川滇黔接壤地区自然灾害危险度评价.pdf
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1、地 理 研 究 GEOGRAPHICAL RESEARCH 第33卷 第2期 2014年2月 Vol.33, No.2 February, 2014 收稿日期:2013-04-25; 修订日期:2013-11-25 基金项目:中国科学院重点部署项目 (KZZD-EW-08-01);中国科学院成都山地所一三五方向性项目 (sds-135-1205-01) 作者简介:刘斌涛(1984-) ,男,山东德州人,硕士,助理研究员,主要从事冰缘地貌过程与生态过程、土壤侵蚀、 山地垂直带谱等领域的研究工作。E-mail: 225-236页 川滇黔接壤地区自然灾害危险度评价 刘斌涛,陶和平,刘邵权,于 慧
2、(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都 610041) 摘要:川滇黔接壤地区是中国自然灾害极易发区,高频度、高强度的自然灾害已经给该区域 社会经济发展造成严重威胁。通过对川滇黔接壤地区主要自然灾害的实地调查和数据分析, 构建地震、泥石流、崩塌滑坡、洪涝、干旱、冰雹和低温冷害等7个主要灾种的危险度评价指 标体系和评价指标数据库,利用GIS空间分析功能获取研究区自然灾害危险度综合评价图。结 果表明:川滇黔接壤地区自然灾害表现出“两线一区”的基本格局,即小江安宁河深大断 裂、金沙江沿线和乌蒙山区3个自然灾害高危险区。宏观地质构造和地貌形态是控制川滇黔接 壤地区自然灾害分布格局的主要因素。高
3、度危险和极度危险区威胁的国土总面积、总人口、 GDP总量都占到研究区的一半以上,防灾减灾成为该地区发展中不可忽视的关键问题。研究 也发现自然灾害对农村区域影响更加显著,因此在该地区社会经济发展和扶贫开发中,特别 是乌蒙山区集中连片特困地区开发中要高度重视自然灾害的影响。 关键词:自然灾害;危险度;地域分异;川滇黔接壤地区 DOI: 10.11821/dlyj201402003 1引言 自然灾害是人类社会经济发展面临的一个巨大挑战,从全球范围来看,自然灾害对人 类社会造成的损害日益扩大,如何减轻自然灾害对人类社会的影响成为全世界普遍关注的 问题。中国人口众多,地质地理环境复杂,气候异常多样,在自
4、然环境变异过程中引起的 自然灾害种类多,频度高,强度大,影响广,是世界上自然灾害最严重的国家之一1。进 入21世纪以来,中国自然灾害无论其频度和强度都有增强的趋势,防范自然灾害,降低 自然灾害风险成为全社会面临的一个紧迫课题。 自然灾害危险度评价是目前国内外灾害科学研究的热点之一,也是灾害预测预报和防 灾减灾工作中的重要内容2。自然灾害危险度(Nature Hazards Danger Degree)是指遭到 自然灾害损害的可能性大小2。近年来中国学者在自然灾害危险度评价方面取得了很大进 展,尤其是单要素灾害危险性评价研究较为深入,如洪涝灾害3-7、干旱灾害8-10、泥石流 灾害2,11-18
5、、滑坡灾害19-22等。随着各地社会经济和城镇化的加速发展,对防灾减灾工作提 出新的要求,不仅需要掌握各类自然灾害的危险度,而且需要认识多种自然灾害的综合危 险程度和水平,为制定区域整体发展规划提供参考依据。在中国“十二五”期间重点推进 33卷地 理 研 究 的主体功能区战略中,区域综合自然灾害危险度是一个重要影响因素23,24。在自然灾害综 合评价方面,黄崇福等25-27提出了基于信息矩阵法的自然灾害软风险区划方法;史培军28 对中国自然灾害进行系统评价分析,编辑出版了中国自然灾害系统地图集 。在自然灾 害危险度区域评价研究方面,主要有张虹29对三峡库区进行自然灾害危险度综合评价研 究;赵洪
