鄧 越,周廷剛,蔣衛(wèi)國
(1. 北京師范大學(xué) 減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院,北京100875;2. 北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點實驗室,北京 100875;3. 西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,重慶 400715)
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都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性及潛在影響評估*
鄧越1,2,周廷剛3,蔣衛(wèi)國1,2
(1. 北京師范大學(xué) 減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院,北京100875;2. 北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點實驗室,北京 100875;3. 西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,重慶 400715)
摘要:地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有不確定性,其結(jié)果卻會造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此,掌握地質(zhì)災(zāi)害危險性空間分布情況,以及潛在的影響,對于地方政府的減災(zāi)防災(zāi)工作,具有指導(dǎo)意義。研究以都江堰市為例,選取坡度、巖性軟硬程度、離構(gòu)造線距離、植被覆蓋度、年均降雨量5個危險性評估指標,綜合應(yīng)用層次分析法和信息量法,計算都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性,并以此將都江堰市劃分為高、中、低、無危險區(qū),統(tǒng)計危險區(qū)內(nèi)土地利用和人口情況。結(jié)果表明:①都江堰市高、中危險區(qū)主要分布于成都平原向龍門山地過渡地帶,呈北東方向,貫穿都江堰市的中部和西南部;②高、中、低危險區(qū)面積依次為172.28 km2、241.44 km2、104.40 km2,分別占總面積的15.68%、21.97%、9.50%;③都江堰市內(nèi)林地所受地質(zhì)災(zāi)害潛在影響最為嚴重,高、中危險區(qū)內(nèi)共有325.31 km2的林地受影響,危險區(qū)內(nèi)總計有234 227人受地質(zhì)災(zāi)害潛在影響。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)災(zāi)害;危險性評估;潛在影響評估;層次分析法;信息量法;都江堰市
我國地質(zhì)災(zāi)害種類繁多、分布廣泛、活動頻繁、危害嚴重[1-2]。據(jù)《全國地質(zhì)災(zāi)害通報(2014年)》統(tǒng)計,2014年,全國共發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害10 907起,共造成349人死亡、51人失蹤、218人受傷,直接經(jīng)濟損失達54.1億元。掌握地質(zhì)災(zāi)害危險性空間分布情況,以及潛在的影響,對于地方政府的減災(zāi)防災(zāi)工作,具有指導(dǎo)意義。
地質(zhì)災(zāi)害危險性評價,主要根據(jù)歷史災(zāi)情數(shù)據(jù),并結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地理環(huán)境和地質(zhì)背景,對未來地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的傾向性進行空間預(yù)測。目前,以數(shù)學(xué)模型為核心,柵格單元為評價單位、GIS為平臺的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究已成為普遍應(yīng)用。Long Nguyen Thanh等[3]和王哲等[4]利用層次分析法,分別對越南Luoi地區(qū)和中國綿陽市的地質(zhì)災(zāi)害危險性進行分區(qū)。鄧輝等[5]、王寧濤等[6]、高振記等[7],采用信息量模型,進行地質(zhì)災(zāi)害危險分區(qū)。也有學(xué)者采用logistic法[8-9]、證據(jù)權(quán)法[10]等方法。黃潤秋認為柵格單元割裂了地貌系統(tǒng)的完整性,應(yīng)該采用斜坡單元作為評價單元[11]?;舭系萚12]、唐川等[13]采用斜坡單元,分別以陜西黃陵縣和四川汶川縣為研究區(qū)域,進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。隨著WebGIS技術(shù)發(fā)展,地質(zhì)災(zāi)害危險性評估實時監(jiān)測預(yù)警逐漸取得廣泛研究。殷坤龍等[14]、袁宏等[15]研發(fā)了基于WebGIS的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),這對于減災(zāi)信息的及時發(fā)布具有重大意義。
本文以都江堰市為研究區(qū)域,采用柵格單元為評價單元,選取坡度、巖性軟硬程度、離構(gòu)造線距離、植被覆蓋度、年均降雨量五個危險性評估指標,綜合應(yīng)用層次分析法和信息量模型,計算都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性,并以此進行危險性等級區(qū)劃。基于危險性區(qū)劃結(jié)果,從土地和人口兩個角度,分析都江堰市的地質(zhì)災(zāi)害危險性情況,這對都江堰市的地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)防災(zāi)工作,具有一定的參考意義。
1研究區(qū)概況
