西藏芒康县斜坡地质灾害空间分布特征与易发性区划

叶振南，田运涛，陈宗良，邓 兵

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051; 2.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

芒康县地处川、滇、藏三省交界，川藏线G318和滇藏线G214在县域北部交汇，是四川、云南的入藏门户，西藏经济发展的大动脉。该区位于青藏高原东南部，横断山脉北段，“三江”流域中东部，以构造侵蚀剥蚀山地地貌为主，山高坡陡，河谷深切；加之地处阿尔卑斯～喜马拉雅构造带向南急拐弯部位，地质构造十分复杂，特定地质环境条件使之成为昌都地区，乃至全区地质灾害多发县之一。近年来，受地震、极端天气及人类工程活动影响，崩塌、滑坡等斜坡地质灾害进一步加剧，给区内交通和人民生命财产安全带来严重威胁和危害。如受昌都“8·12”地震影响，芒康县境内地震诱发崩塌、滑坡10处，原有地质灾害变形加剧36处，造成10 536户77 791人受灾，国道318、214等37条道路受损里程约892.91km，房屋、水利设施、草场等不同程度受损，经济损失巨大。

受复杂的地形条件和地质构造等因素影响，藏东南地区是我国地质灾害高发区之一，国内众多学者在该区开展了大量研究工作，取得了丰硕的研究成果[1-3]。然而，受高海拔和交通条件差等因素限制，已开展的地质灾害调查研究工作主要集中于交通沿线及居民聚集区，对区域地质灾害分布和发育规律的认识不够全面，在一定程度上也影响了区域地质灾害易发性评价精度。

鉴于此，本文以芒康县为例，通过“遥感解译+地面调查”的工作思路，综合获取区内崩塌 、滑坡等斜坡地质灾害数据，基于GIS统计分析阐述了斜坡地质灾害空间分布特征，并采用信息量模型和加权信息量模型两种方法，探讨其在该区易发性评价的适用性，以期为芒康县地质灾害防治及重大工程规划建设等提供依据，同时为类似地区区域地质灾害调查评价工作提供技术参考。

1 研究区概况

芒康县位于西藏自治区东南部，地理坐标范围为E 97°59′～99°06′、N 28°41′～30°20′，县域面积11 580 km2， G318由东向西横穿县境，G214由南向北在芒康县城与G318交汇。该区地处南北走向的他念他翁山和沙里鲁山之间，芒康山从县境中部穿过，水系呈树枝状镶嵌于山岳之间，形成了高山挟持狭长河谷的地貌景观。总体地势北高南低、西高东低，海拔在2 160-6 324 m之间，最大相对高差4 714 m。区内属温带半湿润高原季风气候，受来自青藏高原的三大气环流和地形等综合因素的影响，水热分布不均，区域气候和立体气候差异显著。区内多年平均气温3.2℃，多年平均降水量524.2mm，降雨自东南向西北呈减少趋势。

芒康县大地构造上位于泛华夏大陆昌都—思茅陆块、双湖—澜沧江结合带与洋湖—金沙江结合带之间。构造带在区内急剧向南拐弯、收窄，沉积岩相建造复杂，岩浆活动剧烈而频繁，区域动力变质、热液变质作用特别发育，地质构造十分复杂。受西部澜沧江断裂、东部金沙江断裂及中东部字嘎寺—德钦断裂等区域断裂控制，次级断裂发育。新生代以来，昌都—思茅微板块和左贡—保山微板块继续向东碰撞义敦微板块，使区内地层发生变形、褶皱，并伴有燕山期—喜山期酸性岩浆侵入活动，新构造运动强烈。芒康县境内地震活动较为频繁，地震烈度为Ⅶ—Ⅷ度，地震动加速度值为 0.15 g-0.20 g。

2 数据来源

2.1 基础数据

通过遥感影像目视解译+地面调查的方式获取斜坡地质灾害空间分布特征，遥感影像采用2017年国产GF2号卫星数据资料和2016年美国陆地资源卫星landsat-8卫星数据(见表1)。两种遥感数据相互验证，并结合国家1∶50000地形测绘数据，提取了县域范围内影响地质灾害发育的地形控制因子(地形地貌、坡度、坡向、起伏度等)、植被因子(植被类型及覆盖度)、人类工程活动因子(道路、重要地物、土地利用类型等)等。地质数据采用国家1∶20万区域地质资料。

