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基于地质灾害风险评价的衡东县国土空间管制研究

发表时间:2021-01-14 09:00:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

作 者 信 息

马云飞,邹 芳,徐海燕

(长沙理工大学 城乡规划系,湖南 长沙 410001)

【摘要】如何构建面向全过程、多样化的空间管制体系,实现国土空间全域全要素的管控,推进国家治理体系和治理能力现代化的目标,成为当今国家建设发展的重大问题。在这种情况下,国土空间管制研究显得尤为重要。以衡东县为案例,从地质灾害风险的角度构建用地评价体系。不同于常规的综合风险评价,将考虑评价因子的“水桶效应”,减少单因子的短板制约,再综合人工活动因素进行评价。并基于评价结果,划定科学的空间管制分区以及提出有效的政策措施,并为后续的国土空间规划提供理论支撑。

【关键词】综合地质灾害;国土空间规划;层次分析法;水桶效应

【中图分类号】TU98 【文献标识码】A 【文章编号】1672-1586(2020)06-0014-07

引文格式:马云飞,邹 芳,徐海燕. 基于地质灾害风险评价的衡东县国土空间管制研究[J].地理信息世界,2020,27(6):14-20.


正文

0 引 言

近年来,自然生态环境的恶化和人类对土地资源的开发利用,导致地质灾害频发。频繁的地质灾害也对土地利用造成阻碍,形成恶性循环,对社会经济的可持续发展有着严重的制约作用。因此,用地风险性评价结果作为城市发展的首要参考十分重要。此外,现代国土空间规划过程中,“双评价”即不同层次的用地评价也成为行业发展中的重要工作,用地风险性评价的重要性不容小觑。

在地质灾害风险性分区评价中,国内外相关研究常采用层次分析法、模糊综合评判法、多元回归分析法等。詹文欢等人利用模糊数学方法建立地质灾害的数学模型,初步实现地质灾害研究的综合化和定量化,但其选用的地震活动、活动断裂等6个评价指标中并未考虑到人工要素对自然灾害的影响。李阔等人将岩土体因子、人类活动因子、气候因子作为指标,利用层次分析法对四川省青川县地质灾害进行了危险性评价,但是没有考虑单因子带来的水桶效应。邵维懿等人基于地理信息系统与遥感技术,对贵州省织金县地质灾害危险性区划进行研究,也未考虑到评价因子对结果造成的制约,即水桶效应。在后续的研究中,越来越多的学者关注到了人为活动、新技术的运用,但这些都不足以体现单一因子的水桶效应。

常见的评价方法是通过要素叠加得到最终结果,但是忽略了单一因子的水桶效应,即构成组织的各个部分往往是优劣不齐的,而劣势部分往往决定整个组织的水平。如坡度要素,对于建设山地城镇来说,当坡面达到25°时,各类建筑的不稳定性很大,加之陡坡地开发和建设极易诱发滑坡、泥石流等地质灾害,危及城镇和人民生命财产安全,因此,通常情况下,大于25°的陡坡地宜归为“禁建区”或者“不宜建土地”。因此,利用水桶效应,结合传统的用地评价可以更加科学地评价地区的风险性。基于这样的创新点,进行实地案例的研究。根据选取的因子构建合理的评价指标体系,构建合理的评价指标体系,并采用层次分析法得到综合风险评价,并结合水桶理论,将每个要素的“短板”进行绘制,并在空间上展现。再结合建设用地,也就是人为活动,在三者考虑的基础上进行空间管制分区的划分。通过对空间管制进行分区标准的研究,也针对不同分区提出具体管制措施,从而达到空间管制的目的,以期为国土空间规划优化配置提供支撑。

