黃土丘陵溝壑區(qū)坡體穩(wěn)定性影響因素分析

張 庚， 王志強(qiáng)， 朱 喆

(1.北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100875； 2.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部， 北京 100075)

黃土高原作為我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)之一，也是作為水土流失治理的重點(diǎn)地區(qū)。經(jīng)過多年的綜合治理工作，生態(tài)與環(huán)境得到明顯好轉(zhuǎn)，水土流失強(qiáng)度和面積大大降低。尤其黃土丘陵溝壑區(qū)表現(xiàn)最為突出，其植被指數(shù)年平均增長速率是黃土高原平均水平的1.5倍。盡管黃土高原水土流失治理取得矚目成就，但仍然沒有改變其作為生態(tài)脆弱區(qū)的現(xiàn)狀，依然有1/2水土流失面積尚未得到治理，各種類型的失穩(wěn)現(xiàn)象，尤其是過去被人們忽略的小型和淺層失穩(wěn)體星羅棋布。這些小型和淺層失穩(wěn)體(崩塌、滑塌、滑坡等)是黃土高原水土流失主要的泥沙來源，嚴(yán)重影響人民生產(chǎn)生活，制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)，小型失穩(wěn)體本身在不斷發(fā)展變化之中，其對(duì)黃土高原的土壤侵蝕和水土流失治理，進(jìn)而對(duì)生態(tài)與環(huán)境的影響還不甚清楚。因此，借助無人機(jī)獲取高分辨率遙感影像和高精度DEM數(shù)據(jù)，弄清楚小型失穩(wěn)體的規(guī)模、空間分布格局和主控影響因素顯得十分必要。

黃土丘陵溝壑區(qū)特殊的地形地貌、氣候環(huán)境，存在的坡體失穩(wěn)形式多種多樣，崩塌、滑塌、滑坡、陷穴等是黃土丘陵溝壑區(qū)常見的失穩(wěn)現(xiàn)象。目前，利用無人機(jī)獲取的高精度遙感數(shù)據(jù)解譯、識(shí)別區(qū)域滑坡、崩塌等失穩(wěn)體、研究小型滑坡、崩塌等影響因素已成為眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。楊吉山等通過實(shí)地觀測數(shù)據(jù)，討論分析溝道演變、坡度、植被和降雨等因素對(duì)崩塌、滑塌等失穩(wěn)形式發(fā)育影響；牛全福等針對(duì)黃土滑坡，利用敏感系數(shù)法、確定系數(shù)法和相關(guān)性分析法，研究坡度、坡向、地形起伏度等地形因子對(duì)黃土滑坡影響的適宜性，篩選出適用于研究區(qū)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的地形因子；高健健等利用無人機(jī)技術(shù)，識(shí)別辛店溝流域重力侵蝕現(xiàn)狀，簡單統(tǒng)計(jì)分析重力侵蝕數(shù)量與高程、坡度、坡向和地表曲率等分布關(guān)系。然而，目前針對(duì)小型崩塌、滑塌等失穩(wěn)體，限于數(shù)據(jù)精度和工作對(duì)象等原因，如何以流域?yàn)檠芯繀^(qū)展開失穩(wěn)體的精確識(shí)別、分析不同類型的失穩(wěn)體和坡體穩(wěn)定性主控因素的研究不足。

鑒于此，本文以無人機(jī)高精度遙感數(shù)據(jù)(分辨率0.068 m)和DEM(分辨率0.34 m)數(shù)據(jù)，提取紙坊溝流域崩塌、滑塌、滑坡等失穩(wěn)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和敏感系數(shù)法，分析崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴等分布特征和影響因子敏感性關(guān)系，探析各類型失穩(wěn)體主控因子，定量化影響因子對(duì)坡體失穩(wěn)的敏感程度，以及各影響因子對(duì)坡體失穩(wěn)發(fā)育的權(quán)重大小，從而進(jìn)一步分析坡體失穩(wěn)的主控因子，以期為流域水土流失治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