6、涛等30对甘肃省进行的自然灾害综合评价研究;王耕等31对大连市所做的自然灾 害危险度研究等。在自然灾害危险度评价方法上以综合性定量评价方法为主31,GIS技术 的发展为自然灾害危险度综合评价及制图提供了有力的技术手段,基于栅格数据的区域自 然灾害危险度精细评价成果不断涌现32,33。 川滇黔接壤地区是中国自然灾害最严重的地区之一,高频度、高强度的自然灾害已经 给区域社会经济发展造成严重影响。本文在分析川滇黔接壤地区自然灾害孕灾环境、致灾 因子和灾情特点的基础上,构建研究区自然灾害危险度综合评价模型,在GIS的支持下对 研究区自然灾害危险度进行评价分析,以期为该区域防灾减灾、主体功能区划、社会经
7、济 可持续发展和扶贫开发规划提供决策参考。 2研究区概况 2.1 研究区概况 川滇黔接壤地区包括四川省西南部的攀西地区(攀枝花市和凉山州)和川南地区(宜 宾市、泸州市和乐山市的马边县) ,云南省东北部(昭通市、昆明市的东川区、禄劝县和 曲靖市的会泽县、宣威市、富源县, 楚雄州的永仁县、元谋县、武定县,丽江市的华坪 县)和贵州省西北部(六盘水市、毕节地区和遵义地区的赤水市、习水县、仁怀市) ,共 75个县(区、市) ,面积19.36万km2,总人口3840.31万人,GDP总量3793.90亿元。川滇 黔接壤地区地处大西南的中心区位,成昆、贵昆铁路和长江金沙江水道在此交汇,是四 川、云南、贵州三
8、省联合开发的核心区和纽 带。由于受自然条件、区位和历史因素等影 响,该区发展仍十分落后,人均GDP仅为全国 平均水平的43.52%,四川、云南、贵州三省平 均水平的83.00%。同时,该区域生态环境十分 脆弱,地震,山洪、泥石流、崩塌滑坡灾害分 布广且发生频率高,水土流失十分严重。川滇 黔接壤地区是中国西部众多老、少、边、穷地 区的一个典型代表,也是中国8个特困连片区 扶贫开发区之一(乌蒙山区) ,研究其自然灾害 综合特征,对于开发扶贫和生态环境建设具有 重要的战略意义。 2.2 研究区自然灾害特征 川滇黔接壤地区是中国自然灾害最严重的 地区之一,区内地震灾害、泥石流灾害、滑坡 灾害、洪涝灾害
9、、干旱灾害、冰雹灾害、低温 冷害等广泛发育。作者于2010年、2011年两次 图1 川滇黔接壤地区地理位置图 Fig. 1 Location of the Sichuan-Yunnan-Guizhou bordering area 226 2期刘斌涛 等: 川滇黔接壤地区自然灾害危险度评价 对该区域进行了系统考察,并与当地主管部门进行座谈,获得了该区域详实的自然灾害资 料,为研究区自然灾害危险度评价奠定了基础。 2.2.1 地震灾害川滇黔接壤地区地处欧亚板块与印度洋板块碰撞带东缘附近,地壳抬升 幅度大,活动断裂带密集,破坏性地震频繁。历史上,该区域共发生震级7级以上地震11 次,震级5级以上地
10、震非常活跃28。其中以康滇地轴东缘中南部安宁河深大断裂与甘洛 小江深大断裂附近地震灾害最为严重,地震烈度在度以上,冕宁西昌普格和巧家 东川寻甸一线地震烈度超过度,成为中国地震灾害最严重的地区之一。 2.2.2 滑坡、泥石流灾害川滇黔接壤地区地震活动频繁,不稳定岩土体广泛分布,脆弱 的地质环境为滑坡、泥石流灾害的形成和发展提供了物质条件。同时该地区降雨集中分 布,局地暴雨和区域性大雨时有发生,高强度降雨过程是激发滑坡、泥石流灾害的主要自 然因素。加之区内人口密度大,陡坡垦殖、矿产开发和工程建设等人类活动对地形强烈扰 动,造成天然植被减少,植被的水土保持能力下降,进一步加剧了滑坡、泥石流的灾害活
11、动。据统计,川滇黔接壤地区共有滑坡、泥石流等地质灾害隐患点1.22万个,受地质灾害 威胁的总人数高达100.37万人。其中,区内的小江流域号称“世界泥石流博物馆” ,在 138 km2河流长度内分布着140条泥石流沟34,蒋家沟泥石流平均每年爆发10次左右,最 高达28次,堪称世界之最35。 2.2.3 洪涝灾害川滇黔接壤地区山高谷深,地势陡峻,受自然条件和人类活动影响,区 内植被覆盖度较低,水源涵养能力弱,在局地暴雨和区域性大雨发生时,坡面迅速产流, 极易发生历时短、强度大的山洪灾害。2010年7月13日,云南省巧家县小河镇发生特大 山洪灾害,造成19人死亡、26人失踪,直接经济损失达1.8
