福建省地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布特征研究

覃宇恬,劉彥花,劉秋華,覃玲萍

(1．南寧師范大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,南寧 530001;2. 南寧師范大學(xué)自然資源與測(cè)繪學(xué)院,南寧 530001)

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往與人類活動(dòng)、生態(tài)環(huán)境緊密相關(guān),因各城市獨(dú)特的地貌、突降的暴雨、人口的猛增、人類工程活動(dòng)的加劇,現(xiàn)代工業(yè)化的擴(kuò)張,森林植被的肆意砍伐和土地開發(fā)利用的不合理,都會(huì)導(dǎo)致環(huán)境頻繁發(fā)生滑坡、泥石流、崩塌和地陷等地質(zhì)災(zāi)害[1-2]。因此,研究地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征及關(guān)聯(lián)性顯得尤為重要,對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展省份經(jīng)濟(jì),恢復(fù)區(qū)域地表生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

國外學(xué)者對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的研究,從初始的基于GIS的空間特征分析,對(duì)比EBF、RF等模型對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的分區(qū)研究[3],再到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系等地質(zhì)災(zāi)害體系的完善化、全面化[4];而國內(nèi)學(xué)者的研究從最初基于多源遙感數(shù)據(jù)融合,利用GIS空間分析法,探尋地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征[5],發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生和分布的主要內(nèi)動(dòng)力控制因素[6-7],再到將影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的眾多特征因子與地質(zhì)災(zāi)害分布相疊加并進(jìn)行細(xì)致分析[8],追根地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)的誘因[9-11],構(gòu)建各類評(píng)價(jià)模型[12-14],為地質(zhì)災(zāi)害的研究做出巨大貢獻(xiàn)。

然而即便學(xué)者們?cè)诘刭|(zhì)災(zāi)害特征研究上頗有建樹,但是研究維度還沒做到全方面覆蓋,為秉持“因地制宜”、“就地分析”理念,本文基于福建省擁有獨(dú)特的地理環(huán)境進(jìn)行分析。

因福建省每年有強(qiáng)降雨降臨與臺(tái)風(fēng)侵襲,并伴隨地形地貌、土壤條件、地質(zhì)條件的制約,所以極易出現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害,于是本文收集2010年、2015年和2020年福建省地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù),選取影響較大的因素,運(yùn)用GIS 技術(shù)將其與福建省地形地貌、巖石巖性、土地利用類型、水系、路網(wǎng)數(shù)據(jù)相疊加,計(jì)算不同環(huán)境下的福建省災(zāi)害密度,定量分析其在不同情況下的災(zāi)害空間分布特征,以期為福建省當(dāng)?shù)卣贫ㄓ行У姆罏?zāi)減災(zāi)策略提供一定的參考。

1 研究區(qū)概況及方法

1.1 研究區(qū)概況

福建省,簡稱“閩”,地處中國東南部、東海之濱,陸域介于北緯23°33′至28°20′、東經(jīng)115°50′至120°40′之間,全省陸域面積12.4×104km2,海域面積13.6×104km2,地勢(shì)西北高,東南低(圖1),呈“依山傍?！睉B(tài)勢(shì),地跨閩江、晉江、九龍江、汀江四大水系,屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。 因福建省獨(dú)特的地勢(shì)地貌與氣候環(huán)境,導(dǎo)致一年內(nèi)溫和多雨,且由于太平洋的溫度差異,該省每年都受到4至5個(gè)臺(tái)風(fēng)的影響,大部分集中在7月至9月,因此在受到強(qiáng)降雨降臨與臺(tái)風(fēng)侵襲的影響下,極易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流以及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害,威脅社會(huì)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

圖1 福建省地理高程示意圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)、巖石巖性數(shù)據(jù)、高程dem等數(shù)據(jù)皆源于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所https://www.resdc.cn/Datalist1.aspx?Field TyepID=37,26,水系數(shù)據(jù)、福建省路網(wǎng)數(shù)據(jù)來自水經(jīng)注地圖下載器,土地利用類型數(shù)據(jù)從GEE計(jì)算云平臺(tái)調(diào)取運(yùn)用,分辨率為10 m。

2 地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布特征分析

2.1 地質(zhì)災(zāi)害的行政區(qū)劃時(shí)空分布特征

圖2 福建省地質(zhì)災(zāi)害分布圖

將地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)與行政區(qū)進(jìn)行疊加(圖2),統(tǒng)計(jì)得出各年度福建省各市級(jí)行政區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量(表1)。結(jié)果表明:福建省地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量隨年際變化呈現(xiàn)逐步減少的趨勢(shì),地質(zhì)災(zāi)害主要分布于南平市、龍巖市、寧德市。2010年南平市所發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多,占該年地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量46%;2015年寧德市所發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多,占該年地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量31%;2020年三明市所發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多,占該年地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量37%;廈門市在研究年度所發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量均最少,年占比皆約為0%。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害的地形地貌時(shí)空分布特征

