袁 康， 崔玉龍， 胡俊宏， 金嘉樂， 袁文華

(安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院， 安徽 淮南 232001)

滑坡災(zāi)害是自然災(zāi)害中最重要的災(zāi)害類型之一，具有分布廣、發(fā)生頻率高、運(yùn)動(dòng)速度快、致災(zāi)嚴(yán)重等特點(diǎn)，其危害已經(jīng)成為僅次于地震災(zāi)害的第二大自然災(zāi)害[1-2]。2004年“云娜”臺(tái)風(fēng)暴雨造成浙江永嘉、樂清等縣發(fā)生大量的泥石流和滑坡地質(zhì)災(zāi)害，死亡28人[3]。2015年“蘇迪羅”臺(tái)風(fēng)暴雨誘發(fā)浙江泰順縣發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害共81處，造成1人死亡，5人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失4118萬(wàn)元[4]。由此可見，我國(guó)東南沿海地區(qū)在遭受臺(tái)風(fēng)暴雨時(shí)極易誘發(fā)滑坡、崩塌和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，造成重大損失。

滑坡的成因可分為內(nèi)部因素和外部因素，內(nèi)部因素包括自身的地質(zhì)、地貌條件，外部因素包括地震、降雨等自然因素和人類工程活動(dòng)因素。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近年來(lái)發(fā)生的滑坡災(zāi)害中，降雨型滑坡占90%，地震滑坡占1%，人類工程活動(dòng)導(dǎo)致的滑坡占9%[5-6]。因此，降雨是滑坡最主要的誘發(fā)因素。目前，國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者[7-16]針對(duì)降雨滑坡分布規(guī)律開展研究。Huo等[7]研究了黃土高原區(qū)域降雨和地質(zhì)災(zāi)害分布的空間關(guān)系；朱曉霞等[8]在收集1985—2015年蘭州市降雨型黃土滑坡歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用反距離權(quán)重插值和核密度估算方法揭示了該區(qū)域降雨型黃土滑坡的時(shí)空分布規(guī)律。也有學(xué)者更深入地分析了滑坡和降雨因子的關(guān)系，Bai等[9]研究了甘肅省隴南市武都區(qū)日降雨量和前期總降雨量對(duì)滑坡和泥石流的影響；唐紅梅等[10]分析了重慶地區(qū)滑坡發(fā)生時(shí)的當(dāng)日降雨量、累計(jì)降雨量和前期降雨衰減系數(shù)與滑坡的相關(guān)性。我國(guó)東南沿海地區(qū)經(jīng)常遭受臺(tái)風(fēng)侵襲，且該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境脆弱，有學(xué)者針對(duì)該區(qū)域的滑坡地質(zhì)災(zāi)害開展了研究。陳光平[11]揭示了溫州市臺(tái)風(fēng)降雨滑坡的發(fā)育分布規(guī)律，以及臺(tái)風(fēng)暴雨對(duì)斜坡的作用效應(yīng)；鄭建中等[12]探討了皖南山區(qū)的區(qū)域環(huán)境工程地質(zhì)特征，對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)；He等[13]對(duì)皖南山區(qū)滑坡進(jìn)行了空間分布規(guī)律研究和滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)。近年來(lái)，在我國(guó)東南沿海地區(qū)發(fā)生了多次臺(tái)風(fēng)暴雨事件，觸發(fā)了大量的滑坡，但對(duì)某次臺(tái)風(fēng)暴雨滑坡分布規(guī)律的針對(duì)性研究相對(duì)較少。

2019年8月10日，臺(tái)風(fēng)“利奇馬”登錄我國(guó)東南沿海地區(qū)，臺(tái)風(fēng)暴雨引發(fā)多處地質(zhì)災(zāi)害。本文基于Planet衛(wèi)星影像，根據(jù)滑坡前后的影像，采用目視解譯法在ArcGIS上逐一圈出滑坡位置?；贒EM、地質(zhì)圖以及氣象臺(tái)站的降雨數(shù)據(jù)，提取高程、坡度、坡向、地質(zhì)巖性和降雨量等因子，統(tǒng)計(jì)分析各因子與滑坡分布的關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省寧國(guó)市，東西長(zhǎng)67.1 km，南北寬53.2 km，面積3567 km2，地理坐標(biāo)為118°36′33″—119°17′55″E，30°16′37″—30°45′23″N，見圖1。寧國(guó)市位于皖南山區(qū)，境內(nèi)河流主要有水陽(yáng)江、東津河和郎川河。地貌上整體上為南高北低、東部向腹地傾斜，高程為5～1444 m。出露地層復(fù)雜，有白堊系、志留系、寒武系、奧陶系，侏羅系等地層。研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊東南部江南隆起帶，由于經(jīng)歷了不同構(gòu)造層次多期疊加變形，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，受績(jī)溪斷裂和虎嶺關(guān)—月潭斷裂控制，形成了以北東向構(gòu)造為主的格局。寧國(guó)市氣候四季分明，日照充足，年平均氣溫15.4 ℃，年平均降雨量1 426.9 mm，屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)[17]。受到“利奇馬”臺(tái)風(fēng)影響，自2019年8月9日起，研究區(qū)經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降雨，導(dǎo)致大面積道路損毀、通訊中斷、斷水?dāng)嚯姷戎卮箅U(xiǎn)情。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，寧國(guó)市受災(zāi)人口達(dá)10萬(wàn)人，死亡3人、失聯(lián)5人，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害270處，農(nóng)作物受災(zāi)面積4140 hm2，倒塌房屋1154間[20]。