紙坊溝流域位于陜西省安塞區(qū)沿河灣鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為109°13′46″—109°16′03″E，36°46′28″—36°46′42″N。流域控制面積為8.27 km。該區(qū)屬暖溫帶半干旱氣候區(qū)，年均氣溫8.9 ℃，年日照總時(shí)間為2 145 h。年均降水量549.1 mm，年內(nèi)降雨主要分布7—9月，多以暴雨形式為主。地貌屬典型黃土丘陵地貌，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和現(xiàn)代侵蝕作用的影響，流域內(nèi)沖溝、切溝、陷穴等溝谷發(fā)育，大部分溝谷基巖裸露。自上個(gè)世紀(jì)80年代以來，流域內(nèi)綜合治理和退耕還林等工程的實(shí)施，生態(tài)環(huán)境和水土流失狀況得到明顯改善。植被主要為刺槐()、檸條(Kom)、狼牙刺((Franch.) Skeels)、白羊草((L.) Keng)、鐵桿蒿(Ledeb)等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究主要使用數(shù)據(jù)包括正射遙感影像、DEM數(shù)據(jù)、失穩(wěn)體數(shù)據(jù)等多個(gè)數(shù)據(jù)集。(1)正射影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，以2018年8月利用Ebee Plus PPK測繪無人機(jī)拍攝航拍影像為數(shù)據(jù)源(空間分辨率0.068 m)，其飛行參數(shù)設(shè)置為：縱向重疊率設(shè)置為85%，橫向重疊率80%，采用Pix4Dmapper軟件對(duì)拍攝照片進(jìn)行處理，獲取正射遙感影像和DEM數(shù)據(jù)(空間分辨率0.34 m)。地理坐標(biāo)采用WG84，投影坐標(biāo)為高斯—克呂格。(2)失穩(wěn)體數(shù)據(jù)，主要通過Arcgis 10.2平臺(tái)，借助高精度正射遙感影像，采用遙感目視解譯方法，結(jié)合2018年4，8月的詳實(shí)野外調(diào)查和驗(yàn)證結(jié)果，獲得本研究所采用的失穩(wěn)體數(shù)據(jù)。依據(jù)實(shí)地調(diào)查情況，結(jié)合已有研究，研究區(qū)內(nèi)失穩(wěn)形式主要為崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴5種類型，其中脫落，主要是指草皮層，在凍融、水力、干濕交替等作用下，導(dǎo)致組成地表層的草皮或者是土壤，發(fā)生位移的現(xiàn)象。

1.3 影響因子的選取與提取

1.3.1 影響因子選取 坡體穩(wěn)定性是受多種因素的影響，紙坊溝流域由于特殊的氣候、地形地貌、土地利用，坡體失穩(wěn)現(xiàn)象普遍存在。因此，綜合考慮流域?qū)嶋H狀況和前人研究成果，本研究選擇土壤母質(zhì)、土地利用、地貌部位、坡度、坡向、地形起伏度6個(gè)影響因子，分析其與崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴失穩(wěn)體的關(guān)系。

土壤母質(zhì)的差異通過影響土壤入滲、土壤含水量、容重、內(nèi)外摩擦角等方面，以改變坡體的穩(wěn)定性。土壤母質(zhì)是坡體發(fā)生失穩(wěn)的主體，不同類型的土壤母質(zhì)，其土壤可蝕性和抗蝕性存在差別，同一條件下，土壤抗蝕性越大，坡體抵抗外部影響因素的能力越強(qiáng)，促使坡體失穩(wěn)概率越低。

土地利用變化可引起侵蝕的其他因素變化，如植被類型、地表覆蓋等，從而導(dǎo)致土壤侵蝕的方式和強(qiáng)度等不同。土地利用方式不同，應(yīng)對(duì)外界因素對(duì)坡體侵蝕強(qiáng)度不同，進(jìn)而對(duì)坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

黃土丘陵溝壑區(qū)特殊的地貌條件為坡體失穩(wěn)發(fā)育創(chuàng)造了空間條件，據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，溝坡是黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失最為活躍的地貌部位。地貌演變過程中，梁峁坡和溝坡是黃土丘陵溝壑地區(qū)主要的地貌部位，而地貌部位的差異對(duì)侵蝕方式產(chǎn)生影響。

