地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)土地利用響應(yīng)機(jī)制研究
——以四川綿竹為例

李璇瓊，梁延龍

(1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000；2.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 610031)

中國(guó)是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，50%以上的國(guó)土面積受到地震、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的影響，造成耕地?fù)p毀、房屋損毀和水土流失加劇。而土地利用類型、程度的變化又會(huì)間接引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。因此，地質(zhì)災(zāi)害與土地利用關(guān)系的研究具有重要意義(譚夢(mèng)，2013；李磊，2019；彭義，2014；曹慧，2007；劉惠敏等，2001)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者多數(shù)是在某一時(shí)刻就某一具體地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例研究二者之間關(guān)系，而較少進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律與土地利用時(shí)空耦合關(guān)系的挖掘(Burby R.J,2000；Smith,S.M,2001；D.H.Bell,1985；Abuk,A,2001；Dai,F.C,2001；Michael,J.C,2004)。

筆者選取災(zāi)害頻發(fā)區(qū)綿竹市在汶川地震期間及2009～2018年震后恢復(fù)有代表性的時(shí)段，從宏觀和微觀2個(gè)尺度進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害土地利用機(jī)制分析。以遙感影像和實(shí)測(cè)地災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)字圖像處理、監(jiān)督分類等遙感技術(shù)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)的區(qū)域統(tǒng)計(jì)、緩沖區(qū)分析、疊加分析、核密度分析、地理統(tǒng)計(jì)等方法探究地質(zhì)災(zāi)害分布特征。通過(guò)多空間多時(shí)間尺度探索地質(zhì)災(zāi)害與土地利用結(jié)構(gòu)、幅度、速度、利用程度、地震烈度、土地敏感性及水土流失的耦合機(jī)制，總結(jié)出一套地質(zhì)災(zāi)害對(duì)土地利用響應(yīng)的研究方法，并對(duì)災(zāi)區(qū)土地利用合理規(guī)劃及地質(zhì)災(zāi)害的防治提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

綿竹市位于四川盆地西北部，背倚龍門(mén)山脈，地處北緯31°09′～31°42′，東經(jīng)103°54′～104°20′；面積為1 245.3 km2，自西北向東南伸展，東西寬約42 km，南北長(zhǎng)約61 km；地勢(shì)西北高(屬龍門(mén)山地區(qū))，多為山地，河流縱橫，切割強(qiáng)烈，切割深度為500～1 000 m，河床狹窄，河谷陡峻，東南低，(屬成都平原的一部分)，多為平原，由西北至東南逐漸傾斜，海拔高度為504～4 405 m，相對(duì)高差3 900余米，高差懸殊；山地、平原界限分明，地貌類型多樣，有“六山一水三分田”的特點(diǎn)。

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，尤其是2008年5月12日的汶川大地震引發(fā)了滑坡、崩塌、泥石流次生地質(zhì)災(zāi)害。調(diào)查結(jié)果表明，震后新增災(zāi)害點(diǎn)142處，其中滑坡78處，崩塌129處，泥石流41處。造成房屋毀埋，耕地及植被遭到破壞，環(huán)境承載力明顯下降。

2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布特征

2.1 地震烈度分布

根據(jù)中國(guó)地震局公布的汶川地震烈度，綿竹烈度包含了Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度、Ⅹ度4個(gè)等級(jí)，總體較高。根據(jù)面積統(tǒng)計(jì)出Ⅹ級(jí)烈度區(qū)域占市總面積41.74%；Ⅸ級(jí)烈度區(qū)域占31.41%；Ⅷ級(jí)烈度區(qū)域占26.34%；Ⅶ級(jí)烈度區(qū)域占0.51%。研究區(qū)總體地震烈度由南至北逐漸升高(圖1)。將地災(zāi)點(diǎn)疊加地震烈度分布(圖1)，顯示崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害主要分布在地震烈度等級(jí)Ⅹ級(jí)和Ⅺ級(jí)的區(qū)域。

圖1 綿竹地震烈度分布圖Fig.1 Seismic intensity distribution of Mianzhu

2.2 地災(zāi)點(diǎn)分布

研究區(qū)地災(zāi)點(diǎn)分布見(jiàn)圖2，顯示地災(zāi)點(diǎn)主要分布于研究區(qū)北部和中部地震烈度較高的區(qū)域。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害分布與地形相關(guān)性

