云南省鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子篩選及危險(xiǎn)性分區(qū)

余飛燕，呂蒙，楊軍

1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，云南昆明650093；2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，云南昆明650504

云南省鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子篩選及危險(xiǎn)性分區(qū)

余飛燕1，呂蒙1，楊軍2

1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，云南昆明650093；2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，云南昆明650504

綜合環(huán)境地質(zhì)學(xué)、自然地理學(xué)等學(xué)科的理論和方法，對(duì)野外實(shí)地調(diào)查及室內(nèi)整理的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型計(jì)算，系統(tǒng)研究了鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)空分布規(guī)律.基于GIS疊加分析功能，得出鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因子，采用滑坡確定性系數(shù)（CF）法對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害各個(gè)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行量比，并根據(jù)主要致災(zāi)因子數(shù)據(jù)與滑坡形成有利級(jí)別進(jìn)行多元線性回歸模型的建立，最終獲得適用于鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子的多元線性回歸模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)，得到各個(gè)分區(qū)的分布情況.

滑坡；多元線性回歸模型；CF；致災(zāi)因子；云南省鎮(zhèn)雄縣

0 引言

鎮(zhèn)雄縣已發(fā)現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害111個(gè)，屬于滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，滑坡頻繁發(fā)生.據(jù)報(bào)道，2012年7月21日，鎮(zhèn)雄縣持續(xù)強(qiáng)降雨天氣使洪水肆虐、山體滑坡、房屋垮塌，致7人死亡、2人失蹤、3人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失3.15億元.2013年1月11日鎮(zhèn)雄縣果珠鄉(xiāng)高坡村趙家溝村民組發(fā)生嚴(yán)重山體滑坡事故，造成46人死亡，多戶人家被埋.地質(zhì)災(zāi)害給鎮(zhèn)雄縣人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失，所以對(duì)鎮(zhèn)雄縣進(jìn)行滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子篩選及其危險(xiǎn)性分區(qū)研究十分有意義.

本文通過(guò)野外調(diào)查和室內(nèi)分析，初步分析了鎮(zhèn)雄縣滑坡發(fā)育控制因素和主要影響因素，并采用滑坡確定性系數(shù)（CF）方法對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害各個(gè)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，消除定性數(shù)據(jù)人為主觀因素的影響，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)均為客觀的定量數(shù)據(jù)，保障分析結(jié)果的客觀性.應(yīng)用多元線性回歸模型計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)各單元格地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率，對(duì)整個(gè)鎮(zhèn)雄縣的滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了區(qū)劃.

1 研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件

鎮(zhèn)雄縣區(qū)域構(gòu)造上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)婁山弧形箱形褶皺區(qū)，屬于滇東、滇東北新華夏系、華夏系構(gòu)造體系.區(qū)內(nèi)以多字型構(gòu)造較為發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造形跡以褶皺為主，向、背斜構(gòu)造的相間排列及斷裂構(gòu)造的錯(cuò)移，致使巖體褶曲破壞嚴(yán)重，巖體多呈塊狀、碎塊狀，斷層帶附近，巖體更為破碎，呈斷層角礫巖，為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成及發(fā)展孕育了條件.

區(qū)內(nèi)地層出露較齊全，除第三系、泥盆系地層外，其他地層均有出露，尤以二疊系、三疊系較為發(fā)育，且上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖分布廣泛.各時(shí)代地層之間均呈整合或假整合接觸，其主要巖性為淺海相碳酸鹽巖、碎屑巖，其次是濱海相、海陸相交互相的砂巖、泥巖、頁(yè)巖和含煤建造.第四系沉積類型單一，山間小盆谷堆積.偶見(jiàn)河流階地，厚度小.地層巖性巖相的特殊分布，以及二疊系、三疊系地層中以軟巖、軟硬相間巖（巖組）為主，在地形陡峭地段易形成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害.