圖1 研究區(qū)滑坡分布

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

本文選取的研究數(shù)據(jù)如下：臺(tái)風(fēng)“利奇馬”降雨前后3 m分辨率的Planet衛(wèi)星影像(https://api.planet.com)，如圖2所示；12.5 m分辨率的DEM(https://search.asf.alaska.edu)；1∶500 000地質(zhì)圖[18]；研究區(qū)及周邊6個(gè)氣象臺(tái)站的降雨數(shù)據(jù)(http://data.cma.cn)。

2.2 方法

研究區(qū)域的影像就某一日而言并不完整，故選取滑坡前最近的日期和滑坡后最近的日期的衛(wèi)星影像，組成完整的滑坡前后衛(wèi)星影像。

本文選取2019年8月2日、5日、6日3個(gè)時(shí)相的Planet影像組成滑坡前的影像圖，選取2019年8月17日和27日兩個(gè)時(shí)相的Planet影像組成滑坡后的影像圖。以這些高分辨率的衛(wèi)星影像作為基礎(chǔ)展開解譯工作，采用人工目視解譯法找出滑坡分布[19]，影像上的水系、山脊以及滑坡的光學(xué)影像特征可以作為判斷滑坡與其滑動(dòng)方向的證據(jù)。解譯出2019年8月9—11日的“利奇馬”臺(tái)風(fēng)暴雨造成安徽省寧國(guó)市發(fā)生滑坡414處，總滑坡面積1.42 km2，最大單體滑坡面積49 800 m2，最小單體滑坡面積235 m2。將影像前后色調(diào)、形態(tài)、陰影、紋理、植被發(fā)育上有較大差異的區(qū)域視為滑坡，按照不同形狀通過多邊形逐一圈出來(lái)，可以確定滑坡發(fā)生的地理位置、邊界、形態(tài)、規(guī)模，目視解譯法保證了滑坡數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，圖3為典型滑坡案例。基于DEM提取高程、坡度、坡向因子，基于地質(zhì)圖提取地層因子，選擇臺(tái)風(fēng)暴雨期間3天的累計(jì)降雨量作為降雨因子。根據(jù)上述方法，構(gòu)建安徽省寧國(guó)市“利奇馬”臺(tái)風(fēng)暴雨滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)。

(a)滑坡前衛(wèi)星影像 (b)滑坡后衛(wèi)星影像圖2 Planet衛(wèi)星影像

(a)滑坡前衛(wèi)星影像 (b)滑坡后衛(wèi)星影像圖3 典型滑坡案例

3 結(jié)果

3.1 滑坡密度分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到的滑坡數(shù)據(jù)，在ArcGIS上制作出點(diǎn)密度圖。由于滑坡分布區(qū)域較大，以1000 km為搜索半徑通過點(diǎn)密度分析制作滑坡點(diǎn)密度圖(圖4)，可以看出，滑坡主要分布在寧國(guó)市南部區(qū)域，點(diǎn)密度為6.6個(gè)/km2，其余區(qū)域滑坡分布較為稀疏。

圖4 滑坡點(diǎn)密度圖(搜索半徑為1000 km)

3.2 滑坡數(shù)量與滑坡面積統(tǒng)計(jì)

將滑坡面積分為5個(gè)區(qū)間：(0，2000 m2]、(2000 m2，5000 m2]、(5000 m2，10 000 m2]、(10 000 m2，20 000 m2]、(20 000 m2，50 000 m2]。分別統(tǒng)計(jì)分析了5個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的滑坡數(shù)量占滑坡總數(shù)量的比值和滑坡面積占滑坡總面積的比值。由表1可知，(0，2000 m2]區(qū)間的滑坡數(shù)量達(dá)197個(gè)，占滑坡總數(shù)的47%；而在滑坡總面積中占比最大的是(2000 m2，5000 m2]區(qū)間，滑坡的面積為0.45 km2，占32%。我國(guó)東南沿海區(qū)域[11]歷次臺(tái)風(fēng)降雨滑坡災(zāi)害，都有與研究區(qū)滑坡分布同樣的特點(diǎn)：點(diǎn)多、面廣、規(guī)模小。