2.3.1 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與地形關(guān)系

將地災(zāi)點(diǎn)疊加在高程分布圖上(圖2)，顯示地災(zāi)點(diǎn)主要分布在高程600～3 000 m的中高地形區(qū)域。同樣疊加坡度分布圖(圖3)，可知研究區(qū)地災(zāi)點(diǎn)主要分布在坡度20°～60°的中高坡度區(qū)域。

圖2 地災(zāi)點(diǎn)與高程分布關(guān)系圖Fig.2 Relationship between disaster and elevation

圖3 地災(zāi)點(diǎn)與坡度分布關(guān)系圖Fig.3 Relationship between disaster and slope

2.3.2 地震烈度與地形關(guān)系

研究區(qū)地震烈度隨高程、坡度升高而增加。北部地形高，地震烈度大，南部地勢(shì)低，地震烈度小。

2.4 地質(zhì)災(zāi)害分布與溝壑密度相關(guān)性

溝壑密度的定義為流域中干支流總長(zhǎng)度和流域面積之比，是地形發(fā)育階段和地表抗蝕能力的重要特征值，是描述地形切割破碎程度的一個(gè)重要指標(biāo)。溝壑密度越大，地面徑流和沖蝕侵蝕越強(qiáng)烈，溝蝕切割發(fā)展越快。因此，溝壑密度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育有較為重要的影響。

利用綿竹1∶5萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)，通過(guò)水文分析工具進(jìn)行河網(wǎng)和流域提取，共提取出小流域1 345個(gè)?；贏RCGIS空間分析平臺(tái)統(tǒng)計(jì)每個(gè)小流域內(nèi)的河網(wǎng)長(zhǎng)度及流域面積，二者相除計(jì)算出溝壑密度。計(jì)算結(jié)果及分布情況見(jiàn)圖4。其顯示區(qū)內(nèi)溝壑密度集中分布在0.60～2.96 km/km2區(qū)間內(nèi)，整體較高，說(shuō)明工作區(qū)溝壑密集，地形較為破碎。將溝壑密度重分類成5個(gè)等級(jí)，0～0.6 km/km2為低溝壑密度區(qū)域；0.6～1.19 km/km2為中低溝壑密度區(qū)域；1.19～1.91 km/km2為中溝壑密度區(qū)域；1.19～2.96 km/km2為中高溝壑密度區(qū)域；2.96～5.41 km/km2為高溝壑密度區(qū)域。

圖4 小流域溝壑密度分布圖Fig.4 Gully density distribution of watershed

疊加研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)可知，崩塌、滑坡、泥石流分布在溝壑密度較高的區(qū)域。統(tǒng)計(jì)各溝壑密度等級(jí)區(qū)域面積比例，得到餅狀圖(圖5)。表明研究區(qū)中低和中溝壑密度區(qū)域范圍最大，高溝壑密度區(qū)域范圍最小。統(tǒng)計(jì)2007、2009、2018三期各溝壑密度等級(jí)區(qū)域未利用地面積比例，得到折線圖(圖6)。揭示各溝壑密度等級(jí)中的未利用地比例的都為2007～2009年增大，2009～2018年減小。其中，高溝壑密度等級(jí)和中高溝壑密度等級(jí)變化的幅度最大。說(shuō)明地震期間中高和高溝壑密度區(qū)域土地破壞最為嚴(yán)重，震后得到了有利的恢復(fù)，這與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布在中高和高溝壑密度等級(jí)區(qū)域相對(duì)應(yīng)。利用空間分析工具提取各泥石流、滑坡和崩塌點(diǎn)的溝壑密度值，生成盒須圖(圖7)。顯示泥石流災(zāi)點(diǎn)分布的溝壑密度最高，崩塌和滑坡次之。表明研究區(qū)溝壑密度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響程度為泥石流>崩塌>滑坡。

圖5 各溝壑密度等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)圖Fig.5 The area statistics of each gully density range

圖6 各溝壑密度等級(jí)未利用地變化趨勢(shì)圖Fig.6 Unused land variation trend of each gully density range

