境東部及東南部山地，由北往南有恒山、五臺山、系舟山、太行山、太岳山、中條山等，海拔都在1 500 m以上。西部高原山地區(qū)包括黃河峽谷以東、中部斷陷盆地以西山地，有七峰山、洪濤山、管涔山、蘆芽山、云中山、黑茶山、關(guān)帝山、千峰及龍門山等主要山峰。中部盆地區(qū)包括省境中部的5個斷陷盆地，大同盆地，盆地內(nèi)覆蓋著黃土，下伏湖泊相沉積物，是一個最大的盆地。忻定盆地，沖積層分布廣泛，地勢平坦。太原盆地，汾河及其支流瀟河、文峪河、龍鳳河流經(jīng)，水資源比較豐富，地面平坦。臨汾盆地，汾河流其間，沿岸有1~3級階地，盆地中心地勢平坦，有灌溉之利。運城盆地，北至峨眉嶺與臨汾盆地連接，西至黃河谷地，東及南面均以中條山為界，盆地面積約3 000 km2。

1.2 河流分布

山西主要河流有汾河、海河兩大水系。境內(nèi)有大小河流1 000多條，其中流域面積大于100 km2、河長在150 km以上的有240條，大于4 000 km2、河長在150 km以上的有汾河、沁河、涑水河、三川河、昕水河、桑干河、滹沱河、漳河等。山西地形多樣，高差懸殊，因而既有緯度地帶性氣候，又有明顯的垂直變化。全省年降水量在400~650 mm，但季節(jié)分布不均勻，夏季6—8月降水高度集中且多暴雨，降水量約占全年的60%以上。全省降水受地形影響很大，山區(qū)較多，盆地較少。山西有三個多雨區(qū)，一是晉東南太行山區(qū)和中條山區(qū)，二是五臺山區(qū)，三是呂梁山區(qū)。

2 空間分析及其研究方法

2.1 數(shù)值的重新分類

空間分析是從空間物體的空間位置、聯(lián)系等方面去研究空間事物，以及對空間事物做出定量描述，是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息。

重新分類是對原有數(shù)值重新進行分類整理從而得到一組新值并輸出。ArcGIS中重分類一般包括四種基本分類形式：新值替代（用一組新值取代原來值）、舊值合并（將原值重新組合分類）、重新分類（以一種分類體系對原始值進行分類），以及空值設(shè)置（把指定值設(shè)置空值）。

因為山洪是由局地山區(qū)溪流及小河流受暴雨等影響,產(chǎn)生地表徑流迅速匯集而成,它的特點是歷時短、流量大、沖刷力大、破壞力強,含有大量泥沙,暴漲暴落,成災(zāi)嚴重。因此山洪災(zāi)害的防治要以小流域為單元來實施。首先，要利用小流域的ID號對小流域圖進行重新分類，生成新的小流域重分類圖。其次，對山西省地貌圖進行重新分類。山西省地處黃土高原，地形十分復(fù)雜。而由于山洪引發(fā)的溪流洪水、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害，很多情況下與當?shù)氐牡孛矖l件有著密切的關(guān)系。黃土高原土質(zhì)疏松、地表支離破碎，在受到山洪威脅時，由于重力作用，引發(fā)泥石流、滑坡的可能性也就增大。因此，對地貌圖進行重新分類便于了解全省的地貌情況。研究中共分出了丘陵、中海拔平原、中起伏山地、低海拔平原、沖擊臺地、大起伏山地、小起伏山地、洪積臺地、熔巖堆積臺地、黃土梁峁臺塬等十類地貌類型，將其作為重新分類的依據(jù)和標準。

2.2 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)（Buffer）是對一組或一類地圖要素（點、線或面）按設(shè)定的距離條件，圍繞這組要素而形成具有一定范圍的多邊形實體，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在二維空間擴展的信息分析方法。從數(shù)學(xué)的角度來看，緩沖區(qū)是給定空間的對象或集合后獲得得它們的鄰域。鄰域的大小由鄰域的半徑或緩沖區(qū)建立條件來決定。因此對于一個給定的對象A，它的緩沖區(qū)可以定義為：

式中，d一般是指歐式距離，也可以是其他的距離，其中r為領(lǐng)域半徑或緩沖區(qū)建立的條件。

在繪制好的山西省小流域重分類圖和山西省山洪災(zāi)害分布圖的基礎(chǔ)上，分別對山洪災(zāi)害的洪水點、泥石流點、滑坡點進行點的緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)半徑的設(shè)置，即將常規(guī)情況下洪水、泥石流、滑坡的實際影響范圍換算為ArcGIS中點緩沖區(qū)對應(yīng)的單位數(shù)值即可。

