山西省山洪灾害分布研究及灾害区地貌分析

杨秀芳

（省汾河灌溉管理局一坝分局，山西 太原 030002）

0 引言

山洪是指山区溪流中特大的径流或水位急剧上涨的现象。它具有流速大、冲刷力大、破坏力大、暴涨暴落、历时短暂等特点，由山洪所引发的自然灾害，如山丘区因降雨引起的洪水灾害，及由此诱发的泥石流、滑坡等，常常会给山区人民的生命财产带来极大损失。山西省位于黄土高原，地形比较复杂，既有山地高原，又有丘陵盆地。受地理环境和气候条件所限，河流坡陡流急，洪水暴涨暴落，年径流集中于汛期，局部山洪灾害发生频繁且分布广泛。山洪灾害的频发，严重影响了当地的社会安定和经济发展。通过收集、整理和分析已有资料，利用地理信息系统技术，对山西省山洪灾害发生地区进行空间分析，划分出溪河洪水、泥石流、滑坡高易发区、中易发区、低易发区，并结合当地的地貌条件，对山洪及其诱发的泥石流、滑坡的成因、特点及分布规律进行了分析，进而为当地的防洪工作提供参考。

1 研究区概况

1.1 地貌、地形条件

山西省地处华北西部的黄土高原东翼，是一个被黄土广泛覆盖的、起伏较大的高原。全省除少数地方基岩裸露外，大部分地方覆盖着10~30 m厚的黄土，是我国黄土高原的组成部分。山西省地形较为复杂，境内有山地、丘陵、高原、盆地、台地等多种地貌类型。山区、丘陵占总面积的2/3以上，大部分在海拔1 000~2 000 m之间。全省地势按地貌类型组合差异分为三部分：东部山地区包括省境东部及东南部山地，由北往南有恒山、五台山、系舟山、太行山、太岳山、中条山等，海拔都在1 500 m以上。西部高原山地区包括黄河峡谷以东、中部断陷盆地以西山地，有七峰山、洪涛山、管涔山、芦芽山、云中山、黑茶山、关帝山、千峰及龙门山等主要山峰。中部盆地区包括省境中部的5个断陷盆地，大同盆地，盆地内覆盖着黄土，下伏湖泊相沉积物，是一个最大的盆地。忻定盆地，冲积层分布广泛，地势平坦。太原盆地，汾河及其支流潇河、文峪河、龙凤河流经，水资源比较丰富，地面平坦。临汾盆地，汾河流其间，沿岸有1~3级阶地，盆地中心地势平坦，有灌溉之利。运城盆地，北至峨眉岭与临汾盆地连接，西至黄河谷地，东及南面均以中条山为界，盆地面积约3 000 km2。

1.2 河流分布

山西主要河流有汾河、海河两大水系。境内有大小河流1 000多条，其中流域面积大于100 km2、河长在150 km以上的有240条，大于4 000 km2、河长在150 km以上的有汾河、沁河、涑水河、三川河、昕水河、桑干河、滹沱河、漳河等。山西地形多样，高差悬殊，因而既有纬度地带性气候，又有明显的垂直变化。全省年降水量在400~650 mm，但季节分布不均匀，夏季6—8月降水高度集中且多暴雨，降水量约占全年的60%以上。全省降水受地形影响很大，山区较多，盆地较少。山西有三个多雨区，一是晋东南太行山区和中条山区，二是五台山区，三是吕梁山区。

2 空间分析及其研究方法

2.1 数值的重新分类

空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量描述，是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。

重新分类是对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。ArcGIS中重分类一般包括四种基本分类形式：新值替代（用一组新值取代原来值）、旧值合并（将原值重新组合分类）、重新分类（以一种分类体系对原始值进行分类），以及空值设置（把指定值设置空值）。