1 研究区概况

衡东县位于湖南省东部偏南,居湘江中游的衡阳盆地与醴攸盆地之间。位于112°45′~113°17′E,26°47′~27°27′N。东连攸县,南与安仁县、衡南县毗邻,西频湘江与衡山县隔水相望,北与湘潭县、株洲县接壤,辖17个乡镇,233个行政村,23个社区居委会,全县总面积1 926 km?,总人口74.7万。衡东县域地貌类型多样,其中以丘陵为主,低山高岗为辅,兼有平原和中山,地貌轮廓以中部低山、丘陵、高岗构成的“X”形隆起为骨架,以洣水为横轴向东、向西及以县境湘江段为纵轴向北三面敞开,形成三盆(衡邵盆地、醴攸盆地、株渌盆地)夹低山的格局。全县以湘江洣水为主,共有江河溪港169条,总长993.5 km,境内湘江长85.1 km。衡东县属中亚热带季风湿润性气候区,年降水量较多,雨量流沛,地下水资源非常丰富。衡东县建设用地总面积约为297.429 8 km?,约占衡东县总面积的15.451%,衡东县建设用地主要分布在中部及西部,草市镇低海拔区域也有一定量的建设用地分布。研究区的地形、水系、建设用地等分布如图1所示。


1 衡东县现状图

Fig.1 Current status map of Hengdong county

2 研究数据与方法

2.1 数据资料

本次研究数据为衡东县行政区域范围,并通过坐标转换、数据处理等方式,构建以WGS1984为统一坐标系,以1985国家高程基准为高程基面的统一基础数据。整体数据精度为30 m×30 m,区域研究单元总数为2 072 264。其中,使用的数据包括先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Global Digital Elevation Model,ASTER GDEM)、全国标准地理信息矢量数据1∶250 000、中国土壤类型空间分布数据、研究区内地质灾害点数据。ASTER GDEM数字高程数据是根据美国国家航空航天局的新一代对地观测卫星Terra的详尽观测结果制作完成的,由地理空间数据云提供,精度为30m×30m。全国标准地理信息矢量数据1∶250 000由天地图提供,数据格式为shp。中国土壤类型空间分布数据,根据全国土壤普查办公室《1∶1 000 000中华人民共和国土壤图》数字化生成,由资源环境科学与数据中心提供,精度为1 000m×1 000m。研究区内地质灾害点数据来源于《湖南省地质灾害分布图》,数据范围与研究区域吻合,数据格式为shp。通过简要分析及预处理,数据整理分类及来源见表1。

1 影响因子数据分类及来源

Tab.1 Classifification and sources of impact factor data

2.2 研究方法

本次研究过程主要包括5个步骤,即数据获取、数据处理、地质灾害风险性评价、空间管制分区、空间管制措施,其技术流程如图2所示。

2 技术流程图

Fig.2 Technical flflow chart

2.2.1 层次分析法(AHP)

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是一种定性和定量相结合的、系统的、层次化的分析方法。该方法的特点就是在对复杂决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入研究的基础上,利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化,从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。层次分析法的步骤,大体可以分为:①建立层次结构模型;②构造判断(成对比较)矩阵;③层次单排序及其一致性检验;④层次总排序及其一致性检验。通过以上步骤得到评价因子相应权重。

2.2.2 数据叠加

叠加分析的目标在于分析在空间位置上有一定关联的空间对象的空间特征和专属属性之间的关系。对同一位置上的不同要素进行相应权重的叠加,从而反映该位置的综合信息。叠加公式如下:

式中,ES为形成因素评价结果,xi为各评价因子的评价结果,ni为各个评价因子的权重。利用ArcGIS将各指标归一化后的结果叠加分析,这一过程是利用ArcGIS加权总和相关工具实现,将各指标归一化图按权重进行叠加计算,得到研究地质灾害形成评价结果。

