基于GIS 的聂拉木县地震滑坡的研究

郝树峰，孙 璐，徐 悦

西藏大学 工学院，西藏拉萨 850011

地震是指地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象[1]。以往发生的地震事件表明，几乎所有在山区发生的地震不仅会导致山区内房屋和建筑物的倒塌，还可能引发不同规模的滑坡、洪水或其他次生灾害。

聂拉木县地处喜马拉雅地震带，受地壳运动的影响，地震发生频率较高。2015年4月25日，尼泊尔发生地震，造成27人死亡、38 806户民房受损，受灾人数超过30万，其中严重受灾人数约为14万[2]。近年来，通过治理，聂拉木县的地质环境得到了很大的改善，但该区域仍然会不时发生地震，地震滑坡灾害发生的概率也居高不下。

当前，国内常采用统计的方法对地震滑坡进行研究，但对因子的划分以及分类主观因素较强，导致其结果偏向于主观化。因此，应将影响地震滑坡的因素分为孕灾因素和致灾因素，从主客观因素相结合的角度研究灾害影响因素的构成。其中孕灾因素是指区域本身固有的因素，指研究区地形起伏度、坡度、坡向、植被覆盖度的分布情况；致灾因素指的是地震和降雨作用，研究地震动峰值加速度以及降雨的分布特征。

使用层次分析法可以客观地对地震影响因素进行划分和权重计算，通过将每个影响因子进行量化处理，从而确定每个因子的权重。使用GIS技术绘制其研究成果，并保存为tiff格式，为明晰聂拉木县地震灾害风险空间分布、风险管理和城市规划提供一定科学依据。

1 研究区概况

聂拉木县地处喜马拉雅山区，隶属于我国西藏日喀则市，平均海拔在4 500 m以上，下管辖7个乡镇。据第7次人口普查，该县常住人口1.7万余人。研究区地质构造活动强烈，其主要构造线以东西向为主。喜马拉雅山脉横贯东西，阻挡了印度洋暖湿气流向北的运动，导致山脊的南北两侧气候呈现明显差异。北部植被稀疏，气候干旱少雨，南部植被茂密，气温较高，雨量充沛。

2 数据来源

数据来源于《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)；欧洲中天气中心的气象数据；聂拉木县行政区划shp文件；研究区的30 m的DEM栅格数据，其数据主要来源为地理空间数据云。投影坐标统一使用WGS_1984_45的数据坐标系。

3 影响地震滑坡的主要因素

3.1 地震动峰值加速度

依据聂拉木县地震构造被背景，采用地震动峰值加速度作为影响因子。由图1可知，聂拉木县南部地区地震动峰值加速度最高，尤其是樟木镇南部地区达到0.2 g，2015年尼泊尔发生了8.1级地震，该区域受到了严重的波及，也成了地震造成滑坡的高发区域。

图1 聂拉木县地震动加速度分布图

3.2 降雨量

降雨会增加地表湿度，进而使土壤之间的摩擦力下降，增大地震破坏土体间的内部结构的可能性[3]。由图2可知，整个县的年均降雨量在690 mm以上，樟木镇年均降雨量可达3 000 mm以上。由于研究区降水差异较大，故使用等间隔分割法将降雨区间分为5个区间。

图2 聂拉木县降雨量分布图

3.3 坡度

坡度的大小会影响地震滑坡发生的可能性，坡体与地面的夹角越大，其稳定性越差，越容易发生灾害。聂拉木县北部区域的坡度变化多是在30°以下，南部局部地区出现60°或近似垂直的斜坡。使用ArcGIS软件将坡度平均分为5个区间(图3)。

图3 聂拉木县坡度分布图

3.4 坡向

聂拉木县处于喜马拉雅山南坡，整体坡向属于阳面。随着坡向的不断变化，斜坡上的植被覆盖率、降雨量和蒸发量的大小也会相应地发生变化，进而影响斜坡上岩土体的物理力学性质以及地下水的孔隙压力分布情况，从而提高地震滑坡发生的可能性(图4)[4]。

