考虑空间异质性与特征优化的高寒河谷区滑坡生态脆弱性评价研究——以泸定县为例

本综述系统评估了泸定县滑坡灾害的生态脆弱性，整合了地理探测器模型（GDM）和RX-Stacking集成学习方法，量化了降雨、距断裂带距离及布格重力异常梯度等核心因子对滑坡分布的影响（q值分别为0.24、0.18、0.10）。研究发现因子交互作用呈非线性增强，尤其是降雨与断裂带距离的协同效应最强（q=0.37）。通过耦合土地利用变化与生态系统服务价值权重，构建了滑坡生态损害评估模型，揭示了东部高易发区与生态高脆弱性的空间一致性，为区域地质灾害防治与生态管理提供了科学框架。

　　

1 引言

川西地区位于青藏高原东缘，地形地质条件极为复杂，具有地势陡峻、地震强度高、地质环境脆弱等特点，滑坡灾害频发。作为一种高危害性的自然现象，滑坡对生态系统、社会稳定和人类生存构成重大威胁。整合深浅部地球动力因素，适应其影响的空间异质性，量化滑坡风险与生态损害之间的耦合关系，实现精细化的区域易发性和脆弱性评估，一直是滑坡减灾与生态保护的核心挑战。

2 研究区概况

泸定县位于川西中东部，地处邛崃山脉与大雪山系之间，大渡河贯穿南北。强烈的构造运动导致河山高差显著，形成了坡面截切、坡度陡峻、岩体破碎、基岩大面积出露等地貌特征。大渡河流域面积2020.7 km²，流速快、下切作用强，持续的冲刷作用促进坡脚破坏。气候受亚热带季风与高原冷空气共同作用，干暖冬季与湿润夏季对比鲜明，年均温15.5°C，年均降雨664.4 mm，集中于5–10月。滑坡类型以堆积层滑坡为主，可进一步分为残坡积层滑坡、黏土与冰川堆积层滑坡。构造上，泸定县位于川滇南北构造带北段、龙门山北东向断裂带和鲜水河西北向活动断裂带交汇处，地层从第四系至震旦系均有出露，以中生界、古生界三叠系和前寒武纪变质岩层分布最广，岩性复杂破碎。

3 数据来源与研究方法

研究基于全国地质灾害点空间分布数据、泸定地震滑坡编录和野外补充调查，构建了包含417处滑坡的数据集。选取了3类外动力因子（归一化植被指数NDVI、降雨、人类活动强度）和6类内动力因子（高程、坡度、起伏度、布格重力异常梯度、水平形变梯度、距断裂带距离）进行分析。数据来源包括NASA-SRTM 30 m分辨率DEM、Google Earth Engine的2022年NDVI数据、国家气候中心年降雨量数据、中国地质调查局提供的断裂带位置与土地利用类型数据，以及Yao等（2015）提供的布格重力异常梯度和水平形变梯度数据。

研究方法集成地理探测器模型（GDM）、随机森林（RF）、极端梯度提升（XGBoost）和RX-Stacking集成学习模型。GDM用于量化单因子及交互作用对滑坡分布的解释力（q值计算基于层内方差与总体方差之比）。RF和XGBoost作为基学习器，RX-Stacking通过五折交叉验证与逻辑回归（LR）元学习器整合二者优势，提升预测精度与泛化能力。滑坡生态损害评估基于土地利用类型变化与生态系统服务价值权重，计算生态损害指数ED = p × (w_i – w_j) / w_i，其中p为滑坡发生概率，w_i和w_j分别为扰动前后土地利用类型的权重值。

4 泸定县滑坡分布规律

4.1 整体空间分布 pattern

泸定县区域面积约2165 km²，滑坡密度达0.19处/km²。滑坡主要集中分布在东部和南部海拔低于3000 m的区域，人类活动密集；而海拔3000 m以上区域地形陡峻、人居稀疏，调查难度大。

