2019年“利奇马”台风暴雨滑坡分布分析——以安徽省宁国市为例

袁 康， 崔玉龙， 胡俊宏， 金嘉乐， 袁文华

(安徽理工大学 土木建筑学院， 安徽 淮南 232001)

滑坡灾害是自然灾害中最重要的灾害类型之一，具有分布广、发生频率高、运动速度快、致灾严重等特点，其危害已经成为仅次于地震灾害的第二大自然灾害[1-2]。2004年“云娜”台风暴雨造成浙江永嘉、乐清等县发生大量的泥石流和滑坡地质灾害，死亡28人[3]。2015年“苏迪罗”台风暴雨诱发浙江泰顺县发生崩塌、滑坡、泥石流地质灾害共81处，造成1人死亡，5人受伤，直接经济损失4118万元[4]。由此可见，我国东南沿海地区在遭受台风暴雨时极易诱发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，造成重大损失。

滑坡的成因可分为内部因素和外部因素，内部因素包括自身的地质、地貌条件，外部因素包括地震、降雨等自然因素和人类工程活动因素。根据统计，我国近年来发生的滑坡灾害中，降雨型滑坡占90%，地震滑坡占1%，人类工程活动导致的滑坡占9%[5-6]。因此，降雨是滑坡最主要的诱发因素。目前，国内外有许多学者[7-16]针对降雨滑坡分布规律开展研究。Huo等[7]研究了黄土高原区域降雨和地质灾害分布的空间关系；朱晓霞等[8]在收集1985—2015年兰州市降雨型黄土滑坡历史数据的基础上，运用反距离权重插值和核密度估算方法揭示了该区域降雨型黄土滑坡的时空分布规律。也有学者更深入地分析了滑坡和降雨因子的关系，Bai等[9]研究了甘肃省陇南市武都区日降雨量和前期总降雨量对滑坡和泥石流的影响；唐红梅等[10]分析了重庆地区滑坡发生时的当日降雨量、累计降雨量和前期降雨衰减系数与滑坡的相关性。我国东南沿海地区经常遭受台风侵袭，且该区域地质环境脆弱，有学者针对该区域的滑坡地质灾害开展了研究。陈光平[11]揭示了温州市台风降雨滑坡的发育分布规律，以及台风暴雨对斜坡的作用效应；郑建中等[12]探讨了皖南山区的区域环境工程地质特征，对滑坡等地质灾害的发生及发展趋势进行了预测；He等[13]对皖南山区滑坡进行了空间分布规律研究和滑坡易发性评价。近年来，在我国东南沿海地区发生了多次台风暴雨事件，触发了大量的滑坡，但对某次台风暴雨滑坡分布规律的针对性研究相对较少。

2019年8月10日，台风“利奇马”登录我国东南沿海地区，台风暴雨引发多处地质灾害。本文基于Planet卫星影像，根据滑坡前后的影像，采用目视解译法在ArcGIS上逐一圈出滑坡位置。基于DEM、地质图以及气象台站的降雨数据，提取高程、坡度、坡向、地质岩性和降雨量等因子，统计分析各因子与滑坡分布的关系。

1 研究区概况

研究区位于安徽省宁国市，东西长67.1 km，南北宽53.2 km，面积3567 km2，地理坐标为118°36′33″—119°17′55″E，30°16′37″—30°45′23″N，见图1。宁国市位于皖南山区，境内河流主要有水阳江、东津河和郎川河。地貌上整体上为南高北低、东部向腹地倾斜，高程为5～1444 m。出露地层复杂，有白垩系、志留系、寒武系、奥陶系，侏罗系等地层。研究区位于扬子板块东南部江南隆起带，由于经历了不同构造层次多期叠加变形，地质构造较为复杂，受绩溪断裂和虎岭关—月潭断裂控制，形成了以北东向构造为主的格局。宁国市气候四季分明，日照充足，年平均气温15.4 ℃，年平均降雨量1 426.9 mm，属北亚热带湿润季风气候区[17]。受到“利奇马”台风影响，自2019年8月9日起，研究区经历了较长时间的强降雨，导致大面积道路损毁、通讯中断、断水断电等重大险情。据不完全统计，宁国市受灾人口达10万人，死亡3人、失联5人，发生地质灾害270处，农作物受灾面积4140 hm2，倒塌房屋1154间[20]。

图1 研究区滑坡分布

2 数据和方法

2.1 数据

本文选取的研究数据如下：台风“利奇马”降雨前后3 m分辨率的Planet卫星影像(https://api.planet.com)，如图2所示；12.5 m分辨率的DEM(https://search.asf.alaska.edu)；1∶500 000地质图[18]；研究区及周边6个气象台站的降雨数据(http://data.cma.cn)。