研究區(qū)以構(gòu)造侵蝕峽谷中—高山地形地貌為主，水資源較為發(fā)育，縣內(nèi)大小河流共有21條，徑流長(zhǎng)度超過(guò)10 km的河流共17條，另有遍布全縣的大小沖溝不計(jì)其數(shù)，地表河流、沖溝支流天然落差較大，河流河床陡險(xiǎn)多石，河水流量受控于降水量的時(shí)空分布明顯，豐、枯季節(jié)各河流水流量變化較大，洪峰流量亦大小不一.

同時(shí)，鎮(zhèn)雄縣干濕季明顯，冬天較長(zhǎng)，氣溫相差大，氣溫的急劇變化加速了巖體的風(fēng)化，巖土體力學(xué)性質(zhì)降低，為滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供了條件.鎮(zhèn)雄縣降雨時(shí)空分布不均，降雨主要集中在每年的6～8月份.干季，巖體干燥，風(fēng)化強(qiáng)烈.雨季降雨時(shí)間長(zhǎng)，軟化土體，抗剪強(qiáng)度急劇降低.暴雨、持續(xù)強(qiáng)降雨，松散土體處于飽和狀態(tài)，形成強(qiáng)烈的地表徑流，沖刷和淘蝕斜坡腳，容易誘發(fā)老滑坡復(fù)活，新滑坡隨之產(chǎn)生.

2 研究方法

本文所采取的數(shù)據(jù)量化及分析方法為滑坡確定性系數(shù)（CF）分析方法［1-3］.該方法是一種結(jié)合確定性系數(shù)（CF）來(lái)分析影響滑坡發(fā)生的各個(gè)因素敏感性的方法.滑坡確定性系數(shù)（CF）分析方法為一個(gè)概率函數(shù)，最早由E.H.Shortliffe和B.G.Buchanan［4］提出，由D. Heckerman［5］進(jìn)行完善改進(jìn)，具體表示為：

式中：PPa為因子分級(jí)a中發(fā)生滑坡的條件概率，可表示a單元中的滑坡面積百分比值；PPs為事件在整個(gè)研究區(qū)中發(fā)生的先驗(yàn)概率，表示為整個(gè)研究區(qū)的滑坡面積百分比值.

通過(guò)式（1）的函數(shù)轉(zhuǎn)化，CF為［-1，1］.正值代表事件發(fā)生確定性的增長(zhǎng)，即滑坡變形失穩(wěn)的確定性高；負(fù)值代表確定性的降低，表示滑坡變形失穩(wěn)的確定性低；接近于0值，代表先驗(yàn)概率與條件概率十分接近，事件發(fā)生的確定性不能進(jìn)行確定.

計(jì)算出每一數(shù)據(jù)層的CF后，需要將不同數(shù)據(jù)層的CF進(jìn)行合并.假定要合并的兩數(shù)據(jù)層的CF值分別為x和y，合并得到的結(jié)果為Z，合并的公式如下：

每個(gè)因子數(shù)據(jù)層的CF計(jì)算及合并均在ArcGIS軟件中進(jìn)行.按一定的規(guī)則對(duì)合并后得到的Z值進(jìn)行重新劃分，得到滑坡形成條件分區(qū)結(jié)果.通過(guò)對(duì)比已有滑坡數(shù)據(jù)，可確定每一種致災(zāi)因子對(duì)滑坡發(fā)生的影響程度，從而確定滑坡主要致災(zāi)因子.

3 滑坡主要致災(zāi)因子的篩選

3.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因子敏感性分析

滑坡災(zāi)害是各種內(nèi)外影響因素綜合作用的產(chǎn)物，涉及地形地貌、地質(zhì)環(huán)境，以及水文動(dòng)力等方面，滑坡災(zāi)害影響因素的選取是危險(xiǎn)性研究的基礎(chǔ).根據(jù)鎮(zhèn)雄縣具體情況以及資料收集情況，選擇了高程、坡度、起伏度、巖性（巖組）等8個(gè)因子來(lái)進(jìn)行致災(zāi)因子敏感性分析.

3.1.1 高程

鎮(zhèn)雄縣地處烏蒙山脈北緣斜坡山地，處于金沙江南岸，總體地勢(shì)西南高、東北低，全縣最低高程520 m，最高高程2416 m，縣境內(nèi)最大高差達(dá)1896 m.本文將高程因子分為小于700 m、700～1200 m、1200～1700 m、1700～2200 m以及大于2200 m等5類.通過(guò)（1）式得到的CF值可知高程因子中700～1200 m滑坡易發(fā)性高.

