杜、、趙世全、胡誌超、王
1簡介
生態風險是生態系統暴露於危險環境狀態的可能性，其中區域生態風險評估重點關註某壹區域內不確定的事故或災害對生態系統及其組成部分可能產生的不利影響[1-3]，包括風險源、風險受體、暴露和響應過程、生態終點等評價要素[隨著生態環境信息越來越受到決策者的重視， 生態風險評估中的風險受體已從關鍵物種、種群、群落等自然生態系統組成部分逐漸擴展到區域社會-經濟-自然復合生態系統的範疇。 風險源也相應趨於復雜和多樣化[5-7]，但從風險因素釋放壓力的機制來看，大致可分為自然因素主導或人類活動主導等不同類型。目前，由於人類活動與自然環境的關系日益加深，人類因素取代自然因素主導環境變化和區域發展正成為客觀事實[8-9]。直接或主要由人類活動誘發的生態風險類型常被關註，如礦業城市土地破壞[10]、海洋傾倒區沈積物富集[11]、濕地旅遊開發[65438]。相比之下，傳統的自然災害研究更多地關註人民生命財產的損失風險[14-16]，對生態環境風險關註較少。當前，在全球環境變化背景下，地震、滑坡、泥石流等地質災害和低溫、雨雪、冰凍等極端天氣事件頻發，嚴重破壞了災區生態系統的結構、功能、安全和健康，極大地影響了社會經濟、生態文明和人類福祉所依賴的自然基礎[17]。自然災害生態風險作為生態風險評估的壹個重要分支，將風險源定義為自然事件或力量引起的各種災害，將各種自然生態系統作為風險接受者，同時關註災害對人類社會的影響。開展自然災害生態風險評估，不僅豐富了強調研究人為風險源的生態風險評估體系，也拓展了結合特定災害易發區特點管理和調控生態風險的新途徑。
區域生態風險評估是在大區域範圍內研究威脅生態系統的某些不確定因素造成負面生態效應的可能性和大小的過程[18]。作為生態風險評估的組成部分，區域生態風險評估延續了前者的原理和框架，比較經典的是“概率-損失”二維模型[19]，該模型重點研究生態風險事件發生的概率及其可能造成的後果，分別對應風險源的危險性和風險接受者遭受災害時的潛在損失；然而，從風險因果鏈模型的角度來看[20]，缺乏從來源到受體的風險暴露響應過程的顯式表示。事實上，風險受體暴露於風險源並引發直接反應的“界面環節”在風險因果鏈模型中非常重要，它隱含著區域生態系統格局和過程的相互反饋，生態系統功能的變化，以及當地受災地區與其背景環境之間的物質流、能量流和信息流的交換狀態[4]。暴露響應過程反映了風險受體在受到風險源影響時對損失的敏感性，可以用區域生態系統的脆弱性來表征。然而，現有的區域生態風險研究雖然在壹定程度上表達了脆弱性和暴露性，但重視程度不高，大多將脆弱性作為損失的修正因子[21-22]，忽略了揭示脆弱性和暴露響應環節中結構與功能的相互作用、格局與過程的相互反饋的重要性。
我國西南山區地質構造活動強烈，地形復雜，氣候條件多變，是滑坡等地質災害的密集高發區。同時，為緩解快速城市化進程中的人地矛盾，我國山地城鎮的建設開發活動日益頻繁[23-24]，更容易導致山地地質環境容量超載，加劇地質災害的發生。雲南省大理白族自治州(以下簡稱大理州)是典型的西南山區，地質災害頻發，也是生物多樣性熱點地區、生態環境敏感區[25-26]和低丘緩坡建設開發試點地區[27]。因此，大理州地質災害生態風險的定量評估對區域可持續發展尤為重要。基於此，本文以大理為例，關註風險源、風險受體、暴露響應過程和生態終點，基於“危險-脆弱性-潛在損失”的生態風險評估三維框架，全面衡量流域尺度的滑坡災害生態風險，試圖通過強調暴露響應過程，將區域生態系統結構與功能、格局與過程的相關信息融入風險評估過程，從而增進對區域生態風險機制的認識。
2研究區域和數據來源概述
2.1研究領域概述
大理州位於雲南省中部以西的雲貴高原和橫斷山脈的結合部，土地總面積29459 km2，山地面積占90%以上(圖1)。全州地勢西北高，東南低，地形復雜多樣，特別是金沙江、瀾滄江、怒江、紅河及其主要支流沿線。大面積分布的“紅層”軟硬夾層，使山體濕滑；新構造運動差異上升強烈，水蝕作用強烈；立體氣候明顯，旱澇季節分明。西北部降雨量大於東南部，降雨量隨海拔升高而增加，形成三重山、雪邦山、點蒼山、雞足山、無量山、老君山、刁草後山等七個多雨區，降雨量在2400~2500 mm之間，各地降雨量集中且差異較大，年均降雨量1053 mm，雲龍最多，賓川、祥雲最少。降雨量大的地區是全州地質災害最集中的地區。
