基于貢獻率模型的汶川縣滑坡災(zāi)害的易損性評價

吳 森 張占成 周光紅 吳彩燕 陳國輝

（1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川綿陽621010；2.四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610072；3.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院，成都 610059）

地質(zhì)災(zāi)害的易損性主要是指受災(zāi)體發(fā)生損壞的難易程度與遭受地質(zhì)災(zāi)害破壞的機率.它受自然、生態(tài)環(huán)境、資源、社會經(jīng)濟的共同驅(qū)動，是自然過程與社會過程相互作用的結(jié)果，主要包括人口道路密度、建筑密度、礦產(chǎn)資源豐度、環(huán)境脆弱度等.通常情況下，人口密度與工程財產(chǎn)密度越高，人居環(huán)境和工程財產(chǎn)對地質(zhì)災(zāi)害的抵抗能力及災(zāi)后重建的可恢復(fù)性越差，生態(tài)環(huán)境越脆弱，受災(zāi)區(qū)遭受地質(zhì)災(zāi)害的破壞越嚴重，所造成的損失就越大，地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險也就越高［1］.

1 研究區(qū)概況

2 滑坡災(zāi)害易損性評價

傳統(tǒng)的滑坡災(zāi)害易損性評價方法很多，進行易損性評價最主要的問題就是確定各評價因子權(quán)重，確權(quán)的方法有很多種，如常見的專家打分法就是通過計算各評價因子的多個專家打分的平均分數(shù)，得到各因子的初始權(quán)重，經(jīng)歸一化處理后得到各因子的權(quán)重.除此以外，層次分析法也是進行確權(quán)的一種普遍方法.但是，這些常見的確權(quán)方法都不可避免地具有很強的主觀性，有許多人為因素在里面.貢獻率是評價作用程度的一種指標，通過量化處理，建立貢獻率轉(zhuǎn)化權(quán)重關(guān)系，在經(jīng)濟學(xué)中是一種成熟的指標統(tǒng)計方法，該方法稱為因子貢獻權(quán)重法［5－7］.運用貢獻權(quán)重法可以得到因子對地質(zhì)災(zāi)害易損性的貢獻率，貢獻作用越大，則此類因子將是該區(qū)防災(zāi)減災(zāi)的重點防治因素.

2.1 評價因子的選取

要選取能夠代表地質(zhì)災(zāi)害易損性特征又能反映區(qū)域特性的地質(zhì)災(zāi)害易損性評價因子并不容易，受到統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)的不完整性的限制，評價因子的選取大多數(shù)情況下還需要依賴經(jīng)驗判斷.綜合考慮汶川縣自身自然和社會經(jīng)濟特點，結(jié)合四川統(tǒng)計年鑒（2010年），以及利用GIS技術(shù)獲取區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易損性評價因子時功能約束等條件，選取人口密度、林地密度、耕地密度、滑坡災(zāi)害密度、居民點密度、道路密度等6個因子作為汶川縣地質(zhì)災(zāi)害易損性評價因子.

1）人口密度A1（萬人／km2）：A1＝區(qū)域內(nèi)總?cè)丝冢瘏^(qū)域總面積.人員傷亡與人口密度的大小有著非常密切的關(guān)系，人口密度越大，則遭受地質(zhì)災(zāi)害時，該區(qū)人們生命遭受損失的可能性也就越大，也即易損性越大.將汶川縣14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為基本評價單元，計算每個鎮(zhèn)的人口平均密度（見表1）.

表1 人口密度表

2）林地密度A2（km2／km2）：A2＝區(qū)域內(nèi)林地總面積／區(qū)域總面積.林地的損壞情況首先與林地密度大小有著密切的關(guān)聯(lián)，林地密度越大，則遭受地質(zhì)災(zāi)害時，該地區(qū)林地遭受損失的可能性也就越大，即生態(tài)環(huán)境易損性越大.以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，計算每個鎮(zhèn)的林地平均密度（見表2）.

表2 林地密度表

3）耕地密度A3（km2／km2）：A3＝區(qū)域內(nèi)耕地總面積／區(qū)域總面積.汶川縣主要經(jīng)濟收入來自農(nóng)業(yè)，因此耕地密度可作為經(jīng)濟易損性的一個評價指標，耕地密度越大，遭受地質(zhì)災(zāi)害時，則該地區(qū)耕地遭受損失的可能性就越大，即經(jīng)濟易損性越大.以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，計算每個鎮(zhèn)的耕地平均密度（見表3）.

