張若琳，孟 暉，連建發(fā)

（中國地質環(huán)境監(jiān)測院，北京100081）

中國山區(qū)面積廣大，山區(qū)是泥石流活動的主要區(qū)域。根據1∶50萬環(huán)境地質調查（以地質災害為主）和700個縣（市）地質災害調查，泥石流在中國分布較廣，29個?。ㄊ?、區(qū)）都有分布，共發(fā)生泥石流14 913起。泥石流是一種突發(fā)性地質災害，因其暴發(fā)迅猛、危害嚴重而備受關注。泥石流易發(fā)性評價是風險評價的前提，通過泥石流形成條件或形成條件組合的分析評價，預測區(qū)域上將來產生地質災害的可能性[1－5]。開展區(qū)域泥石流易發(fā)性評價對于防災減災具有重要意義。國內已有多位學者開展了泥石流的易發(fā)性、危險性或風險性評價和區(qū)劃研究，但這些研究多局限于局部地區(qū)，涉及全國范圍的評價較少[6－11]。本文以中國內地（未包含香港、澳門和臺灣）為研究區(qū)，在1∶50萬地質災害調查數據庫、700個縣（市）地質災害調查信息集成數據庫的基礎上，嘗試采用“概率比率模型”，對整個研究區(qū)進行泥石流易發(fā)性評價分級，并編制了泥石流易發(fā)程度區(qū)劃圖，表示地區(qū)之間地質災害易發(fā)程度的差異，為全國地質災害防治規(guī)劃、宏觀層面國土空間布局等提供依據。

1 易發(fā)性評價因子

泥石流易發(fā)性評價主要依據泥石流的活動規(guī)律和形成因素，即泥石流的易發(fā)性主要由歷史可能性和地質環(huán)境可能性確定。歷史可能性由泥石流分布特點來表征；地質環(huán)境條件可能性指泥石流發(fā)育的地形條件，即地形條件、地質背景條件、環(huán)境影響因素。泥石流易發(fā)評價因子選取客觀、長期、相對穩(wěn)定的因子，還要考慮其評價結果不僅反映已有泥石流區(qū)域，也反映與發(fā)生泥石流區(qū)域具有相似的易發(fā)條件的無泥石流區(qū)域的預測。還要考慮宏觀評價尺度、數據可獲得情況，選擇地貌類型、地形起伏度、工程地質巖組（性）、活動斷裂距離、年平均≥50mm暴雨日數、土地利用程度等6項評價因子作為本次泥石流易發(fā)性評價因子。經數據整理后形成泥石流分布和評價因子7個圖層。

a.泥石流分布圖層。以30個省1∶50萬環(huán)境地質調查（以地質災害為主）數據庫、700個縣（市）地質災害調查信息集成數據庫為基礎，依據泥石流點的地理坐標等信息整理后，形成1∶50萬全國泥石流分布圖層和縣（市）全國泥石流分布圖層，每條數據附有編號、類型、規(guī)模和面積等屬性。易發(fā)性評價時，采用縣（市）全國泥石流數據。1∶50萬全國泥石流數據留作易發(fā)性分區(qū)結果檢驗數據。

b.地貌類型圖層。將1994年中國科學院地理科學與資源研究所編制的1∶400萬中國地貌圖（E00格式數據）屬性合并得到山地、黃土塬、黃土梁峁、平原、丘陵、臺地、湖泊、現代冰川、黃土臺塬、沖積扇平原、低河漫灘、風蝕地貌等12種類型，將這12種類型作為泥石流易發(fā)性評價因子的屬性。

c.地形起伏度圖層。由于此次評價尺度較大，基于DEM或者地形圖提取的坡度不能滿足要求，所以選取地形起伏度作為評價因子。地形起伏度是地貌學中描述地貌形態(tài)的一個重要參數，指某一確定面積內最高點和最低點海拔高度之差。采用SRTM3－DEM數據，分辨率為90m，經分析，能夠滿足區(qū)域地形起伏度提取的精度要求。地形起伏度的提取是在ArcInfo的GRID模塊支持下，確定統(tǒng)計單元為1km×1km，利用移動窗口分析法來實現的[12]。最終形成1km×1 km全國地形起伏度圖作為易發(fā)因子圖層。