圖形選項
圖1研究區及其地質災害點分布圖。
大理州屬金沙江準地臺和三江褶皺區，地層出露於前寒武紀至第四紀，尤其是中生代。大理的主要控礦斷裂有:崇山西側斷裂、瀾滄江斷裂、洱海-紅河深大斷裂和賓川-澄海斷裂。這四條斷裂帶控制著周圍的地形和巖性，次級斷裂在泉州分布廣泛。大理州地震頻繁，500年發生6級以上強震16次。近年來，4-6.5級中等地震頻繁發生，引發了嚴重的次生地質災害。根據縣市規劃資料匯總，2010年全州登記地質災害總數為779處，其中滑坡512處，泥石流211處，崩塌6處，不穩定斜坡37處，地面塌陷和地裂縫13處(圖1)地質災害隱患點多分布在南澗縣，其次是巍山縣、雲龍縣、永平縣由於全州滑坡點數量最多，分布最廣，本文重點研究滑坡災害。
3研究方法
生態風險是指在壹定區域內，不確定的事故或災害對生態系統及其組成部分可能產生的不利影響[4]。本文以風險因果鏈模型[20]為基礎，識別風險受體、暴露-響應過程和生態終點，構建了“風險)=危害)×脆弱性)×損害”的生態風險評估三維框架。其中，“危險”側重於滑坡災害發生的概率，基於地理、地質、人類活動等多種因素及其相互組合，采用信息模型進行評估。脆弱性側重於自身結構組成等生態特征形成的對災害應激的脆弱性和敏感性，是風險接受者暴露於風險源的直接反應。本文以生態系統模式為特征。損失是風險因果鏈模型中的“生態終點”，即災害造成的不利生態影響，基於多類型生態系統服務的量化核算完成評估。
3.2滑坡危險性評估指標體系
根據大理州滑坡的形成規律和空間分布特征，分別選取高程(a)、坡度(b)、巖性(c)、歸壹化植被指數(d)、多年平均降水量(e)、距河流距離(f)、地震密度(g)、距斷裂帶距離(h)和距人類活動距離。
圖形選項
圖2大理州滑坡災害指標的空間分異圖2大理州滑坡災害指標的空間分異
地理環境因素著眼於易發災害環境的穩定性，圍繞地形、地貌、土壤、植被、氣象、水文等方面，選取了6個指標:①從致災機理看，滑坡屬於重力地貌類型，高程和坡度直接影響松散堆積層和碎屑的聚集程度和分布；(2)降水是滑坡的重要誘發因素之壹，滑坡的數量和規模與持續降雨和暴雨的關系非常明顯。降水入滲會降低土體的抗剪強度和土體與基巖間的摩擦阻力，增加土體重量和內部動水壓力，從而誘發地質災害；(3)植被覆蓋、地表水的搬運和侵蝕都會影響岸坡的穩定性。其中，NDVI是遙感估算植被覆蓋度研究中最常用的植被指數，它與植被的空間分布密度具有良好的線性相關性，因此被選為本文的指標之壹。④地表水的影響以距主要河流的距離為特征。巖石結構決定了邊坡巖體的強度、應力分布、變形和破壞特征，為滑坡的發生和發展提供了物質基礎。本文參考中國西南地區的相關研究[30]，以中國1:250萬地質圖為基礎，通過矢量數據場融合提取研究區巖石類型信息，劃分為五個巖石群[30](1。白雲石、厚層流紋巖等。；2.應時砂巖、矽質礫巖等。3.火山碎屑巖、變質玄武巖等。；4.泥板巖、煤層等。；5.粘土、松散沈積物等。)(圖2c，0代表水體)，相似巖組具有相似的滑坡地質災害特征。地理環境因素描述了滑坡災害發生的關鍵內因和外因，是區域地質穩定性的直接基礎，對滑坡風險等級的影響最大，因此在三個維度中賦予其較高的權重，定為0.7703。
地質構造因素主要包括兩個指標，即地震點的巖心密度和距斷裂帶的距離。其中，地震對滑坡的影響主要體現在兩個方面:壹是由於地震產生的地震力直接作用於邊坡巖土而發生滑坡災害，脆弱山坡上積累的破壞可能受到該地區前期地震的影響[31]；第二，我國大陸地震主要受活動構造控制，易發地震災害的環境往往是極其復雜的地質構造、發育的斷層和破碎的巖石，間接影響滑坡災害的發生。本文用地震點的核密度來指代地震帶分布的空間集聚性。另壹方面，斷裂帶對滑坡的影響表現在，活動斷裂分布區通常是差異運動強烈的地區，形成谷深、坡陡、坡降大等多種地貌，容易發生基巖或松散堆積物的滑動，從而導致滑坡災害。滑坡災害的發生受離活動斷裂帶距離的控制。利用ArcGIS提供的緩沖區分析功能，生成研究區活動斷裂帶的緩沖區分布圖。地質構造因素通過地震、斷裂帶等歷史地質活動造成的現狀直接或間接影響滑坡的發生，權重在三個維度中間，設定為0.1618。