坡度被認(rèn)為是引起坡度失穩(wěn)主要因子，坡度通過改變坡體應(yīng)力的分布狀況，對(duì)坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生作用。

坡向是進(jìn)行坡體敏感分析中不可忽略的重要影響因子。坡體的方位不同，影響坡體的水分、溫度、植被覆蓋、土壤侵蝕等過程。

地形起伏度。高程值反映大范圍的高程變化情況，而不能反映小尺度地形的高低起伏程度，但在實(shí)際中，紙坊溝流域發(fā)生的失穩(wěn)大多是小規(guī)模淺層的。因此，為了準(zhǔn)確衡量高度對(duì)失穩(wěn)體的影響，度量小尺度高程的相對(duì)變化，本文引入地形起伏度的概念。地形起伏度指某一特定區(qū)域內(nèi)，海拔最大值與最小值的差值。

1.3.2 影響因子提取 土壤母質(zhì)、土地利用和地貌部位，主要通過高精度遙感影像數(shù)據(jù)，并結(jié)合2018年4，8月的2次野外調(diào)查，利用Arcgis 10.2平臺(tái)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。地形因子，以空間分辨率0.34 m DEM為數(shù)據(jù)源，通過Arcgis 10.2軟件，提取坡度、坡向、地形起伏度3個(gè)地形因子(圖1)。

地形起伏度()計(jì)算公式為：

=-

式中：和分別為DEM高程鄰域統(tǒng)計(jì)最大值與最小值。

1.4 影響因子敏感系數(shù)與權(quán)重計(jì)算

用敏感系數(shù)來定量描述影響因子對(duì)崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴等失穩(wěn)體的敏感性。原理主要是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,計(jì)算各影響因子的各二級(jí)分類下發(fā)生失穩(wěn)的概率。采用敏感性系數(shù)法對(duì)研究區(qū)失穩(wěn)體影響因子的內(nèi)部敏感性和各因子之間敏感性分析，能客觀定量反映出影響因子對(duì)坡體失穩(wěn)發(fā)育的敏感程度。相應(yīng)的敏感系數(shù)計(jì)算步驟為：

(1)計(jì)算參評(píng)因子中各分級(jí)柵格比例

=/

式中：為分級(jí)柵格比例；為分級(jí)柵格數(shù)；為研究區(qū)總柵格數(shù)。

(2)計(jì)算參評(píng)因子中各分級(jí)中失穩(wěn)體發(fā)生頻率

=/

式中：為失穩(wěn)發(fā)生頻率；為分級(jí)中失穩(wěn)柵格數(shù)；為各失穩(wěn)總柵格數(shù)。

(3)計(jì)算出參評(píng)因子的各分級(jí)敏感系數(shù)

=/

(4)將計(jì)算獲取的求算術(shù)平均值，即為參評(píng)因子的敏感系數(shù)。一般認(rèn)為，數(shù)值>1，表示該因子對(duì)失穩(wěn)體發(fā)育具有促進(jìn)作用；數(shù)值<1，表示該因子對(duì)失穩(wěn)發(fā)育無關(guān)。

(5)歸一化權(quán)重值

式中：為因子平均敏感系數(shù)；為>1的因子個(gè)數(shù);=1，2，…，。

2 結(jié)果與分析

2.1 失穩(wěn)體空間分布特征及規(guī)模

結(jié)合高分辨率遙感影像，通過遙感解譯和詳實(shí)野外調(diào)查，紙坊溝流域失穩(wěn)類型主要為崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴五大類，發(fā)育點(diǎn)為15 493處，面積為0.44 km，占流域總面積5.39%，空間分布位置見圖2。其中崩塌為1 285處、面積為0.069 km，滑塌2 594處、面積0.103 km，滑坡109處、面積為0.013 km，脫落為11 034處、面積為0.245 km，陷穴471處、面積為0.016 km(表1)?？紤]本研究對(duì)象為小型淺層失穩(wěn)體，且遙感影像分辨率為6.8 cm，脫落與其他4類相比，是以片狀分布，表現(xiàn)出發(fā)生數(shù)量要遠(yuǎn)高于其余4類。從發(fā)育面積來說，紙坊溝流域坡體失穩(wěn)形式主要為脫落、滑塌和崩塌，3類失穩(wěn)體面積占到總失穩(wěn)體面積的93.18%?？臻g分布狀況來看，流域北部和南部是失穩(wěn)體分布主要區(qū)域，溝道是失穩(wěn)體發(fā)生的主要分布位置。