2.2.3“水桶效应”应用

“水桶效应”又称“木桶效应”“短板效应”。“水桶效应”指的是水桶能装多少水取决于它最短的那块木板,无论其他木板有多长,水总能从短板处流出。短板代表了此处发生灾害的最大可能性,长板代表该地建设适宜性较高,在规划建设用地时,应做到“取长补短”。衡东县综合地质灾害评价依据“水桶效应”原理进行计算,为了体现各要素的短板效应,将各要素进行分级并取最高级作为其“短板”,利用地理信息系统的空间运算功能进行计算,形成衡东县综合地质灾害分布图,计算公式如下:

式中,IES为自然要素中的不良程度;Max为取最高等级;ES1为高程分级结果;ES2为坡度分级结果;ES3为坡型分级结果;ES4为土壤类型分级结果;ES5为河流冲刷分级结果;ES6为灾害点密度分级结果。

3 综合地质灾害风险危险性评价

3.1 单因子分析评价体系构建

衡东县以丘陵为主,地表高程起伏较大,南部为大面积的丘陵山区,在坡度较大的地区不适宜进行城市开发建设;由土壤类型决定的地质构造也对城市开发建设具有约束性;河流冲刷对地表有侵蚀作用,城市开发建设需要避开河流;地质灾害分布蕴含有空间分布特征与内在规律性,不应被忽视。因此,将坡度、坡型、高程、土壤类型、河流分布、历史灾害分布点作为综合地质灾害评价的重要指标。同时,将其分为两类:灾害发育因素、灾害形成因素。

选取高程、坡度、坡型、土壤类型、河流分布进行分级评价,统一分为四级。高程按照自然间断法进行分级;坡型分为凸面坡(值>0)、凹面坡(值<0),根据凹凸程度利用自然间断法分为七级,取第一、第七级归为一类,第二、第六级归为一类,第三、第五级归为一类,第四级一类,共四类形成四级;坡度大于25°时,极易造成山体滑坡,因此,以坡度大于25°作为禁建区的标准,将坡度分0°~10°、10°~15°、15°~25°、大于25°四级;不同土壤质地对雨水下渗的能力不同以及土质对建设的影响,按照土壤类型进行划分;河流冲刷根据有无河流分布进行划分;具体评价分级见表2。

2 评价因子分级

Tab.2 Classifification of evaluation factors

设地质灾害风险性评价为目标层(A),灾害发育因素、灾害形成因素为准则层(B),各单因子则为方案层(C),排序见表3。采用1~9标度方法分别对准则层(B)、方案层(C)的各个因素进行两两比较,赋以相应分值,构造判断矩阵,其中目标层(A)对准则层(B)判断矩阵为,准则层(B)对方案层(C)的判断矩阵为:B1=1,根据层次分析法权向量计算公式,可以计算出矩阵A最大特征根为2,置信区间为0,临界比值为0;矩阵B2最大特征根为5.182,置信区间为0.045,临界比值为0.041。方案层C对目标层A的总排序权重计算结果见表3。

3 判断矩阵总排序及结果

Tab.3 Total ranking and results of judgment matrix

3.2 常规地质灾害风险评价结果

地质灾害风险评价结果聚类后如图3a所示,可以更加清晰地看出衡东县大部分用地属于中等风险区。衡东县地质灾害高风险区主要集中于衡东县东南部,禁止建设区域主要集中于衡东县东南部。同时,根据衡东县区位条件、交通条件,发现衡东县西部相较于东部更适合开发。

根据地质灾害评价统计图如图3b所示,高风险区占比为13.68%,次高风险区为23.49%,中等风险区占34.03%,中低风险区只占14.51%,低风险区占20.02%。常规地质灾害评价主要考虑自然水文地貌及灾害点分布因素,对于衡东县禁止建设用地的规划及空间管制有指导性作用。根据结果,衡东县有局部属于地质灾害高风险阶段,此时应从规划、政策等方面对自然环境进行保护,避免此处由于城市开发建设而导致生态环境恶化,从而导致灾害频发。

