山地旅游城市滑坡灾害风险性评价——以重庆市为例

马 炜，陈丽聪，冉啟香，刘增力，蒋亚芳

(1.国家林业局调查规划设计院，北京 100714；2.中林天合森林认证中心有限公司，北京 100013；3.重庆市巫溪县林业局，重庆 405800)

1 引言

滑坡是主要的地质灾害类型[1]，2016年全国共发生地质灾害9710起，其中滑坡7403起，对地区经济与旅游造成重大的影响，与2015年同期相比，地质灾害数量、造成的经济损失、人员伤亡都有所增加[2]。旅游业是重庆市的经济可持续发展的重要助力与依托[3]，然而重庆市60%以上的旅游资源均位于重大地质灾害的多发地段[4]，旅游旺季4～10月同时也是地质灾害高发的季节[5]，重庆市作为西南山区典型城市，气候多变、地质活动强烈、地形地貌复杂，且处于长江及主干流流域，是地质灾害滑坡的高发区[6]。加之重庆市城市建设日新月异，城镇化水平不断提升，导致生态压力不断增大[7]，建设中稍有不慎容易导致山地环境破坏，加剧滑坡灾害的发生。科学有效的系统开展滑坡灾害危险性评测有利于保障旅游地居民与游客安全，加强旅游地地质灾害防范，保证旅游的可持续发展[8]。

滑坡灾害相关研究随着信息技术的发展而不断深入[9]。滑坡灾害风险评测是理清滑坡诱发因素基础上，运用科学的方法，建立滑坡风险评价机制的过程[10]。滑坡灾害的诱发因素多样，其中降水与地震为最主要的因素，而滑坡灾害发生后其危害性受其体量与所处地理位置的影响[11]。因此科学的评测滑坡灾害的危险性需要建立合理的滑坡灾害评测模型。国内关于滑坡灾害危险性评价模型可分为定性分析模型与定量分析模型，如主观臆断模型、统计分析模型等[12]。随着信息技术的发展，滑坡危险性评价方法不断丰富，有统计分析法、信息熵法、突变级数法、AHP因子加权法、模糊综合评价法、人工神经网络方法等[13～15]，但定性与定量综合使用成为主流研究方法[10]。重庆市作为滑坡高危区，已有学者运用GIS技术基于重庆市已有滑坡数据进行灾害时空分布、重点区域三峡库区的万州区、巫山县，北碚区、涪陵区的滑坡情况进行分析，从宏观上得出重庆市的滑坡诱发因素主要有降水、人类活动、自然灾害、水库水的涨落，滑坡密度高发区集中在主城区及忠县、万州区等为核心的三峡库区[16～20]，基于已有基础数据的滑坡风险预测模型构建还缺乏系统的研究，同时对于重庆市各县市的滑坡危险性分级评测未有涉及。

基于此，本文依据重庆市已有情况，从滑坡的发生发展的诱发因素及影响过程，选取10个指标，运用ArcGIS空间分析技术，采用定量与定性相结合的方法，构建由地理环境因素、地质构造因素、人类活动因素组成的滑坡灾害危险性评测体系，以期运用基础数据构建滑坡灾害风险等级评价模型，对重庆市各个县的滑坡灾害危险性进行评价，为重庆市旅游地地质灾害防范提供理论基础。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

重庆市地处我国西南部，是我国直辖市、国家中心城市，跨东经105°11′～110°11′、北纬28°10′～32°13′，是我国著名的山城，山地面积占76%，是国家历史文化名城，旅游资源丰富，拥有世界文化遗产1处，国家5A级景区7个，4A级景区达76个，2016年全市接待境内外游客达到4.51亿人次，实现旅游总收入2645.21亿元，居2016年中国旅游城市吸引力排行榜第三，仅次于上海和北京。然而，重庆市2016年地质灾害发生数量排名全国前十，由地质灾害造成的经济损失、人员伤亡失踪也排名全国前十，1950～2011年间发生滑坡灾害16500多起，是西南地区受地质灾害影响的典型区域。