表1 卫星遥感数据特征表Table 1 Characteristics of satellite remote sensing data

2.2 斜坡地质灾害提取

在高分辨率遥感解译中，地物的空间特征是地物识别的最主要依据[4]。本次研究在资料收集整理和野外踏勘的基础上，根据地物波谱特征(影像色调、纹理、形态、结构)和空间特征(包括影纹、色调、形状、空间分布、地貌、水系)，结合其与地貌、水系、人类活动痕迹等的相关关系，建立了崩塌、滑坡等斜坡地质灾害的遥感解译标志，并据此完成了室内初步解译。此外，可能会发生滑坡、崩塌、斜坡变形的潜在隐患的斜坡地段称为不稳定斜坡，遥感判识中其与崩塌、滑坡常具有类似特征，但没有发生明显位移，不稳定斜坡的判译比较复杂，通常要结合实地验证。依托“西藏自治区芒康县1∶50000地质灾害详细调查” 项目，重点对交通沿线和居民聚集区开展地质灾害调查，共确定崩塌57处、滑坡81处、不稳定斜坡24处，并建立了地质灾害数据库。依据野外调查结果，对解译标志进行了完善，进一步开展了地质灾害综合解译和验证工作。本次解译面积11 580 km2，解译崩塌、滑坡、不稳定斜坡共788处(见表2)，受交通限制验证率46.2%，验证正确率96.8%。

表2 斜坡地质灾害分类表Table 2 Classification landslides

3 斜坡地质灾害空间分布特征

芒康县斜坡地质灾害具有成群成带发育的特点，主要受地形地貌(坡度、坡向、起伏度)、地质构造、工程地质岩组、河流侵蚀、植被覆盖等因素控制。

3.1 地形地貌

(1)坡度

地形坡度决定斜坡应力分布特征，与斜坡岩土体物理力学性质密切相关，同时也控制斜坡破坏方式及滑坡运移特征等，是影响斜坡地质灾害分布的重要因素之一。全区地形坡度介于0°～81°之间，基于GIS重分类将其划分为5个区间(见图2(a))，坡度处于10°～25°和25°～40°之间的区域分别占全区面积的35%和46%。与灾害统计结果表明(见图3(a))：斜坡坡度小于40°时，灾害数量及密度随坡度增大而增大，且25°～40°区间内灾害数量及密度最大；坡度大于40°的灾害数量较少，但灾害密度较大，主要是由于区内崩塌以高陡岩质斜坡为主。

(2)起伏度

对于相同地区而言，通常斜坡体的起伏度分布特征与坡度分布基本相似。区内起伏度介于0～1 024.5 m区间，基于GIS重分类将其划分为6个区间(图2(b))，起伏度处于100～200 m和200～300 m的区域分别占全区面积的39%和35%。与灾害统计结果表明(图3(b))：随着起伏度的增加，灾点密度整体呈递增的趋势，且集中发育于起伏度处于100～400 m的斜坡，同时也指示区内有特大型和巨型滑坡发育，这与地面调查的结果相吻合。

图2 影响因子与地质灾害分布图Fig.2 Distribution of geological disasters and influence factors

(3)坡向

坡向要素主要通过太阳辐射、温度、蒸发、水分等制约斜坡稳定性。区内斜坡按坡向划分为8个区间，即N、NE、E、SE、S、SW、W、NW(图2(c))，各区间所占比例相差不大。与灾害统计结果表明(图3(c))：就整体趋势分析，坡向为E、W的斜坡的灾害数量及密度明显高于N、S方向，这主要受区内地质构造、河流的南北走向控制，灾害在垂直于断裂带方向和干流河谷两岸密集发育。