2.2 失穩(wěn)體與影響因子的關(guān)系

根據(jù)敏感系數(shù)計(jì)算方法和公式，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)，選取土壤母質(zhì)、土地利用、地貌部位、坡度、坡向和地形起伏度等因子來分析不同類型失穩(wěn)體的空間分布格局和敏感程度。進(jìn)一步分析各影響因子對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響程度。

圖1 影響因子分級(jí)

圖2 不同失穩(wěn)類型空間分布

2.2.1 失穩(wěn)體與土壤母質(zhì) 土壤母質(zhì)/土壤是組成坡體的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤母質(zhì)的特性對(duì)坡體穩(wěn)定和失穩(wěn)發(fā)育類型起控制作用。通過野外實(shí)地調(diào)查，紙坊溝流域土壤母質(zhì)主要為黃綿土、紅黏土和泥頁巖3類。由圖3可知，以流域失穩(wěn)體而言，主要分布黃綿土和泥頁巖，面積比例分別為52.28%，39.59%，促進(jìn)失穩(wěn)體發(fā)育的主要土壤母質(zhì)是紅黏土、泥頁巖，敏感系數(shù)分別為3.86，3.35。

表1 失穩(wěn)體規(guī)?；緟?shù)

不同類型的失穩(wěn)體分布于土壤母質(zhì)的規(guī)律呈現(xiàn)出差異。除崩塌外，黃綿土是各類失穩(wěn)體主要分布土壤母質(zhì)，以滑坡為例，97.87%滑坡分布于黃綿土。由圖3可知，47.76%的崩塌、37.91%的滑塌、42.35%的脫落主要分布于泥頁巖。相對(duì)來說，紅黏土分布的失穩(wěn)體面積較少。分析土壤母質(zhì)對(duì)各類型失穩(wěn)體的敏感系數(shù)，引發(fā)崩塌、滑塌、脫落的發(fā)育土壤母質(zhì)為紅黏土、泥頁巖，陷穴為紅黏土?？梢姡煌愋偷耐寥滥纲|(zhì)對(duì)坡體失穩(wěn)發(fā)育類型產(chǎn)生重要影響。產(chǎn)生這種差異性，主要原因在于紅黏土、泥頁巖與表層的土壤組成坡體存在大量裂隙、垂直節(jié)理，為坡體失穩(wěn)發(fā)育創(chuàng)造一定空間條件。

圖3 失穩(wěn)體與土壤母質(zhì)

2.2.2 失穩(wěn)體與土地利用 流域主要土地利用劃分為耕地、園地、有林地、疏林地、天然灌木林地、人工灌木林地和草地。土地利用/覆蓋的不同，體現(xiàn)出坡體遭受侵蝕的強(qiáng)度差異。一般來說，植被稀疏、地表覆蓋度低的坡體，缺乏植被對(duì)坡體的護(hù)坡和固坡作用，受到如降雨等外界因素直接侵蝕，坡體土壤侵蝕狀況嚴(yán)重，極易發(fā)生滑塌、崩塌等坡體失穩(wěn)現(xiàn)象。由圖4可知，失穩(wěn)體主要分布于草地和天然灌木林地，分別占失穩(wěn)體總面積的52.82%，31.08%。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的敏感系數(shù)均>1，反映2類土地利用是促進(jìn)失穩(wěn)發(fā)育的主要土地利用。

