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长江流域不同类型山洪灾害易发区划分

周建琴 庞占龙 蔡强国 余新晓 张克斌 孙莉英

周建琴, 庞占龙, 蔡强国, 余新晓, 张克斌, 孙莉英. 长江流域不同类型山洪灾害易发区划分[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
引用本文: 周建琴, 庞占龙, 蔡强国, 余新晓, 张克斌, 孙莉英. 长江流域不同类型山洪灾害易发区划分[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
ZHOU Jian-qin, PANG Zhan-long, CAI Qiang-guo, YU Xin-xiao, ZHANG Ke-bin, SUN Li-ying. Susceptibility zoning of different types of mountain torrent disasters in the Yangtze River Basin of sourthern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
Citation: ZHOU Jian-qin, PANG Zhan-long, CAI Qiang-guo, YU Xin-xiao, ZHANG Ke-bin, SUN Li-ying. Susceptibility zoning of different types of mountain torrent disasters in the Yangtze River Basin of sourthern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169

长江流域不同类型山洪灾害易发区划分

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
基金项目: 

水利部公益性行业科研专项 201301059

长江水利委员会长江科学院开放研究基金 CKWV2015227/KY

详细信息
    作者简介:

    周建琴。主要研究方向:水土保持、自然灾害理论与分析。Email: 289889475@qq.com  地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

    通讯作者:

    孙莉英,博士,副研究员。主要研究方向:水沙环境风险分析与控制。Email: sunliying@igsnrr.ac.cn  地址:100101  北京市朝阳区大屯路甲11号中国科学院地理科学与资源研究所

  • 中图分类号: X43

Susceptibility zoning of different types of mountain torrent disasters in the Yangtze River Basin of sourthern China

  • 摘要: 长江流域因其复杂的地质地貌及气候条件成为我国山洪灾害发生最为密集的地区。山洪灾害易发区划分是山洪灾害防治工作的重要内容,针对长江流域大尺度(跨省级)区域的山洪灾害易发性研究可为长江流域及相似区域的山洪灾害评价研究以及规划、部署、实施山洪灾害防治工作提供科学依据。本文综合考虑影响山洪灾害形成的自然地理因素,以县域为评价单元,构建各类山洪灾害易发程度指标体系,基于Matlab,采用层次分析法计算各类山洪灾害易发性指数。据此,利用ArcGIS自然间距分类方案将长江流域划分为4个山洪灾害易发区,即高易发区、中易发区、低易发区和非防治区。结果表明:溪河洪水灾害呈现由东向西灾害易发程度逐渐降低的趋势,分布较为密集的区域在流域的中东部地区;滑坡灾害高易发区主要分布在流域中部,上游干流附近滇北和陇南山地,尤以四川盆地以东地区最为集中;泥石流灾害高易发区主要分布在流域西部,其中以断裂带发育的第一、二阶梯过渡带最为密集。划分结果显示各类山洪灾害在流域内的分布差异较为明显,不同类型山洪灾害的历史发生次数在高易发区的集中程度均在80%以上,表明分区结果能够较好反映各灾害的区域分布特征。
  • 图  1  长江流域地理位置图

    Figure  1.  Geographical location map of Yangtze River Basin

    图  2  长江流域地势及水系图

    Figure  2.  Land and drainage map of the Yangtze River Basin

    图  3  溪河洪水易发性评价指标体系

    Figure  3.  Assessment indices of susceptibility on landslide induced by river floods

    图  4  滑坡易发性评价指标体系

    Figure  4.  Assessment indices of susceptibility on landslide induced by river floods

    图  5  泥石流易发性评价体系

    Figure  5.  Evaluation system of susceptibility on debris flow induced by river floods

    图  6  溪河洪水灾害易发区分布图

    Figure  6.  Distribution diagram of susceptibility on river flood disaster

    图  7  滑坡灾害易发程度分布图

    Figure  7.  Distribution diagram of susceptibility on landslide disaster induced by river floods

    图  8  泥石流灾害易发程度分布

    Figure  8.  Distribution diagram of susceptibility on debris flow disaster induced by river floods