3 常规地质灾害风险评价结果

Fig.3 Risk assessment results of conventional geological hazards

3.3 基于水桶理论的风险评价结果

根据水桶效应,木桶的短板决定存水量。在评价过程中,单因子的高风险区域叠加后可能会被其他因素的低风险区所中和,因此,需要将各个单因子的“短板”提取出来与风险评价结果综合考虑,各因子制约分布如图4所示。在风险评价中属于中等风险区的衡东县中南部,属于高程368~810m区域,比较衡东县的地形,中间低四周高,建设用地难以在此选址,因此,应该在中等风险的基础上提升其风险性。同时,衡东县中部偏北有坡度大于25°的地方,过于陡峭不适宜开发建设,而在常规风险评价中此处也属于中等风险区域,应划分为高风险性区域。

4 国土空间管制研究

空间管制是指通过划定区域内不同建设发展特性的类型区,制定其分区开发标准和控制引导措施,可协调社会、经济与环境可持续发展。不同历史时期对于空间管制的重点、范围、目标都存在着较大的差别。空间用途管制最初是来自于对土地开发建设用地的限制和监管,以耕地保护为核心。而现有的国土空间规划强调的是全域、全要素的管制,比以往范围更广、难度更大。

4 单一因子制约分布图

Fig.4 Single factor restriction distribution diagram 

本次研究的国土空间管制是基于地质灾害风险性评价,利用评价因子的短板效应的加以制约,再综合人工活动因素进行考虑,最终划定科学的空间管制分区。因此,本次空间管制针对国土空间全域全要素的管制研究,其核心是如何科学划定管制分区,并依据不同的分区提出具体的开发保护策略。

4.1 空间管制区划分

空间管制区的划分是为了更好地指导城市建设用地的开发与建设。实际规划时,在城市总体规划阶段,合理选择城市建设用地,尽可能地选择灾害不发生的地域,避开自然灾害;在详细规划阶段,根据用地条件合理控制建筑密度;在修建性详细规划阶段,对地质灾害高发区合理地主动避让或工程治理。

本次空间管制是在建设用地的范畴内叠加风险性评价结果,逐一评定灾害发生的可能性。考虑到建设用地上承载的人类社会经济活动,对生态系统产生的负面影响还可能波及到近自然、半自然及其他人工系统,在综合地质灾害风险性评价的基础上,叠加建设用地分析,二者结合后的结果作为空间管制分区的依据。

衡东县建设用地面积为64.525km?,各乡镇见呈现组团式结构,将衡东县现状建设用地分布图与地质灾害风险性评价图叠加分析如图5a所示,衡东县建设用地在5个级别的地质灾害等级区中均有分布,其中分布于次低等风险区的面积最多如图5b所示,占总面积的45.38%;分布于低等风险区和中等风险区的建设用地分别占34.72%和15.30%;分布于次高风险区的建设用地为4.17%;分布于高风险区的面积最小,仅占0.42%,但越是风险性高的区域越需要注意已建设区域对其的影响,控制地区开发建设或采取生态系统保护措施。基于地质灾害风险性评价,利用子因子的短板效应加以制约,再综合建设用地分布情况进行考虑,将衡东分为空间管制一区、空间管制二区、空间管制三区。分区结果如图6a所示。

5 空间管制分区依据

Fig.5 Basis of space control zoning

6 空间管制分区结果

Fig.6 Space control zoning results

空间管制一区:指用地的地质、坡度等自然环境条件比较优越,并且一般不产生地质灾害影响的适宜建设区。主要考虑地质灾害低等风险区、不在子因子中高风险范围内。适合开发各项城市基本设施。

空间管制二区:指地形起伏较大,坡度相对较陡,利用难度较大,并且可能产生地质灾害的限制建设区。主要考虑地质灾害中等风险并且不临近建设用地的区域。在城市发展中如果用作建设用地,要严格控制建设用地性质和规模,严防生态破坏和污染。该区以保护现有林草地、保持水土等生态功能为主。