分析崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴的土地利用分布狀況，草地是其主要分布面積比例最高的土地利用。據(jù)野外調(diào)查結(jié)果分析，流域草地主要為天然草地，人工種植草地較少，且草地群落植被豐富度和蓋度較低，通過對(duì)流域12個(gè)草本群落調(diào)查，草地蓋度范圍為57.70%～15.00%，存在7個(gè)植被群落處于低覆蓋度水平(<30%)。從不同土地利用角度來分析(圖4)，草地對(duì)所涉及5種失穩(wěn)體的敏感性系數(shù)均>1，滑塌、滑坡、脫落和陷穴敏感系數(shù)值維持2.5～3.5，崩塌敏感性系數(shù)剛剛>1，反映出草地對(duì)5類失穩(wěn)體發(fā)育促進(jìn)作用順序?yàn)榛?陷穴>滑塌>脫落>崩塌。天然灌木林地，對(duì)崩塌、滑塌、脫落和陷穴的敏感程度均>1，滑坡敏感性<1，敏感系數(shù)分別為5.31，3.42，4.85，3.17，其表現(xiàn)出對(duì)崩塌的發(fā)育最為敏感。

圖4 失穩(wěn)體與土地利用

2.2.3 失穩(wěn)體與地貌部位 流域內(nèi)地貌部位可劃分為梁峁坡、溝坡、溝底地。由圖5可知，90%以上的失穩(wěn)體分布于溝沿線以下的溝坡部位，對(duì)于崩塌、滑塌、滑坡和陷穴而言，溝坡分布面積比例均>93%，盡管脫落是5類失穩(wěn)體分布面積比例最低的失穩(wěn)類型，但分布面積比例也達(dá)到86.54%，體現(xiàn)出失穩(wěn)體在地貌部位的分布具有聚集程度。說明溝坡是發(fā)生坡體失穩(wěn)的主要地貌部位，也是今后水土流失治理的重點(diǎn)區(qū)域。

統(tǒng)計(jì)不同地貌部位對(duì)崩塌、滑塌等失穩(wěn)體的敏感系數(shù)，由圖5可知，溝坡對(duì)所涉及的失穩(wěn)體，敏感系數(shù)均為>1，但彼此間的敏感系數(shù)差別不大，其中對(duì)崩塌敏感系數(shù)最高，為1.64，敏感性最低的脫落，敏感系數(shù)為1.48。與梁峁坡相比，主要原因在于溝坡立地條件差、地形破碎度大且坡度陡，植被稀疏，多存在淺溝和沖溝，為坡體失穩(wěn)發(fā)育創(chuàng)造了空間條件。

圖5 失穩(wěn)體與地貌部位

2.2.4 失穩(wěn)體與坡度 坡體穩(wěn)定性與坡度大小存在反比關(guān)系。由圖6可知，流域的所有失穩(wěn)體坡度主要分布在>25°，集中分布于35°～55°。對(duì)于崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴不同類型失穩(wěn)體，變化趨勢(shì)與整體失穩(wěn)體分布規(guī)律一致。坡度對(duì)整個(gè)坡體失穩(wěn)體的敏感系數(shù)，隨著坡度增大而增大，敏感系數(shù)最大坡度區(qū)間為>55°，敏感系數(shù)為3.56。坡度對(duì)于崩塌、滑塌、滑坡、脫落、和陷穴的敏感系數(shù)，與坡度對(duì)整體失穩(wěn)敏感系數(shù)趨勢(shì)存在一致性，且引起各類失穩(wěn)體促進(jìn)作用的坡度分布范圍均為>35°，這與坡體組成物質(zhì)最大休止角為35°左右存在一定關(guān)聯(lián)。分析發(fā)現(xiàn)，越陡的坡體促進(jìn)崩塌的發(fā)育作用要高于滑塌和滑坡。以>55°坡體為例，崩塌的敏感系數(shù)為5.58，是所有失穩(wěn)體敏感系數(shù)最大。而滑塌和滑坡分別4.31，4.20。脫落在促進(jìn)其發(fā)育的坡度區(qū)間，敏感系數(shù)差別不大，反映出坡度對(duì)脫落發(fā)育作用相比其余4類失穩(wěn)體的作用小。陷穴這類負(fù)地形失穩(wěn)體來說，坡度越大對(duì)其發(fā)育的敏感程度越高，>55°是陷穴最為敏感的發(fā)育坡度，這與形成的陷穴存在垂直節(jié)理有關(guān)。

