馬 煒，陳麗聰，冉啟香，劉增力，蔣亞芳

(1.國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，北京 100714；2.中林天合森林認證中心有限公司，北京 100013；3.重慶市巫溪縣林業(yè)局，重慶 405800)

1 引言

滑坡是主要的地質(zhì)災害類型[1]，2016年全國共發(fā)生地質(zhì)災害9710起，其中滑坡7403起，對地區(qū)經(jīng)濟與旅游造成重大的影響，與2015年同期相比，地質(zhì)災害數(shù)量、造成的經(jīng)濟損失、人員傷亡都有所增加[2]。旅游業(yè)是重慶市的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要助力與依托[3]，然而重慶市60%以上的旅游資源均位于重大地質(zhì)災害的多發(fā)地段[4]，旅游旺季4～10月同時也是地質(zhì)災害高發(fā)的季節(jié)[5]，重慶市作為西南山區(qū)典型城市，氣候多變、地質(zhì)活動強烈、地形地貌復雜，且處于長江及主干流流域，是地質(zhì)災害滑坡的高發(fā)區(qū)[6]。加之重慶市城市建設(shè)日新月異，城鎮(zhèn)化水平不斷提升，導致生態(tài)壓力不斷增大[7]，建設(shè)中稍有不慎容易導致山地環(huán)境破壞，加劇滑坡災害的發(fā)生。科學有效的系統(tǒng)開展滑坡災害危險性評測有利于保障旅游地居民與游客安全，加強旅游地地質(zhì)災害防范，保證旅游的可持續(xù)發(fā)展[8]。

滑坡災害相關(guān)研究隨著信息技術(shù)的發(fā)展而不斷深入[9]?；聻暮︼L險評測是理清滑坡誘發(fā)因素基礎(chǔ)上，運用科學的方法，建立滑坡風險評價機制的過程[10]?；聻暮Φ恼T發(fā)因素多樣，其中降水與地震為最主要的因素，而滑坡災害發(fā)生后其危害性受其體量與所處地理位置的影響[11]。因此科學的評測滑坡災害的危險性需要建立合理的滑坡災害評測模型。國內(nèi)關(guān)于滑坡災害危險性評價模型可分為定性分析模型與定量分析模型，如主觀臆斷模型、統(tǒng)計分析模型等[12]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，滑坡危險性評價方法不斷豐富，有統(tǒng)計分析法、信息熵法、突變級數(shù)法、AHP因子加權(quán)法、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等[13～15]，但定性與定量綜合使用成為主流研究方法[10]。重慶市作為滑坡高危區(qū)，已有學者運用GIS技術(shù)基于重慶市已有滑坡數(shù)據(jù)進行災害時空分布、重點區(qū)域三峽庫區(qū)的萬州區(qū)、巫山縣，北碚區(qū)、涪陵區(qū)的滑坡情況進行分析，從宏觀上得出重慶市的滑坡誘發(fā)因素主要有降水、人類活動、自然災害、水庫水的漲落，滑坡密度高發(fā)區(qū)集中在主城區(qū)及忠縣、萬州區(qū)等為核心的三峽庫區(qū)[16～20]，基于已有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的滑坡風險預測模型構(gòu)建還缺乏系統(tǒng)的研究，同時對于重慶市各縣市的滑坡危險性分級評測未有涉及。

基于此，本文依據(jù)重慶市已有情況，從滑坡的發(fā)生發(fā)展的誘發(fā)因素及影響過程，選取10個指標，運用ArcGIS空間分析技術(shù)，采用定量與定性相結(jié)合的方法，構(gòu)建由地理環(huán)境因素、地質(zhì)構(gòu)造因素、人類活動因素組成的滑坡災害危險性評測體系，以期運用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建滑坡災害風險等級評價模型，對重慶市各個縣的滑坡災害危險性進行評價，為重慶市旅游地地質(zhì)災害防范提供理論基礎(chǔ)。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