2.2 数据来源

本文关于重庆市山体滑坡灾害危险性评价的10个指标，其中高度与坡度数据是根据中国科学院计算机网络信息中心(地理空间数据云)的GDEM数据集中的2015年重庆市30 m DEM数据提取获得；多年平均降水量数据为中国气象科学数据共享网上的重庆市11个区域内和14个区域外的站点的多年平均降水量数据进行克里金插值处理得到；NDVI数据源自地理空间数据云平台的MOD13Q1数据集，预处理过程中对2015全年的NDVI 产品求年平均，再进行重分类，得到研究区重庆

市的NDVI指标数据；岩性数据参考1：2500000中国地质图，进行矢量化处理，裁剪出重庆市岩性数据；城镇、河流、人口密度等基础数据是2015年遥感影像解译数据，影像源自国际科学数据服务平台；地震点、断裂带、滑坡数据来自重庆市地质灾害防治相关图件矢量化。

3 研究方法

3.1 评价体系构建

在综合其他学者相关研究成果的基础上，本着代表性、可操作性为原则，本文根据滑坡发生发展的诱发因素及影响过程选取山地滑坡灾害相关的10个具体指标，分别为坡度、高程、岩性、多年平均降水量、归一化植被指数(NDVI)、地震密度、距河流距离、断裂带距离、人口密度、距城镇距离，将10个指标的原始数据，通过插值工具、核密度工具、缓冲区工具将原始数据转换为图形数据，并重分类为山地滑坡灾害相关的三类因素，分别为地理环境因素、地质构造因素及人类活动因素，用来综合评价重庆市各县市滑坡灾害危险性等级(图1)。

图1 重庆市滑坡危险性等级评价体系构建

3.1.1 地理环境因素

地理环境因素对滑坡的影响是直接的、深刻的，是形成山地滑坡灾害的基础和根本，在山地滑坡灾害研究中具有不可代替的作用。本文选取坡度、高程、NDVI 、岩性、距河流距离及多年平均降水量6个指标作为滑坡发生的影响因子：①坡度是滑坡的前提条件之一，以往研究表明坡度与滑坡之间存在一定的关系，坡度越高，对滑坡影响越大；②高程的大小对滑坡体具有的势能大小有着直接影响，进而影响到滑坡的危险程度，高程越大，滑坡的危险度越高；③归一化植被指数能够很好地反映地表覆被情况，而植被能够保水固土，植被覆盖及地表水的搬运、侵蚀会影响岸坡稳定性，影响滑坡的发生发展，NDVI指数越高，滑坡概率越小；④岩石结构构造决定斜坡岩牢固性、可破坏性，为滑坡发生、发展提供物质基础，本文参考相关研究，将地质图矢量化并数提取研究区岩石类型信息，并分为5个等级岩组(Ⅰ.砂岩、砂泥夹白云岩等岩组，Ⅱ.泥砂岩、互层岩岩组，Ⅲ.变质岩、浆岩岩组，Ⅳ.碳酸盐岩岩组，Ⅴ.黏土、砂卵砾石岩组)，等级越高，在外力作用下越容易发生滑坡；⑤河流是滑坡体的最终归集地，距离河流长短决定滑坡体的影响范围，同时滑坡体进入河流，对河流产生一系列影响，进而增加滑坡灾害的危险性，距离河流越近，滑坡影响越大；⑥降水是引起山地滑坡发生的主要外界因子，滑坡的发生数量、规模与持续过程降雨及暴雨量等的关系十分明显，降水入渗会减小土体的抗剪度及土体与基岩的摩擦阻力，并增加土体重度和内部的动水压力，从而诱发地质灾害，降水量越大，滑坡发生概率越大。