    表  1  指标数据来源和提取方法

    Table  1.   Data sources and index extraction methods

    指标Index 数据Data 来源Source 获取方法Extraction method
    降雨
    Rainfall
    暴雨频率
    Rainstorm frequency
    国家气象台站台数据
    Data of national meteorological station
    皮尔逊Ⅲ法
    Pearson method
    下垫面
    Underlying
    surface
    平均高差
    Average elevation difference
    地理空间数据云平台
    Geospatial data cloud platform
    ArcGIS邻域分析
    ArcGIS neighboring analysis
    ≥15°坡度百分比
    Percentage of slope greater than 15°
    国际科学数据服务平台下载国家90 m分辨率DEM数据
    Download DEM data of 90 metre resolution on international scientific data service platform
    ArcGIS表面分析、区域分析功能
    Surface analysis and regional analysis function of ArcGIS
    河网密度
    Drainage density
    国际科学数据服务平台下载
    Download from international scientific data service platform
    ArcGIS水文分析功能
    Hydrologic analysis function of ArcGIS
    植被指数
    Vegetation index
    地理空间数据云网站下载中国1 km NDVI月合成产品(TERRA星)
    Download China one kilometer NDVI month synthetic product of China on geospatial data cloud website
    2010年4—9月NDVI数据,ArcGIS栅格计算器、区域分析功能
    The data of NDVI from April to September, 2010, the grid calculator and regional analysis function of ArcGIS
    断裂带密度
    Active fault density
    1:250万中国地质图
    Geological map of China of 1:2.5 million
    ArcGIS空间联合功能
    Space joint function of ArcGIS
    土壤可蚀性指数
    Soil erodibility index
    长江流域土壤类型图、土壤可蚀性因子空间分布图
    Soil type map of the Yangtze River Basin, space distribution of the soil corrosion factors
    ArcGIS叠加计算
    Superposition calculation of ArcGIS
    岩性指数
    Lithological index
    全国岩性分区图
    The map of national lithologic partition
    提取长江流域岩性图
    Extracing tlithologic map of the Yangtze River Basin
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    表  2  各类型山洪灾害影响因素排序结果

    Table  2.   Sequencing of influencing factors of three kinds of mountain torrent hazards

    排序
    Sequencing
    影响因素Influencing factor
    溪河洪水River flood 滑坡Landslide 泥石流Debris flow
    1 暴雨频率Rainstorm frequency 平均高差Average elevation difference 坡度百分比Percentage of slope
    2 植被指数Vegetation index 坡度百分比Percentage of slope 平均高差Average elevation difference
    3 坡度百分比Percentage of slope 植被指数Vegetation index 植被指数Vegetation index
    4 平均高差Average elevation difference 断裂带密度Active fault density 断裂带密度Active fault density
    5 河网密度Drainage density 暴雨频率Rainstorm frequency 暴雨频率Rainstorm frequency
    6 岩性指数Lithological index 岩性指数Lithological index
    7 河网密度Drainage density 土壤可蚀性指数Soil erodibility index
    8 河网密度Drainage density
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    表  3  评价指标权重表

    Table  3.   Weights of assessment indices

    指标Index 权重Weight
    溪河洪水River flood 滑坡Landslide 泥石流Debris flow
    暴雨频率Rainstorm frequency 0.49 0.11 0.09
    平均高差Average elevation difference 0.10 0.24 0.19
    ≥15°坡度百分比Percentage of slope greater than 15° 0.15 0.20 0.20
    河网密度Drainage density 0.06 0.03 0.07
    植被指数Vegetation index 0.20 0.17 0.15
    断裂带密度Active fault density 0.15 0.12
    岩性指数Lithological index 0.10 0.08
    土壤可蚀性指数Soil erodibility index 0.08
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    表  4  各易发区内不同类型山洪灾害历史次数统计

    Table  4.   Statistics about historical disaster of different types of mountain torrent hazards in each susceptible area