d.工程地質巖組（性）圖層。本次采用1∶400萬中國工程地質圖[13]，經過圖形數字化、增加屬性表等數字化處理，進行屬性、拓撲檢查，數據類型轉換，共分為19種巖組（表1），把這19種巖組作為泥石流易發(fā)性評價因子的屬性。

e.活動斷裂距離圖層。本次采用1∶400萬中國活動構造圖[14]，對活動斷裂進行提取處理，數據類型轉換，利用buffer工具建立緩沖區(qū)。依據統(tǒng)計資料及評價尺度，確定影響范圍分別為250 m、500m、750m、1250m、1500m、1750m、2000 m，并作為評價因子的屬性。

f.年平均≥50mm暴雨日數圖層。采用國家氣候中心的1961—2006年中國年平均≥50mm暴雨日數（t／d）分布圖，分為t＜0.2、0.2≤t＜1、1≤t＜3、3≤t＜5、5≤t＜7、t≥7d，并作為評價因子的屬性。

g.土地利用程度圖層。土地利用程度綜合指數[15]是把土地利用類型按人類活動的強弱進行分級，成為一個從100～400的連續(xù)變化的指標，反映土地利用程度的高低。利用土地利用類型圖計算土地利用程度綜合指數圖[15]。利用全國土地利用數據庫中2000年的土地利用類型1km×1km柵格數據，在ArcGIS平臺下計算土地利用程度綜合指數，得到全國土地利用程度圖層。

2 易發(fā)性評價方法

本次易發(fā)性評價采用概率統(tǒng)計方法——概率比率模型[16－19]分析泥石流易發(fā)性的空間分布。該模型的假設條件是地質環(huán)境條件相似，則發(fā)生泥石流的概率相似。

泥石流和易發(fā)因子的相關關系用概率比率值表征，即在給定條件下，由發(fā)生泥石流概率與未發(fā)生泥石流概率之比計算得到。在考慮單因子與泥石流的空間關系時，概率比率即為條件概率。各個因子的概率比率值之和即為泥石流易發(fā)性評價指數（IDS）。易發(fā)性評價指數值越大，易發(fā)程度越高。其適用的區(qū)域單元為網格單元或條件均一的自然單元。

概率比率模型計算公式

式中：IDS為泥石流易發(fā)性評價指數；Fr為評價因子概率比率值（易發(fā)指數）；A為因子屬性中泥石流的面積；A總為整個研究區(qū)中泥石流總面積；S為因子屬性中沒有發(fā)生泥石流的面積；S總為整個研究區(qū)內沒有泥石流的總面積。

評價因子易發(fā)指數值取值范圍（0，∞）。如果其值＞1，說明泥石流和這個因子屬性的相關性強。該值越大，因子屬性與泥石流的相關性越強；反之，值越小，相關性越弱。

概率比率模型在分析過程中既考慮充分性也考慮必要性，評價結果具有客觀性。前人曾在中小區(qū)域內應用該模型進行易發(fā)性評價，均取得了較好的效果[16－18]。由于該模型計算簡便而且精度較高，本次探索將其用于小比例尺大區(qū)域的泥石流易發(fā)性評價。

3 易發(fā)性評價分區(qū)

3.1 單因子易發(fā)性評價分析

根據選取的數據精度和模型要求，經過分析最終確定本次易發(fā)性評價的區(qū)域單元為1km×1 km的柵格單元。

?

把每個易發(fā)因子圖層分別與縣（市）全國泥石流分布圖層疊加分析，得到易發(fā)性因子的各個屬性中泥石流的面積和未發(fā)生泥石流的面積，根據模型計算因子屬性的概率比率，得到各個評價因子易發(fā)指數（Fr，表1）。