表1 滑坡數(shù)量和滑坡面積占比

3.3 滑坡與影響因子關(guān)系

3.3.1 地形因子

3.3.1.1 高程

滑坡研究區(qū)的高程為5～1444 m，將其分為5個(gè)區(qū)間：[5 m，300 m)、[300 m，600 m)、[600 m，900 m)、[900 m，1200 m)和[1200 m，1444 m]。統(tǒng)計(jì)了滑坡數(shù)量和滑坡面積與高程之間的關(guān)系，如圖5所示。滑坡主要集中在[300 m，600 m)區(qū)間，滑坡數(shù)量達(dá)191個(gè)，占46%，其對(duì)應(yīng)的滑坡面積也最高，達(dá)46%。由圖5可見，在[5 m，300 m)、[300 m，600 m)兩個(gè)高程區(qū)間，滑坡數(shù)量隨著高程的增加而增加，超過600 m高程后，滑坡數(shù)量隨著高程的增加而減少。坡體應(yīng)力隨著高程增加而增加，[300 m，600 m)高程區(qū)間的斜坡體內(nèi)的應(yīng)力值可提供滑坡滑動(dòng)的勢(shì)能，且此區(qū)間處于起伏度較大的山地丘陵區(qū)域，地勢(shì)變化明顯，在臺(tái)風(fēng)暴雨的影響下極易發(fā)生滑坡。但滑坡數(shù)目和滑坡面積并不是一味地隨著高程的增加而增加，不僅僅是因?yàn)楹０胃邊^(qū)域面積小，而是滑坡的發(fā)生也受其他因子影響。

(a)滑坡數(shù)量 (b)滑坡面積圖5 滑坡和高程關(guān)系圖

3.3.1.2 坡度

滑坡研究區(qū)的坡度范圍是0°～80°，50°以下以10°為間隔進(jìn)行分組，50°以上為一組，統(tǒng)計(jì)滑坡數(shù)量和滑坡面積與坡度之間的關(guān)系，結(jié)果如圖6所示。滑坡數(shù)量最多的坡度區(qū)間是[20°，30°)，有171個(gè)滑坡，占41%，此區(qū)間滑坡面積也最大，占44%，單體滑坡面積最大的也在[20°，30°)區(qū)間。坡度小于20°的滑坡數(shù)量和滑坡面積隨著坡度的增大而增大，坡度大于30°的滑坡數(shù)量和滑坡面積隨著坡度的增大而減小。坡度對(duì)滑坡的影響較為明顯，坡度小于20°的滑坡數(shù)量不多，此范圍內(nèi)地勢(shì)平緩且坡體穩(wěn)定，無(wú)法提供滑坡滑動(dòng)所需要的勢(shì)能；[20°，30°)區(qū)間的滑坡最集中，在這一范圍內(nèi)，坡面上的松散堆積物數(shù)量較多、剪切力和勢(shì)能相對(duì)較大，坡體穩(wěn)定性較差；而超出30°坡度的區(qū)域，雖然坡腳應(yīng)力和勢(shì)能較大，但松散堆積物較少，缺少滑坡物源，因此滑坡數(shù)量逐漸減少。

3.3.1.3 坡向

坡向也是影響滑坡分布的重要因素，根據(jù)坡體朝向?qū)⒅譃槠矫?、北、東北、東、東南、南、西南、西和西北方向，統(tǒng)計(jì)了滑坡數(shù)量和滑坡面積與坡向之間的關(guān)系，如圖7所示。東南坡向的滑坡數(shù)量最多，有135個(gè)，占33%，同時(shí)滑坡面積為0.4 km2，占28%。東南坡向?yàn)榘腙?yáng)坡，太陽(yáng)光照時(shí)間長(zhǎng)，蒸發(fā)量大，土壤含水量較低，導(dǎo)致此坡向植被覆蓋率低且?guī)r體風(fēng)化程度高，坡體穩(wěn)定性較差，因此滑坡數(shù)量較多。

