基于3S技術的滑坡災害敏感性區(qū)劃研究

　　滑坡作用過程屬于一種自然地質(zhì)現(xiàn)象，但其造成的后果卻是一種社會和經(jīng)濟問題，具有災害性，不僅給人類生命安全帶來威脅，而且對財產(chǎn)、環(huán)境、資源等造成破壞。浙江省臨安市清涼峰鎮(zhèn)位于浙江省臨安市西部，地處北緯30°21′，東經(jīng)119°47′，是多山鄉(xiāng)鎮(zhèn)；根據(jù)統(tǒng)計，2008、2009的兩年期間，清涼峰鎮(zhèn)共發(fā)生滑坡共對335.5萬元資產(chǎn)構(gòu)成威脅。本文選取清涼峰鎮(zhèn)為研究區(qū)域，對其滑坡敏感性進行分析。
　　
　　對各地區(qū)進行滑坡災害的敏感性分析，可為滑坡災害的預警預報，為制定有效的滑坡防治措施，提供有效的依據(jù)。對災害的防治，人員、財產(chǎn)的保護，具有積極的意義。目前對于滑坡災害敏感性分析的方法總體上分為定性和定量兩種方法。定性方法主要根據(jù)主觀經(jīng)驗對滑坡的變形失穩(wěn)危險性進行定性描述，而定量模型則是對滑坡發(fā)生失穩(wěn)的可能性進行估計。更具客觀性。近10年來，許多研究者基于統(tǒng)計分析理論，結(jié)合GIS的強大空間分析和遙感獲取信息的功能，比較成功地完成了區(qū)域滑坡的災害敏感性分區(qū)。研究表明，對于誘發(fā)滑坡發(fā)生的主要因子有：坡度、斷層、水文，地層巖性、植被覆蓋；其中在降水量較大、人類活動頻繁的區(qū)域，主要利用大氣降水，土地利用類型，人類工程活動等因子進行分析。
　　本文綜合考慮前人研究的成果，結(jié)合清涼峰鎮(zhèn)當?shù)氐臈l件，采用定量方法，通過分析清涼峰鎮(zhèn)坡度、斷裂帶、地層巖性、河流侵蝕作用、植被覆蓋度、人類活動干擾土地利用狀況等六個方面的資料，結(jié)合研究區(qū)歷史滑坡發(fā)生情況，在ArcGIS、Erdas平臺獲取并分析各類空間數(shù)據(jù)。以期更準確，更有效地對清涼峰鎮(zhèn)滑坡敏感性狀況進行分析。
　　1　研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源
　　1.1研究區(qū)概況
　　
　　清涼峰屬白際山脈北段，區(qū)內(nèi)山脈呈西南一東北走向，地勢高峻，復雜多變，境內(nèi)大部分表層地質(zhì)以巖性較軟的泥巖、頁巖和較厚的松散殘坡積層或基巖碎塊等為主，屬錢塘江水系，為昌化溪上游：昌西溪，頰口溪、楊溪的發(fā)源地。
　　1.2數(shù)據(jù)的來源及數(shù)據(jù)預處理
　　數(shù)據(jù)主要包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、基礎地圖、數(shù)字化地形圖。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為Landsat5 TM多光譜數(shù)據(jù)(2008年9月13日)，成像時間天氣晴朗，圖像質(zhì)量較好；主要用于研究區(qū)域植被覆蓋、用地類型信息的提取。數(shù)字化地形圖數(shù)據(jù)來源為測繪局所繪制地形圖，分辨率為10m，能很好反應當?shù)氐牡匦螤顩r；主要用于提取研究區(qū)的坡度信息。其他基礎地圖數(shù)據(jù)包括清涼峰鎮(zhèn)資源分布圖、清涼峰鎮(zhèn)地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)圖、清涼峰鎮(zhèn)地質(zhì)災害防治規(guī)劃圖等。本次分析中，以30m為單位對各類樣本圖形進行柵格化處理，在數(shù)據(jù)的分析處理中，基于柵格運算用以生成分析圖。