圖6 失穩(wěn)體與坡度

2.2.5 失穩(wěn)體與坡向 統(tǒng)計(jì)分析不同類型失穩(wěn)在坡向因子分布，由圖7可知，失穩(wěn)體主要分布于流域的東坡、東南坡和西坡，分布面積比例為17.15%，14.68%，15.38%。對(duì)于不同類型失穩(wěn)體坡向分布狀況可知，崩塌、滑塌、脫落和陷穴，主要分布坡向是東坡、東南坡，但各坡向分布面積比例基本差別不大。然而，滑坡主要分布坡向?yàn)楸逼潞臀鞅逼?，兩坡向分布面積占到滑坡總面積的69.20%。說明滑坡坡向分布與其余4類坡向分布存在明顯的差異。

由圖7可知，對(duì)崩塌產(chǎn)生促進(jìn)作用是東南坡、南坡和西南坡，相應(yīng)的敏感系數(shù)為1.22，1.77，1.53，其中南坡對(duì)崩塌發(fā)育最為敏感，但彼此間敏感性系數(shù)差別不大?；舾衅孪?yàn)闁|坡、東南坡、南坡和西南坡，最敏感坡向?yàn)闁|南坡;敏感系數(shù)分別為1.10，1.47，1.38，1.12?；旅舾衅孪?yàn)楸逼?、西北坡，敏感系?shù)為2.39和3.12，最敏感坡向?yàn)槲鞅逼?。分析崩塌、滑塌和滑?類失穩(wěn)體敏感性坡向可知，依據(jù)陰陽坡劃分，可知崩塌、滑塌主要坡向?yàn)殛柶?，滑坡為陰坡。陰陽坡向類型劃分，主要考慮到溫度和水分，普遍認(rèn)為陰坡相比陽坡水分作用強(qiáng)，陽坡比陰坡溫度效果強(qiáng)。側(cè)面反映崩塌和滑塌主要受溫度作用，滑坡受水分作用。脫落，敏感系數(shù)>1的坡向包括東南坡、南坡、西南坡和西坡，其中最為敏感坡向?yàn)槟掀?，但各坡向?qū)γ撀浒l(fā)育的敏感性程度差異較小。陷穴該類失穩(wěn)體，敏感系數(shù)>1的坡向包括：東北坡、東坡、南坡、西南坡，但4個(gè)坡向的敏感性大小差別不大，敏感系數(shù)為1.23，1.24，1.27，1.22。坡向?qū)φw坡體失穩(wěn)的敏感系數(shù)，促進(jìn)其失穩(wěn)的坡向?yàn)闁|南坡、南坡和西坡，敏感系數(shù)為1.33，1.59，1.31，南坡是坡體失穩(wěn)的主要坡向。與Qiu等研究黃土地區(qū)的滑坡認(rèn)為，南坡是引發(fā)滑坡災(zāi)害的主要分布坡向的結(jié)論一致。

2.2.6 失穩(wěn)體與地形起伏度 地形起伏度不同，導(dǎo)致坡體勢(shì)能差異，影響坡體的穩(wěn)定性。由圖8可知，不論所有失穩(wěn)體，還是崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴，失穩(wěn)體主要集中分布于起伏度<4 m。其中地形起伏度分布比例最高的范圍為0.76～1.07 m。地形高差雖然沒有改變坡體應(yīng)力分布狀態(tài)，但控制著坡體各處應(yīng)力大小。隨著起伏度增大，坡體應(yīng)力呈線性增加。對(duì)坡體失穩(wěn)敏感的地形起伏度范圍為0.76～11.34 m，但是當(dāng)高差>3.34 m，敏感系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，反映小型淺層失穩(wěn)體，地形起伏度超過一定閾值，坡體失穩(wěn)概率降低。