12、亿元。另外,区内的金沙江、 岷江、沱江、赤水河、安宁河历史上也曾多次发生流域性洪水,严重威胁河流两岸的城 镇、厂矿和村庄。 2.2.4 干旱灾害受季风气候影响,川滇黔接壤地区降水年内分配不均匀,年际变率大, 春旱、夏旱、伏旱、冬旱时有发生。由于春季干燥少雨,气温较高,蒸发量大,川滇黔接 壤地区春旱尤为严重。2009-2010年西南地区冬春连旱,2011年西南地区春旱,2011云贵 高原伏旱和2012年云南、四川春旱,川滇黔接壤地区都是重灾区。 2.2.5 冰雹灾害冰雹灾害是川滇黔接壤地区破坏性最大的气象灾害之一,它不但发生频 繁,而且影响范围广,损害程度十分严重。其中,黔西北和滇东北的乌蒙山区
13、和凉山州西 北部的木里、冕宁等地是冰雹灾害重灾区。以毕节地区为例,其年平均冰雹次数可达1.7 次,年最多冰雹次数在7次以上36。 2.2.6 低温冷害在川滇黔接壤地区二半山区(18002500 m)和高山区(2500 m)气 温变异大,经常受到低温、霜冻、冻雨等灾害,是影响当地农业生产和交通运输的一种重 要自然灾害。其中,黔西北和滇东北的乌蒙山区以及川南的大、小凉山地区是中国冻雨灾 害最严重的地区,年平均冻雨日数1030 d,年最多冻雨日数可达50 d以上36,37。贵州省威 宁县号称“中国冻雨之乡” ,年均冻雨日数达48.4 d,每年12月份和次年1月、2月是冻雨 的高发季节。 3自然灾害危
14、险度评价方法 3.1 危险度评价方法 自然灾害危险度是一个概率概念,只能在0, 1闭区间内取值。在实际评价操作中, 227 33卷地 理 研 究 这种概率很难进行估算,特别是针对自然灾害的综合评价。因此,一般从自然灾害致灾因 子和孕灾环境出发,设计多指标综合评价模型,开展自然灾害危险度综合评价。本文采用 加权综合评价方法获得自然灾害危险度综合评价指数。其计算公式为: Ik= i=1 n WkiIki/ i=1 n Wki(1) I= k=1 m WkIk/ k=1 m Wk(2) 式中:I为自然灾害危险度指数;Ik为第k种灾害的危险度指数;Iki为第k种灾害的第i 个评价指标的指标值;Wki为
15、第k种灾害的第i个评价指标的权重;Wk为第k种灾害的权 重;n为评价指标个数;m为灾害种类。 本研究选择川滇黔接壤地区比较严重的地震、泥石流、崩塌滑坡、洪涝、干旱、冰雹 和低温冷害作为研究对象,开展川滇黔接壤地区自然灾害综合评价研究。 3.2 评价指标及权重 根据川滇黔接壤地区自然灾害特点,共选择地震、泥石流、崩塌滑坡、洪涝、干旱、 冰雹和低温冷害等7个灾种进行自然灾害危险度评价。针对每个灾种,考虑其孕灾环境特 征,选择评价指标,如泥石流灾害就从地质、地形、气象和地表覆被特征选择岩石风化程 度、地震动峰值加速度等9个评价指标。全部7个灾种共选择42个评价指标(表1) 。使用 层次分析法(AHP
16、)计算各个指标的权重。通过构造判断矩阵、层次总排序、层次单排序 和一致性检验,计算出各因子以及各个灾种的权重(表1) 。 表1 川滇黔接壤地区自然灾害危险度评价指标体系 Tab. 1 Natural hazards danger degree assessment index system for the Sichuan-Yunnan-Guizhou bordering area 灾害类型 地震 泥石流 崩塌滑坡 洪涝 干旱 冰雹 低温冷害 权重 0.15 0.20 0.16 0.17 0.17 0.03 0.10 评价指标及权重 地震动峰值加速度 (0.83) 、 到活动断裂带距离 (0.1
17、7) 岩石风化程度 (0.19) 、 地震动峰值加速度 (0.10) 、 断裂带密度 (0.10) 、 相对高差 (0.32) 、 洪涝频率 (0.02) 、 月降水量变差系数 (0.01) 、 大雨日数 (0.04) 、 最大3日降雨量 (0.03) 、 土壤侵蚀强度 (0.19) 岩土体类型 (0.17) 、 断裂带密度 (0.06) 、 地震动峰值加速度 (0.05) 、 坡度 (0.16) 、 相对高差 (0.47) 、 年降水量 (0.01) 、 大雨日数 (0.03) 、 最大3日降雨量 (0.05) 洪涝频率 (0.09) 、 年暴雨日数 (0.20) 、 最大3日降雨量 (0.
