張 偉，王建斌

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

滑坡災(zāi)害的發(fā)生具有量大面廣的特點(diǎn)。在區(qū)域斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法中出現(xiàn)了很多與GIS有關(guān)的嘗試，取得了一定的成果。人們開(kāi)始把滑坡資料與地質(zhì)、地貌、巖性、構(gòu)造、植被、降水等環(huán)境資料一起儲(chǔ)存在 GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，并應(yīng)用GIS的空間分析功能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。GIS的空間分析功能可使人們把滑坡事件與周?chē)牡刭|(zhì)、地貌環(huán)境等資料綜合起來(lái)進(jìn)行分析。單新建[1](1999)將遙感技術(shù)與 GIS技術(shù)相結(jié)合詳細(xì)分析了香港大嶼山滑坡與坡度、巖性、地貌等環(huán)境因子之間的聯(lián)系，對(duì)未來(lái)區(qū)域性滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)，取得了很好的效果。唐川等[2](2001)采用綜合指標(biāo)法編制了云南省地震誘發(fā)滑坡危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)圖。王余慶[3]等(2001)也使用綜合指標(biāo)法對(duì)巖土邊坡地震崩滑進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，綜合指標(biāo)法的思路是對(duì)地震滑坡的影響因素按照影響力的大小分級(jí)賦值，綜合地考慮各個(gè)影響因素對(duì)地震滑坡的影響，可概括如公式:H=f(x)，x為地震滑坡的影響因素。王志旺[4]等(2006)采用邏輯回歸方法對(duì)長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)秭歸 －巴東一帶滑坡災(zāi)害進(jìn)行了危險(xiǎn)度分區(qū)定量評(píng)價(jià)。Jibson[5]等以1994年美國(guó)加利福尼亞的 Northridge地震(M=6.7)為例，對(duì)地震附近一個(gè)約30×26 km的區(qū)域，以 New mark法為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)各單元在地震作用下的New mark位移量，從而給出區(qū)域內(nèi)各個(gè)滑坡的失穩(wěn)概率，制作了數(shù)字化地震滑坡災(zāi)害圖，該圖所顯示滑坡危險(xiǎn)區(qū)域與事后滑坡情況吻合得非常好。

1 研究區(qū)概況

安康市地處陜西省最南部漢江河流盆地，東與旬陽(yáng)縣為鄰，北與寧陜、鎮(zhèn)安縣相接，南連嵐皋、平利，西接漢陰、紫陽(yáng)。安康市總面積約為23 391 km2，東西寬約200 km，南北長(zhǎng)約240 km。

研究區(qū)北依秦嶺、南枕巴山，漢江、月河穿過(guò)區(qū)境，總的地勢(shì)特點(diǎn)是南北高，中間低，境內(nèi)最高點(diǎn)為小牛蹄嶺，高程651.5 m，最低點(diǎn)為漢江下游關(guān)廟變電所附近，高程232.1 m。地貌類(lèi)型為山地、侵蝕堆積臺(tái)地、和河流階地三種形態(tài)類(lèi)型，山地見(jiàn)于周邊，為低山，基巖多為千枚巖組成。臺(tái)地由洪積作用形成，地形高，呈臺(tái)狀，可分為一、二、三級(jí)。漢江及其支流月河、黃洋河、傅家河、冉家河等發(fā)育有河漫灘及一、二、三級(jí)階地，巴山弧形的分支斷裂貫穿研究區(qū)境內(nèi)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分活躍。區(qū)內(nèi)地層主要由下震旦統(tǒng)、寒武—奧陶系、志留系、泥盆系以及新生界新近系、第四系組成。巖土類(lèi)型主要有砂礫石、砂、粉土、粘性土(包括粘土、粉質(zhì)粘土)、中—強(qiáng)膨脹土、弱膨脹土、人工填土(雜填土、素填土)。

2 研究方法

2.1 AHP方法評(píng)價(jià)模型

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱(chēng) AHP)，該方法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授 Saaty[6－8]于 20世紀(jì) 70年代初，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。它將復(fù)雜的研究目標(biāo)分為若干個(gè)層次，每個(gè)層次由實(shí)際情況和可實(shí)現(xiàn)性選取評(píng)價(jià)因子，由因子間的重要性進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)建相應(yīng)的判斷矩陣，得到相應(yīng)各評(píng)價(jià)因子優(yōu)先權(quán)重，最后由加權(quán)和的方法決定最終目標(biāo)的最終權(quán)重。