圖7 失穩(wěn)體與坡向

地形起伏度對(duì)不同類型失穩(wěn)體敏感程度的促進(jìn)作用差異明顯。崩塌，當(dāng)起伏度>0.76 m，易于崩塌發(fā)育。當(dāng)?shù)匦纹鸱?3.34 m時(shí)，敏感程度降低，但仍起到促進(jìn)作用?；⒒潞兔撀?類失穩(wěn)體，促進(jìn)其發(fā)育的地形起伏度范圍為0.76～3.34 m，敏感系數(shù)基本隨著地形起伏度增大而增大，當(dāng)?shù)匦纹鸱?3.34 m時(shí)，地形起伏度對(duì)其發(fā)育無促進(jìn)作用。陷穴，地形起伏度敏感范圍為0.76～11.34 m，敏感系數(shù)基本隨著地形起伏度增大而增大，最敏感地形起伏度范圍為3.34～11.34 m。

圖8 失穩(wěn)體與地形起伏度

2.3 坡體穩(wěn)定性主要影響因子分析

通過計(jì)算影響因子的平均敏感系數(shù)，由表2可知，對(duì)于整個(gè)流域失穩(wěn)體而言，引起其失穩(wěn)的主要因子為土壤母質(zhì)、土地利用、坡度、坡向和地形起伏度，其中土壤母質(zhì)是促進(jìn)失穩(wěn)發(fā)育最為敏感的影響因子，敏感系數(shù)可以達(dá)到2.61，歸一化權(quán)重值達(dá)到0.32。反映小型淺層失穩(wěn)體的研究中，土壤母質(zhì)是不可忽略的影響因子。同時(shí)，確定引起坡體失穩(wěn)主控因子還包括地形起伏度、坡度、土地利用、坡向和地貌部位。

不同類型的失穩(wěn)體受到發(fā)育的特征不同，影響因子對(duì)其發(fā)育的作用效果存在差異。首先，敏感性因子的不同。由表2可知，引起崩塌、滑塌和脫落發(fā)育的影響因子為土壤母質(zhì)、土地利用、坡度、坡向、地形起伏度?；碌拿舾行砸蜃訛槠露群偷匦纹鸱?，對(duì)應(yīng)敏感系數(shù)為1.29和1.32。陷穴的影響因子為土壤母質(zhì)、坡度、坡向和地形起伏度。其次，促進(jìn)坡體失穩(wěn)發(fā)育的主導(dǎo)因子不一，且各因子對(duì)坡體發(fā)育類型作用效果存在較大差異。由表3可知，崩塌、滑塌和脫落主控因子為土壤母質(zhì)、地形起伏度、坡度、土地利用、坡向，其中土壤母質(zhì)權(quán)重分別為0.45，0.34，0.27，反映出土壤母質(zhì)在坡體失穩(wěn)發(fā)育過程中起主要作用?；掳l(fā)育的主導(dǎo)因子為坡度和地形起伏度，兩者權(quán)重差值不大，說明針對(duì)小型滑坡發(fā)育評(píng)價(jià)中坡度和地形起伏度是不可忽略的影響因子。同時(shí)，促進(jìn)陷穴發(fā)育的影響因子為土壤母質(zhì)、地形起伏度、坡度和坡向，對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.36，0.34，0.16，0.13?？梢?，陷穴發(fā)育的主要影響因子為土壤母質(zhì)和地形起伏度。

表2 各影響因子平均敏感系數(shù)

