湖南省汨罗市历史上发生过多次重大滑坡事件。如2010年6月, 汨罗市遭遇特大暴雨洪灾, 诱发222处滑坡、620处泥石流、360处塌陷, 导致28万人受困, 163栋房屋倒塌, 经济损失高达3.1亿元^[1]。区内存在众多古滑坡, 如308公路旁大型岩土滑坡, 自1999年因路基开挖大范围复活后, 便不断向前滑行, 对周边居民造成重大影响^[2], 全域滑坡风险评价迫在眉睫。陈芯宇等^[3]采用确定性系数(certainty factors, CF)模型与支撑向量机对略阳县进行滑坡易发性评价并取得了较好成果; 王芳等^[4]利用逻辑回归、支持向量机及决策树方法对三峡库区进行滑坡易发性评价, 并考虑3种降雨工况, 获得了不同的滑坡危险性分布图。然而, 风险评价包括易发性、危险性、易损性和风险评价, 相关研究大多只涉及风险评价的一部分^{[5, 6]}, 并较少考虑滑坡后果。Xiao^[7]与He等^[8]强调了滑坡风险中考虑滑坡后果的重要性; Lu等^[9]也在开展滑坡风险评价时考虑了滑坡后果, 但研究方法只适用于单体滑坡; Zhang等^[10]对震后滑坡进行定量风险评价以进行土地利用规划, 但其研究结果只关注现有滑坡, 其他区域滑坡风险仍处于未知状态。汨罗市相关研究仅使用打分法判断国土资源环境承载力和土地适宜性^{[11, 12]}, 误差大, 对政府防灾减灾效益产生很大影响。因此, 亟需建立考虑滑坡后果的区域性全流程滑坡风险评价框架, 以预防和降低滑坡损失, 助力国家可持续发展。

本文收集汨罗市最新滑坡数据, 综合考虑高程、坡度、坡面等评价因子, 结合确定性系数模型和神经网络多层感知机(multi-layer perceptron, MLP)方法对汨罗市滑坡进行易发性评价; 在该基础上考虑降雨工况下的时间概率及事件概率对汨罗市滑坡危险性进行评价; 通过资料收集获取汨罗市建筑物、道路及滑坡威胁人口信息, 对汨罗市滑坡易损性进行评价; 最后采用矩阵等级划分法获取汨罗市滑坡风险评价结果。研究预期获取汨罗市全域滑坡风险分区图, 探知滑坡高风险区域, 为汨罗市滑坡防治及土地利用规划提供科学依据和决策支持。

汨罗市位于中国湖南省东北部, 处于幕阜山脉与洞庭湖平原过度地带, 属中亚热带季风潮湿气候区, 面积约1 562 km²。据汨罗市气象站1955— 2017年观察资料, 区内年平均温度为16.7~17.4 ℃, 多年平均降雨量为1 482.1 mm。地貌为北、西、南三面环山。地形多样复杂, 岗地、阶地、平原、丘陵、山地、湖泊交错, 区内最高峰玉池山达摩岭海拔为759 m, 区内相对高差为753.2 m, 坡降为1.46%。地貌类型依据其成因可分为侵蚀构造地貌、剥蚀构造地貌、构造剥蚀地貌、侵蚀堆积地貌和堆积地貌5种类型。境内有湘江(段)以及其他河流长度共4 km, 流域面积6.5 km²以上的河流有44条, 流域面积100 km²以上的河流有10条。据汨罗市滑坡调查数据统计(湖南国土局提供), 滑坡隐患点共142处(图1), 主要分布在县域中南部和东北部, 多发生于5— 8月雨季。滑坡对周边居民及建筑物、道路等基础措施造成严重损害(图2)。因此对该市进行滑坡风险评价对保护人民生命财产安全具有重大意义。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 汨罗市滑坡分布图Fig.1 Distribution of the landslides in Miluo City

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 典型滑坡灾害威胁对象Fig.2 Typical objects threatened by landslide

境内出露地层岩性简单, 第四系和古近系紫红色砂岩和泥岩较发育, 境内由新到老为第四系、古近系、元古界冷家溪群等, 分布最广的地层为第四系。研究区位于新华夏系巨型第二次沉降带的次一级隆起带, 最明显的构造为新华夏构造体系及NE向断裂。区内近期新构造运动较为强烈, 具有继承性特点, 其表现形式以振荡运动为特色, 大部分地区以抬升作用为主。区内第四系沉积分布、地貌景观特征、湖泊河流变迁等均与新构造运动的强度和分布有密切关系。

汨罗市滑坡分布广泛, 不同地区诱发因子不完全相同, 分析研究综合确定汨罗市滑坡易发性7个评价因子, 即高程、坡度、坡向、工程地质岩组、距断层距离、距水系距离和距道路距离(图3), 数据均由湖南省国土局提供。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 汨罗市滑坡易发性评价因子Fig.3 Landslide susceptibility evaluation factors in Miluo City

高程是表征区域宏观地貌的重要地形信息, 不同高程范围内植被类型、降雨量、人类活动、温度等都具有明显差异^[18]。汨罗市境内呈现出越往高处滑坡发育密度越高的趋势。根据汨罗市实际情况, 将高程按 [0, 50) m、[50, 100) m、[100, 150) m、[150, 200) m、[200, 250) m、[250, 300) m、[300, 350) m、≥ 350 m划分为8个等级。

坡度影响斜坡体应力大小和方向, 同时影响着不同地层之间的稳定性^[19]。基于斜坡坡度特征和滑坡发育情况将地形坡度划分为 [0° , 10° )、[10° , 20° )、[20° , 30° )、[30° , 40° )、[40° , 50° )、≥ 50° 共6个区间。