(a)滑坡數(shù)量 (b)滑坡面積圖6 滑坡和坡度關(guān)系圖

(a)滑坡數(shù)量 (b)滑坡面積圖7 滑坡和坡向關(guān)系圖

3.3.2 地質(zhì)因子

研究區(qū)的出露地層巖性復(fù)雜，多達(dá)13種，但并不是每種巖性范圍都有滑坡發(fā)生。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，滑坡分布于未知地層、奧陶系(O)、寒武系(ε)、三疊系(T)、震旦系(Z)、志留系(S)、侏羅系(J)等地層內(nèi)，如圖8所示。震旦系范圍內(nèi)滑坡數(shù)量最多，有194個(gè)，占47%，面積0.58 km2，占滑坡總面積的41%。研究區(qū)內(nèi)震旦系以藍(lán)田組、皮園村組、南沱組、休寧組為主組成，巖性大多為泥巖、粉砂巖、硅質(zhì)頁(yè)巖等軟巖，地表風(fēng)化層較厚，在臺(tái)風(fēng)暴雨條件下極易發(fā)生淺層滑坡。未發(fā)生滑坡的地層包括白堊系(K)、第四系(Qp)、二疊系(P)、泥盆系(D)、石炭系(C)、花崗巖(γπ)，這些地層大多包含頁(yè)巖、灰?guī)r、石英砂巖，花崗巖等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定巖層，故斜坡體相對(duì)穩(wěn)定。而在福建、浙江等臺(tái)風(fēng)災(zāi)害更頻繁的東南沿海地區(qū)，大多數(shù)降雨滑坡也是和研究區(qū)類似的淺層土質(zhì)滑坡。

3.3.3 降雨因子

“利奇馬”臺(tái)風(fēng)暴雨集中在8月9—11日，本文選取3日累計(jì)降雨量作為降雨因子。氣象臺(tái)站均勻分布在研究區(qū)及周圍，與研究區(qū)之間無(wú)高山山脈阻隔，避免了區(qū)域降雨量克里金插值計(jì)算時(shí)的誤差。

將降雨量分為6個(gè)區(qū)間：[163 mm，200 mm)、[200 mm，250 mm)、[250 mm，300 mm)、[300 mm，350 mm)、[350 mm，400 mm)和[400 mm，425 mm]。統(tǒng)計(jì)滑坡數(shù)量和滑坡面積與3日累計(jì)降雨量的關(guān)系，如圖9所示。由圖可見，降雨量在[300 mm，350 mm)區(qū)間發(fā)生的滑坡數(shù)量占滑坡總數(shù)的60%，滑坡面積占滑坡總面積的51%。降雨量最大的[400 mm，425 mm]區(qū)間，在研究區(qū)占比面積極小，且降雨只是滑坡直接誘因，故此區(qū)間無(wú)滑坡發(fā)生。查閱相關(guān)降雨數(shù)據(jù)(http://www.weather.com.cn)，寧國(guó)市7月和8月平均月降雨量為181.5 mm和170.3 mm。而“利奇馬”臺(tái)風(fēng)期間，僅8月9—11日降雨量就已經(jīng)超過月平均降雨量，臺(tái)風(fēng)暴雨是滑坡發(fā)生的直接誘因。

(a)滑坡數(shù)量 (b)滑坡面積 圖8 滑坡和地層關(guān)系圖

(a)滑坡數(shù)量 (b)滑坡面積

(c)研究區(qū)降雨量分布圖9 滑坡和降雨量關(guān)系圖

4 結(jié)論

本文以安徽省寧國(guó)市臺(tái)風(fēng)暴雨滑坡為例，利用Planet衛(wèi)星影像獲取滑坡空間分布圖，采用人工目視解譯法得到414個(gè)滑坡，面積達(dá)1.42 km2，不均勻分布在寧國(guó)市及周邊區(qū)域。近一半的單體滑坡面積小于2000 m2，但造成損失較大。研究區(qū)域滑坡有：點(diǎn)多、分布廣、面積小、淺層滑坡，危害大等特點(diǎn)?；路植寂c地形、地質(zhì)和降雨因子密切相關(guān)，在高程[300 m，600 m)區(qū)間、坡度[20°，30°)區(qū)間、坡向東南向、震旦系地層(Z)和3日累計(jì)降雨量[300 mm，350 mm)區(qū)間的滑坡數(shù)量和滑坡面積占比最大。降雨是滑坡發(fā)生的直接誘因，其本質(zhì)原因在于斜坡體的地形地質(zhì)條件，因此滑坡最密集區(qū)并非降雨量最多的區(qū)域，而是地形地質(zhì)較脆弱的區(qū)域。

本文初步分析了寧國(guó)市“利奇馬”臺(tái)風(fēng)暴雨滑坡的空間分布規(guī)律，下一步擬開展暴雨工況下單體滑坡失穩(wěn)機(jī)理研究和區(qū)域滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)研究。