都江堰市,是四川省成都市下轄縣級市,位于成都市的西北部,地跨成都平原與龍門山山地區(qū)兩個不同的自然地理區(qū)域,西北部屬龍門山地帶,東南部則屬于成都平原區(qū)。區(qū)內(nèi)氣候?qū)偎拇ㄅ璧刂衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣侯區(qū),四季分明,冬無嚴寒,夏無酷暑[16]。區(qū)內(nèi)降雨量較多,多年平均降雨量1 134.8 mm,主要集中在5-9月[17]。都江堰市北部發(fā)育黑云花崗巖、閃長巖;東南部,為第四系沖洪積層,巖性以亞砂土和亞粘土為主。都江堰市地質(zhì)構(gòu)造為龍門山構(gòu)造帶的中南段,屬華夏構(gòu)造體系,主要由北東走向的映秀斷層和灌縣斷層橫穿研究區(qū)域。
2數(shù)據(jù)介紹
研究數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、歷史地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn)。遙感數(shù)據(jù)選用Landsat8 OLI數(shù)據(jù),其空間分辨率為30 m。在ENVI支持下,對遙感數(shù)據(jù)進行大氣校正、圖像鑲嵌和圖像裁剪處理操作。DEM數(shù)據(jù)為SRTM 90 m分辨率數(shù)據(jù)。在ArcGIS平臺支持下,對DEM數(shù)據(jù)重采樣成30 m分辨率,然后進行鑲嵌和裁剪。歷史地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),主要是通過對已有報告、圖件、文獻、網(wǎng)上材料、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等獲取并進行整理?;A(chǔ)數(shù)據(jù)包括都江堰市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)。
3技術(shù)路線
整個研究的技術(shù)路線如圖1所示,分為兩部分:危險性評估和潛在影響評估,潛在影響評估是在危險性評估基礎(chǔ)上展開。
圖1 技術(shù)路線圖
3.1危險性評估
地質(zhì)災(zāi)害的爆發(fā)是多種因素,在一定的誘發(fā)條件下共同作用的結(jié)果。已有的研究表明,這些控制因素主要包括了地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性方面[18]。本次研究選擇坡度、巖性軟硬程度[19]、離構(gòu)造線距離、植被覆蓋度[20]、年均降雨量5個因素作為危險性指標因子(圖2)。研究將這5個因子,劃分為孕災(zāi)因子和誘災(zāi)因子兩類。孕災(zāi)因子由坡度、巖性軟硬程度、離構(gòu)造線距離、植被覆蓋度組成,而誘災(zāi)因子僅包括年均降雨量。
圖2 都江堰地質(zhì)災(zāi)害危險性指標分類
研究采用信息量法確定各因子危險性指數(shù)Ii。單個因素對地質(zhì)災(zāi)害的影響程度可以用信息量衡量,信息量越大,則認為因素對地質(zhì)災(zāi)害的危險性越高[5-7]。計算各因素xi對地質(zhì)災(zāi)害L提供的信息量Ii(L,xi):
(1)
式中:S代表研究區(qū)的評價單元的數(shù)目;N為評價單元內(nèi)曾發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的單元總數(shù);Si代表因子xi的評價單元總數(shù);Ni代表在因子xi的評價單元內(nèi),發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的單元總數(shù)。
信息量模型只考慮各因素對地質(zhì)災(zāi)害危險性程度,但并沒有考慮到實際情況下,各因素所占的權(quán)重不同[21]。因此,需要確定評價因子的權(quán)重Wi。其中層次分析法,由于科學(xué)簡便,被廣泛應(yīng)用于權(quán)重的確定[22]。將各因子的權(quán)重和危險性指數(shù)加權(quán)相乘、求和,如式(2)所示,可得到危險性綜合評價指數(shù)I,用于表示研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害危險性程度。I值越大,則表示地質(zhì)災(zāi)害危險性越高。相反,I值越小,地質(zhì)災(zāi)害的危險性越低。最后,根據(jù)危險性綜合評價指數(shù)I,將將研究區(qū)劃分為高危險區(qū)、中危險區(qū)、低危險區(qū)、無危險區(qū)。
(2)
3.2潛在影響評估
潛在影響評估,是根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)劃結(jié)果,統(tǒng)計危險區(qū)內(nèi)的承災(zāi)體情況。研究選擇土地利用和人員作為地質(zhì)災(zāi)害的承災(zāi)體。土地是地質(zhì)災(zāi)害最直接的承災(zāi)體;而人員則是風(fēng)險評價中,最關(guān)注的承災(zāi)體。
土地影響評估方法簡單,研究統(tǒng)計高、中危險區(qū)內(nèi),林地、旱地、水田、住宅及建設(shè)用地面積。
人口影響評估,則是統(tǒng)計危險區(qū)劃內(nèi)的人口數(shù)。為更準確地評估潛在影響人口,研究基于住宅及建設(shè)用地展開評估。首先,分鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計住宅及建設(shè)用地面積;然后,根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù),計算出住宅和建設(shè)用地類型對應(yīng)的人口密度;最后統(tǒng)計各鄉(xiāng)鎮(zhèn)受影響住宅和建設(shè)用地面積,乘以對應(yīng)的人口密度,然后相加求和,即為受影響總?cè)丝跀?shù)。
4結(jié)果
4.1危險性區(qū)劃