3.1.2 地质构造因素

地质构造因素是山地滑坡发生的内营力，特别是地震和断裂带对山地滑坡产生具有重要的影响，因此选用地震点核密度和距断裂带距离2个指标。①地震产生的地震力直接作用于斜坡岩土导致滑坡灾害的发生，且脆弱山坡中积累的损害可能会受该地区先前地震遗留的影响，地震点核密度代指地震带分布的空间集聚状况，地震点核密度越高，滑坡越容易发生；②中国的大陆地震主要受活动构造的控制，易发生地震灾害的环境往往是地质构造极为复杂、断裂发育、岩石破碎，从而间接影响滑坡灾害的发生，滑坡灾害发生受距离活动断裂带距离的控制，距离断裂带越近，滑坡发生可能性越高。

3.1.3 人类活动因素

人类工程活动和经济建设对自然环境进行破坏一定程度上造成滑坡灾害的可能性，基于可行性原则，本文选用距城镇距离及人口密度来作为滑坡灾害性的评价因素。①人口密度一定程度上反映区域人口活动的强度，人口活动强度对区域地形地貌、植被环境都具有一定影响，也就间接影响到山地滑坡灾害，因此本文认为人口密度越高，滑坡灾害性等级越高；②距离城镇的距离影响到滑坡对城镇潜在的危险程度，也能在一定程度上反映山地滑坡危险性，距离越近，灾害等级越高。

3.2 指标权重确定

每个评价因子对滑坡的影响是不同的，合理的确定每个滑坡因子的贡献率才能确保评价的准确性。本文引用已有学者相关研究成果[21]，并运用AHP法确定指标权重，如表1所示。

表1 滑坡灾害危险性评价因子权重赋值表

3.3 评价模型

GIS叠加分析是对某一地区的相同比例尺的多层矢量数据进行空间逻辑上的运算，以获得对某一地区的综合分析，来满足用户的需求。在矢量栅格数据内部，像元之间的各种运算来实现叠加运算，而进行叠加运算时的各层面数据是运用数学关系建立的，通过叠加运算来发现某地新的空间规律或空间变化。设两个图层Xij(i=1，m；j=1，n)，Yij(i=1，m；j=1，n)，Zij=(i=1，m；j=1，n)，则矢量栅格的逻辑运算规则为

本文首先利用欧几里德度量即欧式距离法来测算两点间的真实距离，即测算滑坡危险性评级的距离河流距离、距离断裂带距离、距离城镇距离3个指标，其二维空间表达式为

(1)

式(1)表示X与Y的欧式距离，其中X1，Y1代表X点的横坐标和纵坐标，X2，Y2表示Y的横坐标和纵坐标，并根据测算结果建立数据库；同时运用经验贝叶斯克里金插值法计算出各地的年平均降水量以及人口密度指标得到两个因子的数据库；运用核密度方法得到地震点核密度数据库；并运用GIS其余空间分析方法提取高程、岩性、坡度、NDVI数据建立数据库。根据确定好的各评价因子权重，利用已经建好的10个指标数据库进行GIS叠加分析，文中运用Arcgis10.2软件中的加权叠加方法进行矢量栅格叠加分析，加权叠加公式为

A=∑Bn×Wn，

(2)

式(2)中A为叠加结果，Bn代表第n个指标的矢量栅格分析图层，Wn为第n个指标的权重值。

根据叠加法则，设y1为地理环境因素，y2为地质构造因素，y3为人类活动因素，x1～x6为y1的6个因子，x7～x8为y2的2个因子，x9～x10为y3的2个因子，f函数表示各层上属性与用户需求之间的关系，则最终滑坡危险性评价加权叠加用公式可表示为

C=f(y1，y2，y3)，

(3)

式(3)中y1=f(x1，…x6)，y2=f(x7，x8)，y3=f(x9，x10)，C为叠加结果。

4 结果与分析

4.1 评价因子分析

以重庆市基础数据将滑坡灾害危险性评价的10个指标数据库进行信息量提取并按照自然断点法进行分类，将分类后的数据归一化，并按照单一因素滑坡灾害诱发危险性概率重分类为5个等级，等级越高，对滑坡危险性贡献越大，制作10个指标不同等级空间分异图(图2)，并按照自然环境因素、地质构造因素、人类活动因素进行加权叠加得到不同等级分布图(图3)。