人類活動也是加劇地質災害形成的直接或間接因素。人類工程活動和經濟發展，如村鎮建設、農業活動、道路工程、礦產工程和水利工程等，都可能影響巖土體，加劇邊坡失穩。土地復墾造成的植被破壞和生態環境惡化，也會加劇滑坡等地質災害的活動強度和範圍。本文參考數據的可獲得性，具體選取了離城鎮的距離和離公路的距離兩個指標來反映人類工程活動和經濟建設對滑坡災害可能產生的影響。在生態脆弱、石漠化嚴重、同時要進行山地城鎮建設的大理州，電力可能誘發壹定規模的人為幹擾活動，但相對於地質構造，對區域滑坡的影響相對較小，因此人為活動因素的權重最低，定為0.0679。
4結果和分析
4.1滑坡災害因素信息
4.3生態脆弱性和潛在生態損失
以367個三級流域為基本評價單元，按照自然斷點法計算綜合脆弱性指數並劃分為五個等級。級別越高，漏洞越嚴重(圖4a)。然後借助Moran's I指數(顯著性水平為0.05)分析風險接受者生態脆弱性高低值的空間聚集程度(圖4b)。結果表明，承災體脆弱性高值區分布在泉州市4個壹級流域，主要集中在人類活動強烈的紅河流域南部和金沙江流域東南部。脆弱性最低水平(1)主要分布在受人類活動幹擾較少的大理北部和東部地區，脆弱性低值區往往呈低-低聚集狀態，如彌江流域、倒流河流域和清水河流域東部。同時，高-低聚集和低-高聚集的流域在泉州分布很少，僅占生態脆弱性空間自相關顯著的61三級流域的5.58%。這在壹定程度上也印證了流域單元生態系統相互作用的整體性特征。由於大尺度背景下地質、地貌、土壤水文等自然地理要素相對連續的屬性分布和相對較低的空間異質性，以及生態過程在壹個開放空間的流動，相鄰流域往往表現出生態系統結構的相似性和易受幹擾性。
圖形選項
圖4大理州各子流域生態脆弱性等級及空間集聚特征圖4大理州流域級經濟脆弱性及其空間聚集
生態系統服務的網格層通過極值極差標準化，然後通過空間疊加和統計計算得到網格尺度和流域尺度的潛在生態損失，通過自然斷點法劃分為五個等級。等級越高，虧損越嚴重(圖5)。結果表明，全州潛在生態損失主要在初高中(圖5a)。第五等級主要集中在賓川縣和鶴慶縣，1等級主要集中在洱海、鑒湖、西湖和壹碧湖，這主要是因為森林主要提供凈初級生產、水源涵養和水土保持服務，糧食供應主要由耕地提供，而沒有重點關註水生態系統服務；此外，較低層次的潛在損失相對分布在祥雲縣東北部和雲龍縣西南部。
圖形選項
圖5大理州潛在生態損失圖5大理州潛在生態損害
就流域尺度而言，潛在生態損失較低的流域(1~2)主要分布在大理州西南部，如永平的印江流域和巍山的西河流域(圖5b)。這些流域受地形限制，耕地分散，闊葉林相對較多，水源涵養服務和糧食供應服務相對較差。潛在生態損失等級為3級的流域區域集中在大理州西北部，如雲龍的瀾滄江流域、漾濞的順碧河流域等。這些流域地形起伏較大，涉及的瀾滄江、怒江高、中山河谷水土保持明顯高於東部蒼山洱海高原湖盆。同時，15 ~ 25°坡帶面積比例較大，坡度和水熱條件適宜各種植被生長，有利於凈初級生產和水土保持服務優勢的發揮。潛在生態損失較高的流域(4~5級)集中在大理州東北部，如賓川縣桑園河流域、中和河流域和鶴慶縣羅樓河流域。這些流域比較平坦，耕地廣闊，分布密集，水熱條件好。它們是大理主要的糧食供應區，混交林多，效率高，涵養水源大，因此具有較強的糧食供應服務和水源涵養服務(圖5c)。
4.4滑坡災害的生態風險
基於滑坡災害、生態脆弱性和潛在生態損失，采用等權乘法得到大理州流域尺度的滑坡災害生態風險，並根據自然斷點法將其分為高、中、低三個等級。同時，對於危險、脆弱性和潛在損失層，將1~3級歸並為低值區，4~5級歸並為高值區，從而得到8類生態風險構成(圖6)。例如，“高風險-低脆弱性-高損失”是指壹個流域屬於高價值的危險區、低脆弱性區和高潛在生態損失區。
