舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害和道路的空間分布特征分析

王鍇

摘要： 黃土高原地區(qū)侵蝕嚴(yán)重，災(zāi)害頻發(fā)。如何在黃土高原地區(qū)實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村更好更快發(fā)展的任務(wù)艱巨?；诟叻直媛蔬b感影像、DEM、災(zāi)害點(diǎn)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)耦合分析了地質(zhì)災(zāi)害和道路因素的空間分布特征對(duì)人口分布的影響關(guān)系，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展提供指導(dǎo)。研究結(jié)果：（1）研究區(qū)地形走勢(shì)呈NW-SE 走向，研究區(qū)北部和中部坡度相對(duì)較小，南部地區(qū)坡度起伏較大。（2）舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害總體上是沿著NW-SE 走向的兩條溝谷呈條帶狀分布，且滑坡災(zāi)害主要分布在白龍江流域。（3）中東部和東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)道路輻射全覆蓋，而東北部、中部以及南部的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)仍存在道路輻射不到的區(qū)域。

關(guān)鍵詞： 舟曲縣 地質(zhì)災(zāi)害 空間分布特征 耦合分析 遙感

中圖分類號(hào)： P642.13+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0185-07

長(zhǎng)期以來，黃土高原因其獨(dú)特的地質(zhì)條件、豐富的自然資源和重要的地理區(qū)位，一直在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)版圖中占據(jù)不可替代的地位［1-2］。然而，黃土高原生態(tài)環(huán)境卻異常脆弱，水土流失嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是我國(guó)乃至世界上水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一，也是我國(guó)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域［3-4］。面對(duì)如此嚴(yán)峻的水土保持和可持續(xù)發(fā)展問題，生活在黃土高原的人們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)新時(shí)期表現(xiàn)出的新問題和新挑戰(zhàn)，同時(shí)兼顧人地和諧共處，人地協(xié)調(diào)發(fā)展［1］。本文通過探究地質(zhì)災(zāi)害和道路因素的空間分布特征，為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村更好、更快的發(fā)展提出有針對(duì)性的建議，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展提供指導(dǎo)。

相關(guān)研究者從地質(zhì)、災(zāi)害和道路等因素已經(jīng)對(duì)黃土高原地區(qū)城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)作了充足的評(píng)價(jià)和研究：坡度因素是度量黃土高原地形地貌的一個(gè)重要指標(biāo)［5-6］。李琨等人［7］基于清水河縣地形坡度與居民區(qū)的分布關(guān)系總結(jié)出了適宜人類生產(chǎn)生活的地區(qū)。吳良杰等人［8］基于遙感影像提取并分析了黃土塬、墚、峁的坡度與坡向與滑坡滑動(dòng)方向和原始坡角的關(guān)系。逯金鑫等人［9］利用MODND1T/NDVI 植被遙感數(shù)據(jù)、同期氣象數(shù)據(jù)及ESA CCI-LC 植被覆被分類數(shù)據(jù)分析了黃土高原NDVI分布格局、變化趨勢(shì)及其驅(qū)動(dòng)因素。舟曲縣區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害非常發(fā)育［10］。趙寬耀等人［11］、巨袁臻等人［12］也探索了村鎮(zhèn)農(nóng)耕灌溉下，滑坡災(zāi)害的分類、發(fā)育特征及滑動(dòng)機(jī)理。城市鄉(xiāng)村的發(fā)展往往與道路息息相關(guān)［13-14］。楊思齊［15］定量分析了1975—2015 年董志塬土地利用/覆被變化發(fā)現(xiàn)隨著城市擴(kuò)張，道路也在急劇延伸。徐學(xué)選等人［16］通過對(duì)燕溝流域的村莊、土地利用類型和路網(wǎng)的關(guān)系進(jìn)行空間分析發(fā)現(xiàn)合理配置道路密度對(duì)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、減少水土流失意義重大。

