山地鄉(xiāng)村空間格局與地質(zhì)災(zāi)害危險性關(guān)聯(lián)研究

地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重危害了我國山地鄉(xiāng)村的安全。本研究以湯丹鎮(zhèn)為研究區(qū)域，運用定性定量相結(jié)合的方法構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害危險性評價體系，探究地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)以及地質(zhì)災(zāi)害危險性因子與鄉(xiāng)村建筑、道路分布的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)：（1）地形地貌等基礎(chǔ)環(huán)境因素對于鄉(xiāng)村建筑、道路的影響大于地質(zhì)災(zāi)害因素的影響。（2）鄉(xiāng)村道路、建筑大部分處于地質(zhì)災(zāi)害低危險性中低區(qū)域；受區(qū)域地質(zhì)地形因素和長期采礦的影響，除植被覆蓋率、坡度和地震峰值加速度三個指標(biāo)外，其余指標(biāo)危險性分區(qū)中鄉(xiāng)村建筑、道路處于中危險性及以下區(qū)域的占比均大于80°%。（3）鄉(xiāng)村建筑、道路危險性占比的數(shù)值與地質(zhì)災(zāi)害危險指標(biāo)各級別比例變化趨勢基本相同，說明鄉(xiāng)村建筑、道路分布與人居環(huán)境優(yōu)劣保持高度的同一性。

地質(zhì)災(zāi)害危險性； 鄉(xiāng)村建筑； 鄉(xiāng)村道路； 關(guān)聯(lián)性

TU312+.3A

城鄉(xiāng)規(guī)劃與環(huán)境建設(shè)城鄉(xiāng)規(guī)劃與環(huán)境建設(shè)

［定稿日期］2023-03-23

［基金項目］國家自然科學(xué)基金項目（地區(qū)基金項目）（項目編號：41867069）; 國家自然科學(xué)基金項目（地區(qū)基金項目）（項目編號：41361092）

［作者簡介］付志國（1994—），男，碩士，主要從事房地產(chǎn)開發(fā)工作。

［通信作者］王培茗（1966—），女，本科，教授，研究方向為城鄉(xiāng)規(guī)劃與防災(zāi)減災(zāi)。

0" 引言

廣義的地質(zhì)災(zāi)害包括地震、火山活動等由于地殼內(nèi)部運動引起的災(zāi)害。中國山地面積大，山地、丘陵面積占總國土面積的69.27%，復(fù)雜的山地地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致孕災(zāi)、致災(zāi)因子豐富。地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅中國山地人居環(huán)境的安全。在我國50%以上的崩塌、滑坡災(zāi)害，60%以上的泥石流災(zāi)害以及總面積80%以上的地裂縫災(zāi)害發(fā)生在鄉(xiāng)村。然而，盡管我國山地鄉(xiāng)村頻繁遭受地質(zhì)災(zāi)害破壞，但仍有很大部分鄉(xiāng)村在與自然環(huán)境相互適應(yīng)中存留至今。探究山地鄉(xiāng)村建筑、道路與地質(zhì)災(zāi)害危險性之間的關(guān)系對我國鄉(xiāng)村建設(shè)安全有著重要的意義，也為國家振興鄉(xiāng)村發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

通過國內(nèi)外相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，針對地質(zhì)災(zāi)害危險性的研究較豐富。研究內(nèi)容上有對全國縣域單元進行評估，有針對皖南山區(qū)、渤海海域等具體地區(qū)進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，還有對重大工程項目實施之后地質(zhì)災(zāi)害危險性的評估［6］；研究方法上多采用GIS空間分析、層次分析法、證據(jù)權(quán)法等定量方法進行研究；研究視角上逐漸由單純的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌視角向綜合視角轉(zhuǎn)變。另外，梳理有關(guān)村落空間格局相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)：影響村落空間結(jié)構(gòu)演變的因素有自然環(huán)境和經(jīng)濟社會兩方面；自然環(huán)境方面自然災(zāi)害是影響古村落空間結(jié)構(gòu)的主要因素之一，村落空間格局也在不同災(zāi)害的影響下呈現(xiàn)不同特點：受旱澇災(zāi)害影響村落分布多順應(yīng)區(qū)域水系分布，選址于近水高地；受地震災(zāi)害影響村落呈現(xiàn)遠離震中集中分布的趨勢；受泥石流災(zāi)害的影響云南省東川地區(qū)的村落分布呈現(xiàn)聚集點多、聚集程度高的狀況。綜上所述，目前針對地質(zhì)災(zāi)害對村落空間格局的影響研究集中于單一災(zāi)種對于村落空間格局的影響，研究方法上呈現(xiàn)逐步由定性向定量轉(zhuǎn)變。本研究選取山地多災(zāi)地區(qū)湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑與道路為研究對象，結(jié)合GIS、ENVI等技術(shù)，運用灰色關(guān)聯(lián)法確定地質(zhì)災(zāi)害評價指標(biāo)體系，綜合分析地震、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)與湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑、道路空間格局的關(guān)系。