由图2可知，10个指标距河流距离与距城镇距离等级全市较高空间分异不明显；坡度与高程较为接近，东北部大巴山山脉、东南部与南部有巫山、大娄山等山脉，整体东部高于等级高于西部；年平均降水东南部、东北部等级最高；NDVI等级西部高于东部，最高区域为长江流域；岩性等级分布于坡度与高程相反；地震点核密度等级最高区域分布在巫山县、纂江县、南川县以及荣昌县；距断裂带距离整个市域等级较高，等级最高区域在大巴山、巫山等褶皱带上；人口密度等级自西向东递减。

如图3所示，重庆市滑坡危险性评价地理环境因素危险性等级整体较高，达3.13，在全市中地理环境因素评价危险性较高的区域为开县、云阳县、万州区、忠县、梁平县、丰都县、涪陵区等长江主干流流域。地质构造因素危险性评价全市空间分异较大，平均等级达2.7，滑坡危险性等级较高的区域主要集中在断裂带周边，城口县、巫溪县、巫山县、奉节县东部区域组成的大巴山断褶带，万州区、石柱土家族自治县、丰都县、武隆县、北碚区、璧山县、永川区所处断裂带都属于高风险区域。人类活动滑坡危险性评价全市整体等级较高，西部区域尤为明显。

图2 重庆市滑坡灾害危险性10个指标等级空间分异

图3 重庆市滑坡灾害三类因素危险性等级空间分异

4.2 重庆市滑坡灾害危险性评价

将通过加权叠加处理好的重庆市滑坡风险地理环境因素、地质构造因素及人类活动因素等级数据再一次进行GIS加权叠加运算，并按照自然断点法进行分级，得到最终的重庆市滑坡灾害危险性等级分布图，等级越高，滑坡灾害危险性越大(图4)，同时提取各等级面积信息，得到各等级面积所占百分比分别为1级滑坡风险地区占总面积的10.24%，2级占27.2%，3级占33.3%，4级占20.7%，5级占总面积的8.55%。可知，重庆市全市滑坡风险灾害等级3级、4级占比非常大，滑坡灾害风险等级较高的区域主要分布在长江三峡库区的开县、云阳县、万州区、忠县等地区，同时长江主干流流域如嘉陵江流域北碚区高滑坡风险等级较高，此外东北部沿大巴山山麓滑坡灾害风险等级也较高。就整体区域而言东部滑坡灾害危险性大于西部，北部地区大于南部，评

图4 重庆市滑坡灾害危险性等级空间分异

价结果空间分布与地理环境因素等级评价结果的相似度较高。

为进一步明晰重庆市滑坡灾害危险性的详细分布，提取各个县的滑坡灾害风险等级面积数据比上每个县的总面积，得到重庆市各个县滑坡灾害危险性各等级所占百分比，同时对5个滑坡灾害风险等级分别赋值为1-5，等级越高，分值越高，将各个县每个滑坡风险等级所占面积比乘以其等级所附分值再求和，得到各个县滑坡危险性分数如表2所示。由表3可知，位于东部的长江三峡腹心、三峡库区淹没县石柱土家族自治县5级滑坡灾害风险面积占51%，居重庆市滑坡灾害危险性最高，石柱土家族自治县海拔较高，且雨水充沛，处于渝东褶皱地带与长江上游，滑坡危险性大，但是其NDVI等级高，即森林覆盖率较高，一定程度上降低滑坡灾害的扩大；其次是位于重庆西北部的主城区之一的北碚区居滑坡灾害危险性居第2位，北碚区4级以上滑坡灾害危险性区域占到总区域面积的73%，该人口密度大，嘉陵江穿流而过，岩组较容易发生突变，增加了滑坡灾害的危险性；位于三峡库区的万州区、云阳县、忠县、丰都县、开县，滑坡灾害危险性得分较高，在全市危险性排名居前10，其中万州区4级以上的滑坡灾害危险性面积占总区域面积的70.9%，排名第3；位于重庆西部、大都市区内的璧山县与渝北区滑坡灾害危险性3级以上的区域占比分别超90%与80%，危险性排名居全市第5和第7；城口县位于川、渝、陕三省交界处，处于大巴山弧形断褶带上，海拔较高，滑坡灾害危险性3级以上占比达77%，居全市第9；位于西北角的潼南县为盆地浅山地区，远离地震与断裂带，滑坡灾害危险性全市最小。