    灾害类型
    Disaster type
    分区类型
    Zoning type
    灾害次数
    Disaster number
    百分比
    Percentage/%
    溪河洪水River flood 低易发区(非防治区)Lowly-susceptible area(insusceptible area) 1 985 5.66
    中易发区Medium-susceptible area 4 976 14.19
    高易发区Highly-susceptible area 28 107 80.15
    滑坡Landslide 低易发区(非防治区)Lowly-susceptible area(insusceptible area) 137 1.67
    中易发区Medium-susceptible area 1 032 12.62
    高易发区Highly-susceptible area 7 012 85.71
    泥石流Debris flow 低易发区(非防治区)Lowly-susceptible area(insusceptible area) 75 1.09
    中易发区Medium-susceptible area 849 12.41
    高易发区Highly-susceptible area 5 921 86.5
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    ZHAOGuang-jie, 王云琦, 赵燕东, 刘金福, 谭炳香, 李吉跃, 张树文, 温俊宝, 张路平, LUOWen-sheng, 宋湛谦, 吴庆利, 吴斌, 洪伟, 朱天辉, 李吉跃, 何兴元, 韩士杰, 何正权, 李增元, 翟洪波, 王玉杰, 韩烈保, 何友均, 张建国, 何承忠, 赵广杰, 白陈祥, 余新晓, 陈发菊, ]陈玮, 张养贞, 刘凤芹, 黄文豪, 骆有庆, 林秦文, 骆有庆, 李俊清, 梁小红, 何静, 匡秋明, 郭忠玲, 张志毅, 陈尔学, ]魏晓霞, 童书振, FurunoTakeshi, 姜伟, 崔国发, 胡伟华, 梁宏伟, 张璧光, 庞勇, 李颖, 郑兴波, 张军, 张振明, 许志春, RENQian, 安新民, 许志春, 赵桂玲, 曾会明, 雷渊才, 杨凯, 郑杰, PaulWolfgang, 宋国正, 曹川健, 李凤兰, 刘君, 侯伟, 赵广亮, 李福海, 张有慧, 李考学, 田桂芳, 姚永刚, 张全来, 董建生, 李永波, 赫万成, 李长明, 张世玺.  多树种合理配置抗御光肩星天牛灾害控灾阈值的研究 . 北京林业大学学报, 2006, 28(3): 123-127.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-08
  • 修回日期:  2017-07-30
  • 刊出日期:  2017-11-01

长江流域不同类型山洪灾害易发区划分

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
    基金项目:

    水利部公益性行业科研专项 201301059

    长江水利委员会长江科学院开放研究基金 CKWV2015227/KY

    作者简介:

    周建琴。主要研究方向:水土保持、自然灾害理论与分析。Email: 289889475@qq.com  地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

    通讯作者: 孙莉英,博士,副研究员。主要研究方向:水沙环境风险分析与控制。Email: sunliying@igsnrr.ac.cn  地址:100101  北京市朝阳区大屯路甲11号中国科学院地理科学与资源研究所
  • 中图分类号: X43

摘要: 长江流域因其复杂的地质地貌及气候条件成为我国山洪灾害发生最为密集的地区。山洪灾害易发区划分是山洪灾害防治工作的重要内容,针对长江流域大尺度(跨省级)区域的山洪灾害易发性研究可为长江流域及相似区域的山洪灾害评价研究以及规划、部署、实施山洪灾害防治工作提供科学依据。本文综合考虑影响山洪灾害形成的自然地理因素,以县域为评价单元,构建各类山洪灾害易发程度指标体系,基于Matlab,采用层次分析法计算各类山洪灾害易发性指数。据此,利用ArcGIS自然间距分类方案将长江流域划分为4个山洪灾害易发区,即高易发区、中易发区、低易发区和非防治区。结果表明:溪河洪水灾害呈现由东向西灾害易发程度逐渐降低的趋势,分布较为密集的区域在流域的中东部地区;滑坡灾害高易发区主要分布在流域中部,上游干流附近滇北和陇南山地,尤以四川盆地以东地区最为集中;泥石流灾害高易发区主要分布在流域西部,其中以断裂带发育的第一、二阶梯过渡带最为密集。划分结果显示各类山洪灾害在流域内的分布差异较为明显,不同类型山洪灾害的历史发生次数在高易发区的集中程度均在80%以上,表明分区结果能够较好反映各灾害的区域分布特征。