重慶市地處我國西南部，是我國直轄市、國家中心城市，跨東經(jīng)105°11′～110°11′、北緯28°10′～32°13′，是我國著名的山城，山地面積占76%，是國家歷史文化名城，旅游資源豐富，擁有世界文化遺產(chǎn)1處，國家5A級景區(qū)7個，4A級景區(qū)達76個，2016年全市接待境內(nèi)外游客達到4.51億人次，實現(xiàn)旅游總收入2645.21億元，居2016年中國旅游城市吸引力排行榜第三，僅次于上海和北京。然而，重慶市2016年地質(zhì)災害發(fā)生數(shù)量排名全國前十，由地質(zhì)災害造成的經(jīng)濟損失、人員傷亡失蹤也排名全國前十，1950～2011年間發(fā)生滑坡災害16500多起，是西南地區(qū)受地質(zhì)災害影響的典型區(qū)域。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文關(guān)于重慶市山體滑坡災害危險性評價的10個指標，其中高度與坡度數(shù)據(jù)是根據(jù)中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心(地理空間數(shù)據(jù)云)的GDEM數(shù)據(jù)集中的2015年重慶市30 m DEM數(shù)據(jù)提取獲得；多年平均降水量數(shù)據(jù)為中國氣象科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)上的重慶市11個區(qū)域內(nèi)和14個區(qū)域外的站點的多年平均降水量數(shù)據(jù)進行克里金插值處理得到；NDVI數(shù)據(jù)源自地理空間數(shù)據(jù)云平臺的MOD13Q1數(shù)據(jù)集，預處理過程中對2015全年的NDVI 產(chǎn)品求年平均，再進行重分類，得到研究區(qū)重慶

市的NDVI指標數(shù)據(jù)；巖性數(shù)據(jù)參考1：2500000中國地質(zhì)圖，進行矢量化處理，裁剪出重慶市巖性數(shù)據(jù)；城鎮(zhèn)、河流、人口密度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是2015年遙感影像解譯數(shù)據(jù)，影像源自國際科學數(shù)據(jù)服務(wù)平臺；地震點、斷裂帶、滑坡數(shù)據(jù)來自重慶市地質(zhì)災害防治相關(guān)圖件矢量化。

3 研究方法

3.1 評價體系構(gòu)建

在綜合其他學者相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，本著代表性、可操作性為原則，本文根據(jù)滑坡發(fā)生發(fā)展的誘發(fā)因素及影響過程選取山地滑坡災害相關(guān)的10個具體指標，分別為坡度、高程、巖性、多年平均降水量、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、地震密度、距河流距離、斷裂帶距離、人口密度、距城鎮(zhèn)距離，將10個指標的原始數(shù)據(jù)，通過插值工具、核密度工具、緩沖區(qū)工具將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形數(shù)據(jù)，并重分類為山地滑坡災害相關(guān)的三類因素，分別為地理環(huán)境因素、地質(zhì)構(gòu)造因素及人類活動因素，用來綜合評價重慶市各縣市滑坡災害危險性等級(圖1)。