表2 重庆市各县市滑坡灾害危险性等级分布详细表

续表2

县/区名称滑坡灾害危险性各等级所占面积百分比1级(%)2级(%)3级(%)4级(%)5级(%)危险性得分排名巴南县12.5331.5643.6311.690.592.56324长寿区8.1045.8738.057.150.832.46725荣昌县0.5655.0342.511.780.122.45926綦江县20.6531.1336.0611.230.922.40627大足县3.3660.1131.214.710.622.39128巫山县18.8737.1834.618.680.672.35129垫江县9.9863.3719.925.890.832.24230彭水苗族土家族自治县35.0340.5318.524.731.201.96531潼南县24.7865.069.750.420.00081.85832

4.3 重庆市滑坡灾害危险性评价模型验证

将重庆市多年等级以上的地质灾害图件进行矢量化，并提取图件中的滑坡点，与评价出的滑坡灾害风险等级矢量图进行叠加，来验证评价结果，如图5所示，整体拟合度较好，根据本文模型评价出的中高等级风险区，滑坡较为密集，城口县、开县、云阳县、万州区表现尤为突出。但是在重庆东北部巫山县存在一个密集滑坡点，由于巫山县处于长江三峡库区腹心，跨长江巫峡两岸，年降水量分布不均，集中在夏季且多暴雨，同时受人类开矿等因素影响形成滑坡聚集区，其滑坡多发生在长江及主要支流一带，海拔在400 m以下[22]，在本文评价模型中，巫山县3级以上较多，但在全市排名较为靠后，后续应加强模型实测能力。

图5 重庆市滑坡灾害危险性等级预测与实际滑坡点的拟合

5 结论与讨论

(1)重庆市滑坡危险性评价地理环境因素危险性等级整体较高，达3.13，危险性较高的区域为开县、云阳县、万州区、忠县、梁平县、丰都县、涪陵区等长江主干流流域。地质构造因素危险性评价全市空间分异较大，平均等级达2.7，滑坡危险性等级较高的区域主要集中在断裂带周边。人类活动滑坡危险性评价全市整体等级较高，西部区域尤为明显。

(2)重庆市滑坡灾害风险等级较高区域面积较大，5级占区域面积的8.55%，4级占20.7%，3级占33.3%，2级占27.2%，1级占10.24%，就整体区域而言东部滑坡灾害危险性大于西部，北部地区大于南部，三峡库区及长江干流区域及大巴山脉区域滑坡灾害危险性等级较高，评价结果空间分布与地理环境因素等级评价结果的较为接近。

(3)重庆市各县区滑坡灾害危险性等级排名前3的县市分别是三峡库区的石柱土家族自治县与万州区，以及西北部主城区北碚区，其余三峡库区云阳县、忠县、丰都县、开县，以及西北部大都市区内的璧山县与渝北区都在前十，危险性等级较高。位于西北角的潼南县为

本文设计的重庆市滑坡灾害危险性等级评价模型在全市区域验证性较好，三峡库区表现最为明显，但是同样为三峡库区的巫山县受地理位置、降水因素的影响导致成为滑坡实际高危区，本模型由于坡度与高程的设置导致模型验证性不足。导致滑坡的因素非常多，如何能够根据区域特殊性构建合理的滑坡灾害评价模型应予以进一步的思考。

同时，滑坡影响旅游基础设施尤其是旅游公路的畅通，对旅游安全造成一定的影响，本文研究的滑坡高危区域为三峡库区及主城区，而三峡库区与主城区又为重庆市旅游重要区域，地质灾害对旅游可持续发展的影响、旅游地如何提高自身基础设施以提高地质灾害的应对能力都值得进一步的思考。