圖7 地災(zāi)點(diǎn)溝壑密度分布圖Fig.7 Gully density distribution of disaster spots

3 地質(zhì)災(zāi)害土地利用宏觀響應(yīng)

土地利用宏觀響應(yīng)分為地震期及震后恢復(fù)2個(gè)階段，研究整個(gè)綿竹市土地利用結(jié)構(gòu)、幅度、速度、程度、地震烈度、土地敏感性、溝壑密度及水土流失響應(yīng)(李璇瓊,2010,2015；李鵬杰,2012；魏巍,2012；金雄兵,2003)。

3.1 研究區(qū)土地利用信息提取

筆者數(shù)據(jù)源采用綿竹2007年5月6日 、2009年6月12日LandSat5影像及2018年6月5日LandSat8共3期遙感影像，軌道編號(hào)為129-38。遙感圖像的分類方法有很多，監(jiān)督分類應(yīng)用較為廣泛。監(jiān)督分類又稱訓(xùn)練場(chǎng)地法，是以建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本訓(xùn)練方法進(jìn)行分類的技術(shù)。可通過(guò)反復(fù)檢驗(yàn)訓(xùn)練樣本，來(lái)提高分類精度。

本研究結(jié)合第三次全國(guó)土地調(diào)查土地分類系統(tǒng)和《土地利用現(xiàn)狀分類(GB/T21010-2007)》，根據(jù)研究區(qū)具體情況，利用監(jiān)督分類的最大似然算法將研究區(qū)土地利用類型分為6類。第一類為耕地，對(duì)應(yīng)2個(gè)分類體系的一級(jí)地類耕地；第二類為林地，對(duì)應(yīng)2個(gè)分類體系中一級(jí)地類林地；第三類為水域，對(duì)應(yīng)2個(gè)分類體系中的一級(jí)地類水域及水利設(shè)施用地；第四類為建設(shè)用地，對(duì)應(yīng)《土地利用現(xiàn)狀分類(GB/T21010-2007)》中的一級(jí)地類建設(shè)用地，包含了第三次全國(guó)土地調(diào)查土地分類系統(tǒng)體系中商服用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、特殊用地等一級(jí)地類；第五類為道路，對(duì)應(yīng)2個(gè)分類體系中的交通運(yùn)輸用地；第六類為未利用地，對(duì)應(yīng)2個(gè)分類體系中的一級(jí)地類其他土地。分類結(jié)果見(jiàn)圖8～圖10，圖中顯示研究區(qū)林地、耕地資源較為豐富，河流分布較為密集。

圖8 2007.05.06土地利用分類圖Fig.8 Land use classification on 2007.05.06

圖9 2009.06.12土地利用分類圖Fig.9 Land use classification on 2009.06.12

圖10 2018.06.05土地利用分類圖Fig.10 Land use classification on 2018.06.05

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)響應(yīng)

利用GIS的區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)算研究區(qū)不同時(shí)期各土地利用類型面積，分析面積變化，結(jié)果見(jiàn)表1。顯示地震期間綿竹土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。林地、耕地、建設(shè)用地大幅度減少，未利用地增加，主要是由于地震導(dǎo)致土地?fù)p毀，轉(zhuǎn)化為未利用地。震后隨著綿竹城市災(zāi)后重建、城鎮(zhèn)化進(jìn)程及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，土地利用結(jié)果也明顯變化，耕地與未利用地減少，建設(shè)用地、道路增加明顯。

表1 綿竹土地利用分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果表(m2)Tab.1 Statistical classification results of TM images(m2)

3.3 土地利用幅度響應(yīng)

通過(guò)某時(shí)間段一種土地利用類型變化量與起始時(shí)間面積比來(lái)研究土地利用幅度演化，體現(xiàn)不同類型的土地利用情況在數(shù)量上的波動(dòng)。通過(guò)運(yùn)算，具體變化幅度結(jié)果見(jiàn)表2。

表2顯示2007～2009年建設(shè)用地、林地、耕地?fù)p毀分別為8.57%、6.99%和2.16%；未利用地大幅度增長(zhǎng)了一倍。2009～2018年建設(shè)用地增加40.93%，道路增加14.94%。