18、46) 、 相对高差 (0.05) 、 坡度 (0.07) 、 局部 最大水流落差 (0.13) 春旱危险度 (0.56) 、 夏旱危险度 (0.25) 、 秋旱危险度 (0.08) 、 冬旱危险度 (0.11) 年平均冰雹日数 (0.83) 、 年最多冰雹日数 (0.17) 年平均10积温 (0.06) 、 年平均降雪日数 (0.11) 、 年平均冻雨日数 (0.29) 、 年平均寒潮次数 (0.10) 、 年最长霜期长度 (0.27) 、 年极端最低气温 (0.17) 3.3 自然灾害危险度分级标准 中国学者自然灾害危险度评价研究一般将评价结果分为5级或6级4,12,21,32,38,表示
19、自然 灾害由弱到强的趋势。本文在此基础上,将川滇黔接壤地区自然灾害危险度分为低度危 险、轻度危险、中度危险、高度危险和极度危险5级。 自然灾害危险度的分级标准一直是自然灾害综合评价研究中的一个难点。作者认为自 然灾害危险度分级应以多因素综合评价结果为基础,并参照研究区自然灾害发生特点和政 府、公众对自然灾害感受理解进行综合考量,藉此确定自然灾害危险度等级划分标准。通 228 2期刘斌涛 等: 川滇黔接壤地区自然灾害危险度评价 过研究区的实地调查和灾害数据分析,东川、巧家、宁南是区内自然灾害危险度非常高的 3个县(区) ,可以划入极度危险区,这个县(区)危险度指数的平均值计为Imax;泸县、 南
20、溪、龙马潭是区内自然灾害危险度非常低的3个县(区) ,可以划入低度危险区,这个 县(区)危险度指数的平均值计为Imin。其余县(区、市)与上述6个县(区)比较,确 定危险度分级。定义分级指数P,其计算公式如下: P= 1 ()I-Imin/()Imax-Imin 0 IImax IminIImax IImin (3) 采用等距分级法对P进行分级,得到川滇黔接壤地区自然灾害危险度的分级标准 (表2) 。 表2 自然灾害危险度分级标准 Tab. 2 Classification standard of natural hazards danger degree 危险度等级 分级指数P 危险度指数
21、低度危险 0-0.2 0-0.35 轻度危险 0.2-0.4 0.35-0.4 中度危险 0.4-0.6 0.4-0.45 高度危险 0.6-0.8 0.45-0.5 极度危险 0.8-1.0 0.5-1.0 3.4 自然灾害危险度评价单元 在区域自然灾害综合评价中,一般选择自然单元39和行政单元40-44进行评价。GIS工具 的大量使用使得以栅格单元进行自然灾害综合评价成为一种主流形式31,45-47。本研究选择 100 m100 m栅格单元进行川滇黔接壤地区自然灾害综合评价。 4结果分析 4.1 自然灾害危险度评价 据表1,首先构建川滇黔接壤地区自然灾害评价指标数据库。主要数据来源如下:断
22、 裂带、地层岩性数据来源于150万四川省地质图、1250万中国地质图;地震动参数数 据来源于中国地震动峰值加速度区划图 (GB18306-2001) ;地形数据由15万数字地形 图生成DEM;气象参数通过研究区内的气象数据统计获得,气象数据来源于中国气象科 学数据共享服务网;冰雹和低温冷害数据来源于中国气候资源地图集 36和中华人民 共和国气候图集 48;土壤侵蚀强度数据为第二次全国土壤侵蚀遥感调查的四川、云南、 贵州土壤侵蚀强度图。然后将各评价指标线性归一化到0-1之间,得到评价因子,进而计 算出自然灾害危险度指数。依据式(3)计算出川滇黔接壤地区自然灾害分级指数,并划 分自然灾害危险度等级
23、。 4.2 自然灾害总体特征 川滇黔接壤地区自然灾害表现出“两线一区”的基本格局(图2、图3) 。第一条线自 滇东北至凉山州的东川巧家宁南普格喜德冕宁一线,与安宁河深大断裂和甘洛 小江深大断裂的走向一致,这是一条以地震灾害、泥石流灾害和滑坡灾害为主的极度危 险区。第二条线自会理县起始,沿金沙江一直延伸到雷波县,形成一条带状的自然灾害高 危险区,这主要是由于金沙江深切河谷地貌为泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害创造了有利 的地形条件。高强度的泥石流灾害、崩塌滑坡灾害是导致该区域自然灾害危险度高的主要 229 33卷地 理 研 究 原因。而乌蒙山区 (毕节西部、六盘 水、昭通、曲靖等 地) 则形成一片集
24、 中分布的自然灾害 中 、 高 危 险 度 区 域,该区域自然灾 害是泥石流灾害、 崩塌滑坡灾害、洪 涝 灾 害 、 干 旱 灾 害、低温冷害等多 种 灾 害 共 同 造 成 的,特别是干旱灾 害、冰雹灾害和低 温冷害在该区域占 有重要地位。这种 自然灾害“两线一 区”的分布格局表 现出了川滇黔接壤 图2 川滇黔接壤地区自然灾害危险度评价图 Fig. 2 Assessment map of natural hazards danger degree of the Sichuan-Yunnan-Guizhou bordering area 高度危险 图3 川滇黔接壤地区自然灾害危险度“两线一区”
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