4.2 内外动力因子下的分布规律

降雨500–800 mm区域面积最大，包含209处滑坡（密度0.17/km²）；1200–1800 mm区域面积最小但密度最高（123处，0.41/km²）。NDVI值0.1–0.3和0.3–0.5区域滑坡最密集（密度分别为0.20/km²和0.33/km²）。人类活动高强度区滑坡密度最高（0.85/km²）。高程964–1500 m和1500–2000 m区域滑坡最密集（密度1.11/km²和0.62/km²）。坡度20°–30°和30°–40°滑坡数量最多。起伏度300–600 m和≥600 m区域滑坡分布最广，但75–300 m范围密度最高（0.42/km²）。布格重力异常梯度高值区滑坡密度达0.33/km²。水平形变梯度低值区密度最高（0.75/km²）。距断裂带0–10 km区域滑坡最多（184处），随距离增加而减少。

4.3 影响因子重要性分析

GDM显示，降雨（X1）、距断裂带距离（X9）和布格重力异常梯度（X7）对滑坡分布影响最显著，q值分别为0.24、0.18和0.10。水平形变梯度（X8）、坡度（X5）和起伏度（X6）次之，NDVI（X2）、人类活动强度（X3）和高程（X4）影响较小。因子交互作用均呈非线性增强，其中降雨∩距断裂带距离的q值最高（0.37），降雨∩水平形变梯度和降雨∩人类活动强度次之（均为0.28）。

5 泸定县滑坡易发性与生态脆弱性评价

5.1 滑坡易发性评价

基于GDM筛选出7个核心因子（降雨、距断裂带距离、布格重力异常梯度、水平形变梯度、坡度、起伏度、NDVI），构建834个样本数据集（滑坡与非滑坡点1:1），按7:3划分训练集与测试集。采用RF、XGBoost和RX-Stacking模型进行易发性评价，按等间隔分为5级：极低（0–0.2）、低（0.2–0.4）、中（0.4–0.6）、高（0.6–0.8）、极高（0.8–1.0）。ROC曲线显示，RF、XGBoost和RX-Stacking的AUC值分别为0.895、0.903和0.926，RX-Stacking模型精度最高，泛化能力最佳。易发性评价结果显示，东部地区为极高-高易发区，西部地区以低-中易发为主，与实际滑坡分布高度一致。

5.2 生态脆弱性评价

基于生态损害模型计算网格单元生态脆弱值，按等间隔分为5级。极高和高脆弱区占总面积的48.61%，中脆弱区占18.31%，低和极低脆弱区占33.07%。高脆弱区集中分布于东部，该区域生态系统服务功能突出，滑坡易造成严重生态服务损害；西部生态系统服务能力较弱，生态损害值较低。

6 讨论

滑坡发育受深部地质过程、地表系统、大气圈与人类活动共同作用。青藏高原持续隆升引发的区域河谷下切、构造变形导致的岩土体破碎，表现为泸定县东部和南部的高降雨、近断裂带和高布格重力异常梯度叠加环境，是本研究发现的“东部高易发-高脆弱”的核心地质驱动背景。人类活动干扰（如工程开挖）破坏边坡应力平衡，但其独立贡献较低（q=0.04），与自然因子交互后增强效应显著（如降雨∩人类活动强度q=0.28）。降雨作为大气环流反馈的重要指标，其时空异质性（5–10月占全年80%，东部降雨800–1800 mm）与构造破碎带空间重叠，形成协同触发效应。NDVI的保护作用受区域主导因子和人类活动双重制约，单因子解释力较低（q=0.06）。RX-Stacking模型通过整合多基模型特征，更精准识别东部易发性细微差异，分类结果与实际滑坡密度分布吻合更好。滑坡易发等级与生态脆弱等级分布高度一致，揭示出灾害风险与生态价值在川西山区的共生关系，为统筹发展与保护提供了核心依据。

7 结论

1. 1.
   泸定县滑坡灾害分布密集，整体密度0.19处/km²，主要集中于东部和南部。
2. 2.
   降雨、距断裂带距离和布格重力异常梯度影响最显著（q值分别为0.24、0.18、0.10）。
3. 3.
   因子交互作用以非线性增强为主，任何两因子协同均超越单因子影响，降雨∩距断裂带距离交互效应最强（q=0.37）。
4. 4.
   RX-Stacking集成学习模型预测精度最高（AUC=0.926），优于RF（0.895）和XGBoost（0.903）。
5. 5.
   生态脆弱性评价显示，东部高易发区与生态高脆弱区高度重叠，西部生态损害较低。
6. 6.
   研究成果为泸定县滑坡防灾与生态管理提供了科学框架，可为类似山区地质-生态风险综合评价提供参考。