“4.20”蘆山地震次生滑坡災(zāi)害危險性評價

劉洪江，徐 旌，伍宇明

(1．樂山師范學(xué)院 旅游學(xué)院，四川 樂山614000；2.云南大學(xué)，云南 昆明650223；

3.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京100101)

0 引言

2013年4月20日上午08時02分，四川省雅安市蘆山縣龍門鄉(xiāng)馬邊溝(30°18′N，102°57′E)發(fā)生Ms7.0級地震，造成196人遇難，21人失蹤，11 470人受傷，200多萬人受災(zāi)。地震誘發(fā)了大量次生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，對震區(qū)災(zāi)后恢復(fù)重建帶來很大威脅。開展其危險性評價，并據(jù)此提出防治對策，對于指導(dǎo)災(zāi)區(qū)減災(zāi)以及未來其它地區(qū)類似災(zāi)害應(yīng)急救援具有參考意義。

長期以來，國內(nèi)外學(xué)者在地震次生災(zāi)害風(fēng)險評估上做了大量工作，尤其是在汶川地震后，概括起來主要有：

(1)地震次生災(zāi)害評價模型與方法

OMAR D.C.采用災(zāi)害損失模型、風(fēng)險暴露模型、易損性模型構(gòu)建地震概率損失風(fēng)險模型，并采用成本—效益分析法進行地震災(zāi)害風(fēng)險分散分析，用于歐洲地震研究[1]。蘭恒星等人探討了CF敏感性分析方法與信息量模型評估的災(zāi)害評價方法[2-4]，以及采用崩塌模型數(shù)值模擬對滑坡災(zāi)害進行危險性評價[5]。蘇鳳環(huán)通過易發(fā)性指數(shù)對蘆山地震滑坡進行了易發(fā)性評價[6]。

(2)宏觀定性評估

劉鳳民根據(jù)中國歷史地震次生地質(zhì)災(zāi)害活動程度及發(fā)生條件，以地(市、區(qū)、盟)為單元，進行了風(fēng)險性評價：高度和中度風(fēng)險區(qū)主要分布在中國中部的陜甘寧川渝滇藏地區(qū)，形成一個大致NE向高風(fēng)險帶，其余大部分地區(qū)為輕度風(fēng)險區(qū)，適合全國性大區(qū)域尺度[7]。程根偉采用比較方法進行震后堰塞湖的潰壩風(fēng)險級別劃分[8]。崔鵬等采用地形、地貌、地質(zhì)、氣候、水文、植被、災(zāi)害狀況、人類活動等11個因子，采用定性與定量結(jié)合的方法對汶川地震次生山地災(zāi)害進行了評價，主要采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元級別進行評價[9]。也有學(xué)者對地震災(zāi)區(qū)資源環(huán)境承載能力進行評價[10]。徐旌，劉洪江采用泊松統(tǒng)計方法計算了云南省地震災(zāi)害泊松分布參數(shù)和活動頻率[11]。徐霞，劉洪江根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險管理4R模式提出了云南省自然災(zāi)害風(fēng)險防范對策[12]。

1 研究區(qū)

研究區(qū)為2013年5月7日國務(wù)院劃定的“4.20”蘆山地震災(zāi)后恢復(fù)重建區(qū)，涉及四川省4市2州的21縣，共382個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。含雅安市蘆山縣、雨城區(qū)、名山區(qū)、滎經(jīng)縣、漢源縣、石棉縣、天全縣和寶興縣；成都市大邑縣、邛崍市、蒲江縣；眉山市東坡區(qū)、丹棱縣、洪雅縣；樂山市金口河區(qū)、峨眉山市、夾江縣、峨邊縣；甘孜藏族自治州瀘定縣、康定縣及涼山彝族自治州甘洛縣。極重災(zāi)區(qū)為蘆山縣，重災(zāi)區(qū)為寶興縣、雨城區(qū)、天全縣、名山區(qū)及邛崍市南寶鄉(xiāng)、高何鎮(zhèn)、天臺山鎮(zhèn)、夾關(guān)鎮(zhèn)、火井鎮(zhèn)及道佐鄉(xiāng)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其余為一般災(zāi)區(qū)，總評價面積4.31×104km2，總?cè)丝?50萬人[14]。區(qū)內(nèi)主構(gòu)造受控于3條深切割大斷裂(NE向龍門山斷裂帶、NW向鮮水河斷裂帶與SW向安寧河、小江斷裂帶)，于石棉附近交匯，形成一個“Y”字形構(gòu)造帶，其中龍門山斷裂帶分為前山斷裂和后山斷裂(封三圖版Ⅰ圖1)。近幾年，中國大地震均發(fā)生在 “Y”字形斷裂上，2008年5月12日汶川Ms8.0級地震發(fā)生在龍門山后山斷裂帶上，2010年玉樹Ms7.0級地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶上，“4.20” 蘆山地震則發(fā)生于龍門山前山斷裂。區(qū)域新構(gòu)造運動活躍，曾于1327年在天全附近發(fā)生Ms6.0級地震；1941年6月12日在寶興與康定間發(fā)生Ms6.0級地震；1949年11月13日，雅安石棉、甘孜瀘定交界發(fā)生Ms5.5級地震；1951年3月16日雅安石棉發(fā)生Ms5.0級地震；1957年8月9日，雅安漢源縣、滎經(jīng)縣交界發(fā)生Ms5.0級地震；1970年2月24日雅安蘆山縣與成都大邑縣交界發(fā)生Ms6.2級地震。本次地震屬于評估區(qū)內(nèi)有歷史記載以來最大的一次地震。頻繁的地震活動說明本區(qū)域構(gòu)造的活躍性[15]。