層次分析法確定危險性評價指標權(quán)重Wi(表1),其結(jié)果通過一致性檢驗;將各指標圖層與地質(zhì)災(zāi)害分布圖進行分析統(tǒng)計,按照式(1)計算出各指標因子的信息量,即每個因子評價單元的危險性評價指數(shù)Ii(表1);按照式(2),利用柵格計算器,將每個指標因子的評價指數(shù)進行加權(quán)疊加,獲得都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評價指數(shù)I,其值范圍為-1.94 ~ 0.83。
經(jīng)過多次調(diào)試,以I值等于-0.85、-0.35、0.45為斷點,將整個研究區(qū)分為高危險區(qū)、中危險區(qū)、低危險區(qū)、無危險區(qū),最終獲得都江堰地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃,如圖3所示。從圖3可知,都江堰市地質(zhì)災(zāi)害高、中危險區(qū)主要分布于成都平原向龍門山地過渡地帶,以北東向展開,貫穿整個區(qū)域中部和西南地區(qū)。一方面,該區(qū)內(nèi)是成都平原向龍門山山地帶過渡區(qū)域,區(qū)內(nèi)河、谷縱橫,地形被切割的較破碎,斜坡以陡坡和陡崖為主。另一方面,該區(qū)域斷層褶皺發(fā)育,且具有活動性。因此,該區(qū)域?qū)儆诘刭|(zhì)災(zāi)害的高、中危險區(qū)。都江堰市無危險區(qū)主要分布于區(qū)域東南部和南部。該區(qū)域?qū)儆谄皆瓍^(qū),地形起伏不大,因此不易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)域北部,地層巖性為堅硬巖,多植被覆蓋,年均降雨量相比其他地區(qū)又最低,因此,也屬于地質(zhì)災(zāi)害不危險區(qū),但斷層周圍,受斷層影響,屬于低危險區(qū)。
統(tǒng)計各危險區(qū)劃分布地質(zhì)災(zāi)害數(shù)、災(zāi)害個數(shù)比、面積、面積比,結(jié)果如表2所示。都江堰市高危險區(qū)面積172.28km2,占15.68%,分布災(zāi)害22處;中危險區(qū)面積241.44km2,占21.97%,分布災(zāi)害10處;低危險區(qū)面積104.40km2,占9.50%,分布地質(zhì)災(zāi)害2處。都江堰市無危險區(qū)面積580.87km2,占52.85%。從分析結(jié)果來看,地質(zhì)災(zāi)害的分布與危險區(qū)等級具有良好的相關(guān)關(guān)系,說明本次的危險性分區(qū)結(jié)果較為理想。
表1 各指標因子權(quán)重及信息量
圖3 都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃圖
危險性區(qū)劃災(zāi)害個數(shù)災(zāi)害個數(shù)比/%面積/km2面積比/%無危險區(qū)00580.8752.85低危險區(qū)25.88104.409.50中危險區(qū)1029.41241.4421.97高危險區(qū)2264.71172.2815.68
4.2潛在影響
都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)分為高危險區(qū)、中危險區(qū)、中低險區(qū)、無危險區(qū)。通過ArcGIS分區(qū)統(tǒng)計功能,統(tǒng)計出高危險區(qū)和中危險區(qū)的林地、旱地、住宅及建設(shè)用地、水田影響情況(表3),并以住宅及建設(shè)用地為人口的承載體,統(tǒng)計出受影響人口數(shù)(表4)。
研究區(qū)林地受地質(zhì)災(zāi)害的影響最為嚴重,影響面積為325.31 km2;其次是旱地,影響面積為32.28 km2。住宅及建設(shè)用地的影響程度和水田基本相當(dāng)。四類土地利用類型中,中危險區(qū)的影響程度,從面積上說,均大于高危險區(qū)。
都江堰市潛在影響人口(表4),仍以中危險區(qū)影響程度更為嚴重,有147 242人受到影響。而高危險區(qū)受影響人數(shù)為19 850人,低危險區(qū)67 135人。三者總計有234 227人受到地質(zhì)災(zāi)害的潛在影響。
表3 潛在影響土地利用面積 km2
表4 潛在影響人數(shù)
5結(jié)論
本研究以都江堰市為研究區(qū)域,選取坡度、巖性軟硬程度、離構(gòu)造線距離、植被覆蓋度、年均降雨量五個評價指標,綜合應(yīng)用層次分析法和信息量模型,計算都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性,進行危險性等級區(qū)劃?;谖kU性區(qū)劃結(jié)果,從土地和人口兩個角度,分析都江堰市的地質(zhì)災(zāi)害危險性情況。研究取得的主要結(jié)論如下所示。
(1)都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性可分為高危險區(qū)、中危險區(qū)、低危險區(qū)以及無危險區(qū),對應(yīng)的區(qū)劃面積依次為172.28 km2、241.44 km2、104.40 km2、580.87 km2,分別占總面積的15.68%、21.97%、9.50%、52.85%。
(2)都江堰市高、中危險區(qū)主要分布于成都平原向龍門山地過渡地帶,呈北東方向,貫穿都江堰市的中部和西南部。該過渡帶地形起伏大、受斷裂影響大、巖性軟弱、年均降雨量充沛,綜合導(dǎo)致該地帶為地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域。
(3)都江堰市地質(zhì)災(zāi)害高、中危險區(qū)內(nèi),林地受影響面積最大,為325.31 km2;其次是旱地,影響面積為32.28 km2。地質(zhì)災(zāi)害潛在影響人口,合計為234 227人,其中,中危險區(qū)影響人口最多,為147 242人。
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AssessmentofGeologicalDisasterHazardandPotentialImpactinDujiangyanCity