1" 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1" 評價指標(biāo)的選取

通過查閱地質(zhì)災(zāi)害學(xué)術(shù)論文，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害危險性評估國家規(guī)范，篩選出地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標(biāo)，共5大類19個指標(biāo)因子。進而通過專家咨詢，結(jié)合山地鄉(xiāng)村實際情況，考慮到評價指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲取性以及研究尺度與精度大小等方面的因素對相關(guān)指標(biāo)進行篩選（表1）。對篩選后的指標(biāo)進行分類整理，最終從基礎(chǔ)因素和災(zāi)害因素兩個方面構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標(biāo)。其中基礎(chǔ)因素有：高程、相對高差、坡度、植被覆蓋率、降雨量；災(zāi)害因素有：與地質(zhì)災(zāi)害隱患點距離、與河流距離、與斷裂帶距離、地震峰值加速度。

1.2" 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

因為指標(biāo)體系中各指標(biāo)與地質(zhì)災(zāi)害危險性的關(guān)聯(lián)性較為模糊，所以通過比較各因素發(fā)展趨勢的相似或相異程度（灰色關(guān)聯(lián)法）來判斷各指標(biāo)與地質(zhì)災(zāi)害危險性的關(guān)聯(lián)程度。同時運用灰色關(guān)聯(lián)法可以分析指標(biāo)體系中各評價指標(biāo)間的相互關(guān)聯(lián)度；這種關(guān)聯(lián)程度可以反應(yīng)指標(biāo)體系內(nèi)部各指標(biāo)間的相互影響程度，基于此可以對指標(biāo)體系的科學(xué)性進行檢驗。具體步驟：

首先依據(jù)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依次構(gòu)建各指

標(biāo)目標(biāo)數(shù)列xo={xo|o=1，2，…，n}，同時依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建對應(yīng)的參考數(shù)列xi={xi（k）|k=1，2，…，n}，并采用均值法對目標(biāo)數(shù)列和參考數(shù)列進行無量綱處理，見式（1）、式（2）：

=∑nk=1xi（k）（1）

x′i=xi（2）

式中：為數(shù)列各行平均數(shù)；x′i為無量綱處理后的數(shù)列。

從幾何角度看，關(guān)聯(lián)程度實質(zhì)上是目標(biāo)數(shù)列x0和參考數(shù)列xi曲線的相似程度。因此判斷目標(biāo)數(shù)列x0和參考數(shù)列xi關(guān)聯(lián)度大小可以以兩者在同一點k的差值大小為標(biāo)準(zhǔn)。依次確認(rèn)各組數(shù)列在k點的位移差Δk=x0（k）-xi（k），在此基礎(chǔ)上確定各組數(shù)列的二級最小差和二級最大差，進而計算其在k點的關(guān)聯(lián)系數(shù)，見式（3）。

δ（k）=minminx0（k）-xi（k）+ρmaxmaxx0（k）-xi（k）x0（k）-xi（k）+ρmaxmaxx0（k）-xi（k）（3）

式中：minminx0（k）-xi（k）為二級最小差；maxmax|x0（k）-xi（k）|為二級最大差；δ（k）為關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ為分辨系數(shù)，ρ∈［0，1］，一般取0.5。

之后計算關(guān)聯(lián)度roi，見式（4）。

roi=1n∑nk=1δ（k）（4）

以關(guān)聯(lián)度為基礎(chǔ)構(gòu)建相互關(guān)聯(lián)度矩陣ri。

依據(jù)相互關(guān)聯(lián)度矩陣ri計算各行平均值，最終確定各指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建指標(biāo)體系。見式（5）。