表3 各影響因子歸一化權(quán)重

3 討 論

由于地形破碎、風(fēng)化侵蝕嚴(yán)重等原因，黃土丘陵溝壑區(qū)是發(fā)生小型坡體失穩(wěn)的主要區(qū)域。目前，針對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)的不同類型失穩(wěn)體空間分布狀況和影響因素，已獲取不少研究成果。袁湘秦等對(duì)綏德縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)過程中，選取坡度、坡高等7個(gè)指標(biāo)，坡度權(quán)重為0.2，坡向權(quán)重為0.05。余璐等采用RIRA法分析各影響因素對(duì)延安市寶塔區(qū)內(nèi)的崩塌、滑坡及整個(gè)重力侵蝕的敏感程度。其中，坡度對(duì)崩塌敏感系數(shù)為89.3，滑坡敏感系數(shù)為1 616.6，重力侵蝕敏感系數(shù)為60.5，可以反映出坡度對(duì)于坡體失穩(wěn)的發(fā)育起主要作用，結(jié)論與本文基本一致。然而，坡度及其他影響因素促進(jìn)坡體失穩(wěn)的重要程度，與相關(guān)研究存在一定差別，主要原因有：其一，研究對(duì)象的差別，本文從崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴5個(gè)類型角度分析引起坡體失穩(wěn)的主要影響因素，相關(guān)研究主要是以崩塌、籠統(tǒng)概念上的滑坡為研究對(duì)象；其二，研究規(guī)模的差異，本文主要針對(duì)是小規(guī)模和淺層的失穩(wěn)體，相關(guān)研究是以大流域、縣域、區(qū)域等的大規(guī)模崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象；其三，考慮到研究區(qū)實(shí)地狀況、數(shù)據(jù)獲取程度及研究目的不同，選取的影響因素存在差別，故而獲取的相關(guān)結(jié)論有所不同。

總體來說，本研究嘗試?yán)酶呔冗b感影像、大比例尺DEM數(shù)據(jù)分析不同類型失穩(wěn)體發(fā)育的主控因素。在失穩(wěn)體獲取和影響因素提取過程中，應(yīng)用無人機(jī)作為技術(shù)手段進(jìn)行失穩(wěn)體的研究，獲得了可靠的結(jié)果。說明無人技術(shù)和高分辨率的遙感影像實(shí)施坡體失穩(wěn)的研究是可行的。同時(shí)，不同類型區(qū)域崩塌、滑塌等失穩(wěn)體規(guī)模和發(fā)育點(diǎn)在空間分布格局存在差異，并在各影響因子區(qū)間表現(xiàn)為不同程度的敏感性。因此，進(jìn)行區(qū)域坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)過程中應(yīng)充分考慮上述規(guī)律和當(dāng)?shù)貙?shí)地狀況，以期獲取的結(jié)果更具有可靠性和科學(xué)性。

4 結(jié) 論

(1)流域內(nèi)坡體失穩(wěn)類型是以脫落、滑塌和崩塌為主，脫落分布特征多以片狀形式，規(guī)模多以小型和淺層為主。

(2)不同類型失穩(wěn)體空間分布格局呈現(xiàn)出差異性和相似性。相似性表現(xiàn)在以地貌部位分布失穩(wěn)體為例，崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴等失穩(wěn)體主要分布于溝坡，且分布面積比例均很高，脫落是分布溝坡面積比例最低的失穩(wěn)類型，但也有86.54%的脫落發(fā)生于溝坡之上。差異性體現(xiàn)在以土壤母質(zhì)為例，崩塌、滑塌、滑坡、脫落和陷穴分布面積比例存在差異性，滑坡主要發(fā)生于黃綿土，面積比例達(dá)到97.87%，脫落發(fā)育主要土壤母質(zhì)為黃綿土和泥頁巖，占比分別為54.45%和42.35%。

(3)在各評(píng)價(jià)因子內(nèi)部敏感性表明，土壤母質(zhì)中泥頁巖和紅黏土、土地利用下的天然灌木林地和草地、地貌部位中的溝坡、坡度>35°、坡向?yàn)闁|南坡，南坡和西南坡、地形起伏度為0.74～11.34 m是坡體失穩(wěn)發(fā)生的高敏感區(qū)域。

(4)在本文所考慮影響因素中，影響坡體穩(wěn)定性敏感權(quán)重由大到小因子為土壤母質(zhì)>地形起伏度>坡度>土地利用>坡向。崩塌、滑塌和脫落主控影響因子為土壤母質(zhì)、地形起伏度和坡度，滑塌主控因子為坡度和地形起伏度，陷穴主控因子為土壤母質(zhì)和地形起伏度。綜合評(píng)價(jià)，今后進(jìn)行坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)過程中土壤母質(zhì)、地形起伏度和坡度是不可忽略的影響因子。