圖1 重慶市滑坡危險性等級評價體系構(gòu)建

3.1.1 地理環(huán)境因素

地理環(huán)境因素對滑坡的影響是直接的、深刻的，是形成山地滑坡災害的基礎(chǔ)和根本，在山地滑坡災害研究中具有不可代替的作用。本文選取坡度、高程、NDVI 、巖性、距河流距離及多年平均降水量6個指標作為滑坡發(fā)生的影響因子：①坡度是滑坡的前提條件之一，以往研究表明坡度與滑坡之間存在一定的關(guān)系，坡度越高，對滑坡影響越大；②高程的大小對滑坡體具有的勢能大小有著直接影響，進而影響到滑坡的危險程度，高程越大，滑坡的危險度越高；③歸一化植被指數(shù)能夠很好地反映地表覆被情況，而植被能夠保水固土，植被覆蓋及地表水的搬運、侵蝕會影響岸坡穩(wěn)定性，影響滑坡的發(fā)生發(fā)展，NDVI指數(shù)越高，滑坡概率越??；④巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造決定斜坡巖牢固性、可破壞性，為滑坡發(fā)生、發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)，本文參考相關(guān)研究，將地質(zhì)圖矢量化并數(shù)提取研究區(qū)巖石類型信息，并分為5個等級巖組(Ⅰ.砂巖、砂泥夾白云巖等巖組，Ⅱ.泥砂巖、互層巖巖組，Ⅲ.變質(zhì)巖、漿巖巖組，Ⅳ.碳酸鹽巖巖組，Ⅴ.黏土、砂卵礫石巖組)，等級越高，在外力作用下越容易發(fā)生滑坡；⑤河流是滑坡體的最終歸集地，距離河流長短決定滑坡體的影響范圍，同時滑坡體進入河流，對河流產(chǎn)生一系列影響，進而增加滑坡災害的危險性，距離河流越近，滑坡影響越大；⑥降水是引起山地滑坡發(fā)生的主要外界因子，滑坡的發(fā)生數(shù)量、規(guī)模與持續(xù)過程降雨及暴雨量等的關(guān)系十分明顯，降水入滲會減小土體的抗剪度及土體與基巖的摩擦阻力，并增加土體重度和內(nèi)部的動水壓力，從而誘發(fā)地質(zhì)災害，降水量越大，滑坡發(fā)生概率越大。

3.1.2 地質(zhì)構(gòu)造因素

地質(zhì)構(gòu)造因素是山地滑坡發(fā)生的內(nèi)營力，特別是地震和斷裂帶對山地滑坡產(chǎn)生具有重要的影響，因此選用地震點核密度和距斷裂帶距離2個指標。①地震產(chǎn)生的地震力直接作用于斜坡巖土導致滑坡災害的發(fā)生，且脆弱山坡中積累的損害可能會受該地區(qū)先前地震遺留的影響，地震點核密度代指地震帶分布的空間集聚狀況，地震點核密度越高，滑坡越容易發(fā)生；②中國的大陸地震主要受活動構(gòu)造的控制，易發(fā)生地震災害的環(huán)境往往是地質(zhì)構(gòu)造極為復雜、斷裂發(fā)育、巖石破碎，從而間接影響滑坡災害的發(fā)生，滑坡災害發(fā)生受距離活動斷裂帶距離的控制，距離斷裂帶越近，滑坡發(fā)生可能性越高。

3.1.3 人類活動因素

人類工程活動和經(jīng)濟建設(shè)對自然環(huán)境進行破壞一定程度上造成滑坡災害的可能性，基于可行性原則，本文選用距城鎮(zhèn)距離及人口密度來作為滑坡災害性的評價因素。①人口密度一定程度上反映區(qū)域人口活動的強度，人口活動強度對區(qū)域地形地貌、植被環(huán)境都具有一定影響，也就間接影響到山地滑坡災害，因此本文認為人口密度越高，滑坡災害性等級越高；②距離城鎮(zhèn)的距離影響到滑坡對城鎮(zhèn)潛在的危險程度，也能在一定程度上反映山地滑坡危險性，距離越近，災害等級越高。

3.2 指標權(quán)重確定

每個評價因子對滑坡的影響是不同的，合理的確定每個滑坡因子的貢獻率才能確保評價的準確性。本文引用已有學者相關(guān)研究成果[21]，并運用AHP法確定指標權(quán)重，如表1所示。

表1 滑坡災害危險性評價因子權(quán)重賦值表

3.3 評價模型

GIS疊加分析是對某一地區(qū)的相同比例尺的多層矢量數(shù)據(jù)進行空間邏輯上的運算，以獲得對某一地區(qū)的綜合分析，來滿足用戶的需求。在矢量柵格數(shù)據(jù)內(nèi)部，像元之間的各種運算來實現(xiàn)疊加運算，而進行疊加運算時的各層面數(shù)據(jù)是運用數(shù)學關(guān)系建立的，通過疊加運算來發(fā)現(xiàn)某地新的空間規(guī)律或空間變化。設(shè)兩個圖層Xij(i=1，m；j=1，n)，Yij(i=1，m；j=1，n)，Zij=(i=1，m；j=1，n)，則矢量柵格的邏輯運算規(guī)則為