福建省素有“八山一水一分田”之稱,地形面貌以山地丘陵為主,為分析福建省地形地貌上地質(zhì)災(zāi)害的分布特征,在空間數(shù)據(jù)庫中提取福建省DEM高程圖,并根據(jù)福建省地貌形態(tài)分類[14],將福建省DEM數(shù)據(jù)分成6類,分別為平地(<5 m)、臺(tái)地(5～50 m)、低丘(<100 m )、高丘(100～200 m)、低山(200～1 000 m)、中山(>1 000 m),同時(shí)在DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上衍生出坡向、坡度圖,并與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)圖層進(jìn)行空間疊置分析,如圖3。在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出不同地形高程、不同坡度、坡向上的地質(zhì)災(zāi)害密度如表2。

福建省的地勢(shì)總體上呈西北高、東南低。由圖3可見,觀察期內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害在高程區(qū)間上皆呈現(xiàn)不均勻分布狀態(tài),對(duì)比不同高度上的地質(zhì)災(zāi)害密度,2010年及2020年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度的峰值在高丘,2015年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度的峰值卻在低山;平地、中山區(qū)均為觀察期地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率及地質(zhì)災(zāi)害密度的谷值。可見,地質(zhì)災(zāi)害在高丘-低山區(qū)間最為發(fā)育,在平地、中山區(qū)間發(fā)育率最低,且隨著高程的增長,2010～2020年地質(zhì)災(zāi)害密度呈現(xiàn)逐步上升-到達(dá)頂峰-急劇下跌的趨勢(shì)。

圖3 福建省地質(zhì)災(zāi)害-地形地貌疊加圖

表2 福建省高程分類地質(zhì)災(zāi)害密度表(處/100 km2)

觀察期內(nèi),在坡面0°～12°與12°～24°區(qū)間里的地質(zhì)災(zāi)害密度比其他區(qū)間更為顯著,且隨著坡度的升高地質(zhì)災(zāi)害密度迅速降低,或許因?yàn)橐欢ǔ潭壬系钠露仍礁?越不易堆積巖石等地質(zhì)物質(zhì),且人類活動(dòng)較為集中在坡度較低的地方,所以地質(zhì)災(zāi)害在坡度過高的地方發(fā)生幾率小。

2010年在東方向區(qū)地質(zhì)災(zāi)害密度最高,占當(dāng)年災(zāi)害發(fā)生數(shù)量20%,而在西南方向區(qū)密度最低;2015年及2020年皆在東北方向區(qū)地質(zhì)災(zāi)害密度最高,占當(dāng)年災(zāi)害發(fā)生數(shù)量18%～20%。由此可見,觀察期內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害在坡向上分布呈現(xiàn)不規(guī)則擴(kuò)散狀態(tài),但在東及東北方向的地質(zhì)災(zāi)害密度更大。

總體上,在2010年、2015年、2020年福建省地質(zhì)災(zāi)害易分布于高丘、低山、坡度較低、坡向偏東北的區(qū)域。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害的土地利用類型時(shí)空分布特征

福建省地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生,與其生態(tài)系統(tǒng)及土地利用過程分不開,將研究區(qū)土地利用類型數(shù)據(jù)與地質(zhì)災(zāi)害密度進(jìn)行空間疊置,分析地質(zhì)災(zāi)害在土地利用分類下的情況如圖4、表3。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害-土地利用類型疊加圖

表3 福建省各土地利用類型地質(zhì)災(zāi)害密度表(處/100 km2)

由圖表可知,不同年份的地質(zhì)災(zāi)害在不同土地利用類型下分布存在一定異質(zhì)性。2010年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度呈現(xiàn)兩大高峰,第一高峰出現(xiàn)在裸地,該年暴雨的突降會(huì)導(dǎo)致裸地水位的漲幅,改變了邊坡中地下水滲流條件,所以會(huì)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供一定的條件;第二高峰出現(xiàn)在建筑用地,不僅因?yàn)榻ㄖ玫刂腥祟惢顒?dòng)最為頻繁,且該年暴雨多降,對(duì)原始地形的改造和破壞極為嚴(yán)重,所以為滑坡和崩塌災(zāi)害發(fā)生的重災(zāi)區(qū)。2015年及2020年地質(zhì)災(zāi)害密度也皆顯著分布于灌木,即便灌木林占地分布廣,但在土壤處于飽和臨界狀態(tài)時(shí),植被對(duì)保持水土和防風(fēng)固沙有一定的反作用,再加上人類對(duì)于灌木砍伐松動(dòng)土壤,導(dǎo)致灌木林極易引發(fā)災(zāi)害。

綜合來看,砍伐之下的灌木林及建筑用地和裸地因?yàn)槿祟惿a(chǎn)活動(dòng)的強(qiáng)烈,所以引發(fā)的滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害較多,建議可以采取適當(dāng)?shù)墓こ碳庸虂頊p少滑崩體的發(fā)生,但是人類活動(dòng)的頻繁性要大幅降低。