表2 土地利用類型動(dòng)態(tài)幅度變化(m2)Tab.2 Change of dynamic amplitude of land use type(m2)

3.4 土地利用速度響應(yīng)

3.4.1 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度

為了量化研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型的變化情況以及土地類型的動(dòng)態(tài)度，引入單一土地利用動(dòng)態(tài)度的概念，在數(shù)量上反映研究區(qū)土地利用類型面積的年變化。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出綿竹市各時(shí)間段單一土地利用動(dòng)態(tài)度數(shù)值(表3)。

表3揭示綿竹建設(shè)用地、耕地、林地在地震期間呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)，地震的破壞導(dǎo)致了未利用地的極大增長(zhǎng)，建設(shè)用地?fù)p毀速度最快。震后林地、建設(shè)用地、道路、水體都呈“漲勢(shì)”，耕地和未利用地呈“落勢(shì)”，道路增長(zhǎng)速度最為迅速?？傮w時(shí)段道路、未利用地與建設(shè)用地增加，耕地、林地、水體減少，建設(shè)用地增加趨勢(shì)最快，耕地減少趨勢(shì)最快。

表3 單一土地利用動(dòng)態(tài)度表(年)Tab.3 Single dynamic amplitude of land use(Year)

3.4.2 綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度的值反映該區(qū)土地利用綜合年變化率。經(jīng)計(jì)算得出地震期間、震后恢復(fù)、總體時(shí)段年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分別為1.19%、0.36%、0.11%。說(shuō)明地震期間年土地利用變化速度最快，地震為主要影響因素。

3.5 土地利用程度響應(yīng)

土地利用程度綜合反映了土地自然屬性與人文因素的綜合效應(yīng)。根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)等提出的土地利用程度的綜合分析方法(Liu J-Y,2000)，計(jì)算出研究區(qū)2007年、2009年、2018年土地利用綜合程度指數(shù)分別為249.64、243.06、251.49。地震期間耕地、建設(shè)用地、林地轉(zhuǎn)化為未利用的災(zāi)毀土地，土地利用程度也就處于衰退的趨勢(shì)。震后隨著城市建設(shè)、交通用地增加，土地利用程度總體增強(qiáng)。

3.6 土地利用地震烈度響應(yīng)

分析統(tǒng)計(jì)地震期間每個(gè)烈度區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)化面積及占該區(qū)域面積比例見(jiàn)圖11。其顯示地震烈度Ⅺ級(jí)區(qū)域耕地破壞比例為3.49%，烈度最大的X級(jí)區(qū)域破壞比例為6.23%，依次增加。建設(shè)用地和林地?fù)p毀的趨勢(shì)都隨著地震烈度增強(qiáng)而升高。地震烈度的土地利用響應(yīng)程度依次為建設(shè)用地>林地>耕地。

圖11 各地震烈度級(jí)別土地利用轉(zhuǎn)化圖Fig.11 Land use transformation in each earthquake intensity range

3.7 地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的水土流失響應(yīng)

筆者利用ARCGIS與MATLAB相結(jié)合，對(duì)水土流失相關(guān)的土地利用、植被蓋度、坡度、溝壑密度及降雨量等5個(gè)因子編程，實(shí)現(xiàn)遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GA-BP)算法(李璇瓊，2012)，得到最終的水土流失分結(jié)果圖。算法流程見(jiàn)圖12，結(jié)果見(jiàn)圖13～圖15。

圖12 GA-BP模型建立流程圖Fig.12 Flow chart of GA-BP model

圖13 2007.05.06水土流失分級(jí)圖Fig.13 Soil and water erosion on 2007.05.06

圖14 2009.06.12水土流失分級(jí)圖Fig.14 Soil and water erosion on 2009.06.12

圖15 2018.06.05水土流失分級(jí)圖Fig.15 Soil and water erosion on 2018.06.05

疊加地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)水土流失等級(jí)崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害點(diǎn)的頻度，結(jié)果見(jiàn)表4。顯示2007年震前，輕度和中度區(qū)域?yàn)?zāi)害點(diǎn)分布較多，2009年減少，2018年經(jīng)過(guò)恢復(fù)呈“漲勢(shì)”。2007年震前，劇烈、極強(qiáng)和強(qiáng)度范圍地災(zāi)點(diǎn)頻度較低，2009年震后增加，2018年經(jīng)過(guò)恢復(fù)頻度呈“落勢(shì)”。