我國(guó)多地區(qū)、多省份近年來不同程度地出現(xiàn)水土流失、地震、崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害影響，給受災(zāi)地區(qū)民眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全帶來難以預(yù)測(cè)的威脅［17］。如何在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化發(fā)展的同時(shí)，最大限度地降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)民眾帶來的威脅［18］。本文基于高精度遙感影像、DEM、NDVI、災(zāi)害點(diǎn)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)探究了舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害和道路因素的空間分布特征，指出了舟曲縣當(dāng)下建設(shè)的不足，為明確今后發(fā)展方向做出貢獻(xiàn)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

舟曲縣位于甘肅南部，隸屬于甘肅省甘南藏族自治州（如圖1 所示），地處103°51′30″—104°45′30″，北緯33°13′—34°1′，東西長(zhǎng)99.4 km，南北寬88.8 km，東鄰隴南市武都區(qū)，北接宕昌縣，西南與迭部縣、文縣和四川省九寨溝縣接壤。舟曲縣地處西秦嶺岷、迭山系與青藏高原邊緣，岷山山系呈東南-西北走向貫穿全境。地勢(shì)西北高，東南低，海拔高度在1 173～4 504 m之間?？h境內(nèi)山巒重疊，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，是典型的高山峽谷區(qū)。舟曲縣屬暖溫帶氣候區(qū)，全年無霜期平均為223 天，年降雨量在400～800 mm，氣候垂直差異明顯，河川地帶氣候溫暖濕潤(rùn)，素有“隴上桃花源”之稱。舟曲縣下轄15 個(gè)鎮(zhèn)和4 個(gè)鄉(xiāng)，根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)，舟曲縣常住人口為132 108 人。

1.2 研究方法

本文首先基于2010 年4 月11 日至2021 年11 月21日的3.98 m 分辨率15 Level 舟曲縣區(qū)域遙感影像和ALOS-30 m 分辨率DEM 獲取舟曲縣地形坡度和坡向，對(duì)研究區(qū)自然因素地形地貌進(jìn)行空間特征分析。其次通過Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品獲取2020 年2月的研究區(qū)影像，通過NDVI 指數(shù)計(jì)算舟曲縣植被的空間分布特征：

式（1）中，NDVI 為歸一化植被指數(shù)，B5 為近紅外波段，B4為紅光波段。

之后利用中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院統(tǒng)計(jì)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，分析舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征及災(zāi)害密度：

式（2）中，R 為災(zāi)害密度，單位為例/km2，N 為災(zāi)害數(shù)量，單位為例，A 為面積，單位為km2。

再利用2020 年的交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過ArcGIS 10.3計(jì)算得出公路1 km、5 km 和10 km 的輻射范圍，探究舟曲縣道路因素的分布特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 地質(zhì)條件空間分布特征

2.1.1 坡度與坡向

坡度是一項(xiàng)重要的地理參數(shù)，用于衡量一個(gè)地面的傾斜程度［4］。坡度的測(cè)量能夠幫助人們更好地了解地貌過程，分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，洞察地形和植被演變，從而改變和改善人們的生活。坡度信息也是度量黃土地形地貌的一個(gè)重要指標(biāo)［5-6］。基于Arcgis 10.3 軟件“空間分析工具—表面分析—坡度”工具和“坡向”工具，對(duì)研究區(qū)坡度和坡向的空間分布特征進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：研究區(qū)地形走勢(shì)呈NW-SE 走向；舟曲縣整體坡度分布在0°～81.1°之間，研究區(qū)北部和中部的部分區(qū)域處于山間谷地，地勢(shì)較為平坦，坡度相對(duì)較小；而研究區(qū)南部地區(qū)地勢(shì)相對(duì)不平緩，以丘陵山區(qū)居多，坡度起伏較大，如圖2（a）所示。研究區(qū)坡向分布整體較為平均，具有兩組較為優(yōu)勢(shì)走向，以NW-SE 和近N-S 為主，如圖2（b）所示。

