京津冀地区地震滑坡危险性评估

蒋宏毅，杨凡*，左天惠，李华玥，王晓山

(1.河北省地震局，河北 石家庄 050021；2.广西测绘地理信息局地理国情监测院，广西 南宁 530022；3.中国地震台网中心，北京 100045)

0 引 言

地震诱发滑坡，是指地震震动引起的岩体或土体沿一个缓倾面滑移一定距离的现象。它是一种较为严重的地震次生灾害，具有规模大、面积广的特点，尤其是在山区，地震滑坡的发生会造成严重的人员伤亡和财产经济损失。同时，也是破坏交通设施、形成堰塞湖的主要因素之一。

对地震滑坡的评估计算，仅考虑山体坡度因子进行评价精准度较低，需要结合相关因子的敏感性进行研究，提高评估地震滑坡结果的精准性[1]。因此，本文利用GIS的空间分析能力，结合多元回归分析方法[2-3]对京津冀地区的地震滑坡危险性进行了研究。该研究可为减少人员伤亡和经济损失、震后应急救援分析提供科学参考依据。

1 GIS的原理与应用

地信息系统(GIS)是在计算机软硬件技术的支持下对现实世界的客观实体及与之相关的空间数据和描述这些空间实体的属性信息进行采集、存储、管理、检索和综合分析的计算机软件系统，其优势在于把各类实体的空间数据都投影到同一地理坐标系下，把所有的属性数据和空间数据有机地联系起来，同类实体按表(图层)的方式存储在一起，这种信息的表达方式更接近自然实体的客观状态。在地学问题的研究中，数字地面模型、拓扑叠加功能、网络分析模型等都得到了广泛的应用。

地震滑坡的形成机制非常复杂，影响因素众多，但其最重要的特征之一就是具有明显的地域性分布特征。GIS强大的分析和处理空间信息的功能可以为复杂因素及其相互作用的研究提供一个有效的平台，即利用GIS技术可更加有效地地震滑坡形成机制与影响因素等进行综合分析与研究。对于地震滑坡这种影响因素十分复杂的地质灾害的研究，GIS技术的应用有积极的推动作用[4-5]。

2 地震滑坡影响要素分析

本文选取了道路距离、地貌类型、坡度、断裂、水系距离和岩石类型等6个因子作为京津冀地区地震诱发滑坡的影响因子[6-7]，全面分析了地震滑坡分布与相关影响因子之间的统计关系[8-10]。与前人不同，本文综合考虑了地貌类型因子在地震滑坡发生过程中的相互关系。

2.1 道路因子

人类活动是诱发地震滑坡的重要因素之一，主要是对地形的破坏等，改变了自然地貌，统计发现地震滑坡主要发生在道路缓冲区600 m区域内，滑坡量占总数的59.8 %，地震滑坡数量与道路距离成反比，在对道路类型的选择主要是高速、国道、省道、县道四级道路。

2.2 地貌类型因子

地貌类型是指陆地表面形态特征的归类，以成因和形态的差异，划分的不同地貌类别。本文通过将地貌类型与各相关因子的叠加分析，利用易发生滑坡的海拔高度经验值选取相关地貌类型区域面，提高参与计算因子的范围精度。京津冀山区最高海拔在3 000 m以下，因此在计算过程中，选取了小起伏中山、中起伏中山、大起伏中山三个地貌类型。京津冀地貌类型如图1所示，其地貌类型代码对照见表1。

图1 京津冀地貌类型分布

表1 地貌类型代码对照

2.3 地形因子

地形因子是滑坡发育最为重要的因子，是滑坡研究中最常用的因子。

(1)高程

本文数字高程模型(DEM)空间分辨率为30 m×30 m(图2)，在GIS平台下通过空间分析对DEM数据进行坡度提取。前人研究表明，滑坡发生的高度主要集中在1 000～2 000 m高程范围内。

图2 京津冀数字高程 图3 京津冀坡度分布

(2)坡度

在已有研究中表明，山体坡度是诱发滑坡的必要条件，其坡度是决定滑坡体下滑动力的主要控制条件，它影响坡体内部已发生或潜在滑动面的剩余下滑力大小，同时还影响了斜坡变形破坏的形式和诱发机制。经研究表明，大部分滑坡发育在坡度30o～50o之间[11]。本文对京津冀坡度的提取如图3所示。