巖性上區(qū)內(nèi)主要以泥頁巖加碳酸鹽、碳酸鹽夾砂板巖、近代河流洪沖積物、花崗巖為主，占區(qū)域總面積的70%以上；地層年代上則主要為三疊紀(jì)地層，占全區(qū)域的26%左右，其次是震旦紀(jì)和第四紀(jì)地層，二者約占全區(qū)面積21%左右。

地貌總體西高東低，最高峰位于瀘定縣境內(nèi)的貢嘎山主峰，海拔7 558 m，最低點為夾江縣境內(nèi)的青衣江出口，海拔379 m，二者直線距離156 km。區(qū)內(nèi)地形陡峻，大于25度以上的陡坡占全區(qū)總面積56%，小于8度的平壩區(qū)占16%。

兩大長江支流流域自東向西發(fā)育，分別為岷江和雅礱江，岷江支流大渡河在樂山交匯，寶興、天全、洪雅以東區(qū)域為岷江干流流域；康定東部、瀘定、石棉、漢源、甘洛、金口河、峨眉山屬于岷江支流大渡河流域；康定西部為雅礱江流域。區(qū)內(nèi)降雨充沛，多年平均降雨雨量線在雅安形成1 800 mm的降雨中心。受二郎山地形阻擋影響，距離雅安100 km的康定附近僅為800 mm，夏季6～8月，雅安附近降雨量約900 m，至康定衰減為400 mm左右。區(qū)內(nèi)降雨強度大，震后雨季容易誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害。

根據(jù)震后地質(zhì)災(zāi)害地面調(diào)查，在研究區(qū)內(nèi)共排查出滑坡災(zāi)害點2 611個，占總排查點5 128個的50.9%。其中震前滑坡災(zāi)害點2 179個，震后432個，震后滑坡災(zāi)害增加19%。同時地震對原有滑坡及古滑坡點會產(chǎn)生一定影響，部分隱患點出現(xiàn)規(guī)模增大、變形特征增強、穩(wěn)定性降低等現(xiàn)象。在暴雨等極端條件下，有進一步失穩(wěn)的趨勢，加劇了滑坡災(zāi)害的破壞和危險性?！?.20”地震誘發(fā)滑坡多為高位滑坡，滑坡物質(zhì)位于山坡上方，平時很難發(fā)現(xiàn)，降雨時突然發(fā)生，危害極大。2013年5月9日上午10時05分，在蘆山縣與寶興縣靈關(guān)鎮(zhèn)交界處的銅頭村發(fā)生滑坡，造成3人死亡，3人重傷，3人輕傷，3輛車被埋，其中一輛是救援車。蘆山至寶興救援道路再次被阻斷。開展震后滑坡危險性評估對于震后滑坡監(jiān)測及防治具有時效性和重要意義。本文基于敏感性分析和GIS數(shù)據(jù)分析處理得到蘆山地震災(zāi)后滑坡災(zāi)害危險性分布，針對道路，縣城、村鎮(zhèn)等易損體提出風(fēng)險應(yīng)對策略。