2.1.2 植被

植被對(duì)土壤有加固作用，也能改良土壤的水文性質(zhì)，具有良好的持蓄水能力，具有減小洪水流量、徑流，削減洪峰延緩洪水過程及增加基流的調(diào)節(jié)作用［10］。基于Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品獲取2020 年2月的研究區(qū)影像，通過NDVI 指數(shù)計(jì)算舟曲縣植被的空間分布（如圖3 所示）。研究發(fā)現(xiàn)：舟曲縣北部的大片區(qū)域和東南角的小部分區(qū)域的植被發(fā)育良好，且呈條帶狀分布；中部和中南部山區(qū)的植被零星分布，土地裸露度越高。這也與舟曲縣中部地勢(shì)高，北部和東南部地勢(shì)低有關(guān)聯(lián)，海拔較高的地區(qū)氣溫低，植被不易生長(zhǎng)。

2.2 舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

舟曲縣地處高寒山區(qū)，地形和地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害主要涉及滑坡、泥石流和地震等災(zāi)害類型。這些地質(zhì)災(zāi)害在該地區(qū)頻繁發(fā)生，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。首先，滑坡是舟曲縣面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害之一。由于地質(zhì)構(gòu)造和人類活動(dòng)的影響，該地區(qū)的坡面穩(wěn)定性較差，雨季時(shí)容易發(fā)生大規(guī)?；?，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?；虏粌H威脅居民的生命安全，還影響了當(dāng)?shù)氐慕煌ê突A(chǔ)設(shè)施。其次，泥石流也是舟曲縣常見的地質(zhì)災(zāi)害之一。在強(qiáng)降雨或融雪的影響下，山區(qū)的土壤和巖石被淋濕并下滑，形成泥石流，造成嚴(yán)重的災(zāi)害。泥石流的沖擊力強(qiáng)大，可以毀壞建筑物、農(nóng)田和林地，對(duì)農(nóng)民和居民的生計(jì)造成重大影響。此外，地震也是舟曲縣面臨的潛在地質(zhì)災(zāi)害之一。甘肅省位于中國(guó)的地震活動(dòng)帶，地震頻繁，可能出現(xiàn)土地滑動(dòng)、崩塌和地面破裂等災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重破壞。

舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害成因是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及地形、地質(zhì)條件、氣候和人類活動(dòng)等多個(gè)方面。首先，舟曲縣地處高寒山區(qū)，地形復(fù)雜。這個(gè)地區(qū)的山勢(shì)陡峭，地勢(shì)起伏較大，坡度陡峭，容易形成不穩(wěn)定的坡面。特別是在雨季或融雪季節(jié)，大量的雨水或融雪會(huì)滲入土壤，導(dǎo)致土壤濕潤(rùn)飽和，降低了坡面的穩(wěn)定性，從而增加了滑坡和泥石流的發(fā)生概率。其次，舟曲縣地質(zhì)條件復(fù)雜。該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)頻繁，地質(zhì)巖層多樣，存在著不同類型的巖石和土壤。這些不同的地質(zhì)條件在受到外力作用時(shí)表現(xiàn)出不同的穩(wěn)定性和抗壓能力，容易形成滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。再次，舟曲縣氣候條件也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要因素。在這個(gè)地區(qū)，冬季嚴(yán)寒，夏季雨水較多。在降雨量大的季節(jié)，山體受到雨水侵蝕，土壤容易流失，從而形成泥石流。而長(zhǎng)期的凍融作用也會(huì)導(dǎo)致巖石的開裂和破碎，增加了滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。最后，人類活動(dòng)也是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的重要因素之一。過度的土地開發(fā)、不合理的土地利用以及大規(guī)模的采礦活動(dòng)等，都會(huì)改變地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，削弱土壤的穩(wěn)定性，增加了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率。此外，非法采礦和亂倒垃圾等行為也會(huì)導(dǎo)致山體破壞，加劇地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