地形起伏度。隨著地形起伏度變高，泥石流易發(fā)指數逐漸增大。地形起伏度＜40m時，泥石流易發(fā)指數為0.1，說明泥石流發(fā)生的可能性很低。地形起伏度在40～180m，易發(fā)指數＜1，說明泥石流發(fā)生的可能性也較小。地形起伏度≥180m，易發(fā)指數＞1，說明發(fā)生泥石流的可能性大。隨著起伏度變高，泥石流發(fā)生的概率也隨之變大。當地形起伏度處于860～1420m區(qū)間，泥石流易發(fā)指數最高，為3.77，說明泥石流發(fā)生的可能性最大。低起伏度，說明地形高低變化不大，泥石流發(fā)生的可能性比較小；高起伏度，說明地形高低變化大，斜坡坡度大，發(fā)生泥石流的可能性大。

活動斷裂。隨著與斷裂距離的增大，泥石流易發(fā)指數逐漸減小。斷裂影響距為0～250m時泥石流易發(fā)指數最大，為1.78，泥石流發(fā)生的可能性很大。斷裂距離＜750m時，易發(fā)指數均大于1，泥石流發(fā)生的可能性很大。當斷裂距離≥750m，易發(fā)因子比率變?。ǎ?），泥石流發(fā)生的可能性變小。

其他因子的影響同樣可以通過易發(fā)指數值分析得到，見表1。當易發(fā)指數值＞1時，泥石流和這個因子屬性的相關性強；指數＜1，泥石流和這個因子屬性的相關性弱。

3.2 易發(fā)性評價分區(qū)

3.2.1 易發(fā)性評價指數圖計算

將易發(fā)指數作為因子屬性的量化值，分別賦值到對應的易發(fā)因子圖層，作為柵格單元的像素值。形成地貌類型柵格圖、地形起伏度柵格圖、工程地質巖組（性）柵格圖、活動斷裂距離柵格圖、年平均≥50mm暴雨日數柵格圖、土地利用程度柵格圖等6個權重圖層。利用ArcGIS的Raster calculator功能，把各圖層疊加，計算得到全國泥石流易發(fā)性評價指數分布圖。工作區(qū)內最大的像元值為18.58，值越大，易發(fā)程度越高。

在分區(qū)之前，先對易發(fā)性評價指數分布圖進行檢驗，分析其與實際情況的吻合程度。首先，將指數分布圖按柵格值從大到小進行重分級，分為100個等級，得到易發(fā)性指數重分類圖。然后，分別統(tǒng)計重分類圖各等級中泥石流的點數，得到泥石流易發(fā)性評價指數分級累計比例和對應的泥石流累計個數比例之間的關系（圖1）。

圖1 泥石流易發(fā)性指數檢驗曲線Fig.1 Illustration of cumulative frequency diagram showing debris flow susceptibility index rank（y－axis）occurring in cumulative percent of debris flow occurrence（x－axis）

易發(fā)性指數最高10%的區(qū)域內，包括32.7%的縣市調查泥石流，32.3%的1∶50萬調查泥石流；易發(fā)性指數最高20%的區(qū)域內，包括55.7%的縣市調查泥石流，58.5%的1∶50萬調查泥石流；易發(fā)性指數最高30%的區(qū)域內，包括71.0%的縣市調查泥石流，72.7%的1∶50萬調查泥石流?？h市調查檢驗曲線下的面積和總面積之比為0.770，即采用縣市調查泥石流檢驗易發(fā)性指數的預測精度為77.0%。1∶50萬調查檢驗曲線下的面積和總面積之比為0.784，即采用1∶50萬調查泥石流檢驗的預測精度為78.4%?？梢娫u價結果與實際情況較為吻合。

3.2.2 易發(fā)性分區(qū)

結合專家經驗采用變點法選取泥石流分區(qū)最佳分界點，把全國分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)4個不同等級的區(qū)域（圖2）。全國各省的高、中易發(fā)區(qū)面積分布情況列于表2。

泥石流高易發(fā)區(qū)面積68×104km2，占全國面積的7%。主要分布在川滇山地、云貴高原、秦巴山地、隴中南山地等地區(qū)，包括云南、貴州西部、四川西部和北部、西藏南部、陜南等地。高易發(fā)區(qū)地貌形態(tài)多為中高山，地勢陡峭，地形起伏度在500～5120m，發(fā)育有賀蘭－川滇南北向斷裂帶、青藏和喜馬拉雅山弧形斷裂帶、昆侖－秦嶺斷裂帶等斷裂構造，巖土體以變質巖、碎屑巖和黃土為主，巖體破碎，在暴雨作用下，易于產生泥石流。