城鄉(xiāng)規(guī)劃與環(huán)境建設(shè)付志國， 王培茗， 王秋迪： 山地鄉(xiāng)村空間格局與地質(zhì)災(zāi)害危險性關(guān)聯(lián)研究

wi=ri-∑8i=1ri（5）

式中：ri-為相互關(guān)聯(lián)度矩陣各行平均值；wi為各指標(biāo)權(quán)重。

2" 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1" 研究區(qū)域

湯丹鎮(zhèn)位于昆明市東川區(qū)西北部，全鎮(zhèn)國土面積291.71 km2，下轄26個村民委員會，239個自然村。鎮(zhèn)域西高東低，地形整體起伏度大，山高坡陡，形成了集河谷、半山區(qū)、高寒山區(qū)于一體的高原山地地貌。在地質(zhì)構(gòu)造上處于華夏東北構(gòu)造帶與川滇經(jīng)向構(gòu)造帶之間，小江斷裂帶從湯丹鎮(zhèn)南部貫入，六條活斷層均勻分布于境內(nèi)，區(qū)域抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本烈度加速度值不低于0.3g，歷史上湯丹鎮(zhèn)地震災(zāi)害頻發(fā)，且強震具有頻度低、震級大的特點。境內(nèi)氣候處于亞熱帶季風(fēng)氣候小江干熱河谷區(qū)，降水季節(jié)差異大，且受地形地貌影響，形成了高差懸殊的立體氣候。境內(nèi)水系發(fā)達，且多條泥石流溝貫穿，夏季多雨季節(jié)易引發(fā)洪澇、泥石流滑坡等自然災(zāi)害，鎮(zhèn)域存在地質(zhì)災(zāi)害隱患點58處，僅江西村坪子地的一處中型泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患點就威脅著150位人民群眾的人身安全，受威脅財產(chǎn)約580萬元；地質(zhì)災(zāi)害隱患點眾多嚴(yán)重威脅村民安全。

2.2" 鎮(zhèn)域建筑、道路分布

以高分辨率遙感影像結(jié)合設(shè)計院、地震局的相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用CAD和ArcGIS空間分析技術(shù)，構(gòu)建研究所需數(shù)據(jù)庫，生成工作基礎(chǔ)底圖（圖1～圖5）；統(tǒng)計得出湯丹鎮(zhèn)建筑共計8 220棟（由于湯丹鎮(zhèn)為農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建筑基本為鄉(xiāng)村農(nóng)房），多分布于鎮(zhèn)域東部，小范圍內(nèi)呈成團狀分布；湯丹鎮(zhèn)境內(nèi)道路（省道、縣道與鄉(xiāng)道）蜿蜒曲折，大體上沿著山脈走勢分布，道路共計481 347.42 m，多分布于鎮(zhèn)區(qū)東部。

2.3" 鎮(zhèn)域地質(zhì)災(zāi)害危險等級分區(qū)

2.3.1" 地質(zhì)災(zāi)害危險性各評價指標(biāo)分級

確定地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)后采取等距法、自然斷點法、參考規(guī)范與文獻對不同指標(biāo)進行分級，分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

以地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)的分級依據(jù)為基礎(chǔ)，采用GIS空間分析技術(shù)及ENVI軟件將湯丹鎮(zhèn)各評價指標(biāo)危險性分級轉(zhuǎn)換為圖6，通過GIS統(tǒng)計各指標(biāo)危險性分級數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計湯丹鎮(zhèn)在各指標(biāo)的各危險性等級中所占比例（表3）。

2.3.2" 地質(zhì)災(zāi)害危險性各評價指標(biāo)權(quán)重

以GIS空間分析工具處理遙感影像獲得的數(shù)據(jù)、設(shè)計院資料數(shù)據(jù)和中國科學(xué)院資源數(shù)據(jù)作為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)法計算各指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建指標(biāo)體系（表4）。

2.3.3" 地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評價

將各指標(biāo)危險性分級圖乘以各指標(biāo)所占權(quán)重，通過GIS空間分析模塊下的重分類工具得到湯丹鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性分級（圖7），并通過GIS統(tǒng)計出湯丹鎮(zhèn)在地質(zhì)災(zāi)害危險性的各危險性等級中所占比例（表5）。

從地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評價看出，地質(zhì)災(zāi)害危險性分級中，低危險性區(qū)域所占比例為11.65 ％，中低危險性區(qū)域所占比例為21.31％，中危險性區(qū)域所占比例為29.81％，中高危險性區(qū)域所占比例為24.09％，高危險性區(qū)域所占比例為13.16％；地質(zhì)災(zāi)害危險性在低、中低、中危險性比例之和大于中高、高危險性比例之和，且處于中危險性比例最高。在單

