福建省地質災害時空分布特征研究

覃宇恬,劉彥花,劉秋華,覃玲萍

(1．南寧師范大學地理科學與規劃學院,南寧 530001;2. 南寧師范大學自然資源與測繪學院,南寧 530001)

地質災害的發生往往與人類活動、生態環境緊密相關,因各城市獨特的地貌、突降的暴雨、人口的猛增、人類工程活動的加劇,現代工業化的擴張,森林植被的肆意砍伐和土地開發利用的不合理,都會導致環境頻繁發生滑坡、泥石流、崩塌和地陷等地質災害[1-2]。因此,研究地質災害的空間分布特征及關聯性顯得尤為重要,對于進一步發展省份經濟,恢復區域地表生態環境具有重要意義。

國外學者對于地質災害的研究,從初始的基于GIS的空間特征分析,對比EBF、RF等模型對地質災害的分區研究[3],再到風險評價體系等地質災害體系的完善化、全面化[4];而國內學者的研究從最初基于多源遙感數據融合,利用GIS空間分析法,探尋地質災害的空間分布特征[5],發現地質災害發生和分布的主要內動力控制因素[6-7],再到將影響地質災害發育的眾多特征因子與地質災害分布相疊加并進行細致分析[8],追根地質災害暴發的誘因[9-11],構建各類評價模型[12-14],為地質災害的研究做出巨大貢獻。

然而即便學者們在地質災害特征研究上頗有建樹,但是研究維度還沒做到全方面覆蓋,為秉持“因地制宜”、“就地分析”理念,本文基于福建省擁有獨特的地理環境進行分析。

因福建省每年有強降雨降臨與臺風侵襲,并伴隨地形地貌、土壤條件、地質條件的制約,所以極易出現崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害,于是本文收集2010年、2015年和2020年福建省地質災害數據,選取影響較大的因素,運用GIS 技術將其與福建省地形地貌、巖石巖性、土地利用類型、水系、路網數據相疊加,計算不同環境下的福建省災害密度,定量分析其在不同情況下的災害空間分布特征,以期為福建省當地政府制定有效的防災減災策略提供一定的參考。

1 研究區概況及方法

1.1 研究區概況

福建省,簡稱“閩”,地處中國東南部、東海之濱,陸域介于北緯23°33′至28°20′、東經115°50′至120°40′之間,全省陸域面積12.4×104km2,海域面積13.6×104km2,地勢西北高,東南低(圖1),呈“依山傍?！睉B勢,地跨閩江、晉江、九龍江、汀江四大水系,屬亞熱帶海洋性季風氣候。 因福建省獨特的地勢地貌與氣候環境,導致一年內溫和多雨,且由于太平洋的溫度差異,該省每年都受到4至5個臺風的影響,大部分集中在7月至9月,因此在受到強降雨降臨與臺風侵襲的影響下,極易發生崩塌、滑坡、泥石流以及地面塌陷等地質災害,威脅社會穩定與經濟發展。

圖1 福建省地理高程示意圖

1.2 數據來源

本文地質災害數據、巖石巖性數據、高程dem等數據皆源于中國科學院地理科學與資源研究所https://www.resdc.cn/Datalist1.aspx?Field TyepID=37,26,水系數據、福建省路網數據來自水經注地圖下載器,土地利用類型數據從GEE計算云平臺調取運用,分辨率為10 m。

2 地質災害時空分布特征分析

2.1 地質災害的行政區劃時空分布特征

圖2 福建省地質災害分布圖

將地質災害數據與行政區進行疊加(圖2),統計得出各年度福建省各市級行政區內地質災害數量(表1)。結果表明:福建省地質災害數量隨年際變化呈現逐步減少的趨勢,地質災害主要分布于南平市、龍巖市、寧德市。2010年南平市所發生地質災害數量最多,占該年地質災害數量46%;2015年寧德市所發生地質災害數量最多,占該年地質災害數量31%;2020年三明市所發生地質災害數量最多,占該年地質災害數量37%;廈門市在研究年度所發生的地質災害數量均最少,年占比皆約為0%。

2.2 地質災害的地形地貌時空分布特征

福建省素有“八山一水一分田”之稱,地形面貌以山地丘陵為主,為分析福建省地形地貌上地質災害的分布特征,在空間數據庫中提取福建省DEM高程圖,并根據福建省地貌形態分類[14],將福建省DEM數據分成6類,分別為平地(<5 m)、臺地(5～50 m)、低丘(<100 m )、高丘(100～200 m)、低山(200～1 000 m)、中山(>1 000 m),同時在DEM數據的基礎上衍生出坡向、坡度圖,并與地質災害點圖層進行空間疊置分析,如圖3。在此基礎上統計出不同地形高程、不同坡度、坡向上的地質災害密度如表2。

福建省的地勢總體上呈西北高、東南低。由圖3可見,觀察期內的地質災害在高程區間上皆呈現不均勻分布狀態,對比不同高度上的地質災害密度,2010年及2020年福建省地質災害密度的峰值在高丘,2015年福建省地質災害密度的峰值卻在低山;平地、中山區均為觀察期地質災害發生率及地質災害密度的谷值?？梢?地質災害在高丘-低山區間最為發育,在平地、中山區間發育率最低,且隨著高程的增長,2010～2020年地質災害密度呈現逐步上升-到達頂峰-急劇下跌的趨勢。

圖3 福建省地質災害-地形地貌疊加圖

表2 福建省高程分類地質災害密度表(處/100 km2)

觀察期內,在坡面0°～12°與12°～24°區間里的地質災害密度比其他區間更為顯著,且隨著坡度的升高地質災害密度迅速降低,或許因為一定程度上的坡度越高,越不易堆積巖石等地質物質,且人類活動較為集中在坡度較低的地方,所以地質災害在坡度過高的地方發生幾率小。