English Abstract

周建琴, 庞占龙, 蔡强国, 余新晓, 张克斌, 孙莉英. 长江流域不同类型山洪灾害易发区划分[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
引用本文: 周建琴, 庞占龙, 蔡强国, 余新晓, 张克斌, 孙莉英. 长江流域不同类型山洪灾害易发区划分[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
ZHOU Jian-qin, PANG Zhan-long, CAI Qiang-guo, YU Xin-xiao, ZHANG Ke-bin, SUN Li-ying. Susceptibility zoning of different types of mountain torrent disasters in the Yangtze River Basin of sourthern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
Citation: ZHOU Jian-qin, PANG Zhan-long, CAI Qiang-guo, YU Xin-xiao, ZHANG Ke-bin, SUN Li-ying. Susceptibility zoning of different types of mountain torrent disasters in the Yangtze River Basin of sourthern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(11): 56-64. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170169
  • 山洪灾害主要包括溪河洪水,及由溪河洪水引发的泥石流、滑坡灾害[1],其形成与发展主要受降雨、地形地质及人类经济社会活动3大因素的影响[2]。山洪灾害易发区是指在地质构造、地形和气候条件上容易或者可能发生山洪灾害的区域。自然灾害的易发区划分在灾害危险范围预测、灾害损失预测评估、灾害防治工程部署等方面发挥重要作用[3]

    目前,长江流域山洪灾害易发性研究主要集中在中小尺度(如市、地区等)。例如,唐余学等[4]利用ArcGIS软件技术,对重庆市山洪灾害易发程度进行了4级分区。柳金峰等[5]采用模糊物元可拓方法对甘肃陇南市武都区泥石流易发程度进行了划分和评价。现有针对全流域范围大尺度山洪灾害的研究多集中于对灾害成因特点及防御对策的定性分析。王威等[6]分析了长江流域山洪灾害的成因特点,提出了防御和治理山洪的原则及对策。蔡道明等[7]对长江流域山洪灾害预警系统进行了探讨。鉴于长江流域自然因素的复杂性,全流域山洪灾害定量评估仍需进一步探索。

    以往针对中小尺度山洪灾害易发性研究方法较多,较常用的有层次分析法[8]、模糊综合判别法[9]、综合危险性指数法[10-11]、确定性系数法[12]以及基于GIS的空间分析法[13]等。鉴于各方法的优缺点,现阶段在进行灾害易发性研究时,往往需要将几种方法综合使用,如层次分析模糊评判法[14]、信息模糊评判法[15]等。在综合方法中尤以与GIS空间分析技术相结合的方法最多,如基于GIS的层次分析法[16]、基于GIS的确定系数法[17]等。虽然这些方法在中小尺度的灾害易发性研究中得到广泛应用,但是否适合大尺度流域灾害易发性的研究尚需进一步验证。

    本文综合考虑影响山洪灾害形成的3大因素,并考虑到山洪灾害发生的不确定性和模糊性,以县域为评价单元,通过建立易发性评价指标体系,采用层次分析法并结合专家打分法确定指标权重,计算山洪灾害易发性指数,再利用ArcGIS空间分析技术进行山洪灾害易发程度分级,实现长江流域各类型山洪灾害的易发区划分。划分结果可为长江流域及相似区域的山洪灾害危险性评价研究及山洪灾害综合防治提供科学依据,也可为大尺度区域山洪灾害定量评估研究提供科学参考。

    • 长江流域位于我国南部,介于24°30′~ 35°45′N、90°33′~ 122°25′E之间(图 1)。西依青藏高原,东临东海,流域面积180.85万km2 [18],占国土面积的18.8%,是我国第一大流域。长江流域横跨我国西南、华中和华东3大经济地带,是我国经济最发达的地区之一。该流域地跨高原高寒区、热带季风区和亚热带季风区3个气候区,其中属亚热带季风区的面积约占全流域的2/3。流域降水空间上由西北向东南递增,降雨充沛、集中且多暴雨。流域多年平均降雨量在1 100 mm左右,有70%~90%的降水集中在5—10月,而暴雨尤以7—8月最为集中。地势西高东低,横跨3级阶梯,由西向东流经青藏高原、横断山脉、云贵高原、四川盆地、江南丘陵和长江中下游平原等重要地形类型,山区面积广阔,占全流域面积的70%以上(图 2)。阶梯过渡地带高山峡谷分布,地势陡峻,地质活动强烈。