2 資料來源及研究方法

滑坡數(shù)據(jù)采用震后4月21日至5月3日之間的13個不同單位的野外災(zāi)害排查數(shù)據(jù)，研究區(qū)內(nèi)共分布有滑坡點2 116個；重點調(diào)查區(qū)數(shù)據(jù)采用無人機進行遙感目視解譯，根據(jù)影像的形狀、大小、色調(diào)、陰影、紋理、位置等特征，勾畫出滑坡滑動面及滑體分布，解譯區(qū)內(nèi)新增滑坡面積0.914 km2。故存在兩類災(zāi)害數(shù)據(jù)，一是大區(qū)域的點狀數(shù)據(jù)，二是重點區(qū)的面狀數(shù)據(jù)。用于敏感性分析的區(qū)域地質(zhì)背景數(shù)據(jù)為中國1∶50萬地質(zhì)圖；DEM數(shù)據(jù)采用國家測繪局1∶5萬DLG等高線生成DEM，等高距20 m，柵格分辨率20 m；降雨為區(qū)內(nèi)現(xiàn)存氣象觀測站建站至2012年監(jiān)測數(shù)據(jù)。

對于點狀數(shù)據(jù)的敏感性分析，由于區(qū)域尺度較大，一般滑坡尺度較小，可以近似認為滑坡分布點符合實際災(zāi)害的分布情況。敏感性分析采用敏感性系數(shù)sc(sensitivity coefficient)來定量描述不同因子對滑坡災(zāi)害的敏感性，見公式(1)。

sci=Hi/D

(1)

其中，sci表示第i種因子對于滑坡的敏感性，Hi表示第i種因子中滑坡出現(xiàn)的頻率或概率，D表示研究區(qū)滑坡出現(xiàn)的總頻率或概率。sci的值大于1時，表示敏感性高，值越大表示該類因子越容易導(dǎo)致滑坡災(zāi)害發(fā)生；值小于1時，表示不敏感程度，值越小，越不敏感，滑坡災(zāi)害發(fā)生概率越低；值為0時，表示某類因子中沒有出現(xiàn)過滑坡，為不敏感。

由于滑坡具有不同規(guī)模，規(guī)模反映滑坡的嚴(yán)重程度，在某種程度上說也是易發(fā)度的體現(xiàn)，因此考慮將滑坡規(guī)模按照國內(nèi)外通用的體積劃分法進行規(guī)模劃分，并進行權(quán)重賦值(表1)。

表1 滑坡級別劃分與權(quán)重賦值Tab.1 Landslide types and its weight

將滑坡規(guī)?？紤]進敏感性因子計算時，公式(1)變?yōu)楣?2)：

sci=Hi/D=(∑Hi×Wi/Asi)/(AN/AT)

(2)

式中：Wi為第i個滑坡體積分類權(quán)重；Asi為研究區(qū)內(nèi)第i個因子的總面積；AN為區(qū)內(nèi)滑坡出現(xiàn)的總頻率或概率；AT為研究區(qū)總面積。

對于面狀滑坡數(shù)據(jù)而言，采用sci=Hi/D=(Ai/Asi)/(AN/AT)進行分析，Ai為滑坡區(qū)域內(nèi)某個因子面積，Asi為研究區(qū)內(nèi)第i個因子的面積；AN為區(qū)內(nèi)滑坡出現(xiàn)的總面積；AT為研究區(qū)總面積。具體計算時，由于無人機數(shù)據(jù)僅在重點區(qū)出現(xiàn)，因此Ai為無人機解譯出的滑坡區(qū)內(nèi)第i個因子的面積；Asi為無人機整個影像區(qū)內(nèi)第i個因子的面積；AN為無人機影像區(qū)內(nèi)總滑坡面積；AT為無人機影像區(qū)總面積。

根據(jù)敏感性分析得到各個因子滑坡的敏感區(qū)域，然后進行級別劃分，共分為5個級別，分別對應(yīng)極易誘發(fā)、易誘發(fā)、中度易誘發(fā)，低度易誘發(fā)和微度易誘發(fā)，分別賦予權(quán)重5至1，然后將各因子進行疊加，得到滑坡的危險性分級共5個級別：極危險，危險，中度危險，低度危險和安全，然后根據(jù)實際易損體(基礎(chǔ)設(shè)施、城市)的分布情況等提出防治對策。