本文首先利用歐幾里德度量即歐式距離法來測算兩點間的真實距離，即測算滑坡危險性評級的距離河流距離、距離斷裂帶距離、距離城鎮(zhèn)距離3個指標，其二維空間表達式為

(1)

式(1)表示X與Y的歐式距離，其中X1，Y1代表X點的橫坐標和縱坐標，X2，Y2表示Y的橫坐標和縱坐標，并根據(jù)測算結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫；同時運用經(jīng)驗貝葉斯克里金插值法計算出各地的年平均降水量以及人口密度指標得到兩個因子的數(shù)據(jù)庫；運用核密度方法得到地震點核密度數(shù)據(jù)庫；并運用GIS其余空間分析方法提取高程、巖性、坡度、NDVI數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。根據(jù)確定好的各評價因子權(quán)重，利用已經(jīng)建好的10個指標數(shù)據(jù)庫進行GIS疊加分析，文中運用Arcgis10.2軟件中的加權(quán)疊加方法進行矢量柵格疊加分析，加權(quán)疊加公式為

A=∑Bn×Wn，

(2)

式(2)中A為疊加結(jié)果，Bn代表第n個指標的矢量柵格分析圖層，Wn為第n個指標的權(quán)重值。

根據(jù)疊加法則，設(shè)y1為地理環(huán)境因素，y2為地質(zhì)構(gòu)造因素，y3為人類活動因素，x1～x6為y1的6個因子，x7～x8為y2的2個因子，x9～x10為y3的2個因子，f函數(shù)表示各層上屬性與用戶需求之間的關(guān)系，則最終滑坡危險性評價加權(quán)疊加用公式可表示為

C=f(y1，y2，y3)，

(3)

式(3)中y1=f(x1，…x6)，y2=f(x7，x8)，y3=f(x9，x10)，C為疊加結(jié)果。

4 結(jié)果與分析

4.1 評價因子分析

以重慶市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)將滑坡災害危險性評價的10個指標數(shù)據(jù)庫進行信息量提取并按照自然斷點法進行分類，將分類后的數(shù)據(jù)歸一化，并按照單一因素滑坡災害誘發(fā)危險性概率重分類為5個等級，等級越高，對滑坡危險性貢獻越大，制作10個指標不同等級空間分異圖(圖2)，并按照自然環(huán)境因素、地質(zhì)構(gòu)造因素、人類活動因素進行加權(quán)疊加得到不同等級分布圖(圖3)。

由圖2可知，10個指標距河流距離與距城鎮(zhèn)距離等級全市較高空間分異不明顯；坡度與高程較為接近，東北部大巴山山脈、東南部與南部有巫山、大婁山等山脈，整體東部高于等級高于西部；年平均降水東南部、東北部等級最高；NDVI等級西部高于東部，最高區(qū)域為長江流域；巖性等級分布于坡度與高程相反；地震點核密度等級最高區(qū)域分布在巫山縣、纂江縣、南川縣以及榮昌縣；距斷裂帶距離整個市域等級較高，等級最高區(qū)域在大巴山、巫山等褶皺帶上；人口密度等級自西向東遞減。

如圖3所示，重慶市滑坡危險性評價地理環(huán)境因素危險性等級整體較高，達3.13，在全市中地理環(huán)境因素評價危險性較高的區(qū)域為開縣、云陽縣、萬州區(qū)、忠縣、梁平縣、豐都縣、涪陵區(qū)等長江主干流流域。地質(zhì)構(gòu)造因素危險性評價全市空間分異較大，平均等級達2.7，滑坡危險性等級較高的區(qū)域主要集中在斷裂帶周邊，城口縣、巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)縣東部區(qū)域組成的大巴山斷褶帶，萬州區(qū)、石柱土家族自治縣、豐都縣、武隆縣、北碚區(qū)、璧山縣、永川區(qū)所處斷裂帶都屬于高風險區(qū)域。人類活動滑坡危險性評價全市整體等級較高，西部區(qū)域尤為明顯。