因为山洪是由局地山区溪流及小河流受暴雨等影响,产生地表径流迅速汇集而成,它的特点是历时短、流量大、冲刷力大、破坏力强,含有大量泥沙,暴涨暴落,成灾严重。因此山洪灾害的防治要以小流域为单元来实施。首先，要利用小流域的ID号对小流域图进行重新分类，生成新的小流域重分类图。其次，对山西省地貌图进行重新分类。山西省地处黄土高原，地形十分复杂。而由于山洪引发的溪流洪水、泥石流、滑坡等自然灾害，很多情况下与当地的地貌条件有着密切的关系。黄土高原土质疏松、地表支离破碎，在受到山洪威胁时，由于重力作用，引发泥石流、滑坡的可能性也就增大。因此，对地貌图进行重新分类便于了解全省的地貌情况。研究中共分出了丘陵、中海拔平原、中起伏山地、低海拔平原、冲击台地、大起伏山地、小起伏山地、洪积台地、熔岩堆积台地、黄土梁峁台塬等十类地貌类型，将其作为重新分类的依据和标准。

2.2 缓冲区分析

缓冲区（Buffer）是对一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕这组要素而形成具有一定范围的多边形实体，从而实现数据在二维空间扩展的信息分析方法。从数学的角度来看，缓冲区是给定空间的对象或集合后获得得它们的邻域。邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定。因此对于一个给定的对象A，它的缓冲区可以定义为：

式中，d一般是指欧式距离，也可以是其他的距离，其中r为领域半径或缓冲区建立的条件。

在绘制好的山西省小流域重分类图和山西省山洪灾害分布图的基础上，分别对山洪灾害的洪水点、泥石流点、滑坡点进行点的缓冲区分析。缓冲区半径的设置，即将常规情况下洪水、泥石流、滑坡的实际影响范围换算为ArcGIS中点缓冲区对应的单位数值即可。

2.3 叠置分析

叠置分析是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。从原理上说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。

为了探讨溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害发生地与地貌条件的关系，要将山西省地貌图与洪水灾害图、滑坡灾害图和泥石流灾害图进行叠置，使洪水、滑坡和泥石流灾害点图与地貌图发生关联，将山洪灾害的信息加入地貌图中，使其具有了新的属性信息，进而为数据的探索性分析奠定基础。

2.4 探索性数据分析

探索性数据分析是利用作图、制表、方程拟合、计算某些特征量等方法探索数据规律的可能形式，寻找和揭示隐含在数据中的规律性，在此基础之上对数据之间的关联进行分析，找到关联产生的原因。

在地貌重新分类图的基础上，通过分析每个灾害点的地貌类型，统计出每种地貌类型所发生灾害的次数。而后通过设置域值，对地貌图进行重新分区，由生成的地貌图得出不同地貌类型的灾害易发程度。最后绘制地貌类型与山洪灾害关系的折线图，进一步探索两者之间的联系。

3 研究结果及讨论

3.1 灾害情况分析

将小流域按ID号进行重新分类，在小流域重新分类图的基础上，对洪水、泥石流及滑坡灾害点进行缓冲区分析。由于山洪灾害的影响范围为周围几百米的距离，域值以此进行设置。根据所做的灾害点的缓冲区划定受灾范围以及所波及的区县，而对灾后的工作提供参考。通过缓冲区分析可以得出，溪流洪水灾害在全省分布比较广泛，而泥石流和滑坡则发生较少，因此在防治过程中要密切关注洪水的发生，而泥石流和滑坡则在沟谷地区以及黄土疏松的地区易发。

3.2 地貌灾害分区

山西省的地貌情况比较复杂，而山洪灾害的发生与当地的地貌条件关系密切。先对山西省地貌图按地貌类型进行重新分类。因为要探讨分析地貌和灾害发生地点的关系，所以要建立两者之间的联系。因此，通过叠置分析将洪水、泥石流、滑坡灾害点的信息分别加入到地貌图中，建立地貌图和灾害点的关联。

在此基础上，对丘陵、中海拔平原、中起伏山地、低海拔平原、冲击台地、大起伏山地、小起伏山地、洪积台地、熔岩堆积台地、黄土梁峁台塬等十类地貌类型所发生的灾害次数进行统计，统计结果见表1。