為了減少地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失，需要加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，加大防災(zāi)減災(zāi)力度，合理規(guī)劃土地利用，控制不合理的開發(fā)行為，提高公眾對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)能力，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)，以降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人類社會(huì)造成的影響。政府和社會(huì)各界需要繼續(xù)加大防災(zāi)減災(zāi)工作的力度，提高公眾的災(zāi)害防范意識(shí)，建設(shè)更加安全可持續(xù)的生活環(huán)境。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害因素空間分布特征

舟曲縣是國(guó)家級(jí)三大地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)縣，全國(guó)自然災(zāi)害頻發(fā)縣，滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害頻發(fā)，是5·12汶川特大地震和8·8 泥石流災(zāi)害重災(zāi)縣［10］。經(jīng)中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院統(tǒng)計(jì)，舟曲縣已查明的地質(zhì)災(zāi)害類型共有4 種，分別是滑坡、崩塌、泥石流和不穩(wěn)定斜坡，以滑坡和泥石流發(fā)育最為嚴(yán)重。其中，已查明災(zāi)害有滑坡67 例、崩塌6 例、泥石流101 例和不穩(wěn)定斜坡18 例，共計(jì)192 例（如表1 所示）。經(jīng)遙感解譯分析，發(fā)現(xiàn)舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害總體上是沿著NW-SE 走向的兩條溝谷呈條帶狀分布（如圖4 所示）。舟曲縣北部的地質(zhì)災(zāi)害要明顯多于南部的地質(zhì)災(zāi)害，且滑坡災(zāi)害主要分布在白龍江流域。經(jīng)計(jì)算，舟曲縣平均每平方公里發(fā)生0.110 次地質(zhì)災(zāi)害，屬于自然災(zāi)害密集頻發(fā)區(qū)。

2.4 舟曲縣道路輻射范圍分析

道路是城市的命脈，道路建設(shè)是城市連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)、工業(yè)對(duì)接農(nóng)業(yè)的重要紐帶，是城市規(guī)劃的規(guī)范性、合理性、可持續(xù)發(fā)展性的重要體現(xiàn)方式之一［12-13］。根據(jù)2020 年的路網(wǎng)數(shù)據(jù)，舟曲縣交通路網(wǎng)較為發(fā)達(dá)，如圖5（a）所示，主要道路總長(zhǎng)度約達(dá)1 077.5 km?；贏rcgis 10.3 軟件“空間分析工具—距離分析—?dú)W氏距離”工具，對(duì)研究區(qū)公路的輻射范圍進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：公路1 km 輻射范圍可覆蓋舟曲縣45.0% 的面積如圖5（b）所示，只能便利公路沿線附近的農(nóng)戶進(jìn)行通行和運(yùn)輸；公路5 km 輻射范圍可覆蓋舟曲縣92.9%的面積，如圖5（c）所示，除了部分山區(qū)以外，公路的輻射范圍已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了全覆蓋；公路10 km 輻射范圍可覆蓋舟曲縣99.5% 的面積，如圖5（d）所示。

3 結(jié)論

本文首先基于高精度遙感影像和DEM 分析舟曲縣坡度和坡向的空間分布特征，通過NDVI 指數(shù)計(jì)算得出舟曲縣植被的空間分布；接下來基于災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)分析自然災(zāi)害的空間分布特征，再利用路網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算得出公路輻射范圍；最后探究舟曲縣當(dāng)下建設(shè)的不足和今后發(fā)展方向。

（1）研究區(qū)地形走勢(shì)呈NW-SE 走向。整體坡度分布在0°～81.1°之間，研究區(qū)北部和中部的部分區(qū)域處于山間谷地，坡度相對(duì)較?。荒喜康貐^(qū)地勢(shì)相對(duì)不平緩，坡度起伏較大。研究區(qū)坡向分布整體較為平均，以NW-SE 和近N-S 為主。

（2）舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害總體上是沿著NW-SE 走向的兩條溝谷呈條帶狀分布，且滑坡災(zāi)害主要分布在白龍江流域。舟曲縣平均每平方公里發(fā)生0.110 次地質(zhì)災(zāi)害，屬于自然災(zāi)害密集頻發(fā)區(qū)。