圖2 重慶市滑坡災害危險性10個指標等級空間分異

圖3 重慶市滑坡災害三類因素危險性等級空間分異

4.2 重慶市滑坡災害危險性評價

將通過加權(quán)疊加處理好的重慶市滑坡風險地理環(huán)境因素、地質(zhì)構(gòu)造因素及人類活動因素等級數(shù)據(jù)再一次進行GIS加權(quán)疊加運算，并按照自然斷點法進行分級，得到最終的重慶市滑坡災害危險性等級分布圖，等級越高，滑坡災害危險性越大(圖4)，同時提取各等級面積信息，得到各等級面積所占百分比分別為1級滑坡風險地區(qū)占總面積的10.24%，2級占27.2%，3級占33.3%，4級占20.7%，5級占總面積的8.55%。可知，重慶市全市滑坡風險災害等級3級、4級占比非常大，滑坡災害風險等級較高的區(qū)域主要分布在長江三峽庫區(qū)的開縣、云陽縣、萬州區(qū)、忠縣等地區(qū)，同時長江主干流流域如嘉陵江流域北碚區(qū)高滑坡風險等級較高，此外東北部沿大巴山山麓滑坡災害風險等級也較高。就整體區(qū)域而言東部滑坡災害危險性大于西部，北部地區(qū)大于南部，評

圖4 重慶市滑坡災害危險性等級空間分異

價結(jié)果空間分布與地理環(huán)境因素等級評價結(jié)果的相似度較高。

為進一步明晰重慶市滑坡災害危險性的詳細分布，提取各個縣的滑坡災害風險等級面積數(shù)據(jù)比上每個縣的總面積，得到重慶市各個縣滑坡災害危險性各等級所占百分比，同時對5個滑坡災害風險等級分別賦值為1-5，等級越高，分值越高，將各個縣每個滑坡風險等級所占面積比乘以其等級所附分值再求和，得到各個縣滑坡危險性分數(shù)如表2所示。由表3可知，位于東部的長江三峽腹心、三峽庫區(qū)淹沒縣石柱土家族自治縣5級滑坡災害風險面積占51%，居重慶市滑坡災害危險性最高，石柱土家族自治縣海拔較高，且雨水充沛，處于渝東褶皺地帶與長江上游，滑坡危險性大，但是其NDVI等級高，即森林覆蓋率較高，一定程度上降低滑坡災害的擴大；其次是位于重慶西北部的主城區(qū)之一的北碚區(qū)居滑坡災害危險性居第2位，北碚區(qū)4級以上滑坡災害危險性區(qū)域占到總區(qū)域面積的73%，該人口密度大，嘉陵江穿流而過，巖組較容易發(fā)生突變，增加了滑坡災害的危險性；位于三峽庫區(qū)的萬州區(qū)、云陽縣、忠縣、豐都縣、開縣，滑坡災害危險性得分較高，在全市危險性排名居前10，其中萬州區(qū)4級以上的滑坡災害危險性面積占總區(qū)域面積的70.9%，排名第3；位于重慶西部、大都市區(qū)內(nèi)的璧山縣與渝北區(qū)滑坡災害危險性3級以上的區(qū)域占比分別超90%與80%，危險性排名居全市第5和第7；城口縣位于川、渝、陜?nèi)〗唤缣帲幱诖蟀蜕交⌒螖囫迬?，海拔較高，滑坡災害危險性3級以上占比達77%，居全市第9；位于西北角的潼南縣為盆地淺山地區(qū)，遠離地震與斷裂帶，滑坡災害危險性全市最小。

表2 重慶市各縣市滑坡災害危險性等級分布詳細表

續(xù)表2

縣/區(qū)名稱滑坡災害危險性各等級所占面積百分比1級(%)2級(%)3級(%)4級(%)5級(%)危險性得分排名巴南縣12.5331.5643.6311.690.592.56324長壽區(qū)8.1045.8738.057.150.832.46725榮昌縣0.5655.0342.511.780.122.45926綦江縣20.6531.1336.0611.230.922.40627大足縣3.3660.1131.214.710.622.39128巫山縣18.8737.1834.618.680.672.35129墊江縣9.9863.3719.925.890.832.24230彭水苗族土家族自治縣35.0340.5318.524.731.201.96531潼南縣24.7865.069.750.420.00081.85832