2010年在東方向區地質災害密度最高,占當年災害發生數量20%,而在西南方向區密度最低;2015年及2020年皆在東北方向區地質災害密度最高,占當年災害發生數量18%～20%。由此可見,觀察期內地質災害在坡向上分布呈現不規則擴散狀態,但在東及東北方向的地質災害密度更大。

總體上,在2010年、2015年、2020年福建省地質災害易分布于高丘、低山、坡度較低、坡向偏東北的區域。

2.3 地質災害的土地利用類型時空分布特征

福建省地質災害的頻繁發生,與其生態系統及土地利用過程分不開,將研究區土地利用類型數據與地質災害密度進行空間疊置,分析地質災害在土地利用分類下的情況如圖4、表3。

圖4 地質災害-土地利用類型疊加圖

表3 福建省各土地利用類型地質災害密度表(處/100 km2)

由圖表可知,不同年份的地質災害在不同土地利用類型下分布存在一定異質性。2010年福建省地質災害密度呈現兩大高峰,第一高峰出現在裸地,該年暴雨的突降會導致裸地水位的漲幅,改變了邊坡中地下水滲流條件,所以會對地質災害的發生提供一定的條件;第二高峰出現在建筑用地,不僅因為建筑用地中人類活動最為頻繁,且該年暴雨多降,對原始地形的改造和破壞極為嚴重,所以為滑坡和崩塌災害發生的重災區。2015年及2020年地質災害密度也皆顯著分布于灌木,即便灌木林占地分布廣,但在土壤處于飽和臨界狀態時,植被對保持水土和防風固沙有一定的反作用,再加上人類對于灌木砍伐松動土壤,導致灌木林極易引發災害。

綜合來看,砍伐之下的灌木林及建筑用地和裸地因為人類生產活動的強烈,所以引發的滑坡或崩塌等地質災害較多,建議可以采取適當的工程加固來減少滑崩體的發生,但是人類活動的頻繁性要大幅降低。

2.4 地質災害的巖石巖性時空分布特征

地面表層的巖石在太陽能、空氣等的作用和影響下,在自身性質的條件下,會發生物理變化和化學變化,而變化所產生的作用是地質災害的形成基礎。將巖石巖性與福建省地質災害密度進行空間疊加,分析福建省地質災害在巖石巖性上的分布狀況如圖5、表4。

由表4可見,2010年福建省地質災害密度第一波峰出現在石灰巖和其他碳酸鹽巖上,據資料顯示,該年福建省內發生了一起巨大的巖溶地面塌陷事故,而巖溶地面塌陷又多發生于碳酸鹽巖等可溶性巖石分布區,所以其所含災害密度最高;2015年福建省地質災害密度顯著分布于片麻巖、混合巖上,該年福建省總共出現過27場暴雨,且中間強降水頻發,而福建省內的混合巖、片麻巖等,經過多次地質構造運動的作用,破碎嚴重,容易產生滑坡災害;2020年地質災害密度明顯分布于碎屑沉積巖上,該年福建省主要地質災害還是以崩塌為主,且由于巖石內部風化解體嚴重,破碎之后迅速轉化為碎屑流,而后以極大的動能不斷攜卷周邊散物質,在重力、慣性的作用下不斷實現高速運動,于是在其之上災害密度最大。

表4 福建省巖性地質災害密度表(處/100 km2)

2.5 地質災害的路網、水系時空分布特征

福建省內水系密布,河流眾多,河網密度大,影響可見一斑,而福建省共有鐵路6條,省道678條,國道514條,高速13條,城市快捷路19條,縣道1 246條。在觀察期內對水系及路網內道路各自建立50 m、100 m、200 m緩沖區,與地質災害進行空間疊加,根據疊加結果統計發現,2010年、2015年、2020年3個年度路網和水系200 m緩沖區范圍圈內地質災害數量分別占總當年總地質災害的45%、22%和31%,表明地質災害在路網和水系沿線周邊密集分布。將3 a不同緩沖區范圍內的地質災害密度數據匯總制作統計圖如圖6。

圖6 研究期不同距離下的福建省整體地質災害密度

由圖6可知,道路間存在鮮明差異,如省道及縣道等因為其每日通勤車流量大且路間兩旁防護措施不夠,地質災害高密度區分布于其沿線周邊50 m范圍圈,而高速、國道及水系因較好的防護措施,地質災害高密度區則主要分布于其沿線周邊100～200 m的緩沖范圍圈?？傮w上,地質災害在人類活動較為頻繁的道路和水系沿線周邊呈帶狀分布。

3 結語

本文基于福建省2010年、2015年和2020年地質災害密度數據,運用GIS技術使其與地形地貌、地層巖性、土地利用類型、水系、路網數據相疊加,定量分析福建省地質災害在不同情況下的空間分布特征,結論如下:

(1) 福建省地質災害密度隨年際變化增長呈現逐步下降的趨勢,且多分布于南平市、龍巖市、寧德市。

(2) 福建省地勢呈現西北高、東南低的分布格局,地形高差較大,相較于西北方向而言,東南方向坡度低,地勢較低,極易形成斜坡,為崩塌、泥石流等地質災害的發生提供了地形條件;2010年福建省地質災害密度最大波峰出現在石灰巖和其他碳酸鹽巖上;2015年福建省地質災害密度顯著分布于片麻巖、混合巖上;2020年地質災害密度明顯分布于碎屑沉積巖上。

(3) 觀察期內地質災害密度多分布于灌木林、裸地/建筑用地,以及道路和河流沿線一定范圍內。