表3 耕地密度表

4）滑坡災(zāi)害密度A4（／%）：A4＝（各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)滑坡總面積×100／各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域面積）%.根據(jù)提供的已發(fā)生的滑坡災(zāi)害點數(shù)據(jù)，將區(qū)域內(nèi)滑坡面積除以區(qū)域總面積求出滑坡災(zāi)害密度，以此來反映汶川縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受地質(zhì)災(zāi)害的機率（見表4）.

表4 滑坡災(zāi)害密度表

5）居民點密度A5（／%）：A5＝（各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)居民點總面積×100／各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域面積）%.居民點在滑坡災(zāi)害易損性評價中也是相對重要的因子之一.根據(jù)數(shù)據(jù)中提供的居民點數(shù)據(jù)，計算得出居民點密度表與分布圖（見表5）.

6）道路密度A6（km／km2）：A6＝各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)道路長度／各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域面積.道路在滑坡災(zāi)害中的損失不僅僅是道路本身損失，同時還會帶來其它的損失，例如道路不暢所引起的運輸損失等.所以在滑坡災(zāi)害的易損性評價中，道路網(wǎng)密度也是重要的評價指標（見表6）.

總結(jié)各方面的問題，目前南京體育學(xué)院能夠開展的民間體育項目太少，不能夠滿足大部分學(xué)生的需求。而在教師教授方面，教師的能力有限，不能開展全面的民間體育課程，并且在課程的開展中僅僅采用講解示范和參加練習(xí)的方法，堅持循序漸進的方式學(xué)習(xí)民間體育。在民間體育教學(xué)實踐中，不僅要傳授技能和人文素養(yǎng)，還要培養(yǎng)學(xué)生在組織賽事、裁判、科學(xué)研究以及教學(xué)的能力。

表6 道路密度表

以上各評價因子的指標值均用密度的形式來表達，選擇密度作為指標值的主要原因是密度是單位面積上的某要素的數(shù)量多少的體現(xiàn)，它與汶川縣的大小和區(qū)域位置相關(guān)，可以作為一個連續(xù)的變量，是空間數(shù)據(jù)的類型，因此選用易損因子的密度作為評價指標值有利于易損度區(qū)劃.

2.2 參評因子權(quán)重確定

運用貢獻率權(quán)重法可以得到各評價因子對地質(zhì)災(zāi)害易損性的貢獻作用的大小，貢獻作用越大，則此類因子將是該區(qū)防災(zāi)減災(zāi)的重點防治因子.在獲取各評價指標之后，首先采用歸一化處理的方法對各指標進行無量綱處理，計算方法為

式中，zi為各評價指標內(nèi)部歸一化值；xi為某一指標值.各評價指標無量綱結(jié)果見表7.

表7 易損度評價指標無量綱結(jié)果

續(xù)表7 易損度評價指標無量綱結(jié)果

2.2.1 自權(quán)重分配

地質(zhì)災(zāi)害易損性自權(quán)重表示了各指標內(nèi)部的貢獻關(guān)系，通過自權(quán)重可以看出不同評價指標自身的權(quán)重分配關(guān)系，根據(jù)評價因子的貢獻，將因子對自身易損性貢獻分為高、中、低3類，分別求取高、中、低3類因子的自權(quán)重［7］，計算方法為

1）劃分三級易損區(qū)間：

式中，XL為低易損度貢獻區(qū)域，XM為中易損度貢獻區(qū)域，XH為高易損度貢獻區(qū)域，Xmin為評價因子內(nèi)部最小歸一化值，Xmax為評價因子內(nèi)部最大歸一化值，d＝（Xmax－Xmin）／3.

2）貢獻率均值化處理：按分級標準，求取每一級別標準中各個指標的貢獻平均值：

3）分配自權(quán)重：

表8 易損性自權(quán)重分配表

2.2.2 互權(quán)重的分配

互權(quán)重表示了各指標對易損度的貢獻關(guān)系，用貢獻關(guān)系來代表易損度各指標的權(quán)重：

表9 易損性互權(quán)重分配表

2.3 易損性分區(qū)

利用GIS空間分析模塊中疊加功能對滑坡危險度進行區(qū)劃，區(qū)劃模型見下式：

式中，W′i為互權(quán)重；Wi為自權(quán)重；Zi為因子子類歸一化值.經(jīng)計算得汶川縣滑坡災(zāi)害易損性值表（見表10）.