4.3 重慶市滑坡災害危險性評價模型驗證

將重慶市多年等級以上的地質(zhì)災害圖件進行矢量化，并提取圖件中的滑坡點，與評價出的滑坡災害風險等級矢量圖進行疊加，來驗證評價結(jié)果，如圖5所示，整體擬合度較好，根據(jù)本文模型評價出的中高等級風險區(qū)，滑坡較為密集，城口縣、開縣、云陽縣、萬州區(qū)表現(xiàn)尤為突出。但是在重慶東北部巫山縣存在一個密集滑坡點，由于巫山縣處于長江三峽庫區(qū)腹心，跨長江巫峽兩岸，年降水量分布不均，集中在夏季且多暴雨，同時受人類開礦等因素影響形成滑坡聚集區(qū)，其滑坡多發(fā)生在長江及主要支流一帶，海拔在400 m以下[22]，在本文評價模型中，巫山縣3級以上較多，但在全市排名較為靠后，后續(xù)應加強模型實測能力。

圖5 重慶市滑坡災害危險性等級預測與實際滑坡點的擬合

5 結(jié)論與討論

(1)重慶市滑坡危險性評價地理環(huán)境因素危險性等級整體較高，達3.13，危險性較高的區(qū)域為開縣、云陽縣、萬州區(qū)、忠縣、梁平縣、豐都縣、涪陵區(qū)等長江主干流流域。地質(zhì)構(gòu)造因素危險性評價全市空間分異較大，平均等級達2.7，滑坡危險性等級較高的區(qū)域主要集中在斷裂帶周邊。人類活動滑坡危險性評價全市整體等級較高，西部區(qū)域尤為明顯。

(2)重慶市滑坡災害風險等級較高區(qū)域面積較大，5級占區(qū)域面積的8.55%，4級占20.7%，3級占33.3%，2級占27.2%，1級占10.24%，就整體區(qū)域而言東部滑坡災害危險性大于西部，北部地區(qū)大于南部，三峽庫區(qū)及長江干流區(qū)域及大巴山脈區(qū)域滑坡災害危險性等級較高，評價結(jié)果空間分布與地理環(huán)境因素等級評價結(jié)果的較為接近。

(3)重慶市各縣區(qū)滑坡災害危險性等級排名前3的縣市分別是三峽庫區(qū)的石柱土家族自治縣與萬州區(qū)，以及西北部主城區(qū)北碚區(qū)，其余三峽庫區(qū)云陽縣、忠縣、豐都縣、開縣，以及西北部大都市區(qū)內(nèi)的璧山縣與渝北區(qū)都在前十，危險性等級較高。位于西北角的潼南縣為

本文設(shè)計的重慶市滑坡災害危險性等級評價模型在全市區(qū)域驗證性較好，三峽庫區(qū)表現(xiàn)最為明顯，但是同樣為三峽庫區(qū)的巫山縣受地理位置、降水因素的影響導致成為滑坡實際高危區(qū)，本模型由于坡度與高程的設(shè)置導致模型驗證性不足。導致滑坡的因素非常多，如何能夠根據(jù)區(qū)域特殊性構(gòu)建合理的滑坡災害評價模型應予以進一步的思考。

同時，滑坡影響旅游基礎(chǔ)設(shè)施尤其是旅游公路的暢通，對旅游安全造成一定的影響，本文研究的滑坡高危區(qū)域為三峽庫區(qū)及主城區(qū)，而三峽庫區(qū)與主城區(qū)又為重慶市旅游重要區(qū)域，地質(zhì)災害對旅游可持續(xù)發(fā)展的影響、旅游地如何提高自身基礎(chǔ)設(shè)施以提高地質(zhì)災害的應對能力都值得進一步的思考。