2.4 地質(zhì)災(zāi)害的巖石巖性時(shí)空分布特征

地面表層的巖石在太陽能、空氣等的作用和影響下,在自身性質(zhì)的條件下,會(huì)發(fā)生物理變化和化學(xué)變化,而變化所產(chǎn)生的作用是地質(zhì)災(zāi)害的形成基礎(chǔ)。將巖石巖性與福建省地質(zhì)災(zāi)害密度進(jìn)行空間疊加,分析福建省地質(zhì)災(zāi)害在巖石巖性上的分布狀況如圖5、表4。

由表4可見,2010年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度第一波峰出現(xiàn)在石灰?guī)r和其他碳酸鹽巖上,據(jù)資料顯示,該年福建省內(nèi)發(fā)生了一起巨大的巖溶地面塌陷事故,而巖溶地面塌陷又多發(fā)生于碳酸鹽巖等可溶性巖石分布區(qū),所以其所含災(zāi)害密度最高;2015年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度顯著分布于片麻巖、混合巖上,該年福建省總共出現(xiàn)過27場(chǎng)暴雨,且中間強(qiáng)降水頻發(fā),而福建省內(nèi)的混合巖、片麻巖等,經(jīng)過多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用,破碎嚴(yán)重,容易產(chǎn)生滑坡災(zāi)害;2020年地質(zhì)災(zāi)害密度明顯分布于碎屑沉積巖上,該年福建省主要地質(zhì)災(zāi)害還是以崩塌為主,且由于巖石內(nèi)部風(fēng)化解體嚴(yán)重,破碎之后迅速轉(zhuǎn)化為碎屑流,而后以極大的動(dòng)能不斷攜卷周邊散物質(zhì),在重力、慣性的作用下不斷實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng),于是在其之上災(zāi)害密度最大。

表4 福建省巖性地質(zhì)災(zāi)害密度表(處/100 km2)

2.5 地質(zhì)災(zāi)害的路網(wǎng)、水系時(shí)空分布特征

福建省內(nèi)水系密布,河流眾多,河網(wǎng)密度大,影響可見一斑,而福建省共有鐵路6條,省道678條,國道514條,高速13條,城市快捷路19條,縣道1 246條。在觀察期內(nèi)對(duì)水系及路網(wǎng)內(nèi)道路各自建立50 m、100 m、200 m緩沖區(qū),與地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行空間疊加,根據(jù)疊加結(jié)果統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),2010年、2015年、2020年3個(gè)年度路網(wǎng)和水系200 m緩沖區(qū)范圍圈內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量分別占總當(dāng)年總地質(zhì)災(zāi)害的45%、22%和31%,表明地質(zhì)災(zāi)害在路網(wǎng)和水系沿線周邊密集分布。將3 a不同緩沖區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害密度數(shù)據(jù)匯總制作統(tǒng)計(jì)圖如圖6。

圖6 研究期不同距離下的福建省整體地質(zhì)災(zāi)害密度

由圖6可知,道路間存在鮮明差異,如省道及縣道等因?yàn)槠涿咳胀ㄇ谲嚵髁看笄衣烽g兩旁防護(hù)措施不夠,地質(zhì)災(zāi)害高密度區(qū)分布于其沿線周邊50 m范圍圈,而高速、國道及水系因較好的防護(hù)措施,地質(zhì)災(zāi)害高密度區(qū)則主要分布于其沿線周邊100～200 m的緩沖范圍圈?？傮w上,地質(zhì)災(zāi)害在人類活動(dòng)較為頻繁的道路和水系沿線周邊呈帶狀分布。

3 結(jié)語

本文基于福建省2010年、2015年和2020年地質(zhì)災(zāi)害密度數(shù)據(jù),運(yùn)用GIS技術(shù)使其與地形地貌、地層巖性、土地利用類型、水系、路網(wǎng)數(shù)據(jù)相疊加,定量分析福建省地質(zhì)災(zāi)害在不同情況下的空間分布特征,結(jié)論如下:

(1) 福建省地質(zhì)災(zāi)害密度隨年際變化增長呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì),且多分布于南平市、龍巖市、寧德市。

(2) 福建省地勢(shì)呈現(xiàn)西北高、東南低的分布格局,地形高差較大,相較于西北方向而言,東南方向坡度低,地勢(shì)較低,極易形成斜坡,為崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了地形條件;2010年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度最大波峰出現(xiàn)在石灰?guī)r和其他碳酸鹽巖上;2015年福建省地質(zhì)災(zāi)害密度顯著分布于片麻巖、混合巖上;2020年地質(zhì)災(zāi)害密度明顯分布于碎屑沉積巖上。

(3) 觀察期內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害密度多分布于灌木林、裸地/建筑用地,以及道路和河流沿線一定范圍內(nèi)。