在山地地形中, 不同朝向山坡受到的太阳辐射、日照时间等环境因素存在明显差异, 特别是山地的方位对日照时数和太阳辐射强度影响非常明显, 决定着植被类型及其覆盖度、地表水蒸发量等信息^[6], 因此, 将汨罗市全域内坡向分成9个方位。

岩性是组成坡体重要的物质基础, 不同岩性具有不同工程地质特征, 同时不同岩性坡体抗剪强度之间也存在差异^[20]。抗风化能力、坚硬度、结构完整性等方面表现出色的抗剪强度较大的坡体, 相对于其他坡体更加不容易发生滑坡; 反之, 性质松软、结构不完整、裂隙发育、抗剪强度低的坡体, 更易失稳变形, 甚至发生滑坡。本文根据汨罗市岩性成分及性质分成了4类: 双层结构粉质黏土-砂砾石层岩组、较坚硬至较软浅变质岩组、坚硬块状岩浆岩组和较软“ 红层” 砂砾岩、黏土岩组。

滑坡发生与断裂构造密切相关, 特别是区域性断裂构造交叉复合部位, 更易形成滑坡。水系发育程度及分布直接关系到地表侵蚀能力, 对地表的侵蚀能力越大, 发生滑坡的可能性越高。随着社会经济发展, 人类活动日益增强, 对山体斜坡破坏趋势也逐渐加深。根据统计资料及汨罗市实际情况将区内距断层、距水系和距道路的距离均划分为8个等级。

滑坡风险评价与区划是风险管控体系建立及实施的重要基础, 滑坡风险评价后需开展相应滑坡风险管控措施。风险管控是技术体系、管理能力、经济发展及防灾减灾需求的重要体现, 且正向滑坡预防和减轻风险转变^[21]。滑坡风险管控主要是滑坡隐患点(点)与滑坡风险区(面)的“ 点控” 与“ 面控” 的有效结合, 可以有效降低滑坡风险、人员及经济的可能性损失。经过数年探索, 关于滑坡隐患点的“ 点控” 已经因群测群防体系及预警系统建立而卓有成效, 但繁琐的滑坡数据库建立流程以及滑坡发生和人员流动的不确定性仍会导致人员伤亡和经济损失情况的发生。并且在进行区域性滑坡风险评价时, 或多或少存在高风险区域面积过大, 或部分风险区实际为不易发生滑坡的平坦地形区的现象, 这就需要在进行滑坡风险管控时, 根据风险评价结果科学灵活处理。本文针对滑坡风险“ 点控” 及“ 面控” 进行讨论分析。

(1)滑坡风险“ 点控” 。滑坡隐患点存在各自影响范围, 因此滑坡风险“ 点控” 是“ 面控” 的前提, 且相互关联。首先, 需进行风险源精细化识别调查, 从源头控制滑坡风险。随着光学遥感、InSAR、LiDAR及三维激光扫描仪等“ 天空地” 多源遥感技术手段高速发展, 滑坡定位精度及准确性得到迅速提升, 有利于滑坡数据库建立。其次, 通过多源遥感技术可获取滑坡形变信息, 即可在进行滑坡风险评价时, 以滑坡单体为目标, 将不同时期滑坡形变速率添加到滑坡风险评价流程中, 获取单个滑坡风险值并进行排序。最后, 可有针对性地进行滑坡防治及预警系统布置, 使滑坡风险“ 点控” 更具效率。考虑不同时期形变速率的滑坡风险评价是后续的研究规划。

(2)滑坡风险“ 面控” 。在进行“ 面控” 时, 应以乡镇为单位开展滑坡风险管控。根据滑坡风险评价结果将高风险区域划分为禁建区和缓冲区^[22], 有效进行土地利用。也可借鉴“ 点控” 的“ 人防+技防” 等经验, 对居住于高风险区内居民进行群测群防宣传, 完善滑坡防治培训体系, 掌握滑坡发生前兆识别知识。如汨罗市高风险区主要位于川山坪镇、弼时镇、三江镇的山区区域, 应以镇为单位, 开展滑坡防灾减灾宣传活动和培训。在技术方面, 可将多源遥感技术运用其中, 进行区域性形变监测, 探测不同时期(雨季、非雨季)的形变信息, 加强市、镇、乡之间的沟通, 及时反馈预警系统监测结果, 并采取相应的防控措施。

(1)本文结合CF模型和神经网络MLP方法对汨罗市滑坡易发程度进行评价, 其中滑坡高易发区面积约191.56 km²。采用ROC 曲线对评价模型精度进行检验, 得到0.963的检验结果, 表明较高的模型评价精度, 证明利用CF模型及神经网络MLP方法可较客观、准确地对湖南省汨罗市滑坡易发性进行评价。在易发性评价结果基础上, 考虑降雨工况下的时间概率、事件概率对滑坡危险性进行评价, 危险性评价结果显示滑坡极高危险区面积约197.61 km²。

(2)结合汨罗市建筑物、道路及滑坡威胁人口分布数据进行滑坡易损性评价, 并采用矩阵等级划分法综合评估滑坡风险。结果显示, 汨罗市川山坪镇西部及东部地区、弼时镇西部及东部地区, 以及三江镇东部地区和长乐镇东部地区, 为滑坡高风险区, 总面积约239.56 km²。为有效管控滑坡风险, 建议结合“ 点控” 和“ 面控” 实施人防和技防措施, 以提高管控效果和实用性。

(责任编辑: 刘丹)