      图  1  长江流域地理位置图

      Figure 1.  Geographical location map of Yangtze River Basin

      图  2  长江流域地势及水系图

      Figure 2.  Land and drainage map of the Yangtze River Basin

      根据全国山洪灾害防治规划相关调查数据[19],长江流域发生过溪河洪水灾害的小流域超过7 000条,占全国小流域的比例约为38%,发生溪河洪水灾害次数超过35 000次,占全国溪河洪水灾害次数的比例约为43%。长江流域发生过山洪灾害的泥石流沟超过5 000条,将近占全国泥石流沟比例的50%,发生泥石流灾害6 800余次,占全国泥石流灾害次数的45%左右,且长江流域发育有滑坡灾害点8 183个,约占全国由溪河洪水诱发滑坡灾害点的50%。

    • 长江流域各类型山洪灾害的发生规律和影响因素是进行易发区划分的主要依据。本文根据山洪灾害发育程度和影响因素,遵循系统性、代表性、科学性和可操作性的原则,构建出长江流域3种类型山洪灾害(溪河洪水、泥石流、滑坡)易发程度评价指标体系。从整体来看,山洪灾害的形成主要包括3种因素:特殊的地形条件、松散岩石物质积存状况和能够激发堆积物运动的水动力条件,即地形条件、物源条件和水源条件[20]。其中,降雨是灾害发生的激发动力条件,地势起伏度可为灾害的发生提供势能,河网密度可反映区域地表的破碎程度及径流对山地区的侵蚀强度,断裂带密度影响山体的稳定性,岩性指数及土壤可蚀性反映山体的抗侵蚀能力及稳定性,植被指数对灾害发生的概率影响较大。根据以往研究[21],我国东部山区山洪灾害多发生在20°~30°之间,西部边缘高山区山洪灾害多发生在30°~70°之间,这里选取≥15°坡度百分比来表征坡度因素对灾害发生的影响。

      结合长江流域实际情况,以各类型山洪灾害易发性为目标层,降雨、下垫面条件为准则层,按各准则层隶属关系再细化为若干指标,从而建立长江流域各类型山洪灾害易发性评价指标体系,如图 3~5所示。

      图  3  溪河洪水易发性评价指标体系

      Figure 3.  Assessment indices of susceptibility on landslide induced by river floods

      图  4  滑坡易发性评价指标体系

      Figure 4.  Assessment indices of susceptibility on landslide induced by river floods

      图  5  泥石流易发性评价体系

      Figure 5.  Evaluation system of susceptibility on debris flow induced by river floods

    • 结合以往对影响山洪灾害发生发展因素的分析及合长江流域自身特点,收集整理得到长江流域县域图、地形地貌图、地质图等。研究所需的县域数据来自国家科技基础条件平台,各指标数据来源和提取方法见表 1

      表 1  指标数据来源和提取方法

      Table 1.  Data sources and index extraction methods

      指标Index 数据Data 来源Source 获取方法Extraction method
      降雨
      Rainfall
      暴雨频率
      Rainstorm frequency
      国家气象台站台数据
      Data of national meteorological station
      皮尔逊Ⅲ法
      Pearson method
      下垫面
      Underlying
      surface
      平均高差
      Average elevation difference
      地理空间数据云平台
      Geospatial data cloud platform
      ArcGIS邻域分析
      ArcGIS neighboring analysis
      ≥15°坡度百分比
      Percentage of slope greater than 15°
      国际科学数据服务平台下载国家90 m分辨率DEM数据
      Download DEM data of 90 metre resolution on international scientific data service platform
      ArcGIS表面分析、区域分析功能
      Surface analysis and regional analysis function of ArcGIS
      河网密度
      Drainage density
      国际科学数据服务平台下载
      Download from international scientific data service platform
      ArcGIS水文分析功能
      Hydrologic analysis function of ArcGIS
      植被指数
      Vegetation index
      地理空间数据云网站下载中国1 km NDVI月合成产品(TERRA星)
      Download China one kilometer NDVI month synthetic product of China on geospatial data cloud website
      2010年4—9月NDVI数据,ArcGIS栅格计算器、区域分析功能
      The data of NDVI from April to September, 2010, the grid calculator and regional analysis function of ArcGIS
      断裂带密度
      Active fault density
      1:250万中国地质图
      Geological map of China of 1:2.5 million
      ArcGIS空间联合功能
      Space joint function of ArcGIS
      土壤可蚀性指数
      Soil erodibility index
      长江流域土壤类型图、土壤可蚀性因子空间分布图
      Soil type map of the Yangtze River Basin, space distribution of the soil corrosion factors
      ArcGIS叠加计算
      Superposition calculation of ArcGIS
      岩性指数
      Lithological index
      全国岩性分区图
      The map of national lithologic partition
      提取长江流域岩性图
      Extracing tlithologic map of the Yangtze River Basin
    • 考虑到山洪灾害影响因素的复杂性,各指标对灾害易发性的影响程度不同。基于灰色关联分析法确定各因素对不同类型山洪灾害发生的影响程度。灰色关联分析法是针对灰色关系提出的一种量化处理的方法。首先选取影响因素和数据序列,对数据进行无量纲化处理,计算差序列,进而计算出灰关联系数,在灰关联系数基础上进一步求出灰关联度,从而得到各影响因素排序结果(表 2)。