　　
　　2　滑坡災害敏感性因子定量化描述
　　2.1坡度因子分析
　　坡度是影響斜坡穩(wěn)定的重要條件。在ArcGIS平臺下，對數(shù)字化地形圖進行高程賦值，建立清涼峰鎮(zhèn)DEM，提取其坡度數(shù)據(jù)，圖1是清涼峰鎮(zhèn)坡度分析圖。本次研究按照每15°為坡度劃分區(qū)間，將清涼峰鎮(zhèn)坡度劃分為5個等級，0°～15°，15°～30°，30°～45°，45°～60°，>60°，統(tǒng)計各坡度區(qū)間滑坡點頻數(shù)，得到坡度與滑坡發(fā)生頻數(shù)的關系(圖2)。
　　從圖1可見，清涼峰鎮(zhèn)平地主要在河谷盆地，城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點、農(nóng)田基本分布于此，滑坡發(fā)生概率極低；坡度較大的區(qū)域主要在鎮(zhèn)的西北角的清涼峰和東北角的大明山，但是此處滑坡發(fā)生概率也較低。災害已發(fā)生點主要集中在鎮(zhèn)的北部和中部。
　　從圖2可見，在0°～45°區(qū)域內(nèi)，隨著坡度的增加滑坡發(fā)生頻數(shù)有增強的趨勢，但從45°以后，滑坡發(fā)生頻數(shù)減少，表明坡度增加到45°后，滑坡會明顯較少。在坡度30°～45°范圍內(nèi)，滑坡所占比例為48％，是滑坡多發(fā)區(qū)域；該區(qū)域主要分布于清涼峰鎮(zhèn)中部及北部山區(qū)，包括鳩甫村、林竹村、白果村西部。
　　2.2斷層因子分析
　　在斷裂帶影響范圍內(nèi)，滑坡發(fā)生的規(guī)模和活動頻率要比斷裂帶外的大很多，這在構(gòu)造活躍的山區(qū)環(huán)境中已被很普遍發(fā)現(xiàn)。有16處滑坡點分布于居民區(qū)旁，主要由于人為開挖造成山體的塌陷，不計人該次統(tǒng)計。在Arcmap平臺下，將數(shù)字化的斷裂帶按100m間距建立3個等距的緩沖區(qū)和一個超過300m的緩沖區(qū)。分別統(tǒng)計各緩沖區(qū)區(qū)間內(nèi)滑坡點頻數(shù)，可得到滑坡點一斷層距離與滑坡發(fā)生頻數(shù)的關系。
　　從斷裂帶分布與滑坡點空間位置關系可見，清涼峰主要斷裂帶分布于鎮(zhèn)中、西部，該區(qū)域主要為山體，滑坡點密集，尤其在休寧一順溪裂隙地區(qū)，斷裂帶尤為密集，是滑坡主要發(fā)生地。鎮(zhèn)東北部斷裂帶分布稀疏，滑坡點也分布稀少。從兩者距離關系可見，隨著與斷層距離的增加滑坡發(fā)生頻數(shù)有減少趨勢。在距離斷層0～100m范圍是滑坡發(fā)生頻率最高的區(qū)域，占研究區(qū)滑坡總數(shù)的46％。在距離斷層超過300m，滑坡點僅有2處，表明距離超過300m時，斷層對滑坡的影響較小。
　　2.3地層因子分析
　　地層對滑坡失穩(wěn)扮演了一個重要角色。滑坡現(xiàn)象通常與構(gòu)成它的材料結(jié)構(gòu)和強度密切相關。將清涼峰鎮(zhèn)域內(nèi)所有的地層通過Arcmap數(shù)字化成圖，通過對不同屬性地塊進行賦值，可將清涼峰鎮(zhèn)地層分布進行數(shù)字化劃分。分別統(tǒng)計各地層滑坡點頻數(shù)，分析各地層與滑坡次數(shù)間的數(shù)量關系可得圖3。
　　通過對滑坡點在數(shù)字化地層分布狀況進行分析，滑坡主要集中于寒武系、震旦系地層，同時在花崗巖分布區(qū)也有密集的滑坡點。清涼峰鎮(zhèn)花崗巖分布較廣，約占全鎮(zhèn)總面積的21％。