表10 汶川縣滑坡災(zāi)害易損性值表

通過上面的計算可以得到汶川縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的易損性值，然而并未進行等級區(qū)劃，未進行等級區(qū)劃的易損性評價難以反映出汶川縣滑坡的易損性等級，因此，還需根據(jù)得到的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)滑坡易損性值進行等級區(qū)劃.依據(jù)表10中的數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS技術(shù)將數(shù)據(jù)錄入目標圖層屬性表，并將該圖層由矢量轉(zhuǎn)為柵格，運用ArcGIS軟件中重分類功能中的自然斷點法對整個區(qū)域易損性按五級對柵格圖層進行重分類（如圖1 所示）［8］：0.002 263－0.002 813（極低易損區(qū)），0.002 813－0.009 415（低易損區(qū)），0.009 415－0.022 069（中易損區(qū)），0.022 069－0.042 977（高易損區(qū)），0.042 977－0.143 111（極高易損區(qū)），最終得到汶川縣滑坡災(zāi)害易損性區(qū)劃圖（如圖2所示）.

圖1 易損性自然斷點與重分類分級標準圖

圖2 汶川縣滑坡災(zāi)害易損性區(qū)劃圖

分析結(jié)果顯示：威州鎮(zhèn)、雁門鄉(xiāng)和漩口鎮(zhèn)處于極高易損區(qū)；水磨鎮(zhèn)處于高易損性區(qū)，映秀鎮(zhèn)和克枯鄉(xiāng)位于中易損區(qū).其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)易損性均較低.分析結(jié)果通過與各評價指對分布情況相比發(fā)現(xiàn)，標易損性分布基本上與人口密度、道路密度、災(zāi)害點密度等分布相一致（如圖3所示），體現(xiàn)了評價結(jié)果的合理性.有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)部分評價因子所占比重較大，但這并不表明該地區(qū)易損性值一定高，例如映秀鎮(zhèn)，在道路密度、居民點密度中所占比重雖然比較大，但是該地區(qū)發(fā)生災(zāi)害的概率比較?。匆寻l(fā)生滑坡災(zāi)害點密度較?。虼嗽摰貐^(qū)的易損性較低，這也從整體上體現(xiàn)了評價結(jié)果的合理性.

圖3 易損性各評價指標分布圖

3 結(jié) 論

以汶川縣14 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為基本評價單元，利用ArcGIS軟件對易損性評價各個因子進行統(tǒng)計分析和評價分級；采用貢獻率權(quán)重模型求取易損性值，彌補了專家經(jīng)驗判別的失誤與主觀性，使得研究結(jié)果更客觀、可靠地反映汶川縣地區(qū)易損性分布特征；人口、道路、建筑密度等指標是地質(zhì)災(zāi)害易損性評價的重要準則，從分析結(jié)果看，易損性分布基本上與以上主要的評價指標分布相一致，客觀體現(xiàn)了分析結(jié)果的合理性，最終生成汶川縣滑坡災(zāi)害易損性等級區(qū)劃圖.這為汶川縣制定中、長期規(guī)劃提供參考依據(jù)，將會對各級政府的動態(tài)管理、及時發(fā)布和反饋信息、減少地質(zhì)災(zāi)害的損失等有著十分重要的意義.

［1］ 喬建平，吳彩燕.滑坡本底因子貢獻率與權(quán)重轉(zhuǎn)換研究［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2008，19（3）：13－16.

［2］ 周建偉.汶川縣城地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2010.

［3］ 張云祥.汶川縣城崩滑地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及典型災(zāi)害點防治研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2010.

［4］ 李劍鋒.基于GIS／RS技術(shù)的汶川地震與次生地質(zhì)災(zāi)害評價［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2010.

［5］ 喬建平，朱阿興，吳彩燕，等.采用本底因子貢獻率法的三峽庫區(qū)滑坡危險度區(qū)劃［J］.山地學(xué)報，2006，24（5）：569－572.

［6］ 喬建平.三峽水庫區(qū)云陽－巫山段斜坡高差因素對滑坡發(fā)育的貢獻率研究［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2005，16（4）：16－19.

［7］ 石莉莉，喬建平.基于GIS和貢獻率權(quán)重疊加方法的區(qū)域滑坡災(zāi)害易損性評價［J］.災(zāi)害學(xué)，2009，24（3）：46－50.

［8］ 湯安國，楊 昕.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.