（3）舟曲縣交通路網(wǎng)較為發(fā)達(dá)，主要道路總長(zhǎng)度約達(dá)1 077.5 km。公路1 km 輻射范圍可覆蓋舟曲縣45.0% 的面積，只能便利公路沿線附近的農(nóng)戶進(jìn)行通行和運(yùn)輸；公路5 km 輻射范圍可覆蓋舟曲縣92.9% 的面積，除了部分山區(qū)以外，公路的輻射范圍已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。

參考文獻(xiàn)

[1] 金釗. 黃土高原溝道治理：幾百年來與洪水和泥沙的斗爭(zhēng)[J]. 地球環(huán)境學(xué)報(bào)，2020，11（5）：574-582.

[2] LIU Z，LI L L，WANG L X，et al. Hydrological Situation of a Typical Watershed in the Loess Tableland Area of China Over the Past 30 Years[J]. Environmental Earth Sciences，2017，76（16）：577.

[3] 王煦然，原野. 黃土高原溝域生態(tài)保護(hù)修復(fù)與鄉(xiāng)村振興的結(jié)合路徑：以山西省靜樂縣為例[J]. 中國(guó)土地，2021（9）：37-39.

[4] 孫建中. 黃土學(xué)（上篇）[M]. 香港：香港考古學(xué)會(huì)出版社，2005.

[5] 劉欣欣，陳楠，朱海金. 基于DEM 的坡度精度研究[J].人民黃河，2013，35（2）：131-133，137.

[6] 黃志霖，傅伯杰，陳利頂. 黃土丘陵區(qū)不同坡度、土地利用類型與降水變化的水土流失分異[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué)，2005，3（4）：11-18.

[7] 李琨，冀寶榮，郝亮. 黃土丘陵溝壑區(qū)坡度對(duì)居民區(qū)的影響分析[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2020，29（4）：62-68.

[8] 吳良杰，薄景山，牛潔. 黃土地區(qū)地形特征參數(shù)分布特征的統(tǒng)計(jì)分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（21）：8797-8806.

[9] 逯金鑫，周榮磊，劉洋洋，等. 黃土高原植被覆被時(shí)空動(dòng)態(tài)及其影響因素[J]. 水土保持研究， 2023， 30（2）：211-219.

[10] 陳世昌. 舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害特征及發(fā)育規(guī)律[J]. 西部資源，2021，103（4）：132-134.

[11] 趙寬耀，許強(qiáng)，亓星，等. 甘肅黑方臺(tái)黃土滑坡類型及其發(fā)育特征研究[J]. 人民長(zhǎng)江，2016，47（14）：46-50，68.

[12] 巨袁臻，許強(qiáng)，彭大雷，等. 黑方臺(tái)焦家4 號(hào)黃土滑坡發(fā)育特征及滑動(dòng)機(jī)理[J]. 人民長(zhǎng)江，2017，48（11）：62-67，91.

[13] 汪明霞，程林，王衛(wèi)東. 黃土高原水-土-植被系統(tǒng)土壤侵蝕模型研究[J]. 人民黃河，2013，35（9）：89-91.

[14] 向生陽，李立敏，李敏. 黃土高原溝壑區(qū)傳統(tǒng)村落空間格局保護(hù)研究[J]. 城市建筑，2022，19（1）：6-9.

[15] 楊思齊. 近50 年董志塬土地利用/覆被變化及城市化對(duì)溝道侵蝕演變的影響[D]. 西安：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所），2020.

[16] 徐學(xué)選，李波，鄭世清，等. 黃土丘陵區(qū)農(nóng)村道路的布局特征分析：以燕溝流域?yàn)槔齕J]. 中國(guó)水土保持科學(xué)，2011，9（2）：112-115，120.

[17] 呂飛榮. 地質(zhì)災(zāi)害防治策略和地質(zhì)環(huán)境應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（27）：141-142.

[18] 池云輝. 水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的問題與防治對(duì)策研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（18）：150-152.