空间管制三区:指有坡度陡峭、有河流冲刷等不良现象的区域,同时属于滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害高易发区,属于禁止开发建设的区域。主要高程、坡度、坡形式、土壤类型、河流分布、历史灾害分布点等子因子风险性高的区域、地质灾害次高及高等区域、地质灾害中等风险并且临近建设用地。不适宜开发建设,应该保留作为城市生态用地。

根据图6b所示的分区统计结果图,空间管制一区占比为62.96%,空间管制二区占比为13.25%,空间管制三区占比为23.79%。其中适宜开发区域占比较大,城市发展空间充裕,具有较佳的发展前景。衡东县作为发展中的城市,仍然需要一定的城镇发展空间。因此,在未来一段时间的发展中,应在保护现有生态环境和修复灾害易发区生态系统的基础上,根据空间管制结果,适当发展城镇建设用地。

4.2 空间管制措施 

空间管制由“分区”和“措施”两部分组成。分区是根据综合评价结果进行划定,不同的分区决定了地区的具体管制措施。空间管制措施则是根据空间分区提出合理的意见、手段,是空间管制的方法。根据不同功能分区,有针对性提出具体管制措施,从而达到空间管制的目的。基于衡东县空间管制划分结果,衡东县空间管制政策措施分为管理制度与实施全过程监管两个方面,见表4。管理制度方面,对于空间管制一区,通过建设用地总规模以及优化城镇用地结构和布局,进一步引导管控城镇空间开发利用,实现城镇空间高效集约开发;对于空间管制二区,维护现有生态格局,加强对区域生态保护;对于空间管制三区,修复提升现有生态环境,整合构建更加详细具体的生态空间管制规则。实施全过程监管方面,针对具体的建设项目,不仅关注立项和审批,更要重视项目审批执行一致性和建设成效的监管和评价。开展项目执行效果评估以及总结用途管制实施过程中遇到的新需求新问题,可以为未来管制规则的修改完善提供依据和建议。

4 空间管制措施

Tab.4 Space control measures

为了更好阐述空间管制具体措施,现以空间管制分区三区内的大桥镇将军山为例进行详细介绍,如图7所示。该地区在常规风险评价中属于次低风险区域,但结合木桶效应制约因素的短板效应,其属于地质灾害高密度区域,且结合建设用地风险叠加结果,即区域散落分布有许多乡村居民点,因此,最终该区域属于空间管制三区。具体将对该区域的空间管制措施为加固山体、建设护坡、修复该地的生态系统,安排专人进行负责管理,当遇到暴风雷雨等恶劣天气时进行24 h监督该地段是否会发生地质灾害。

7 典型案例将军山管制措施说明图

Fig.7 Illustrative diagram of typical case Jiangjunshan control measures

5 结束语

国土空间管制是国土空间规划中重要的一环,而用地评价是空间管制的基础。不同于以往的用地评价,本文从3个层面研究衡东县地质灾害风险性评价,在常规用地评价的基础上,利用子因子的短板效应加以制约,再综合人工活动因素进行考虑,最终划定科学的空间管制分区。从管理制度、实施全过程监管两个方面实施空间管制措施,确保国土空间管制的有效实施。最后以将军山为例,进行空间管控规划,发现仅进行用地评价不足以体现此地区的高风险性,需要结合子因子的短板效应与人工活动综合考虑。目前,国土空间强调的是全域、全要素海陆空的管制,其中包含的要素也更加广泛,综合后更难以显现单因子的特有属性。这也提醒着不能忽视这些要素中的单因子及其带来的水桶效应,要从最大程度上减少灾害带给人类的损失。


作者简介:马云飞(1999-),女,湖南郴州人,城乡规划专业本科生。

E-mail:739328647@qq.com

通讯作者:邹芳(1981-),女,湖北监利人,讲师,博士,注册城乡规划师,主要从事城乡规划定量分析,城市防灾减灾等研究工作。

E-mail:seazf@163.com

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