3.1.2 坡度

在平緩地帶，滑坡是很難形成的.斜坡失穩(wěn)形成滑坡一般發(fā)生在小于60°的地帶，超過(guò)60°，斜坡失穩(wěn)一般以崩塌的形式出現(xiàn).鎮(zhèn)雄縣屬于山區(qū)，坡度變化明顯，高坡度地區(qū)主要集中在鎮(zhèn)雄縣中東部地區(qū)，坡度高達(dá)50°，中部及中西部相對(duì)平緩.本文將坡度因子分為4類，通過(guò)（1）式得到坡度分級(jí)及CF值（見(jiàn)表1）.由表1可知坡度因子5～15°滑坡易發(fā)性高.

表1 坡度分級(jí)及CF值Table 1 Slope grading and CF values

3.1.3 起伏度

起伏度為特定區(qū)域內(nèi)（30 m×30 m柵格單元內(nèi)）的相對(duì)高差.本文為了方便后期數(shù)據(jù)分析，引入起伏度的概念對(duì)地形變化進(jìn)行量化.鎮(zhèn)雄縣境內(nèi)山高坡陡，溝谷縱橫，主要為山區(qū)，面積占縣域總面積的46%.本文將起伏度因子分為5類.起伏度分級(jí)及CF值見(jiàn)表2.由表2可知起伏度因子中30～200 m滑坡易發(fā)性高.

表2 起伏度分級(jí)及CF值Table 2 Grading of relief amp litude and CF values

3.1.4 巖性（巖組）

鎮(zhèn)雄縣巖體總體以沉積巖為主，主要巖性為碳酸鹽巖、碎屑巖，第四系沉積類型單一，為山間小盆谷堆積、偶見(jiàn)河流階地，厚度小.本文將巖性因子分為堅(jiān)硬巖組、半堅(jiān)硬巖組、軟弱巖組、松散巖巖組等4類.通過(guò)（1）式得到的中半堅(jiān)硬巖組滑坡易發(fā)性高，CF值為0.681.

3.1.5 坡向

有學(xué)者研究認(rèn)為，斜坡的朝向可能也與滑坡的易發(fā)性程度有關(guān)，但要因地區(qū)而異.本文根據(jù)斜坡朝向?qū)⑵孪蛞蜃臃譃闁|、西、南、北與平地等5個(gè)二級(jí)因子.其中北朝向指角度在0～45°與315～360°范圍內(nèi)，東朝向?yàn)槠孪蚪嵌仍?5～135°范圍內(nèi)，南朝向?yàn)槠孪蚪嵌仍?35～225°范圍內(nèi)，西朝向?yàn)槠孪蚪嵌仍?25～315°范圍內(nèi).通過(guò)CF分析得到坡向南區(qū)段滑坡易發(fā)性高.

3.1.6 與水系距離

總體上，鎮(zhèn)雄縣水資源發(fā)育，地表河流天然落差較大，河流河床陡險(xiǎn)多石，河流兩側(cè)邊坡前緣常年受水浸潤(rùn)，土體之間的摩擦力減小，土體的抗滑力下降，引發(fā)了大量滑坡.本文將鎮(zhèn)雄縣與主要水系的距離因子劃分為與水系距離小于200、200～400、400～600 m以及大于600 m 4級(jí).通過(guò)（1）式的函數(shù)轉(zhuǎn)化得到每個(gè)區(qū)段的CF值，通過(guò)CF分析得到距離水系200～400 m區(qū)段是滑坡易區(qū)域.

3.1.7 與道路距離

在道路的修建和運(yùn)營(yíng)過(guò)程，對(duì)于斜坡土體有一個(gè)擾動(dòng)作用，可能破壞土體的平衡，尤其是在土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí).故本文將公路基礎(chǔ)建設(shè)作為滑坡的一個(gè)誘發(fā)因子.本文取鎮(zhèn)雄縣主要道路為研究對(duì)象，與道路距離因子分為小于500、500～1000、1000～1500 m以及大于1500 m 4級(jí).通過(guò)CF分析，與道路距離在小于500 m區(qū)段滑坡易發(fā)性高，即敏感性高.