3 敏感性分析

3.1 滑坡巖性敏感性

實際工作中，由于巖性組合成千上萬，進行敏感性分析時巖組類別過多，實際上有些巖組是可以進行分類合并的，比如頁巖夾灰?guī)r，粉砂巖夾砂巖，砂巖夾板巖等，均可劃分至軟硬相間巖組。同時，即使是同類巖組，如處于不同構(gòu)造部位，其敏感性也有差異的。因此對巖性在處理前進行了預(yù)處理，分別考慮巖性和構(gòu)造影響，分別代表巖土體的強度和結(jié)構(gòu)完整。不同的巖組按照1～10的級別進行打分：1代表抗剪強度高，不易破壞，如侵入巖；10代表抗剪強度極低，如水體。構(gòu)造分為大斷裂和小斷裂。大斷裂分為3個級別影響區(qū)，根據(jù)無人機及衛(wèi)星影像判斷，大斷裂I級影響區(qū)影響范圍3 km，Ⅱ級影響區(qū)4 km；小斷裂I級影響區(qū)2 km，Ⅱ級影響區(qū)3 km。I級影響區(qū)權(quán)重5分，Ⅱ級影響區(qū)3分，其余1分。對兩個圖層歸一化后，分別按照0.5和0.5的權(quán)重疊加得到巖土體強度分值，分值范圍為1～10，依據(jù)公式1進行敏感性分析，結(jié)果表明：對滑坡敏感性最高的是7～8和5～6的巖組(表2，圖2)。

圖2 巖性敏感性Fig.2 Lithology sensibility

3.2 滑坡地層年代敏感性

按照地層年代分類表進行地層劃分，根據(jù)公式1結(jié)果顯示，最為敏感的地層是侏羅紀(jì)，其次是白堊紀(jì)，第三紀(jì)和志留紀(jì)敏感性一般，其他年代地層不敏感(圖3)。

圖3 地層敏感性Fig.3 Strata sensibility

3.3 滑坡坡度敏感性

對坡度按照0～15°，15～25°，25～35°，35～45°，45～55°，大于55°進行劃分和敏感性分析。結(jié)果顯示，震后滑坡易發(fā)性與坡度有關(guān)，呈指數(shù)上升，坡度越大，敏感性上升越快(圖4)。

3.4 滑坡降雨敏感性

降雨采用年內(nèi)降雨變差系數(shù)進行分析，年內(nèi)降雨變差是反應(yīng)各月降雨變化的一個指標(biāo)，反應(yīng)雨季可能發(fā)生災(zāi)害的可能性大小。結(jié)果顯示震后滑坡降雨敏感性高的變差系數(shù)分布于16.5%～18.0%(圖5)。

3.5 震后滑坡危險性評價

滑坡危險性評價選擇了巖性、地層、坡度及降雨變差以及地震強度進行危險性評價，根據(jù)震后各因子敏感性分析結(jié)果進行分值分段，利用AHP分析方法得到各因子的權(quán)重，進行危險性評價(表3)，經(jīng)過計算，“4.20”蘆山地震在評估區(qū)內(nèi)的Arias強度最大值為7.64，最小值為0，將其歸一化至0～5，采用其分布值作為計算值。

圖4 震后滑坡坡度敏感性Fig.4 Slope sensibility after shock

圖5 降雨變差敏感性Fig.5 Sensibility of rainfall variation

表3 滑坡危險性評價分級Tab.3 Assessment classification of landslide risk

在GIS下進行空間疊加，得到震后滑坡危險性評價圖。評價因子介于0.83～4.43。

得到評價區(qū)震后滑坡危險度分布圖(封三圖版Ⅰ圖6)，重度危險區(qū)集中分布在蘆山至寶興之間北東向條帶區(qū)，共5個條帶，是未來震后地質(zhì)災(zāi)害的重點防御區(qū)。

各級別的分布見表4，極度危險的區(qū)域占0.65%，共計278.4 km2，主要分布在蘆山縣至寶興縣之間的震中山區(qū)，是目前急需實施監(jiān)控的地區(qū)。

表4 滑坡危險度分布Tab.4 Landslide risk distribution area

4 結(jié)果分析

以蘆山震后5月9日發(fā)生的滑坡災(zāi)害為例，對結(jié)果合理性進行驗證。該滑坡體造成3車被埋，3人死亡。在無人機影像上顯示該處較為安全，而在評估結(jié)果圖上為極度危險區(qū)。表明采用科學(xué)的評價方法可以揭示：地震導(dǎo)致山體松動，加上巖性組合利于滑坡發(fā)育。此外對已發(fā)生滑坡的幾個地點如寶盛鄉(xiāng)、雙石鎮(zhèn)，評價均表現(xiàn)為極度危險，說明評價結(jié)果合理((封三圖版Ⅰ圖7，圖8)。