　　從圖3可見，在寒武系大陳嶺－荷塘組，楊柳崗組－華嚴寺組有一定數(shù)量滑坡點分布，其地層上部主要為鈣質(zhì)頁巖，容易風化，在雨水沖刷下，風化的巖層易被沖走。在震旦系休寧組，也分布有較多滑坡點。在這類地層表面主要分布有細砂巖及粉砂巖，附著性較差，在降雨天，易伴隨雨水滑落。同時，在花崗巖分布地區(qū)也有著較為密集的滑坡點分布，其所占比例為24％，是影響滑坡災害敏感性的主要因素之一。通過分析發(fā)現(xiàn)，花崗巖地區(qū)，滑坡規(guī)模較小，其上部分布有較多疏松土層，在雨水沖刷時，易隨著雨水沖刷發(fā)生小規(guī)?；瑒?。
　　2.4河流侵蝕作用因子分析
　　河流侵蝕作用嚴重影響著滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)，主要通過破壞斜坡坡腳和水位變化改變整個或者局部斜坡的應力狀態(tài)，從而導致整體或局部失穩(wěn)。在Arcmap中將數(shù)字化河流，按500m間距建立河流緩沖區(qū)，共為四個區(qū)，分別為0～500m，500m～1000m，1000m～1500m，>1500m。統(tǒng)計各緩沖區(qū)區(qū)間內(nèi)滑坡點頻數(shù)，得到滑坡點一河流距離與滑坡頻數(shù)關系。
　　清涼峰鎮(zhèn)有河流橫貫全鎮(zhèn)，共七條支流。在河流匯集處及彎曲處，滑坡分布密集。該類地段河流流速快，對斜坡坡腳的沖刷力較大，容易破壞該類地區(qū)斜坡的應力狀態(tài)。通過研究河流緩沖區(qū)內(nèi)滑坡點的分布狀況可見，隨著與河流距離的增加，滑坡發(fā)生的頻數(shù)有減少趨勢。在0～500m范圍內(nèi)，滑坡發(fā)生的頻率最高，約占滑坡總數(shù)的47％。當與河流距離增到大干1500m時，滑坡次數(shù)僅為7次，在該距離范圍外河流對滑坡的影響較小。
　　2.5人類活動干擾因子分析
　　土地利用類型用以表示人類活動干擾也是影響滑坡發(fā)生的一個關鍵條件，滑坡發(fā)生頻率和土地類型密切相關。因為，土地利用很大程度上反映了人類對土地的使用情況，也間接反映了在不同土地類型上斜坡的穩(wěn)定情況和發(fā)展趨勢?；贓rdas軟件平臺，通過監(jiān)督與非監(jiān)督分類相結(jié)合，依據(jù)人類活動對周邊環(huán)境的影響程度，劃分為山林、水體、裸地、農(nóng)田、居民區(qū)，圖4為清涼峰鎮(zhèn)土地類型現(xiàn)狀圖。
　　從圖4可知，清涼峰鎮(zhèn)用地類型以山林為主，全鎮(zhèn)山林占總面積的82％。居住區(qū)沿河而建，呈帶狀分布，裸地靠近居住區(qū)，主要由于人類活動造成其植被覆蓋率低。大部分的滑坡都發(fā)生于山林，所占比例為66.2％，裸地所占滑坡頻數(shù)僅次于山林地帶，而在農(nóng)田滑坡發(fā)生頻數(shù)大幅度下降，這是因為農(nóng)田雨水疏導效果較好，土質(zhì)附著性強，不易于發(fā)生滑坡。而在居民區(qū)與水域，滑坡發(fā)生的頻數(shù)為0。
　　2.6植被覆蓋度分析
　　植被覆蓋情況是影響滑坡的一個重要因素，植被條件良好、地質(zhì)條件穩(wěn)定的區(qū)域常常不容易產(chǎn)生滑坡。基于TM數(shù)據(jù)基礎上，用歸一化植被指數(shù)NDVI來反映地表植被的覆蓋情況。研究區(qū)按每0.1為劃分區(qū)間，可將清涼峰鎮(zhèn)NDVI值劃分為6個區(qū)間，0～0.1，0.1-0.2，0.2～0.3，0.3-0.4，0.4～0.5，分別統(tǒng)計各NDVI區(qū)間內(nèi)的滑坡發(fā)生頻數(shù)，得到NDVI與滑坡發(fā)生頻數(shù)的關系(圖5)。