3.2 地质构造

断层、皱褶等主要通过控制岩层产状、岩体完整程度及区域地壳稳定性等控制斜坡稳定性。基于GIS核密度分析工具对线性构造进行分析(图2(d))，与灾害统计结果表明(图3(d))：随构造密度的增大，灾点密度呈增大趋势，灾害发育与断裂发育呈正相关，揭示了地质构造是诱发或加剧地质灾害的重要因素。研究区地质构造十分复杂，加之构造带在此向南急拐，使区内岩体形成了极为复杂的软弱结构面，包括：节理、断层、劈理、侵入体与围岩体接触面等，这些结构面加速了岩石的风化，为地质灾害的形成提供了有利的基础条件，致使在断裂挤压破碎岩带和断层交汇带，崩塌、滑坡成带成群分布。

图3 地质灾害与各影响因子的关系Fig.3 Relationship between geological hazards and various influencing factors

3.3 工程地质岩组

地层岩性是崩滑等灾害形成的物质基础。将研究区岩土体划分为土体(I)、软硬相间层状砂岩、砂砾岩岩组(II)、坚硬块状火山岩、变质岩岩组(III)、坚硬厚层状、块状灰岩岩组(IV)、软硬相间层状砂页岩岩组(V)、坚硬块状侵入岩岩组(VI)(图2(e))。其中软硬相间层状砂岩、砂砾岩岩组(II)分布最广，占全区总面积的44%。与灾害统计结果表明(图3(e))：对于分布较广的II、III来说，灾害集中分布且密度相对较高，II为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥页互层或夹层，强度相对较低，工程性质性质较差，为区内易崩易滑岩组； III由于变质作用及软弱夹层的存在，容易发生崩塌等地质灾害，为区内次易崩易滑岩体；坚硬厚层状、块状灰岩岩组(IV)分布面积较少，受地质构造影响，岩体破碎，断裂带上崩塌集中发育，致使该岩组内灾害密度相对较高。

3.4 河流水系

河流侵蚀作用是诱发崩滑灾害的重要因素之一，河流对河谷岸坡的侵蚀包含下切和侧蚀两种作用。考虑到河流在不同发育阶段对河岸影响不同，本次研究对干流和支流进行分类考虑(图1)，其中干流包括澜沧江、金沙江等，根据野外调查结果进行河流缓冲区分级，统计结果显示：(1)对干流来说，距离小于400 m时灾点密度随距离增加呈大趋势，灾害点集中分布于600 m以内范围内；(2)对支流来说，灾害发育与距支流距离的趋势与干流基本一致，揭示距离支流小于300 m的斜坡受其影响较大。

图1 斜坡地质灾害分布图Fig.1 Distribution of landslides

3.5 植被覆盖

植被对斜坡表层土体具有一定加固作用，是控制坡体稳定性的重要因素之一。基于GIS平台将NDVI划分为5个区间(图2(f))。统计结果显示，灾点密度随着NDVI值的增加(植被覆盖程度增加)呈减小趋势，斜坡地质灾害集中分布于植被覆盖一般及较差区域。

4 斜坡地质灾害易发性评价

4.1 评价方法

地质灾害易发性评价是危险性、风险性评价的基础，是国内外地质灾害研究的热点之一。常用的易发性评价方法有专家打分法、证据权法、层次分析法、神经网络法、逻辑回归模型和信息量模型等。各种方法受模型本身限制各有优缺点[5-6]，不少学者将不同模型进行有机结合，在一定程度上提高了评价精度[7-10]。本次研究采用信息量模型和加权信息量模型进行地质灾害易发性评价，并对评价结果进行对比分析，探讨其在该区的适用性，两种方法已经在国内多个地区得到了广泛应用[11-15]。

信息量模型是通过样本频率定量评估各成灾要素区间的相对敏感程度和致灾贡献大小，通过栅格叠加得到评价结果，其缺点是无法反映各成灾要素致灾贡献的主次关系。通过层次分析法为各成灾要素引入权重，即加权信息量。公式如下：

(1)

其中，I为加权信息量；Ii为第i个成灾要素的信息量；wi为第i个成灾要素的权重；Nj为成灾要素i中第j区间的灾点数；Sj为对成灾要素i中第j区间的面积；N为区域总灾点数；S为区域总面积；n为成灾要素的个数；m为某个成灾要素划分的区间个数。