表4 各水土流失等級(jí)地災(zāi)點(diǎn)分布表(個(gè))Tab.4 Distribution of disaster spots of each soil and water erosion range (Quantity)

4 地質(zhì)災(zāi)害土地利用微觀響應(yīng)

微觀響應(yīng)利用崩塌、滑坡、泥石流點(diǎn)緩沖區(qū)為研究區(qū)，分析地質(zhì)災(zāi)害土地利用結(jié)構(gòu)、類型、幅度、速度、程度、溝壑密度及水土流失響應(yīng)。

4.1 地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)建立

根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終選取1 500 m作為緩沖半徑(楊德生，2011)。以采樣點(diǎn)為中心，建立半徑為1 500 m的緩沖區(qū)，再分析緩沖區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害土地利用響應(yīng)(圖16、圖17、圖18)。

圖16 崩塌點(diǎn)緩沖區(qū)圖Fig.16 Buffer of collapse points

圖17 滑坡點(diǎn)緩沖區(qū)圖Fig.17 Buffer of landslide points

4.2 土地利用結(jié)構(gòu)響應(yīng)

對(duì)崩塌、滑坡、泥石流地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)內(nèi)的土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。說(shuō)明崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害對(duì)林地的影響最大，影響程度為林地>耕地>建設(shè)用地。

表5 地災(zāi)緩沖區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)表Tab.5 Land use type structure of disaster buffer range

4.3 土地利用幅度響應(yīng)

對(duì)崩塌、滑坡、泥石流地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)內(nèi)的土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表6。表中顯示地震期間崩塌、滑坡、泥石流緩沖區(qū)未利用地分別增加了1 803.48%、2 315.46%和3 716.82%，高出整個(gè)綿竹未利用地比例(表2)的18～37倍。說(shuō)明對(duì)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域土地利用影響非常大。耕地、林地受滑坡影響最強(qiáng)烈，建設(shè)用地?fù)p毀比例在泥石流緩沖區(qū)最大。

表6 土地利用類型幅度變化表(年)Tab.6 Change of land use type amplitude(Year)

4.4 土地利用速度響應(yīng)

土地利用速度響應(yīng)主要通過(guò)年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分析。具體見(jiàn)公式1。

(1)

公式(1)中，LUi為監(jiān)測(cè)時(shí)間段初始狀態(tài)下第i類土地利用類型面積；△LUi-j為研究時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積和非第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為i類土地利用類型面積之和；T為研究時(shí)段長(zhǎng)度。

利用公式計(jì)算出地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)地震期間、震后恢復(fù)及總體時(shí)段的年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，結(jié)果見(jiàn)表7。顯示地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)動(dòng)態(tài)度整個(gè)綿竹的25～27倍主要由于地震影響引發(fā)次生災(zāi)害。響應(yīng)速度為泥石流>滑坡>崩塌。說(shuō)明泥石流引發(fā)災(zāi)害區(qū)域土地利用類型速度變化最快。

表7 地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度表(年)Tab.7 Dynamic attitude of comprehensive land use in disaster range(Year)

4.5 土地利用程度響應(yīng)

土地利用程度綜合指數(shù)模型是將土地利用的綜合指標(biāo)進(jìn)行數(shù)學(xué)整合，形成一個(gè)連續(xù)分布的綜合指數(shù)，其數(shù)值的大小綜合反映了某一地區(qū)土地利用的程度。計(jì)算公式為:

(2)

公式2中，Li為某研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù);Ai為研究區(qū)域第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci為研究區(qū)域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比；n為土地利用程度分級(jí)數(shù)。據(jù)公式2計(jì)算出地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)緩沖區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)見(jiàn)表8。顯示災(zāi)害點(diǎn)緩沖區(qū)土地利用程度均低于研究區(qū)綜合水平。地震期間地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)土地利用程度減弱，災(zāi)害恢復(fù)階段增強(qiáng)。滑坡區(qū)地震期間土地利用程度衰退幅度最大，泥石流區(qū)震后增加幅度最強(qiáng)。