图4 聂拉木县坡向分布图

3.5 相对高差

地震滑坡通常发生在高坡度和高相对高差的区域。聂拉木县地形差异较大，由北到南海拔逐渐降低。亚来乡以北的平均海拔在4 000 m以上，且全部处于高原面上；从亚来乡以南海拔开始逐渐降低，出现了相对高差＞80 m的区域。从聂拉木镇开始至樟木镇海拔下降幅度较大，并形成了高山峡谷地貌，其中樟木镇及其周围的平均高差可达60 m以上(图5)。

图5 聂拉木县相对高差分布图

3.6 植被覆盖率

植被覆盖率与降雨量之间存在相互作用，是地震滑坡灾害发生的重要原因之一。

当植被覆盖率高时，较少的降雨量可以被植被拦截和吸收，从而降低滑坡灾害发生的概率。但降雨量过多时，植被无法应对过多的水分，土壤会发生饱和，土体会受到重力作用发生滑坡；当植被覆盖率较低时，由于缺少足够的植被来阻止水分流失和土壤侵蚀，发生滑坡灾害的概率也会提高(图6)[5]。

图6 聂拉木县植被覆盖率分布图

4 地震滑坡区划图

4.1 权重计算

通过分析，地震滑坡与地震峰值加速度、降雨量、坡度、坡向、相对高差和植被覆盖率6个影响因子密切相关。为了更加客观地评价各个因子之间的权重关系，使用层次分析法对其权重进行计算，通过对影响因子进行两两比较，采用1、3、5、7表示重要度。1表示两者一样重要，3表示后者比前者稍微重要，依次类推，重要程度逐渐增加，2、4、6为中间值。根据以上原则建立矩阵如表1所示。

表1 相关矩阵

参照表1的矩阵计算最大特征根λ=6.4，特征向量ω=[0.304897,0.255688,0.229496,0.062488,0.069837,0.077595]。采用随机一致性比率判断矩阵的一致性，当IC>0，RC<0.1时，判断矩阵通过一致性检验。IR为6阶，可取参考值为1.26。通过公式1可得到IC值为0.12，RC值为0.06。

分别对上述所选取的6类影响因子划分赋值并按照新的值重新定义。结果如表2所示。使用ArcGIS平台作为研究平台，根据影响因子的分类与赋值结果对以上影响因子进行归一化处理。并根据特征向量ω可得到每个影响因子的权重。每个栅格单元预测地震滑坡值=∑(ω×每个影响影子的归一化值)。采用ArcGIS中的栅格计算器生成预测地震滑坡指数栅格数据。

表2 随机一致性指标IR参数取值表

4.2 绘制地震滑坡区划图

将得到的预测地震滑坡栅格图按表2分类处理后，将出现滑坡的可能性分类为Ⅰ～Ⅴ类，等级越高越易出现滑坡。根据处理后的结果，利用ArcGIS软件平台绘制聂拉木县预测地震滑坡区划图，并存储为tiff格式。利用ArcGIS对预测地震滑坡的不同区域进行统计分析，结果如表3、图7所示。

表3 各因子赋值结果

表4 滑坡等级Ⅰ～Ⅴ范围统计表

图7 预测地震滑坡区划图

5 结论

基于ArcGIS软件运用层次分析法对影响地震滑坡的6个影响因子进行分析，并绘制出聂拉木县预测地震滑坡的区划图，得出以下结论：

(1)聂拉木县的孕灾因素与致灾因素之间存在的相互作用的关系。其中地震动峰值加速度其权重系数占比最高为0.3，为致灾因子。相对南边，聂拉木县北边发生地震较少，地震滑坡也较少，所研究结果较为符合实际情况。

(2)根据其分布结果，聂拉木县整体发生地震滑坡灾害由北到南逐渐严重，特别是樟木镇及以南靠近喜马拉雅山地区更为严重，其Ⅴ级的面积为110.16 km2。