      表 2  各类型山洪灾害影响因素排序结果

      Table 2.  Sequencing of influencing factors of three kinds of mountain torrent hazards

      排序
      Sequencing
      影响因素Influencing factor
      溪河洪水River flood 滑坡Landslide 泥石流Debris flow
      1 暴雨频率Rainstorm frequency 平均高差Average elevation difference 坡度百分比Percentage of slope
      2 植被指数Vegetation index 坡度百分比Percentage of slope 平均高差Average elevation difference
      3 坡度百分比Percentage of slope 植被指数Vegetation index 植被指数Vegetation index
      4 平均高差Average elevation difference 断裂带密度Active fault density 断裂带密度Active fault density
      5 河网密度Drainage density 暴雨频率Rainstorm frequency 暴雨频率Rainstorm frequency
      6 岩性指数Lithological index 岩性指数Lithological index
      7 河网密度Drainage density 土壤可蚀性指数Soil erodibility index
      8 河网密度Drainage density

      采用层次分析法并结合专家打分法,对影响长江流域山洪灾害易发性的指标进行赋值,运用Matlab计算出各指标权重,各指标权重见表 3

      表 3  评价指标权重表

      Table 3.  Weights of assessment indices

      指标Index 权重Weight
      溪河洪水River flood 滑坡Landslide 泥石流Debris flow
      暴雨频率Rainstorm frequency 0.49 0.11 0.09
      平均高差Average elevation difference 0.10 0.24 0.19
      ≥15°坡度百分比Percentage of slope greater than 15° 0.15 0.20 0.20
      河网密度Drainage density 0.06 0.03 0.07
      植被指数Vegetation index 0.20 0.17 0.15
      断裂带密度Active fault density 0.15 0.12
      岩性指数Lithological index 0.10 0.08
      土壤可蚀性指数Soil erodibility index 0.08
    • 根据所选取指标因子的归一化数值及各指标因子对目标层的权重,计算山洪灾害易发性指数。计算公式如下:

      $$ R = \sum\limits_{i = 1}^n {{a_i}{X_i}} $$ (1)

      式中:R为易发性指数;ai为评价因子的权重;Xi为评价指标的归一化数值;n为评价因子的个数。

      在计算易发性指数的基础上,利用自然间距分类方案(ArcGIS10.0)[12]将3种山洪灾害的易发程度划分为3级,即高易发区、中易发区、低易发区。其原理是根据数值统计分布特征寻找数值间存在的自然转折点、特征点,并将这些点作为分级的界限,可使类与类之间的差异最大化[12]。在进行分级后,结合流域内各地区灾害实际分布情况对已划分的级别进行适当调整。最后通过ArcGIS将全国山洪灾害防治区划图[1]中长江流域非防治区与已划分的3级易发区进行叠加,得到长江流域各类型山洪灾害4级易发区分布图。

    • 根据地形地、地质结构、地壳稳定性特点以及山洪灾害的分布,长江流域大致西以“陇南山地—龙门山—乌蒙山”,东以“伏牛山—武陵山”为界,划分为西部、中部和东部3个区[6]。各类型山洪灾害的易发区分布在流域内也呈现出明显的区域特征。

