基于谷歌影像的新疆典型黄土区滑坡分布分析

崔玉龙， 傅 贵， 郭 鸿， 鲍鹏鹏， 胡俊宏

(1.安徽理工大学 土木建筑学院， 安徽 淮南 232001；2.陕西理工大学 土木工程与建筑学院， 陕西 汉中 723000)

黄土是在地质时代中的第四纪期间形成的一种黄色堆积物，广泛分布于亚洲、欧洲、北美和南美等地。我国黄土分布面积约6.31×105km2，约占全国国土面积的6.6%，占世界黄土覆盖面积的4.9%[1]。黄土滑坡作为黄土地区最常见的地质灾害之一，给人民的生命财产安全带来严重威胁。1983年3月7日，甘肃省洒勒山滑坡掩埋4个村庄，伤亡278人[2]；2005年5月9日，山西省临汾市吉县桥南村水洞沟自然村发生山体滑坡，造成24人死亡[3]；2010年3月10日，陕西省子洲县双湖峪村发生山体滑坡，共造成26人死亡[4]；2019年3月15日，山西省乡宁县枣岭乡卫生院发生山体滑坡，造成20人死亡[5]。

滑坡的发生与自然因素密切相关，认识滑坡的分布规律与影响因素是深入研究滑坡灾害的重要基础，同时还能降低滑坡灾害带来的损失。20世纪80年代中后期3S技术的出现和发展，给滑坡灾害的调查研究工作提供了强大的工具，使滑坡分布规律从理论到实践的研究成果更加丰富。1998年，Larsen等[6]统计了波多黎各热带山地滑坡在地形上的分布规律，发现在高程大于300 m、坡度大于12°、坡向为东北方向的地形更容易发生滑坡；2008年，Guzzetti等[7]对意大利中部台伯河盆地上游滑坡的高程、坡度及地层岩性进行了统计，并总结了滑坡的分布规律；2017年，Liucci等[8]从地形的角度利用不同的模型研究了滑坡规模的分布，认为地形因子是控制滑坡分布的重要因素；2005年，陈永明等[9]对黄土地区地震滑坡的分布特征进行了研究；2010年，许冲等[10]基于空间分析方法，研究了地层岩性、坡度、高程等影响因素与地震滑坡分布的关系；2016年，张珊等[11]利用核密度估算方法分析了兰州市降雨型黄土滑坡点的空间分布。

近年来，受自然气候条件变化影响，尤其在冰雪融水和降雨作用下，新疆的黄土区域发生了多起滑坡灾害。在本文选取的新疆伊宁县黄土区域某滑坡集中分布区内，2017年3月24日，喀拉亚尕奇乡喀拉亚尕奇村发生滑坡灾害，造成经济损失20余万元[12]；2017年4月2日，喀拉亚尕奇乡克孜勒赛沟内发生滑坡，造成直接经济损失49.06余万元[13]。本文基于谷歌卫星影像，在谷歌地球(Google earth)平台上进行人工目视滑坡解译，利用ArcGIS软件进行滑坡分布规律分析。本研究提供了一个新疆典型黄土区滑坡的分布数据，可为类似黄土区域滑坡研究提供参考。

1 区域概况和地质背景

图1 研究区位置及滑坡分布图

研究区位于伊宁县县城以北15 km处，东西长19 km，南北宽12 km，面积约230 km2，地理坐标为东经81°27′26″—81°41′24″，北纬44°05′42″—44°12′54″。如图1所示，研究区域位于伊犁谷地西部的中低山区，地势总体呈现为北高南低，海拔888～2103 m，为剥蚀堆积块状隆起山，区内沟谷密布，以V形谷为主。出露地层主要为石炭世地层，岩性为海相碳酸盐岩、碎屑岩、凝灰岩等，第四系风成黄土不整合覆盖在基岩之上，一般坡体中部黄土沉积厚度较大，可达到20 m[14]。研究区大地构造上位于天山—兴安地槽褶皱区西南天山褶皱系西天山优地槽褶皱带，尼勒克断裂带(走向为NWW向)贯穿整个研究区并将研究区一分为二，右上方为博罗科努山复背斜，左下方为伊犁地块。研究区气候属温带半荒漠化气候，四季特征变化比较明显，冬春温暖湿润，夏秋干燥较热，年平均气温9.3 ℃，降水充沛，年平均降雨量350 mm。

2 数据和方法

2.1 数 据

本研究采用的基础资料：从地理空间数据云平台[15]下载的ASTER GDEM 30 m的DEM，1∶500 000中国地质图，0.6 m分辨率的谷歌地球影像(图2)，黄土分布图[16](图3)。

图2 研究区谷歌卫星影像图 图3 研究区黄土分布图

2.2 方 法

采用滑坡目视解译的方法，在谷歌地球影像上可以清晰准确地圈出滑坡，目视解译保证了滑坡解译的客观真实性，图4为两个典型滑坡解译实例。本文选取了2015年7月15日、2018年5月21日和2019年7月3日3个时相的卫星影像来进行滑坡解译工作，本着“最近、最好”的原则，选择距离滑坡发生时间最近、质量最好的卫星影像圈出滑坡。在分辨率较高的遥感图像上，通过对比周围环境，非常容易识别出滑坡。滑坡在遥感图像上与周围环境在色调、形态、阴影、纹理、植被发育上有较大差异，且滑坡具有独特的结构特征和形态，在图像上常呈簸箕型、长舌型、菱形、不规则形状等。滑坡的解译与圈定均为人工完成，保证了解译结果的精确性，利用遥感图像目视解译可以确定滑坡发生的地理位置、边界、形态、规模。然后在ArcGIS平台上，以DEM和地质图为基础，提取各个滑坡对应的坡度、坡向、高程，通过统计可得到滑坡分布与各因子的关系。