4.2 评价因子及权重

结合斜坡灾害分布特征分析，选取地形地貌(坡度、起伏度、坡向)、地质构造、地层岩性、河流水系(干流、支流)、植被覆盖5个影响因素(8个具体要素)做为评价因子，参照分布规律统计划分为47个要素区间。基于遥感解译结果，芒康县区内共确定灾害点788处，流域面积11 580 km2，区域地质灾害点密度(N/S)为0.068处/km2。各要素区间信息量值见表3。信息量为正值代表该要素区间有利于灾害发生，反之不利于灾害发生。由信息量值排序可知，具备坡度>25°、坡向为NE、E和W、起伏度>200m 、构造密集发育、植被覆盖较差及距离河流较近等条件的区域更有利于灾害发生，且河流的致灾效应尤为突出。

表3 易发性评价因子信息量值Table 3 Information value of assessment factors

续表

应用层次分析法建立阶梯层次模型，综合专家经验和统计分析结果，采用1-9标度法构建判断矩阵,计算各因子权重并进行一致性检验(见表4)。经检验矩阵A、B1的一致性指标值(CR)分别为0.003和0.03，均小于0.1，表明矩阵有效。

表4 易发性评价因子判断矩阵及权重Table 4 Judgment matrix and weight of assessment factors

4.3 评价结果与验证

基于GIS重分类和统计分析功能进行各评价因子区间划分和信息量计算，然后再次通过重分类进行赋值即得到个评价因子的信息量图层，使用栅格代数计算器分别将各图层直接叠加和按照权重叠加两种方式进行计算，分别得到基于两种方法的易发性评价结果(见图5(a)、图5(b))。随机抽取样本，通过ROC曲线对评价结果的准确性进行定量检验[16](见图4)，结果显示加权信息量模型与信息量模型计算结果均有效，且加权信息量模型在芒康县易发性评价中适用性更好。河流对斜坡地质灾害具有致灾效应是毋庸置疑的，但由信息量值排序可知，模型中过分突出了干流及支流的作用，通过层次分析法为各因子引入权重后，评价结果更为合理。

图4 ROC检验曲线Fig.4 ROC verifying curve

选取加权信息量评价结果，采用自然间断点法将其划分为髙易发、中易发、低易发和不易发4个等级，通过焦点统计、平滑处理得到易发性区划图(图6)，易发性等级与灾害分布对比情况见表5。

表5 易发性与灾害分布对比Table 5 Comparison of the distribution of susceptibility and disasters

评价结果显示：(1)高易发区面积占全区的11.37%，灾点密度0.2处/km2,主要分布于澜沧江河谷措瓦乡-木许乡一带、丹达曲河谷徐中乡以南及金沙江及右岸主要支流河谷地带；(2)中易发区、低易发区和不易发区依次向外扩展，且随易发性降低，灾害点密度随之降低。

5 结论

(1)以芒康县为研究对象，基于高精度遥感解译和野外调查，全面查明了区内发育的斜坡地质灾害，其中崩塌289处(灾害点81处，现象点208处)、滑坡457处(灾害点150处，现象点307处)及不稳定斜坡42处，遥感解译验证准确率高达96.8%。遥感解译和地面调查的相互验证和有机结合，既保证了遥感解译的精度，也为易发性评价提供了更为客观、真实、全面的数据基础。

(2)基于GIS统计分析查明了斜坡地质灾害分布特征：坡度在25°～40°、起伏度在100～400 m之间的斜坡上；地质构造密集发育及构造交汇部位，成群成带发育；砾岩、砂岩、粉砂岩、泥互层或夹层，强度相对较低，为区内易崩易滑岩组；沿河谷两岸在距干流600 m、支流300 m范围内密集发育。

(3)ROC曲线验证结果表明，信息量模型与加权信息量模型2种方法均有效，但加权信息量模型在该区适用性更好，评价结果与地面调查结果相符。加权信息量模型评价结果统计显示，中高易发区占全区的39.79%，主要分布于澜沧江、金沙江及其一级支流河谷两岸及地质构造密集发育部位。评价结果对芒康县地质灾害防治规划及重大工程建设规划有一定的指导意义。

(4)本文详细描述了芒康县地质灾害数据获取、评价因子选取、评价方法适用性比较的全过程，为类似高海拔地区开展区域地质灾害调查评价工作提供了技术参考。