項指標(biāo)中，除加速度、坡度、植被覆蓋率三項指標(biāo)外，其余指標(biāo)在低、中低、中危險性比例之和均大于中高、高危險性比例之和；隱患點、河流、高程、斷裂帶四個指標(biāo)低、中低危險性指標(biāo)之和大于中、中高、高危險性比例之和。

3" 湯丹鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)與鄉(xiāng)村建筑、道路的關(guān)聯(lián)性

3.1" 湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑、道路與地質(zhì)災(zāi)害危險性關(guān)系分析

將GIS空間分析得出的鎮(zhèn)域地質(zhì)災(zāi)害危險性危險等級分區(qū)結(jié)果與鎮(zhèn)域建筑點狀要素分布圖以及道路線狀要素分布圖進行疊加，綜合分析兩類要素在不同危險級別中的分布規(guī)律，分析湯丹鎮(zhèn)建筑與道路空間格局與地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)的關(guān)系（表6、圖8、圖9）。

從表6可知，建筑和道路在低、中低危險性所占比例之和均大于地質(zhì)災(zāi)害危險性低、中低危險性所占比例之和。因此，在地質(zhì)災(zāi)害的作用下，古村落居民趨利避害，遠離自然環(huán)境惡劣區(qū)與災(zāi)害頻發(fā)區(qū)，將道路與建筑建設(shè)于低危險性區(qū)域。

3.2" 湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑、道路與各地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)的關(guān)系分析

3.2.1" 湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑、道路在各地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)分區(qū)中的占比

將湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑點狀要素域各地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)分區(qū)結(jié)果進行疊加分析，得到鄉(xiāng)村建筑在各指標(biāo)不同危險級別中的分布規(guī)律和所占比例，見表7、圖10。

分析相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，除植被覆蓋率、坡度和地震峰值加速度三個指標(biāo)外湯丹鎮(zhèn)建筑在各指標(biāo)危險性分級中所占比例均呈現(xiàn)：位于低、中低、中危險性的比例之和大于80%，位于低、中低危險性的比例之和大于70%。

將湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村道路線狀要素與各地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)分區(qū)結(jié)果進行疊加分析，得到鄉(xiāng)村道路在各指標(biāo)不同危險級別中的分布規(guī)律和所占比例，見表8、圖11。

分析相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，除植被覆蓋率、坡度和地震峰值加速

度三個指標(biāo)外湯丹鎮(zhèn)道路在指標(biāo)危險性分級中所占比例均呈現(xiàn)：位于低、中低、中危險性的比例之和大于80%，位于低、中低危險性的比例之和大于70%。

3.2.2" 湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑、道路與各地質(zhì)災(zāi)害危險性指標(biāo)分區(qū)分布趨勢分析

以五級危險性為X軸；以指標(biāo)危險性分級中各級別所占比例、鄉(xiāng)村建筑在指標(biāo)危險性分級中各級別所占比例為Y軸，繪制關(guān)系圖（圖12）。分析趨勢圖發(fā)現(xiàn)，除坡度、相對高差指標(biāo)外，其余各指標(biāo)危險級比例與在其分級區(qū)中鄉(xiāng)村建筑所占比例分布趨勢相同。在坡度指標(biāo)占比最高的高危險性區(qū)域的鄉(xiāng)村建筑占比明顯在低于中、中高危險性區(qū)域的占比，說明坡度大于25°時直接影響鄉(xiāng)村建筑選址；在相對高差指標(biāo)中危險級所在區(qū)域的鄉(xiāng)村建筑占比最高。

以五級危險性為X軸；以指標(biāo)危險性分級中各級別所占比例、鄉(xiāng)村道路在指標(biāo)危險性分級中各級別所占比例為Y軸，繪制關(guān)系圖（圖13）。分析關(guān)系圖發(fā)現(xiàn)，指標(biāo)危險性分級中各級別所占比例和鄉(xiāng)村道路在指標(biāo)危險性分級中各級別所占比例分布趨勢均相同。

3.3" 小結(jié)