2.2 滑坡危險(xiǎn)性分析

2.2.1 因子的選取

滑坡等地質(zhì)災(zāi)害是在一定的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子與承災(zāi)環(huán)境相互作用下的產(chǎn)物。不利的巖性組合、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等地質(zhì)體內(nèi)部固有的因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的孕育發(fā)生起到主導(dǎo)作用，但暴雨、地震和人類(lèi)工程活動(dòng)等外部因素對(duì)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害會(huì)起到誘發(fā)作用。

影響滑坡災(zāi)害的因子很多，而各種影響因子對(duì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)率不同，但在眾多的因子之中，總會(huì)找出一種最佳組合，對(duì)滑坡的易發(fā)性進(jìn)行定量化分析。在區(qū)域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)，一般基于地域差異性、分清主次及分清尺度等三個(gè)原則確定和選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，使評(píng)價(jià)指標(biāo)能更好地適應(yīng)區(qū)域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的需要。根據(jù)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的原則，結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況和數(shù)據(jù)獲取來(lái)源情況，確定了研究區(qū)滑坡發(fā)生的主要影響因子:歷史災(zāi)害因子、地形因子、地貌類(lèi)型因子、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境因子，并對(duì)各個(gè)因子進(jìn)行分析，最終擬用歷史災(zāi)害點(diǎn)密度、坡度、坡向、高程、地貌、地質(zhì)巖性、斷裂構(gòu)造、河流覆蓋等建立滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.2.2 評(píng)價(jià)因子的獲取與分級(jí)

研究區(qū)的數(shù)字高程灰度圖 DEM空間分辨率為30 m，數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2009年，數(shù)據(jù)類(lèi)型為 IMG，投影坐標(biāo)為 UTM/WGS84，由arcgis中 arctoolbox 3D analyst模塊提取高程等值線，創(chuàng)建tin，再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的地形因子格柵圖。其它圖層根據(jù)實(shí)際野外踏勘和前人收集資料基于Analyst tools以100 m2為圓心500 m為半徑繪制滑坡災(zāi)害密度圖，由1:25 000區(qū)域地質(zhì)圖提取其他因子格柵圖，各評(píng)價(jià)因子等級(jí)劃分指標(biāo)內(nèi)容詳見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)因子等級(jí)劃分表

圖1 各評(píng)價(jià)因子Arcgis柵格簡(jiǎn)圖

2.2.3 評(píng)價(jià)因子判斷矩陣及權(quán)重計(jì)算

滑坡受上節(jié)所述多個(gè)影響因子的控制，各影響因子對(duì)滑坡災(zāi)害的影響程度不同，為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)研究區(qū)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性，就有必要知道各影響因子的權(quán)重系數(shù)。專(zhuān)家在綜合評(píng)價(jià)多個(gè)因子的權(quán)重時(shí)會(huì)比較困難，但兩個(gè)因子之間重要性的比較會(huì)容易得多。層次分析法(AHP)就是按約定對(duì)兩兩因子之間進(jìn)行比較并賦值，形成多因子的判斷矩陣矩陣[9]，計(jì)算出相應(yīng)的規(guī)范化特征向量，即可獲得因子的權(quán)重系數(shù)。秦吉等對(duì)層次分析法的基本原理和計(jì)算方法進(jìn)行了介紹[10]。

以下根據(jù)所述方法計(jì)算出研究區(qū)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)各因子的權(quán)重。

一級(jí)判斷矩陣為

二級(jí)判斷矩陣

對(duì)矩陣A進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算一致性指標(biāo)CI:

判斷矩陣 A 最大特征值 λmax=4.1680.056，該矩陣 RI=0.82。CR=CI/RI=0.069 ＜ 0.10，所以判斷矩陣具有滿意的一致性。其所對(duì)應(yīng)的最大特征向量進(jìn)行歸一化處理為(0.12，0.31，0.19，0.38)，即為各一級(jí)因子權(quán)重。依次計(jì)算依次計(jì)算 B1、B2、B3的特征根及特征向量。得出第二層次指標(biāo)相對(duì)于第一層次的權(quán)重值。計(jì)算過(guò)程與計(jì)算第一層次權(quán)重相同，由于篇幅原因，故省去。計(jì)算結(jié)果如下表2所示。