表8 地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)土地利用綜合指數(shù)表Tab.8 Land use composite index of disaster point buffer

4.6 地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)土地敏感性響應(yīng)

為了從土地利用的角度探討人類活動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性，引入了敏感系數(shù)的概念，以敏感性定量分析不同土地利用類型地質(zhì)災(zāi)害的敏感性(何易平,2005;陳和平,2002;吳常潤(rùn),2020;仲佳鑫,2018)。采用災(zāi)點(diǎn)法分析，具體見(jiàn)公式3。

SCi=In(DensClassi/DensMap)

(3)

公式3中,SCi為第I類土地利用類型的敏感性；DensClassi為某類災(zāi)害在類土地利用類型中分布的面積比率或出現(xiàn)的頻率；DensMap為所有該類災(zāi)害總的面積比率或頻率。對(duì)每一類緩沖區(qū)范圍內(nèi)的敏感性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 各土地利用類型地質(zhì)災(zāi)害敏感系數(shù)表Tab.9 Sensitivity coefficient of geological hazard of each land use type range

計(jì)算結(jié)果表明：地震期間耕地對(duì)滑坡敏感性增強(qiáng)；林地對(duì)崩塌、滑坡、泥石流敏感性減弱；建設(shè)用地對(duì)滑坡敏感性增強(qiáng)，對(duì)泥石流敏感性減弱。震后恢復(fù)階段耕地、未利用地對(duì)各地質(zhì)災(zāi)害的敏感性減弱；林地對(duì)各地質(zhì)災(zāi)害敏感性增強(qiáng)；建設(shè)用地對(duì)滑坡敏感性減弱，對(duì)泥石流敏感性增加。耕地和林地對(duì)地質(zhì)災(zāi)害敏感性最強(qiáng)。

4.7 地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)水土流失響應(yīng)

以地災(zāi)點(diǎn)緩沖區(qū)為分析范圍，生成核密度圖(圖19、圖20、圖21)。利用空間分析工具提取每個(gè)地災(zāi)點(diǎn)的核密度和水土流失值，進(jìn)行回歸分析，探索地災(zāi)點(diǎn)核密度和水土流失的相關(guān)性(圖22、圖23、圖24)。揭示水土流失程度與地災(zāi)點(diǎn)核密度成線性正相關(guān)，地質(zhì)災(zāi)害分布越密集，水土流失程度越嚴(yán)重。

圖19 崩塌點(diǎn)核密度圖Fig.19 Kernel density of Collapse points

圖20 滑坡點(diǎn)核密度圖Fig.20 Kernel density of landslide points

圖21 泥石流點(diǎn)核密度圖Fig.21 Kernel density of Debris flow points

圖22 崩塌點(diǎn)核密度與水土流失相關(guān)性圖(2007.05.06)Fig.22 Correlation between collapse kernel density and soil erosion (2007.05.06)

圖23 泥石流點(diǎn)核密度與水土流失相關(guān)性Fig.23 Correlation between Debris flow kernel density and soil erosion(2009.06.12)

圖24 滑坡點(diǎn)核密度與水土流失相關(guān)性(2018.06.05)Fig.24 Correlation between Debris flow kernel density and soil erosion(2018.06.05)

5 土地利用優(yōu)化措施建議

通過(guò)以上計(jì)算、分析及研究，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的土地規(guī)劃、利用理念，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，提出以下土地合理規(guī)劃利用建議。

(1)因在25度坡以上的地區(qū)耕作，使得斜坡上部土層結(jié)構(gòu)松散，土體粘聚力顯著降低，降雨滲入土體飽和后容易形成水土流失，故應(yīng)改為梯田方式進(jìn)行耕作，并在耕地周圍加強(qiáng)防護(hù)林建設(shè)。

(2)因研究區(qū)耕地?fù)p毀嚴(yán)重，震后城市化進(jìn)程也占用一部分耕地。建議將研究區(qū)中部地勢(shì)相對(duì)平緩的林地進(jìn)行耕作活動(dòng)，以增加耕地面積。