    • 溪河洪水易发程度分布图(图 6),可见低易发区与非防治区面积占流域总面积的47%,中易发区占流域总面积的22%,高易发区占26%。

      图  6  溪河洪水灾害易发区分布图

      Figure 6.  Distribution diagram of susceptibility on river flood disaster

      由于溪河洪水受强降雨的影响最为明显,因此高中低易发区的分布与降雨的分布趋势较为吻合,呈现由东向西灾害易发程度逐渐降低的趋势。溪河洪水灾害分布较为密集的区域在流域的中东部地区和长江中下游平原的潘阳湖平原区域。暴雨频率是长江流域溪河洪水的主要影响因素(表 2),在一定的下垫面条件下,暴雨的分布区域决定了溪河洪水灾害的分布区域。

      长江流域中小伏山地和丘陵地区也是溪河洪水灾害分布最为密集的地带。山地丘陵地区多为河谷平原区,地形雨较多,迎风坡降雨大于背风坡,特殊的地形地貌条件为溪河洪水的发生提供了势能条件。其中以位于流域中东部过渡地带的湖南山地丘陵区最为典型,虽然该省三面环山,但与中西部相比,地形起伏较缓,是长江流域溪河洪水灾害最为密集的地带。

    • 图 7可统计,在滑坡灾害中低危险区及非防治区占流域总面积的53%,中危险区占流域总面积的20%,高危险区占流域总面积的22%。滑坡主要分布在长江流域中部地区,上游干流附近滇北和陇南山区也有密集发育。且多呈片状或带状分布,并较为集中,尤以四川盆地以东地区最为密集。

      图  7  滑坡灾害易发程度分布图

      Figure 7.  Distribution diagram of susceptibility on landslide disaster induced by river floods

      滑坡灾害易发区分布在地貌类型上主要以(极)大起伏山地和中小起伏山地的为主,尤以渝鄂湘山地区最为频发。渝鄂湘交界处山地面积广,分布着大巴山、巫山及武陵山等一系列中小型山脉。这一地带山体众多,地势落差大,高山峡谷,河流湍急,土壤结构疏松,新老断裂带分布比较密集,构造活动频繁,沟谷河流遍布于山体之中,与之相互切割,因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面,极易发生滑坡灾害。

      在云贵高原,地质活动复杂多变,断裂发育,存在着各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡,且地震活动强烈,这些断裂带发育的地区成为滑坡灾害频发的地区。滑坡的产生需要一定的物质条件,在长江流域中游地区,岩土类型主要是次软和软硬相间,其结构松散、抗剪强度和抗风化能力较低,在水的作用下其性质容易发生变化。因而,这些地区也是滑坡灾害高易发区域。

    • 泥石流灾害易发程度分布图如图 8所示。其中,低危险区及非防治区面积占流域总面积的43%,中危险区占流域总面积的28%,高危险区占流域总面积的24%。泥石流灾害在长江流域西部地区分布最为密集。这一地带自西向东跨越我国岭谷相对高度变化最大的2个地貌过渡带:第1级地貌阶梯(青藏高原)与第2级地貌阶梯(云贵高原、黄土高原、四川盆地)的过渡带,即横断山区、四川盆周山地西部和陇南山地,暴雨型泥石流发育密集。

      图  8  泥石流灾害易发程度分布

      Figure 8.  Distribution diagram of susceptibility on debris flow disaster induced by river floods

      高易发区受活跃断裂带的影响极大,断裂带发育的地区成为泥石流灾害高易发区。长江流域地质构造条件复杂,断裂发育,尤其在第1、2阶梯过渡带表现最为明显,如安宁河断裂带、小江断裂带及白龙江断裂带[22]。这些断裂带密集区岭谷高差达2 000 m以上,河床纵比降大,多跌水和瀑布,河网密集,河谷深切发育,地形雨较多,且地质活动强烈,导致地震活动相对频繁。特殊的地质地貌条件为泥石流的产生提供了势能和物质条件,因而这些地区成为泥石流发育密集区。