3.1.8 降雨

眾所周知，降雨是引發(fā)滑坡發(fā)生的最為普遍的因素之一，特別是暴雨和綿綿細(xì)雨的危害更大.根據(jù)對(duì)鎮(zhèn)雄縣滑坡的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，全縣共有滑坡地質(zhì)災(zāi)害111處，發(fā)育中型滑坡52個(gè)，小型滑坡37個(gè)，大型滑坡22個(gè).這些滑坡全部具備了滑坡發(fā)生的必要條件，其出發(fā)因素絕大多數(shù)是降雨.鎮(zhèn)雄縣降雨量時(shí)間分配極不均勻，主要集中在6～8月，占全年總量的76%，境內(nèi)多年平均降雨量為923.6 mm.本文根據(jù)年暴雨天數(shù)劃分了4類：小于1天、1～2天、2～3天及大于3天.通過(guò)CF分析，年暴雨天數(shù)在大于3天區(qū)段滑坡易發(fā)性高.

3.2 主要致災(zāi)因子的篩選

基于上述對(duì)于選取的各個(gè)致災(zāi)因子的敏感性分析，根據(jù)公式（2）對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)層進(jìn)行合并，合并字段為CF值.首先將其中2個(gè)因子數(shù)據(jù)層進(jìn)行合并形成新的數(shù)據(jù)層，再將另外一個(gè)因子數(shù)據(jù)層與新的數(shù)據(jù)層合并，直到所有數(shù)據(jù)層均合并為止.為了使合并結(jié)果便于解釋，將合并圖層的CF字段值進(jìn)行分級(jí)，分為3級(jí).劃分的標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)級(jí)別的意義如表3所示.

表3 CF級(jí)別劃分Table 3 Level grading of CF values

通過(guò)對(duì)滑坡主要致災(zāi)因子的分析，得出巖性（巖組）、坡度、坡向、起伏度、與水系距離、與道路距離、降雨量等因子能作為影響鎮(zhèn)雄縣滑坡發(fā)育的主要因子.

4 滑坡危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果及其評(píng)價(jià)

4.1 回歸模型的建立

統(tǒng)計(jì)學(xué)中回歸的含義是指：變量之間定量的依存關(guān)系［6-10］.

標(biāo)準(zhǔn)的線性回歸方程［11-14］如下：

將回歸原理用于滑坡形成條件分析中，βi表示各致實(shí)因子回歸系數(shù)；xi表示各致災(zāi)因子指標(biāo)值，取值范圍［-1，1］.因變量Y就是滑坡形成條件有利級(jí)別，取值范圍［1，6］.

隨機(jī)選取局部區(qū)域柵格單元（本文隨機(jī)選取200個(gè)柵格作為樣本數(shù)據(jù)），采用各因子數(shù)據(jù)類CF值作為回歸模型的自變量，滑坡形成條件有利級(jí)別作為因變量，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，進(jìn)行多元線性回歸分析，得到鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要因子的回歸模型，如表4.

表4 滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要因子回歸分析表Table 4 Regression analysis of major factors of landslide disaster

將最終統(tǒng)計(jì)量帶入（3）得出：Y=3.176+1.843×x1+…+1.121×x7

式中：x1，x2，x3……x7，分別代表巖性（巖組）、坡度、坡向、與水系距離、與道路距離、起伏度及降雨等致災(zāi)因子的CF值.

表4中顯著性水平sig.均接近于零，說(shuō)明自變量對(duì)因變量均有顯著影響.

4.2 回歸模型的檢驗(yàn)

根據(jù)所得回歸模型，進(jìn)行主要致災(zāi)因子圖層疊加分析，得到最終滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度分區(qū)結(jié)果（如圖1所示）.分別統(tǒng)計(jì)各分區(qū)覆蓋的區(qū)域面積，結(jié)果如表5所示.