2.4 断裂

经研究滑坡的发生受断裂影响较大，距离断裂越近发生滑坡的概率就越高。因此利用空间分析功能，分别以5 km、10 km、15 km、20 km、25 km对滑坡进行缓冲区分析。在计算的过程中，缓冲区的赋值权重与距离成反比。

2.5 水系因子

河流两岸经常发生大量地震滑坡，这是由于河流侧蚀造成了沿岸边坡临空面增大，统计发现，河流缓冲区400 m区域内，汇聚了较多地震滑坡点，地震滑坡数量与水系距离成反比，通过GIS软件的空间分析功能对河流数据建立缓冲区进行分析。

2.6 岩石类型

在相关研究中证实，地层岩性是发生滑坡的关键控制要素，对岩土体的抗风化能力和应力分布起决定性作用。研究区内大约包括10类岩石类型：千枚岩、泥岩、白云岩、石灰岩、隧石灰岩、页岩、板岩、粉砂岩、石英砂岩、玄武岩。因千枚岩为较软岩，工程地质性质较差，抗风化能力弱，千枚岩在滑坡发生的区域起主导作用。利用GIS分析功能对研究区内的岩石类型进行提取和重分类，与其他相关因子进行嵌套叠加分析。

3 滑坡灾害预测模型

在GIS软件平台，针对本文提出的6个地震滑坡控制因子创建栅格图层，然后利用GIS空间分析功能对六个影响因子的栅格数据进行叠加分析计算，从而得到研究区域滑坡易发生性分布图。其中影响因子的权重设定，参考学者利用层次分析法在汶川地震区的应用研究并结合本地的专家经验打分法进行设定[8]。滑坡易发生性指数回归模型如下：

(1)

其中：Y为评价单元格的滑坡综合危险性指数，Bi为影响因子的权重，Xi为影响因子。

表2 地震滑坡诱发因子多元回归系数

将各因子计算结果进行叠加分析，获得本研究区地震滑坡灾害敏感性指数。计算结果表明，京津冀地区地震滑坡风险指数范围为0.87～6.65。本文结合自然断点法对滑坡发生概率进行分级，主要分为：极高、高度、中度、轻度4个级别(图4)。

图4 滑坡危险性评估分布

4 评估结果验证

通过新闻报道对京津冀地区实际发生滑坡点进行了不完全统计。图4编号点为实际发生崩塌滑坡的地质灾害地点，其中编号1 为张石高速涞源段石家庄方向266 km+100 m处。因强降雨造成大量山石滚落，将一条车道阻断，山体石块松动，不断向高速公路上滚落，严重影响车辆通行安全。编号2为张家口市美居小区1号楼西侧和宏景嘉苑小区交界处护坡，因持续降雨造成山体滑坡。编号3为北京房山区大安山乡X209军红路K19+300 m处左侧山体，山体滑坡时，大块山石从山上滚落，砸到公路后落入山谷，其原因是持续强降雨。上述三个滑坡点均落在评估结果范围内，编号1、2的落石点发生在滑坡危险性评估结果的中度区，编号3的落石点发生在滑坡危险性评估结果的极高区。

5 结论与讨论

经计算结果分析，最后得到易发生滑坡区域为河北省西部，由南向北沿太行山分布。主要集中在邯郸、邢台、石家庄的西部中低山、低山丘陵区，保定北部与张家口、北京交界的山区地带，北京北部与张家口、承德山区交界地，承德南部山区地带，承德围场县的东北部、北部，隆化和丰宁的中低山区等。

地震对山体岩石的晃动使其变得疏松，震后便随而来的强降雨等恶劣天气将会导致崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害，因此建议相关部门应当加强地质灾害隐患点的排查，将地质灾害带来的损失降到最小。

在以后的研究中，针对大区域的地震滑坡危险性评估，应当适当增加评估计算因子，如：MODIS植被覆盖数据、地震动峰值加速度等。从而实现地震滑坡评估的科学性和实用性，使计算结果能够更加有效的反应地震动、岩层、地貌类型等因子对地震滑坡的作用。