　　清涼峰鎮(zhèn)NDVI低的區(qū)域主要在城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點、河流，植被覆蓋率極低，滑坡發(fā)生頻數(shù)為0，在該類地區(qū)不易發(fā)生滑坡。NDVI最大的地區(qū)主要在鎮(zhèn)西北角的清涼峰與鎮(zhèn)東南的大明山，但此處滑坡發(fā)生概率也較低。災害點主要集中在中部及北部地區(qū)。
　　從圖5可知，NDVI在0～0.5范圍內(nèi)，滑坡頻數(shù)呈增長趨勢，滑坡點主要集中在0.4～0.5的范圍內(nèi)。清涼峰鎮(zhèn)是臨安地區(qū)主要的山核桃、毛竹種植點，鎮(zhèn)內(nèi)植被覆蓋也以這兩類植物為主。然而對于山核桃與毛竹的大量種植，導致山林受人為因素的影響較大，尤其是近地表草本植物遭到破壞，嚴重降低了土壤的附著力。
　　3　滑坡災害敏感性分析方法研究
　　采用加權(quán)求和法計算綜合評價值，其公式為：
　　
　　其中，Z為綜合評價值，K為某一因素的權(quán)重；P為該因素概率取值。
　　K：由于各主成分反映原始信息量的作用不同，計量樣本評價值的地位也有區(qū)別，即所占的權(quán)重是不等的，本文通過專家評分法對各因素進行評分，可得到各因素的權(quán)重值。
　　P：通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算出的該類因素下的滑坡發(fā)生的概率。
　　根據(jù)(1)式，計算出各個因素的綜合評價值，在Erdas軟件平臺下，通過ModelMaker工具，以綜合評價值為依據(jù)，以每個柵格為計算單位，分別對每個柵格進行賦值。
　　建立計算模型，對每一柵格中各因素的綜合指數(shù)進行疊加，重新賦予了一個新的綜合指數(shù)，得到研究區(qū)范圍內(nèi)各柵格的災害敏感性綜合得分，其空間分布圖見圖6。利用Quantile分類法，在Arcmap平臺下將研究區(qū)災害敏感性灰度圖進行重新分類，以>0.357，0.357-0.229，<0.229為劃分依據(jù)，分為三個等級，分別為高、中、低。在Model Maker中建立運算模型，并合并同類項，得到研究區(qū)災害敏感性評價等級區(qū)劃圖，見圖7。
　　從圖7可見，災害敏感性高、較高的區(qū)域主要位于鎮(zhèn)西北、西南部的山林地帶，影響包括鳩甫村、林竹村、新都村、順溪村南部。該類區(qū)域山體眾多，坡度主要介于30°～45°，NDVI介于0.4～0.5，距離斷層100m以內(nèi)，距離河流500m以內(nèi)，這些區(qū)域自然條件總體表現(xiàn)為：地形起伏中度、植被覆蓋一般以單一的經(jīng)濟林為主(山核桃或者毛竹等)、距離斷層位置較近，位于河流的沖刷區(qū)域。
　　4　結(jié)語
　　(1)利用Arcgis、Erdas實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化與矢量化，可以更準確地分析滑坡與各類因子間的關系，能夠很好地克服傳統(tǒng)統(tǒng)計方法的不足，是分析結(jié)果更加準確。
　　(2)通過對研究區(qū)影像進行解譯與分析，結(jié)合其矢量空間數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)滑坡分布具有群發(fā)性、集聚性。其中分布最為密集的地區(qū)為鳩甫村、林竹村，而在敏感性評價圖中所顯示這三個村莊的大部分面積都位于高風險范圍內(nèi)。
　　(3)通過滑坡與各影響因子的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)滑坡主要分布在坡度為30°～45°，NDVI值在0.4～0.5內(nèi)，距離斷層、水域較近的山林地帶，發(fā)生滑坡的概率更