      综上所述,长江流域山洪灾害高易发区主要集中在四川盆地周边的中高山地,包括岷山、邛崃山高山峡谷区和龙门山、滇东、滇西、米仓山、大巴山、大娄山、武陵山、秦岭、雪峰山等中山峡谷区,以及长江中东部过渡地带的大别山、幕府山、罗霄山、黄山、武夷山等中低山区。在川中丘陵区、南阳盆地、江汉平原、洞庭湖平原及鄱阳湖平原等地势起伏较低地区的易发程度明显较小。3种不同类型的山洪灾害在长江流域的集中分布区域差异明显。溪河洪水灾害高易发区主要分布在流域西部向东部的过渡地带。滑坡灾害高易发区主要分布在流域中部,在上游干流两侧滇北地区及陇南山地也有较集中发育。泥石流灾害高易发区主要分布在流域的西部,尤以川西高原上高易发区面积最大。

    • 基于ArcGIS平台,将长江流域山洪灾害历史数据与各类型山洪灾害易发程度分布图进行叠加,以对山洪灾害易发程度结果进行验证(表 4)。长江流域山洪灾害历史数据来自“全国山洪灾害防治规划”项目调查数据,包括了从1950—2002年左右的3种类型山洪灾害的数据。数据包括:溪河洪水7 097个灾害点,以及发生在不同年份的35 068次溪河洪水灾害;滑坡8 183个灾害点,以及发生在不同年份的8 181次滑坡灾害;泥石流5 236个灾害点,以及发生在不同年份的6 845次泥石流灾害。县域数据来自国家科技基础条件平台。分析结果表明溪河洪水、滑坡、泥石流3种山洪灾害历史发生次数分别有80.15%、85.71%、86.5%位于各灾害高易发区;14.19%、12.62%、12.41%位于各灾害中易发区;5.66%、1.67%、1.09%位于各灾害低易发区及非防治区。因此,易发程度分区能够较好反映各灾害的集中分布区域特征。

      表 4  各易发区内不同类型山洪灾害历史次数统计

      Table 4.  Statistics about historical disaster of different types of mountain torrent hazards in each susceptible area

      灾害类型
      Disaster type
      分区类型
      Zoning type
      灾害次数
      Disaster number
      百分比
      Percentage/%
      溪河洪水River flood 低易发区(非防治区)Lowly-susceptible area(insusceptible area) 1 985 5.66
      中易发区Medium-susceptible area 4 976 14.19
      高易发区Highly-susceptible area 28 107 80.15
      滑坡Landslide 低易发区(非防治区)Lowly-susceptible area(insusceptible area) 137 1.67
      中易发区Medium-susceptible area 1 032 12.62
      高易发区Highly-susceptible area 7 012 85.71
      泥石流Debris flow 低易发区(非防治区)Lowly-susceptible area(insusceptible area) 75 1.09
      中易发区Medium-susceptible area 849 12.41
      高易发区Highly-susceptible area 5 921 86.5
    • 本文通过对长江流域各类型山洪灾害易发区进行划分,主要得出以下结论:

      1) 从划分结果来看,3种类型山洪灾害在流域内的分布差异较为明显,溪河洪水总体上由东向西灾害易发性呈递减趋势,滑坡灾害高易发区分布在上游干流两侧滇北地区及陇南山地,总体上则呈现由流域中部分别向东、向西递减的趋势,泥石流灾害集中在川西高原地区,总体上呈现由西向东的递减趋势。

      2) 山洪灾害的发生受诸多因素影响。其中,溪河洪水受暴雨影响明显,暴雨频发地区、时段与灾害的发生呈现出高度吻合的特征,滑坡灾害高易发区主要分布在起伏山地和断裂带发育的地区,地貌和地质条件是影响滑坡灾害发生的重要因素,泥石流灾害高易发区的分布与活动断裂带的分布较为一致。

      3) 将已划分的易发区与山洪灾害历史数据比较,验证结果较理想。因此,可以为长江流域山洪灾害危险范围预测、灾害损失预测评估、灾害防治工程部署等方面发挥作用。

      本研究受限于资料的可得性,评价方法存在局限性,今后在评价单元和权重确定方法方面还需要进一步完善,特别探究如何缩小评价单元面积,进一步提高评价精度,以提高全流域山洪灾害易发程度划分结果的准确性,为长江流域防灾、减灾工作提供科学参考。

参考文献 (22)

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