Deng Yue1, 2, Zhou Tingang3and Jiang Weiguo1,2
(1.AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement,BeijingNormalUniversity,
Beijing100875,China; 2.KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster,MinistryofEducation,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 3.SchoolofGeographicalSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China)
Abstract:The occurrence of geological disaster is uncertain. However, the consequences will cause numerous casualties and property losses. So understanding the space distribution of geological disasters hazard and its potential influences has a guiding significance for the local government to prevent disasters and reduce the losses. Research takes Dujiangyan City as study area, and then used analytical hierarchy process and information value model to evaluate the geological disasters hazard index with the five evaluation factors of slope, hardness of rock, distance away from tectonic lines, vegetation fraction and average annual rainfall. According to the index, Dujiangyan City was divided into high-risk district, moderate-risk district, low-risk district, no-risk district. Finally, the related disaster impacts can be analyzed from perspectives of land use and population separately. Three conclusions can be concluded from the research. First, the high-risk and moderate-risk districts are distributed in central and southwestern city, the transition zone from Chengdu Plain to Longmen Mountain. Second, high-risk, moderate-risk and low-risk area of 172.28 km2, 241.44 km2 and 104.40 km2, accounts for 15.68%, 21.97% and 9.50% of the total area respectively. Third, in Dujiangyan City, the woodland was the worst area damaged, of which 325.32 km2 are distributed in moderate-risk and high-risk district, and totally 234277 people were affected in risk districts.
Key words:geological disaster; hazard assessment; potential impact assessment; analytical hierarchy process; information value model; Dujiangyan City
doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.02.037
中圖分類號:X43; P694
文獻標志碼:A
文章編號:1000-811X(2016)02-0196-05
作者簡介:鄧越(1995-),男,四川達州人,博士研究生,主要從事地表遙感與減災(zāi)信息系統(tǒng)的研究. E-mail:dengyue@mail.bnu.edu.cn通訊作者:蔣衛(wèi)國(1976-),男,湖南衡陽人,副教授,主要研究方向為洪水災(zāi)害及濕地生態(tài)遙感監(jiān)測與評價研究. E-mail:jiangweiguo@bnu.edu.cn
基金項目:國家自然科學(xué)基金(41171318;41571077);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項基金
*收稿日期:2015-09-28修回日期:2015-11-23
鄧越,周廷剛,蔣衛(wèi)國. 都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險性及潛在影響評估[J].災(zāi)害學(xué), 2016,31(2):196-199,212.[ Deng Yue,Zhou Tingang and Jiang Weiguo. Assessment of Geological Disaster Hazard and Potential Impact in Dujiangyan City[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(2):196-199.]