圖2 全國泥石流易發(fā)程度分區(qū)圖Fig.2 Debris flow susceptibility map based on frequency ratio[審圖號：GS（2013）681號]

泥石流中易發(fā)區(qū)面積266×104km2，占全國面積的28%。主要分布在藏東地區(qū)、西北山地、華中及東南低山丘陵、東北山地等地區(qū)，包括重慶、福建、廣東、廣西、湖北西部和北部、湖南、山西、陜西、四川、西藏東部等地。地貌形態(tài)多為中低山和丘陵，地形起伏度在200～1300m，發(fā)育有太行山山前斷裂帶、汾渭斷陷帶、東南沿海斷裂帶等北東向、北北東向斷裂構造，巖土體以變質巖、碎屑巖、火山巖和黃土為主，巖體破碎，在暴雨和持續(xù)降雨作用下，較易于產生泥石流。

泥石流低易發(fā)區(qū)面積261×104km2，占全國面積的28%。主要分布在高、中易發(fā)區(qū)以外的其他山區(qū)。地貌主要為丘陵、盆地，或者是人跡罕至的西部高原山地，巖土體類型以第四紀松散堆積物和堅硬巖為主。

泥石流不易發(fā)區(qū)面積351×104km2，占全國面積的37%。主要分布在三江平原、松遼平原、黃淮海平原、呼倫貝爾高原、準噶爾盆地、塔里木盆地、鄂爾多斯高原等。區(qū)內主要為平原、盆地，總體上看缺少形成地質災害的地質環(huán)境條件，泥石流災害發(fā)生的可能性很小。

3.3 分區(qū)結果檢驗

本次共有泥石流樣本14 931起，其中高易發(fā)區(qū)內7839起，占泥石流總數的52.5%；中易發(fā)區(qū)內5003起，中高易發(fā)區(qū)內泥石流占總數的86.0%；低易發(fā)區(qū)內1790起，不易發(fā)區(qū)內380起。分析可知，泥石流災害點分布與易發(fā)分區(qū)評價結果的程度較好，符合泥石流實際發(fā)生的客觀情況（表3）。

表2 泥石流易發(fā)區(qū)在各省的分布面積（A／104 km2）Table2 The high－prone and mid－prone to debris flow areas in each province

表3 泥石流災害數量與易發(fā)區(qū)等級關系Table3 The relationship between debris flow disaster quantity and susceptibility hierarchy

4 結論與建議

a.根據泥石流的成因，選取起伏度、地貌類型、活動斷裂距離、巖組（性）、年平均≥50mm暴雨日數、土地利用程度6個易發(fā)性評價因子的數據圖層，運用概率比率模型，將各易發(fā)因子圖層與泥石流分布圖層疊加分析，并綜合計算得到了全國泥石流易發(fā)因子評價指數圖。對評價指數圖進行統(tǒng)計檢驗，預測精度＞77%，說明能夠較好地反映泥石流易發(fā)性的實際情況。概率比率模型計算簡便，精度較高，適用于數據量較大的大區(qū)域范圍內泥石流易發(fā)性評價。

b.結合專家經驗采用突變點進行了泥石流易發(fā)程度分區(qū)，把全國分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)，得到了全國泥石流易發(fā)程度分區(qū)圖。其中高易發(fā)區(qū)68×104km2，占全國的7%；中易發(fā)區(qū)266×104km2，占全國的28%；低易發(fā)區(qū)261×104km2，占的28%；不易發(fā)區(qū)351×104km2，占全國的37%。經檢驗，中高易發(fā)區(qū)內分布的泥石流占總數的86.0%，分區(qū)結果基本符合實際。

c.由于冰川泥石流成因的特殊性，本次只考慮了短時強降水因素引起的冰川泥石流，對于溫度變化引起的冰川泥石流未予考慮。對于冰川泥石流的易發(fā)性評價可以專門作為今后的一個研究方向。

本文的土地利用數據來源于國家科學數據共享工程——地球系統(tǒng)科學數據共享網（http：／／www.geodata.cn）。

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