對于震后滑坡的坡度敏感性，有文獻論述震后35～45度的坡度是最敏感的[2]，本文經(jīng)過分析得到的結(jié)論是地震滑坡危險性隨坡度的增加敏感性呈指數(shù)加大，為此采用2個不同的方法進行分析，結(jié)果得到了相同的結(jié)論，一是無人機解譯的滑坡面狀資料進行分析，得到的敏感性見圖9，與坡度呈指數(shù)關(guān)系；二是采用震后災(zāi)害2 611個滑坡地面排查點數(shù)據(jù)進行滑坡易發(fā)坡度敏感性分析，同樣得到指數(shù)分布圖(圖5)，說明敏感性的合理性。發(fā)生滑坡最多的坡度是35°～45°，但這個區(qū)域也是山坡普遍的坡度，基數(shù)本身很大。

圖9 無人機解譯滑坡坡度敏感性分析Fig.9 Landslide slope sensibility of UAV

5 結(jié)論與討論

基于因子敏感分析、 GIS空間分析，結(jié)合地面調(diào)查以及無人機影像災(zāi)害調(diào)查的技術(shù)方法可以很好地進行大地震次生災(zāi)害危險性評價。準(zhǔn)確度和精度得到提高，可以為震后減災(zāi)提供科學(xué)的技術(shù)支持。

震后滑坡災(zāi)害的發(fā)育敏感性隨坡度增加呈指數(shù)上升，巖性最敏感區(qū)域是碳酸鹽夾軟硬巖層，侏羅紀(jì)及白堊紀(jì)地層；基于因子敏感性分析結(jié)合地震阿氏強度分布方法可解決大震后大區(qū)域尺度滑坡災(zāi)害危險性評價，結(jié)果與震后已發(fā)滑坡災(zāi)害點吻合，準(zhǔn)確度和精度均得到提高；“4.20”地震后滑坡高危區(qū)表現(xiàn)為與龍門山斷裂帶平行的5個高危帶(封三圖版Ⅰ圖10)，在其內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城及與之相交的公路成為重點危害對象；寶興縣五龍鄉(xiāng)、蘆山縣魚泉鄉(xiāng)和寶盛鄉(xiāng)存在較大滑坡風(fēng)險，要進一步排查，以防震后雨季發(fā)生滑坡。寶興縣城雖然極度危險區(qū)呈零星分布，但由于地處縣城，災(zāi)害一旦發(fā)生危害極大，需要進行治理；在沿線主要道路設(shè)置雨季監(jiān)測員，對來往車輛進行人工預(yù)警；加強極度危險區(qū)群策群防工作的開展。

依據(jù)危險性分析結(jié)果，疊加縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與道路圖，可以判斷出受危害的對象，為此建議：

鄉(xiāng)鎮(zhèn)方面要注意寶興縣五龍鄉(xiāng)、蘆山縣魚泉鄉(xiāng)和寶盛鄉(xiāng)的滑坡風(fēng)險，對于滑坡風(fēng)險要進一步仔細排查，以防震后雨季發(fā)生滑坡。寶興縣城雖然極度危險區(qū)呈零星分布，但由于地處縣城，危害大，需要進行治理。

增加極危險區(qū)域的滑坡監(jiān)測工作，在沿線道路設(shè)置雨季監(jiān)測員監(jiān)測，對來往車輛進行人工預(yù)警。主要的路段有：蘆山至靈關(guān)鎮(zhèn)靈關(guān)河峽谷段；寶興縣城至五龍鄉(xiāng)河谷地段；雅安市區(qū)至飛仙關(guān)鎮(zhèn)峽谷地帶；隴西鄉(xiāng)至下關(guān)鄉(xiāng)峽谷地帶；龍門鄉(xiāng)至寶盛鄉(xiāng)及魚泉鄉(xiāng)沿線。

極度危險區(qū)是未來滑坡風(fēng)險發(fā)生的高區(qū)域，每年5～10月是地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)，也是未來8～10年滑坡災(zāi)害的易發(fā)區(qū)，要加強此區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，加強群策群防工作。

致謝：感謝中測新圖、輕小型無人機航空遙感聯(lián)盟、北京天下圖數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司、國家測繪地理信息局、民政部減災(zāi)中心等單位提供的遙感及基礎(chǔ)地理信息支持！