圖形選項
圖6大理子流域滑坡災害生態風險等級及結構圖6大理流域滑坡災害生態風險等級及結構圖
從整體狀態看，滑坡災害低-中-高生態風險的空間分布從外向內具有壹定的圈層結構，各風險等級的流域面積和流域數量依次遞減(圖6)。其中，低風險區多分布在大理州周邊，主要集中在雲龍縣西南部的怒江流域、洱源縣的黑會江流域和祥雲縣東北部的清水河流域。中等風險區在空間分布上逐漸向大理州中心聚集，主要位於雲龍縣西南部的瀾滄江流域、永平中部的印江流域、鶴慶縣的羅樓河流域和巍山縣的西河流域。高風險區主要集中在賓川縣桑園河流域和祥雲縣魚泡江流域。
通過比較每壹級風險的結構組成和對應的流域數量(圖6)，可以知道高風險區域包括五個風險成分，以“高風險-高脆弱性-高損失”三個高類型和“低風險-高脆弱性-高損失”兩個高類型為主。低風險區由七種風險組成，以低風險-低脆弱性-低損失三種類型和低風險-低脆弱性-高損失、高風險-低脆弱性-低損失、低風險-高脆弱性-低損失兩種類型為主。中風險區包括除“高風險-高脆弱性-高損失”以外的全部七種類型，各類型數量分布相對均衡。
5討論
5.1滑坡危險性評估結果驗證
6結論
本文以大理白族自治州為例，基於"風險=危險×脆弱性×損失"的三維風險評估框架，采用信息模型對滑坡災害風險進行評估，基於景觀格局指數對生態脆弱性進行表征。將生態系統服務納入風險損失的定量表征中，通過綜合測度來區分流域地質災害的生態風險。基於風險主導因素，探討了生態風險防範區劃和風險防範策略。結果表明:①大理容易誘發滑坡災害的“主導”條件為:海拔低於1800 m，坡度15° ~ 25°，NDVI小於0.31，巖性為泥巖、頁巖、疏松砂巖、煤層、火山碎屑和千枚巖，震點核密度大於0.000。年平均降雨量1100 ~ 150 mm，距離斷裂帶1000 m以內，距離河流、公路500 m以內，距離城鎮100 m以內。大理州總體處於中高等級滑坡災害，西北低，東南高；4~5級高風險區36.31%分布在巍山、南澗、祥雲縣，1~2級低風險區54.61%集中在於雲龍、洱源、劍川。(2)生態脆弱性4~5的高值區主要集中在紅河流域南部、金沙江流域東南部和瀾滄江流域中部。生態損失的低水位流域占全流域的43.23%，主要分布在大理州西南部，水源涵養和食物供給服務相對較差。生態損失的中流域面積占28.91%，集中在該州西北部，其凈初級生產和水土保持服務優勢明顯。生態損失較高的流域集中在東北地區，該地區具有較強的食物供應和水源涵養服務。③滑坡災害的生態風險呈低—中—高的環狀結構分布，各風險等級的流域面積和數量依次減少；367小流域有“低風險-低脆弱性-低損失”和“高風險-低脆弱性-高損失”等八個風險成分。基於三個風險等級和八個風險結構，最終將大理州劃分為四個風險防範類型，即避災監測預警區、生態保護與修復區、避災保護區、自然適應控制區。
本文在經典概率-損失模型二維框架的基礎上，進壹步強調風險受體對風險源的暴露反應，構建了生態風險評估的“危險-脆弱性-損失”三維框架，為生態風險定量研究過程中信息的豐富提供了壹定的理論支持。在研究方法上，脆弱性用景觀格局表示，潛在損失用空間化的生態系統服務實地核算表示，解釋了生態系統格局與過程的相互反饋關系，有利於在機制層面理解災害脅迫下風險接受者恢復力相關的狀態變化。在評價單元中，以地表的自然邊界——分水嶺作為評價單元的邊界，保證了單元內自然要素結構和過程的完整性以及單元間自然環境的空間異質性，避免了地表自然地理聯系的割裂，有利於對風險格局的整體把握和綜合分析。
然而，本研究仍存在壹些不足，尤其是風險評估的不確定性分析。有必要進壹步研究滑坡地質災害生態風險評估中不可避免的不確定性，如信息和數據的不完全性、損失類型的多樣性、風險源和損失的廣泛性以及壹些隨機幹擾等。針對不確定性的來源，采用貝葉斯網絡模擬[46]和蒙特卡羅模擬[47]進行不確定性分析和敏感性分析，以幫助決策者根據評價結果的不確定性提出更加科學有效的風險管理對策。