(a) 典型滑坡Ⅰ (b) 典型滑坡Ⅱ图4 典型滑坡图

3 结果与分析

3.1 密度分析

图5 滑坡点密度图(搜索半径为350 km)

根据统计的滑坡数据，在ArcGIS平台上制作滑坡的点密度图。鉴于此次滑坡的分布范围和滑坡数量比较大，以350 km为搜索半径，通过密度分析制作滑坡点密度图，结果如图5所示。从图中可以看出，滑坡高密度区位于研究区的东北区域，其最大密度达到260个/km2。

3.2 滑坡数量与面积统计

将单体滑坡面积分为5个级别：≤500 m2、500～1000 m2、1000～1500 m2、1500～2000 m2和>2000 m2。统计分析每个级别内的滑坡数量与滑坡面积，制作滑坡数量与滑坡面积的分级饼图(图6)。其中，单体滑坡面积≤500 m2的滑坡数量最多，为2582个，占滑坡总数量的58%；单体滑坡面积>2000 m2的滑坡总面积最大，为1.733 km2，占滑坡总面积的44%。

(a) 滑坡数量 (b) 滑坡面积 图6 滑坡数量和滑坡面积饼图

3.3 滑坡与地形因子关系

高程是影响滑坡灾害发生的重要影响因素之一。它会对斜坡体内的应力值产生显著影响，坡体内的应力值随着坡高的增加而增加，当应力值达到临界条件时便容易在外在因素的作用下产生滑坡。研究区的高程在900～2100 m之间，本文将高程以200 m为间距进行分组，分别为900～1100 m、1100～1300 m、1300～1500 m、1500～1700 m、1700～1900 m和1900～2100 m共6组，分别制作滑坡面积、滑坡数量与高程的关系图(图7)。由图可见，1900～2100 m内滑坡数量最多，有1553个，占滑坡总数的34.5%；滑坡数量随高程的增高而增大，在高程大于1500 m时，滑坡数量随高程的增加速度越来越快；滑坡面积最大的高程范围是1700～1900 m，为0.918 km2，占滑坡总面积的23.5%；高程大于1300 m时，各高程段的滑坡面积较大，其他高程范围内的滑坡面积相对较小。总体上讲，在高程1300～2100 m范围内的滑坡数量最多，面积最大。在本研究区内，滑坡的发生基本符合随高程的增加而增加的规律。

(a) 滑坡数量 (b) 滑坡面积图7 滑坡与高程关系图

坡度是滑坡发育过程中重要的影响因素之一，随着坡度的增加，坡角应力逐渐增大。坡度还影响着地表水的流动和下渗、斜坡体内地下水的补给与排泄、斜坡上松散堆积物的厚度、植被发育等，从而影响着斜坡的稳定性。研究区的坡度在0°～60°之间，以10°为间距进行分组，分别制作滑坡面积、滑坡数量与坡度的关系直方图(图8)。由图可知，在10°～20°和20°～30°的滑坡数量较多，10°～20°的滑坡数量为1764个，占滑坡总数的39.2%，20°～30°的滑坡数量为1487个，占滑坡总数的33.1%；10°～20°的滑坡面积为1.28 km2，占滑坡总面积的32.8%，20°～30°的滑坡面积为1.48 km2，占滑坡总面积的38.0%。总体上讲，在10°～30°内滑坡数量最多，滑坡面积最大。伊犁地区的黄土容易在中低坡度的斜坡上沉积，这给滑坡灾害的发生提供了物源条件。这也验证了并非坡度越大越容易发生滑坡灾害，当坡度大于一定阈值后，松散物不易堆积，没有形成滑坡灾害的物质条件。

(a) 滑坡数量 (b) 滑坡面积图8 滑坡与坡度关系图

坡向也是影响滑坡分布的重要因素之一，它通过决定坡体太阳光照时间、时长、水热比、降水分布和流向，影响岩体风化和水流侵蚀程度。坡体的内聚力会随着风化程度和水流侵蚀程度的加深而减小，从而诱发滑坡灾害。将坡向以30°为间隔进行分带，分别制作滑坡面积、滑坡数量与坡向的关系图(图9)。由图可见，在60°～90°和90°～120°方向内的滑坡数量较多，分别为742个和651个，占滑坡总数的16.5%和14.5%，滑坡面积较大，分别为560 720 m2和489 520 m2，占滑坡总面积的14.35%和12.53%；相比于近南北向来说，近东西向的滑坡数量更多、面积更大。通过谷歌地球影像可以清楚的观察到，在滑坡高密度区，山体和沟壑以近南北向相间分布，滑坡几乎都是近东西向的。

(a) 滑坡数量 (b)滑坡面积 图9 滑坡与坡向关系图

4 结 论

本文以新疆伊宁县典型黄土滑坡区为例，以谷歌地球影像为基础，采用人工目视解译获取滑坡，解译得到了4498个滑坡，滑坡总面积达3.907 km2。单体滑坡面积在500 m2以下的滑坡数量最多，占滑坡总数量的58%，大于2000 m2范围内的滑坡面积最大，达1.733 km2，占滑坡总面积的44%。滑坡的发育与地形因子有着密切的关系，在1300～2100 m高程区间内、10°～30°坡度区间内、坡向60°～90°和90°～120°区间内滑坡数量最多，面积最大。

本文初步分析了新疆伊宁县典型黄土区域滑坡分布规律，后续将继续进行该地区黄土滑坡易发性评价方面的研究。