2.3 疊置分析

疊置分析是將代表不同主題的各個數(shù)據(jù)層面進行疊置產(chǎn)生一個新的數(shù)據(jù)層面，疊置結(jié)果綜合了原來兩個或多個層面要素所具有的屬性。疊置分析不僅生成了新的空間關(guān)系，而且還將輸入的多個數(shù)據(jù)層的屬性聯(lián)系起來產(chǎn)生新的屬性關(guān)系。從原理上說，疊置分析是對新要素的屬性按一定的數(shù)學(xué)模型進行計算分析，其中往往涉及到邏輯交、邏輯并、邏輯差等的運算。

為了探討溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪災(zāi)害發(fā)生地與地貌條件的關(guān)系，要將山西省地貌圖與洪水災(zāi)害圖、滑坡災(zāi)害圖和泥石流災(zāi)害圖進行疊置，使洪水、滑坡和泥石流災(zāi)害點圖與地貌圖發(fā)生關(guān)聯(lián)，將山洪災(zāi)害的信息加入地貌圖中，使其具有了新的屬性信息，進而為數(shù)據(jù)的探索性分析奠定基礎(chǔ)。

2.4 探索性數(shù)據(jù)分析

探索性數(shù)據(jù)分析是利用作圖、制表、方程擬合、計算某些特征量等方法探索數(shù)據(jù)規(guī)律的可能形式，尋找和揭示隱含在數(shù)據(jù)中的規(guī)律性，在此基礎(chǔ)之上對數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)進行分析，找到關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的原因。

在地貌重新分類圖的基礎(chǔ)上，通過分析每個災(zāi)害點的地貌類型，統(tǒng)計出每種地貌類型所發(fā)生災(zāi)害的次數(shù)。而后通過設(shè)置域值，對地貌圖進行重新分區(qū)，由生成的地貌圖得出不同地貌類型的災(zāi)害易發(fā)程度。最后繪制地貌類型與山洪災(zāi)害關(guān)系的折線圖，進一步探索兩者之間的聯(lián)系。

3 研究結(jié)果及討論

3.1 災(zāi)害情況分析

將小流域按ID號進行重新分類，在小流域重新分類圖的基礎(chǔ)上，對洪水、泥石流及滑坡災(zāi)害點進行緩沖區(qū)分析。由于山洪災(zāi)害的影響范圍為周圍幾百米的距離，域值以此進行設(shè)置。根據(jù)所做的災(zāi)害點的緩沖區(qū)劃定受災(zāi)范圍以及所波及的區(qū)縣，而對災(zāi)后的工作提供參考。通過緩沖區(qū)分析可以得出，溪流洪水災(zāi)害在全省分布比較廣泛，而泥石流和滑坡則發(fā)生較少，因此在防治過程中要密切關(guān)注洪水的發(fā)生，而泥石流和滑坡則在溝谷地區(qū)以及黃土疏松的地區(qū)易發(fā)。

3.2 地貌災(zāi)害分區(qū)

山西省的地貌情況比較復(fù)雜，而山洪災(zāi)害的發(fā)生與當?shù)氐牡孛矖l件關(guān)系密切。先對山西省地貌圖按地貌類型進行重新分類。因為要探討分析地貌和災(zāi)害發(fā)生地點的關(guān)系，所以要建立兩者之間的聯(lián)系。因此，通過疊置分析將洪水、泥石流、滑坡災(zāi)害點的信息分別加入到地貌圖中，建立地貌圖和災(zāi)害點的關(guān)聯(lián)。

在此基礎(chǔ)上，對丘陵、中海拔平原、中起伏山地、低海拔平原、沖擊臺地、大起伏山地、小起伏山地、洪積臺地、熔巖堆積臺地、黃土梁峁臺塬等十類地貌類型所發(fā)生的災(zāi)害次數(shù)進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 地貌類型災(zāi)害點統(tǒng)計表

通過對表進行分析，按以下標準劃定每種地貌類型的山洪災(zāi)害易發(fā)程度。無洪水點為低易發(fā)區(qū)，大于4的為高易發(fā)區(qū)，0~4之間的為中易發(fā)區(qū)；沒有泥石流發(fā)生的為低易發(fā)區(qū)，大于等于2的為高易發(fā)區(qū)，0~2之間的為中等易發(fā)區(qū)。按照上述標準確定各種地貌類型的易發(fā)程度，而后得到山洪災(zāi)害的地貌分區(qū)。