2.2 方法

研究区域的影像就某一日而言并不完整，故选取滑坡前最近的日期和滑坡后最近的日期的卫星影像，组成完整的滑坡前后卫星影像。

本文选取2019年8月2日、5日、6日3个时相的Planet影像组成滑坡前的影像图，选取2019年8月17日和27日两个时相的Planet影像组成滑坡后的影像图。以这些高分辨率的卫星影像作为基础展开解译工作，采用人工目视解译法找出滑坡分布[19]，影像上的水系、山脊以及滑坡的光学影像特征可以作为判断滑坡与其滑动方向的证据。解译出2019年8月9—11日的“利奇马”台风暴雨造成安徽省宁国市发生滑坡414处，总滑坡面积1.42 km2，最大单体滑坡面积49 800 m2，最小单体滑坡面积235 m2。将影像前后色调、形态、阴影、纹理、植被发育上有较大差异的区域视为滑坡，按照不同形状通过多边形逐一圈出来，可以确定滑坡发生的地理位置、边界、形态、规模，目视解译法保证了滑坡数据的真实性和可靠性，图3为典型滑坡案例。基于DEM提取高程、坡度、坡向因子，基于地质图提取地层因子，选择台风暴雨期间3天的累计降雨量作为降雨因子。根据上述方法，构建安徽省宁国市“利奇马”台风暴雨滑坡数据库。

(a)滑坡前卫星影像 (b)滑坡后卫星影像图2 Planet卫星影像

(a)滑坡前卫星影像 (b)滑坡后卫星影像图3 典型滑坡案例

3 结果

3.1 滑坡密度分析

根据统计分析得到的滑坡数据，在ArcGIS上制作出点密度图。由于滑坡分布区域较大，以1000 km为搜索半径通过点密度分析制作滑坡点密度图(图4)，可以看出，滑坡主要分布在宁国市南部区域，点密度为6.6个/km2，其余区域滑坡分布较为稀疏。

图4 滑坡点密度图(搜索半径为1000 km)

3.2 滑坡数量与滑坡面积统计

将滑坡面积分为5个区间：(0，2000 m2]、(2000 m2，5000 m2]、(5000 m2，10 000 m2]、(10 000 m2，20 000 m2]、(20 000 m2，50 000 m2]。分别统计分析了5个区间对应的滑坡数量占滑坡总数量的比值和滑坡面积占滑坡总面积的比值。由表1可知，(0，2000 m2]区间的滑坡数量达197个，占滑坡总数的47%；而在滑坡总面积中占比最大的是(2000 m2，5000 m2]区间，滑坡的面积为0.45 km2，占32%。我国东南沿海区域[11]历次台风降雨滑坡灾害，都有与研究区滑坡分布同样的特点：点多、面广、规模小。

表1 滑坡数量和滑坡面积占比

3.3 滑坡与影响因子关系

3.3.1 地形因子

3.3.1.1 高程

滑坡研究区的高程为5～1444 m，将其分为5个区间：[5 m，300 m)、[300 m，600 m)、[600 m，900 m)、[900 m，1200 m)和[1200 m，1444 m]。统计了滑坡数量和滑坡面积与高程之间的关系，如图5所示。滑坡主要集中在[300 m，600 m)区间，滑坡数量达191个，占46%，其对应的滑坡面积也最高，达46%。由图5可见，在[5 m，300 m)、[300 m，600 m)两个高程区间，滑坡数量随着高程的增加而增加，超过600 m高程后，滑坡数量随着高程的增加而减少。坡体应力随着高程增加而增加，[300 m，600 m)高程区间的斜坡体内的应力值可提供滑坡滑动的势能，且此区间处于起伏度较大的山地丘陵区域，地势变化明显，在台风暴雨的影响下极易发生滑坡。但滑坡数目和滑坡面积并不是一味地随着高程的增加而增加，不仅仅是因为海拔高区域面积小，而是滑坡的发生也受其他因子影响。

(a)滑坡数量 (b)滑坡面积图5 滑坡和高程关系图

3.3.1.2 坡度

滑坡研究区的坡度范围是0°～80°，50°以下以10°为间隔进行分组，50°以上为一组，统计滑坡数量和滑坡面积与坡度之间的关系，结果如图6所示。滑坡数量最多的坡度区间是[20°，30°)，有171个滑坡，占41%，此区间滑坡面积也最大，占44%，单体滑坡面积最大的也在[20°，30°)区间。坡度小于20°的滑坡数量和滑坡面积随着坡度的增大而增大，坡度大于30°的滑坡数量和滑坡面积随着坡度的增大而减小。坡度对滑坡的影响较为明显，坡度小于20°的滑坡数量不多，此范围内地势平缓且坡体稳定，无法提供滑坡滑动所需要的势能；[20°，30°)区间的滑坡最集中，在这一范围内，坡面上的松散堆积物数量较多、剪切力和势能相对较大，坡体稳定性较差；而超出30°坡度的区域，虽然坡脚应力和势能较大，但松散堆积物较少，缺少滑坡物源，因此滑坡数量逐渐减少。