(3)研究區(qū)泥石流對(duì)建設(shè)用地影響較大，所以需加強(qiáng)排水設(shè)施建設(shè)。災(zāi)后恢復(fù)時(shí)可將靠近泥石流災(zāi)點(diǎn)的建筑搬遷到南部地勢(shì)較為平坦的區(qū)域。在陡坡坡面設(shè)置護(hù)坡，既能涵養(yǎng)水源，也可減弱泥石流發(fā)生。

6 結(jié)論

土地是人類賴以生存的寶貴資源，研究地質(zhì)災(zāi)害的土地利用響應(yīng)機(jī)制對(duì)災(zāi)后土地合理利用具有重要意義。筆者以遙感和GIS手段相結(jié)合，對(duì)綿竹市2007～2018年間地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的土地利用響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行多尺度定量分析，得到以下結(jié)論。

(1)地質(zhì)災(zāi)害分布。研究區(qū)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害主要分布在地震烈度等級(jí)高、高程為600～3 000 m的中高地形及坡度為20°～60°的中高坡度區(qū)域。地震期間中高和高溝壑密度區(qū)域土地破壞最為嚴(yán)重，震后得到了有利地恢復(fù)。溝壑密度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響程度:泥石流>崩塌>滑坡。

(2)宏觀響應(yīng)分析。汶川地震導(dǎo)致林地、耕地、建設(shè)用地大幅度減少，未利用地增加。隨著震后重建及城鎮(zhèn)化進(jìn)程，耕地與未利用地多轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和道路。地震期間、震后恢復(fù)、總體時(shí)段年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分別為1.19%、0.36%、0.11%。3期土地利用綜合程度指數(shù)分別為249.64、243.06、251.49。地震期間耕地、建設(shè)用地、林地轉(zhuǎn)化為未利用的災(zāi)毀土地，土地利用程度也就處于衰退的趨勢(shì)。震后隨著城市建設(shè)、交通用地的增加，土地利用程度總體增強(qiáng)。地震烈度的土地利用響應(yīng)程度依次為：建設(shè)用地>林地>耕地。崩塌、滑坡影響程度：林地>耕地>建設(shè)用地；泥石流影響程度：林地>耕地>建設(shè)用地>道路。地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致地震期間水土流失加劇，震后逐漸恢復(fù)。2007年震前輕度和中度流失區(qū)域?yàn)?zāi)害點(diǎn)分布頻度高；2009年震后減少；2018年經(jīng)過(guò)恢復(fù)呈“漲勢(shì)”。震前劇烈、極強(qiáng)和強(qiáng)度水土流失地災(zāi)點(diǎn)頻度較低，2009年震后增加；2018年經(jīng)過(guò)恢復(fù)頻度呈“落勢(shì)”。

(3)微觀響應(yīng)分析。微觀緩沖區(qū)崩塌、滑坡、泥石流等引發(fā)土地利用響應(yīng)程度：林地>耕地>建設(shè)用地；年綜合動(dòng)態(tài)度：地震期間>震后恢復(fù)階段>整體時(shí)段；響應(yīng)速度：泥石流>滑坡>崩塌。耕地、林地受滑坡影響最強(qiáng)烈，建筑損毀受泥石流影響最大。地震期間滑坡地區(qū)土地利用響應(yīng)速度最快，泥石流區(qū)響應(yīng)程度最強(qiáng)。地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)緩沖區(qū)范圍的土地利用結(jié)構(gòu)、幅度、速度、程度響應(yīng)均高于整個(gè)綿竹市區(qū)。地震期間耕地對(duì)滑坡敏感性增強(qiáng)；林地對(duì)崩塌、滑坡、泥石流敏感性減弱；建設(shè)用地對(duì)滑坡敏感性增強(qiáng)，泥石流敏感性減弱。耕地和林地對(duì)地質(zhì)災(zāi)害敏感性最強(qiáng)。地災(zāi)點(diǎn)核密度與水土流失呈線性正相關(guān)。

(4)對(duì)綿竹市災(zāi)后土地合理利用及地質(zhì)災(zāi)害防治提出合理建議。例如,坡地改梯田、建立農(nóng)田防護(hù)林、加強(qiáng)排水設(shè)施建設(shè)、損毀耕地異地置換等。