表1 地貌类型灾害点统计表

通过对表进行分析，按以下标准划定每种地貌类型的山洪灾害易发程度。无洪水点为低易发区，大于4的为高易发区，0~4之间的为中易发区；没有泥石流发生的为低易发区，大于等于2的为高易发区，0~2之间的为中等易发区。按照上述标准确定各种地貌类型的易发程度，而后得到山洪灾害的地貌分区。

在上述工作的基础之上进一步研究各种地貌类型所发生灾害的情况，绘制山洪灾害与地貌关系的折线图，进行探索性数据分析。从中可以发现，随着海拔的升高，从丘陵到山地，发生山洪灾害的次数在增多，但是比较特殊的是低海拔平原，在这一地貌区发生的山洪灾害次数几乎和山地区相同，因此，这也将是重点分析的内容。

3.3 山洪灾害与地形地貌条件关系的分析

在本文的研究中主要列出了十种地貌类型，通过对这十种地貌区的灾害进行统计，发现山洪灾害与地形地貌关系密切。例如丘陵一般海拔在200~500 m，相对高度一般不超过200 m，高低起伏，坡度较缓，是由连绵不断的低矮山丘组成的地形。丘陵一般没有明显的脉络，顶部浑圆，是山地久经侵蚀的产物，一般是分布在山地或高原与平原的过渡地带。由于海拔较低，坡度较缓，故山洪灾害的易发程度较低。同样冲击台地、洪积台地、熔岩堆积台地由于地势比较平缓也不易暴发山洪。而高原山地地区，相对高差大，河谷坡度陡峻，表层虽覆盖着植被但有较厚的土体，土体下面为中深断裂及其派生级断裂切割的破碎岩石层，在强降雨及山体重力的作用下，极易引发溪流洪水、滑坡、泥石流等山洪灾害。而黄土梁峁台塬由于土质疏松，地表支离破碎，植被覆盖率低，水土流失十分严重，山洪灾害也极易发生。

然而从统计图表中可以发现，位于山西省的低海拔平原也极易发生山洪灾害。这是因为山洪的成因除山体结构条件外，主要是喇叭形河口地形所致,形成短历时雷暴雨，引发山洪。而山西省的低海拔平原大都是位于中部的断陷盆地，四周都被山地所包围，降水积聚后无法流出，这样一旦遇到强降水，极易引发溪流洪水，进而诱发山洪灾害。

4 结论和展望

本文主要研究了山西省山洪灾害分布以及对灾害区地貌进行了分析。首先通过对山洪灾害发生区的缓冲区分析，大致划定灾害波及和影响的范围，这样便于明确受灾的区县，评估灾害损失，为灾后工作提供参考。其次分析所发生山洪灾害地区的地貌条件。通过使用重分类、叠置分析等空间分析方法，发现丘陵、冲击台地、洪积台地、岩熔堆积台地等地势较低的地区山洪灾害易发程度较低；而山地以及黄土覆盖区，由于地势高、河流纵比降大、深切河谷、地表土质疏松，洪灾较易发生。而后通过探索性数据分析发现，山洪灾害易发程度并不是完全与地形海拔呈正比的特殊区域便是低海拔平原地区。通过对山西全省的地貌进一步分析发现，山西省大部分平原被山地所包围，降水容易汇集，因此在这些区域也易发生山洪灾害。因此，山洪灾害除了与地貌条件关系密切之外，还有周围的地理环境有很大的关系。通过以上研究可以得出结论：山地高原和低海拔平原是山西省山洪防治的重点区域，要加强监测的力度，进行重点防范。

虽然地貌地形与山洪灾害的发生关系密切，但是引发山洪灾害的原因是多方面的，除了地貌地形因素外，还与各种天气系统和时空分布分布关系密切，除此之外，社会因素也占了很大比重。本文只是粗略探讨了与地貌地形因素的关系，以期为实际工作提供一些参考。