由上表可以看出，已發(fā)的滑坡主要集中在高危險(xiǎn)區(qū)域，而歷史上很少發(fā)生滑坡的地區(qū)滑坡分布相對(duì)稀疏.這一結(jié)果表明所建模型分區(qū)符合歷史上滑坡分布現(xiàn)狀.因此，所建鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子多元線性回歸模型合理、有效.

表5 危險(xiǎn)性分區(qū)統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of risk zoning

高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在鎮(zhèn)雄縣縣城、潑機(jī)鎮(zhèn)、牛場(chǎng)鎮(zhèn)、羅坎鎮(zhèn)、塘房鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)（圖1）.區(qū)內(nèi)主要巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖、頁(yè)巖夾灰?guī)r，其特點(diǎn)是滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育集中，活動(dòng)頻繁、穩(wěn)定性差.區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育59個(gè).

不確定區(qū)主要分布在鎮(zhèn)以古鄉(xiāng)、花山鄉(xiāng)、以勒鎮(zhèn)、牛場(chǎng)鎮(zhèn)、場(chǎng)壩鎮(zhèn).區(qū)內(nèi)主要巖性為塊狀灰?guī)r、生物灰?guī)r、假鮞狀灰?guī)r、厚層狀灰?guī)r，局部夾鮞狀灰?guī)r，生物灰?guī)r.區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育22個(gè).

低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在鎮(zhèn)五德鎮(zhèn)、羅坎鎮(zhèn)、以勒鎮(zhèn)、場(chǎng)壩鎮(zhèn).區(qū)內(nèi)主要巖性為灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰、青灰色灰?guī)r.區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育30個(gè).

5 結(jié)論

根據(jù)鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)條件研究，本文得出以下結(jié)論.

1）分析得出所選各個(gè)致災(zāi)因子的敏感區(qū)段，高程：700～1200 m；坡度：5～15°；起伏度：30～200 m；巖性（巖組）：半堅(jiān)硬巖組；坡向：南；與水系距離：200～400 m；與道路距離：小于500 m；降雨：暴雨大于3天.

2）根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害確定性系數(shù)CF值，確定了每個(gè)因子數(shù)據(jù)類的主要程度，之后采用各圖層依次疊加分析，得到巖性（巖組）、坡度、坡向、起伏度、與水系距離、與道路距離等6個(gè)致災(zāi)因子為鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因子.

3）根據(jù)篩選出的主要致災(zāi)因子進(jìn)行多元線性回歸分析得出其多元線性回歸模型，并疊加已發(fā)滑坡數(shù)據(jù)對(duì)多元線性回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn)，所能解釋的滑坡面積占總滑坡面積的84.27%，檢驗(yàn)結(jié)果較好.

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圖1 鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)圖Fig.1 Zonation map of geological landslide disaster in Zhenxiong County

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RISK ZONING AND DISASTER-INDUCING FACTOR SCREENING OF LANDSLIDE IN ZHENXIONG COUNTY,YUNNAN PROVINCE

YU Fei-yan1,LYU Meng1,YANG Jun2

1.College of Land and Resources,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China;2.College of Resource Environment and Earth Sciences,Yunnan University,Kunming 650504,China

Combining multi-disciplinary theories and methods like environgeology and physiography for field investigation and mathematical model calculation of indoor collected data,this paper systematically studies the space-time distribution regularity of the geological disaster of landslide in Zhenxiong County.Based on the GIS overlay analysis function,the major disaster-inducing factors of landslide are obtained.By quantizing each factor with certainty factor（CF）method,a multiple linear regression model with major disaster-inducing factor data and landslide-prone levels which is fit for the landslide in Zhenxiong is established.With the model,this region is zoned by the distribution of risk of landslide.

landslide;multiple linear regression model;CF;disaster-inducing factor;Zhenxiong County of Yunnan Province.

1671-1947（2015）02-0152-05

P642.22；P694

A

2014－09－02；

2014-11-27.編輯：李蘭英．

余飛燕（1985—），女，工程師，昆明理工大學(xué)在讀碩士，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，通信地址云南省昆明理工大學(xué)蓮華校區(qū)，E-mail//yfy26@qq.com