3.3.1.3 坡向

坡向也是影响滑坡分布的重要因素，根据坡体朝向将之分为平面、北、东北、东、东南、南、西南、西和西北方向，统计了滑坡数量和滑坡面积与坡向之间的关系，如图7所示。东南坡向的滑坡数量最多，有135个，占33%，同时滑坡面积为0.4 km2，占28%。东南坡向为半阳坡，太阳光照时间长，蒸发量大，土壤含水量较低，导致此坡向植被覆盖率低且岩体风化程度高，坡体稳定性较差，因此滑坡数量较多。

(a)滑坡数量 (b)滑坡面积图6 滑坡和坡度关系图

(a)滑坡数量 (b)滑坡面积图7 滑坡和坡向关系图

3.3.2 地质因子

研究区的出露地层岩性复杂，多达13种，但并不是每种岩性范围都有滑坡发生。根据统计分析，滑坡分布于未知地层、奥陶系(O)、寒武系(ε)、三叠系(T)、震旦系(Z)、志留系(S)、侏罗系(J)等地层内，如图8所示。震旦系范围内滑坡数量最多，有194个，占47%，面积0.58 km2，占滑坡总面积的41%。研究区内震旦系以蓝田组、皮园村组、南沱组、休宁组为主组成，岩性大多为泥岩、粉砂岩、硅质页岩等软岩，地表风化层较厚，在台风暴雨条件下极易发生浅层滑坡。未发生滑坡的地层包括白垩系(K)、第四系(Qp)、二叠系(P)、泥盆系(D)、石炭系(C)、花岗岩(γπ)，这些地层大多包含页岩、灰岩、石英砂岩，花岗岩等结构稳定岩层，故斜坡体相对稳定。而在福建、浙江等台风灾害更频繁的东南沿海地区，大多数降雨滑坡也是和研究区类似的浅层土质滑坡。

3.3.3 降雨因子

“利奇马”台风暴雨集中在8月9—11日，本文选取3日累计降雨量作为降雨因子。气象台站均匀分布在研究区及周围，与研究区之间无高山山脉阻隔，避免了区域降雨量克里金插值计算时的误差。

将降雨量分为6个区间：[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]。统计滑坡数量和滑坡面积与3日累计降雨量的关系，如图9所示。由图可见，降雨量在[300 mm，350 mm)区间发生的滑坡数量占滑坡总数的60%，滑坡面积占滑坡总面积的51%。降雨量最大的[400 mm，425 mm]区间，在研究区占比面积极小，且降雨只是滑坡直接诱因，故此区间无滑坡发生。查阅相关降雨数据(http://www.weather.com.cn)，宁国市7月和8月平均月降雨量为181.5 mm和170.3 mm。而“利奇马”台风期间，仅8月9—11日降雨量就已经超过月平均降雨量，台风暴雨是滑坡发生的直接诱因。

(a)滑坡数量 (b)滑坡面积 图8 滑坡和地层关系图

(a)滑坡数量 (b)滑坡面积

(c)研究区降雨量分布图9 滑坡和降雨量关系图

4 结论

本文以安徽省宁国市台风暴雨滑坡为例，利用Planet卫星影像获取滑坡空间分布图，采用人工目视解译法得到414个滑坡，面积达1.42 km2，不均匀分布在宁国市及周边区域。近一半的单体滑坡面积小于2000 m2，但造成损失较大。研究区域滑坡有：点多、分布广、面积小、浅层滑坡，危害大等特点。滑坡分布与地形、地质和降雨因子密切相关，在高程[300 m，600 m)区间、坡度[20°，30°)区间、坡向东南向、震旦系地层(Z)和3日累计降雨量[300 mm，350 mm)区间的滑坡数量和滑坡面积占比最大。降雨是滑坡发生的直接诱因，其本质原因在于斜坡体的地形地质条件，因此滑坡最密集区并非降雨量最多的区域，而是地形地质较脆弱的区域。

本文初步分析了宁国市“利奇马”台风暴雨滑坡的空间分布规律，下一步拟开展暴雨工况下单体滑坡失稳机理研究和区域滑坡易发性评价研究。