表2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重劃分表

2.2.4 評(píng)估模型

采用災(zāi)害評(píng)價(jià)過(guò)程中最常用的分層加權(quán)疊加的方法，即為對(duì)一級(jí)因子與二級(jí)因子權(quán)重做乘法確定各滑坡因子最終權(quán)重系數(shù)，最后對(duì)相應(yīng)區(qū)塊兒內(nèi)各因子圖層進(jìn)行疊加求和，確定評(píng)價(jià)模型為:

式中:F(u)為滑坡災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)度系數(shù)，E(d)i為 i個(gè)因子，W(s)i為i個(gè)因子的權(quán)重，i為選取的評(píng)價(jià)因子，n為評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)。按式2.2計(jì)算得出各個(gè)區(qū)塊兒相應(yīng)的危險(xiǎn)度系數(shù)。本文按照滑坡的規(guī)模、頻率分類(lèi)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將危險(xiǎn)性按危險(xiǎn)度系數(shù)劃分為極度危險(xiǎn)、高度危險(xiǎn)、中度危險(xiǎn)和輕度危險(xiǎn)，見(jiàn)表3。

表3 研究區(qū)滑坡危險(xiǎn)性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2.5 評(píng)估結(jié)果

在Arcgis空間分析模塊的支持下應(yīng)用arcgis格柵計(jì)算模塊執(zhí)行評(píng)價(jià)模型，將上述八個(gè)基本格柵圖層進(jìn)行空間加權(quán)疊加分析，繪制出研究區(qū)滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃圖，再將其與歷史發(fā)生的173處滑坡災(zāi)害點(diǎn)相疊加進(jìn)行對(duì)比分析，如圖2。

圖2 研究區(qū)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖

由這一結(jié)果圖層分析看出，滑坡災(zāi)害易發(fā)程度較高的區(qū)域主要分布在東部、東南部、南部地區(qū)，這部分區(qū)域地貌主要是以低山、丘陵為主，部分為不同地貌的分界處，地形起伏較大，其坡度大部分為陡坡和急坡，而且大部分土地都是未開(kāi)發(fā)利用的土地。

研究區(qū)滑坡災(zāi)害的孕育、發(fā)生和發(fā)展主要受地層巖性、相對(duì)高差、植被覆蓋系數(shù)，土地利用類(lèi)型、溝谷密度及降雨等因素的控制。在空間分析技術(shù)的支持下，通過(guò)對(duì)滑坡主控因子和誘發(fā)因子的綜合描述和定量分析，最后繪制出安康市滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖。該分區(qū)與歷史滑坡災(zāi)害點(diǎn)情況作對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者的匹配程度較好，說(shuō)明所選的評(píng)價(jià)因子基本上符合研究取得基本情況，由滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖，可以很直觀形象的看出研究區(qū)的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性情況，為以后工程建設(shè)及的城市規(guī)劃提供總要的參考依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估目前還處在探索階段，在這方面的工作是一個(gè)較新的領(lǐng)域，我國(guó)在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域的研究時(shí)間不長(zhǎng)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估還未形成系統(tǒng)完善的理論和方法體系[11]。尤其是基于 GIS技術(shù)開(kāi)展滑坡地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估工作起步較晚，并且還沒(méi)有成熟實(shí)用的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估的 GIS系統(tǒng)。GIS技術(shù)在滑坡地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估中的應(yīng)用己經(jīng)從多源數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)字化輸入和繪圖輸出，到DEM的使用、GIS結(jié)合滑坡災(zāi)害評(píng)估模型的擴(kuò)展分析、GIS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用，都得到不斷的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。GIS技術(shù)的應(yīng)用，使滑坡區(qū)域危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確、直觀反映出滑坡的活動(dòng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，間接呈現(xiàn)出滑坡災(zāi)害對(duì)人類(lèi)生命安全和財(cái)產(chǎn)安全可能造成的損失程度，為指導(dǎo)抗災(zāi)救災(zāi)與減災(zāi)決策提供重要的科學(xué)依據(jù)。

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