在上述工作的基礎(chǔ)之上進一步研究各種地貌類型所發(fā)生災(zāi)害的情況，繪制山洪災(zāi)害與地貌關(guān)系的折線圖，進行探索性數(shù)據(jù)分析。從中可以發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的升高，從丘陵到山地，發(fā)生山洪災(zāi)害的次數(shù)在增多，但是比較特殊的是低海拔平原，在這一地貌區(qū)發(fā)生的山洪災(zāi)害次數(shù)幾乎和山地區(qū)相同，因此，這也將是重點分析的內(nèi)容。

3.3 山洪災(zāi)害與地形地貌條件關(guān)系的分析

在本文的研究中主要列出了十種地貌類型，通過對這十種地貌區(qū)的災(zāi)害進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)山洪災(zāi)害與地形地貌關(guān)系密切。例如丘陵一般海拔在200~500 m，相對高度一般不超過200 m，高低起伏，坡度較緩，是由連綿不斷的低矮山丘組成的地形。丘陵一般沒有明顯的脈絡(luò)，頂部渾圓，是山地久經(jīng)侵蝕的產(chǎn)物，一般是分布在山地或高原與平原的過渡地帶。由于海拔較低，坡度較緩，故山洪災(zāi)害的易發(fā)程度較低。同樣沖擊臺地、洪積臺地、熔巖堆積臺地由于地勢比較平緩也不易暴發(fā)山洪。而高原山地地區(qū)，相對高差大，河谷坡度陡峻，表層雖覆蓋著植被但有較厚的土體，土體下面為中深斷裂及其派生級斷裂切割的破碎巖石層，在強降雨及山體重力的作用下，極易引發(fā)溪流洪水、滑坡、泥石流等山洪災(zāi)害。而黃土梁峁臺塬由于土質(zhì)疏松，地表支離破碎，植被覆蓋率低，水土流失十分嚴重，山洪災(zāi)害也極易發(fā)生。

然而從統(tǒng)計圖表中可以發(fā)現(xiàn)，位于山西省的低海拔平原也極易發(fā)生山洪災(zāi)害。這是因為山洪的成因除山體結(jié)構(gòu)條件外，主要是喇叭形河口地形所致,形成短歷時雷暴雨，引發(fā)山洪。而山西省的低海拔平原大都是位于中部的斷陷盆地，四周都被山地所包圍，降水積聚后無法流出，這樣一旦遇到強降水，極易引發(fā)溪流洪水，進而誘發(fā)山洪災(zāi)害。

4 結(jié)論和展望

本文主要研究了山西省山洪災(zāi)害分布以及對災(zāi)害區(qū)地貌進行了分析。首先通過對山洪災(zāi)害發(fā)生區(qū)的緩沖區(qū)分析，大致劃定災(zāi)害波及和影響的范圍，這樣便于明確受災(zāi)的區(qū)縣，評估災(zāi)害損失，為災(zāi)后工作提供參考。其次分析所發(fā)生山洪災(zāi)害地區(qū)的地貌條件。通過使用重分類、疊置分析等空間分析方法，發(fā)現(xiàn)丘陵、沖擊臺地、洪積臺地、巖熔堆積臺地等地勢較低的地區(qū)山洪災(zāi)害易發(fā)程度較低；而山地以及黃土覆蓋區(qū)，由于地勢高、河流縱比降大、深切河谷、地表土質(zhì)疏松，洪災(zāi)較易發(fā)生。而后通過探索性數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，山洪災(zāi)害易發(fā)程度并不是完全與地形海拔呈正比的特殊區(qū)域便是低海拔平原地區(qū)。通過對山西全省的地貌進一步分析發(fā)現(xiàn)，山西省大部分平原被山地所包圍，降水容易匯集，因此在這些區(qū)域也易發(fā)生山洪災(zāi)害。因此，山洪災(zāi)害除了與地貌條件關(guān)系密切之外，還有周圍的地理環(huán)境有很大的關(guān)系。通過以上研究可以得出結(jié)論：山地高原和低海拔平原是山西省山洪防治的重點區(qū)域，要加強監(jiān)測的力度，進行重點防范。

雖然地貌地形與山洪災(zāi)害的發(fā)生關(guān)系密切，但是引發(fā)山洪災(zāi)害的原因是多方面的，除了地貌地形因素外，還與各種天氣系統(tǒng)和時空分布分布關(guān)系密切，除此之外，社會因素也占了很大比重。本文只是粗略探討了與地貌地形因素的關(guān)系，以期為實際工作提供一些參考。