通過研究可以發(fā)現(xiàn)湯丹鎮(zhèn)鄉(xiāng)村建筑、道路分布大部分位于中危險性及以下區(qū)域。分析地質(zhì)災(zāi)害危險性分級與道路、建筑危險性分級的變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)村道路、建筑的建設(shè)與地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣保持高度的同一性；道路分布與地質(zhì)環(huán)境優(yōu)劣的關(guān)系更為緊密；總體上鄉(xiāng)村道路與建筑均著高危險性環(huán)境遞減。因此在與自然災(zāi)害的抗?fàn)幹?，湯丹?zhèn)村民自發(fā)趨利避害，尋找低危險性區(qū)域修建道路及建筑。但同時也發(fā)現(xiàn)：湯丹鎮(zhèn)原始地形山高坡陡，坡度在中危險性及以下區(qū)域僅有18.40%；其次從植被覆蓋率指標(biāo)角度來看，雖然高海拔地區(qū)植被覆蓋率高危險性小，但是這些區(qū)域建筑建造難度大，適宜建設(shè)建筑和道路用地有限，同時受長期采礦的影響低海拔地區(qū)植被破壞嚴(yán)重；從地震峰值加速度指標(biāo)角度來看，危險性位于中危險性以下的區(qū)域地質(zhì)條件較差；因此湯丹鎮(zhèn)建筑和道路在坡度、植被覆蓋率以及地震峰值加速度三個指標(biāo)中出現(xiàn)異常，中危險性及以下區(qū)域占比較低。

4" 結(jié)論

（1）總體來說基礎(chǔ)環(huán)境影響因素（坡度、相對高差、降雨量等）對于鄉(xiāng)村建筑與道路空間分布的影響大于自然災(zāi)害影響因素（地震動峰值加速度、地質(zhì)災(zāi)害隱患點距離等）對于村落建筑與道路空間分布的影響。

（2）在鄉(xiāng)村建筑、道路與單個影響關(guān)聯(lián)性分析中，鄉(xiāng)村建筑與道路受降水量、與河流距離、距斷裂帶距離、距災(zāi)害隱患點距離、高程、相對高差等指標(biāo)影響較大，分析發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)村道路、建筑分布區(qū)域選擇地質(zhì)災(zāi)害低危險性、中低危險性區(qū)域。

（3）鄉(xiāng)村建筑、道路危險性占比的數(shù)值與地質(zhì)災(zāi)害危險指標(biāo)各級別比例變化趨勢對比分析，發(fā)現(xiàn)二者在變化趨勢基本相同，說明鄉(xiāng)村建筑、道路在空間布局上與地質(zhì)環(huán)境優(yōu)劣保持高度的同一性，并主體上沿著高危險性環(huán)境遞減。

（4）同時也發(fā)現(xiàn)：受區(qū)域地質(zhì)地形因素影響，鄉(xiāng)村建筑、道路大部分分布于坡度和地震峰值加速度危險性較大的區(qū)域，這與其他指標(biāo)的分布不同；此外，由于長期以來采礦對山體植被的破壞，鄉(xiāng)村建筑、道路大部分分布于指標(biāo)植被覆蓋率危險性較大的區(qū)域。

參考文獻

［1］" 黃崇福．自然災(zāi)害風(fēng)險分析與管理［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，2012.

［2］" 張昊. 山區(qū)傳統(tǒng)鄉(xiāng)村聚落地質(zhì)災(zāi)害安全與防治體系研究［D］.北京：北京建筑大學(xué)，2014.

［3］" 李春燕，孟暉，張若琳，等.中國縣域單元地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2017，44（2）：160-166.

［4］" 劉樂，楊智，孫健，等.安徽黃山市徽州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2021，32（2）：110-116.

［5］" 宋玉鵬，孫永福，杜星，等.渤海海域海底地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2021，32（3）：140-146.

［6］" 楊文明.川藏鐵路波密至林芝段工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估［J］.災(zāi)害學(xué)，2021，36（3）：91-96+102.

［7］" 張恒曼. 基于泥石流易發(fā)性評估的東川區(qū)村落分布特征研究［D］.昆明：云南大學(xué)，2019.

［8］" 樊攀. 基于分形理論的小城鎮(zhèn)避震空間等級規(guī)模評價研究［D］.昆明：云南大學(xué)，2016.

［9］" 陳宣先.基于災(zāi)害風(fēng)險評估的山地城市固定避難場所布局優(yōu)化研究［D］.昆明：云南大學(xué)，2017.