溫州地區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響因子分析*

薛 源，趙其華

（1.數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點(diǎn)實驗室，四川成都610059；2.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實驗室，四川成都610059；3.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，四川成都610059）

溫州地區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響因子分析*

薛 源1，2，3，趙其華2

（1.數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點(diǎn)實驗室，四川成都610059；2.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實驗室，四川成都610059；3.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，四川成都610059）

為定量評價各影響因子對臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)程度，獲得此類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理，采用Logistic回歸模型對臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的影響因子進(jìn)行分析。以浙江溫州地區(qū)為研究區(qū)，選取樣本點(diǎn)特征因子、臺風(fēng)特征因子以及樣本點(diǎn)與其影響臺風(fēng)相對位置因子等3類影響因子，建立相應(yīng)的回歸模型，并對模型中得到的各項參數(shù)進(jìn)行綜合分析，得出研究區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的敏感因素和預(yù)測判定方程。結(jié)果表明采用Logistic回歸模型具有較高的可信度，為臺風(fēng)條件下斜坡穩(wěn)定性的評價預(yù)測提供了可靠依據(jù)及有效可行的途徑和方法。

地質(zhì)災(zāi)害；影響因子；臺風(fēng)；Logistic回歸；溫州地區(qū)

我國是世界上遭受臺風(fēng)侵襲最多的國家之一，幾乎每年都有強(qiáng)臺風(fēng)襲擊我國東南沿海地區(qū)，引發(fā)大量山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，使國家和人民的生命財產(chǎn)遭受重大損失，影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近年來，隨著全球氣候的異常，災(zāi)害性臺風(fēng)的頻率和強(qiáng)度逐漸增大，臺風(fēng)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害日趨嚴(yán)重，防臺抗災(zāi)的形勢日益嚴(yán)峻，其經(jīng)濟(jì)代價和技術(shù)難度也越來越大，而國內(nèi)外在臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理和臺風(fēng)條件下斜坡穩(wěn)定性定量評價預(yù)測方面的研究還處于起步階段［1－3］，目前只得出了一些有限的成果［4－9］。深入開展該領(lǐng)域的研究對保護(hù)國家和人民的生命財產(chǎn)安全具有重要實際意義，同時對豐富地質(zhì)災(zāi)害理論且推動其向更高層次發(fā)展具有重大的理論價值。

臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害是多因素影響下的復(fù)雜系統(tǒng)問題，在該研究中，首先需對其影響因子進(jìn)行敏感性分析［10］，確定臺風(fēng)條件下影響斜坡穩(wěn)定的敏感因素，從而使臺風(fēng)條件下斜坡的監(jiān)測及其穩(wěn)定性的評價預(yù)測更具針對性，使其治理和設(shè)計更安全、可靠和經(jīng)濟(jì)。目前，國內(nèi)外學(xué)者在地質(zhì)災(zāi)害影響因子敏感性分析及穩(wěn)定性評價預(yù)測方面已經(jīng)作了較多的研究，并獲得了一些具有重要價值的成果，Logistic回歸分析是其中重要的研究手段和方法［11－19］。但這些研究中均未加入臺風(fēng)影響因素進(jìn)行分析，其成果無法反映出臺風(fēng)因素對地質(zhì)災(zāi)害的影響作用，導(dǎo)致對臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的研究停滯不前。因此，本文首次將Logistic回歸模型方法引入，對臺風(fēng)作用下影響斜坡穩(wěn)定的因子進(jìn)行綜合定量分析和評價。

1 Logistic回歸模型

Logistic回歸模型［20］是二分類因變量（因變量只取兩個值）進(jìn)行回歸分析時經(jīng)常使用的統(tǒng)計分析方法，又稱為二分類或二項Logistic回歸。Logistic回歸是一種概率型非線性模型，可以預(yù)測一個分類變量每一分類所發(fā)生的概率，克服了多重線性回歸的許多條件限制，不假設(shè)因變量與自變量之間呈線性關(guān)系，可以有效地處理非線性效應(yīng)問題。臺風(fēng)條件下地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生可用有或無來表示，因此可采用Logistic回歸模型來比較每種因素對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)程度，即因子的敏感性分析。

設(shè)一個樣本在一組自變量作用下所發(fā)生的結(jié)果用因變量Y表示，Y＝0表示出現(xiàn)失敗的結(jié)果，Y＝1表示出現(xiàn)成功的結(jié)果。記出現(xiàn)成功結(jié)果的概率為P，出現(xiàn)失敗結(jié)果的概率為Q，x1，x2，…，xm表示對結(jié)果Y的m個影響因素（自變量），用Logistic回歸公式表示P為

式中：β0為截距（或稱常數(shù)項），βj為xj（j＝1，2，…，m）的偏回歸系數(shù)。

由于P＋Q＝1，根據(jù)式（1）得出：

由式（1）、（2）可知，一個樣本出現(xiàn)某種結(jié)果的概率與相關(guān)因素之間呈曲線關(guān)系。兩個概率的比值為

式（1）或式（4）稱為Logistic回歸模型，常用最大似然估計方法迭代求解其回歸系數(shù)［20］。

對式（3）兩邊作自然對數(shù)運(yùn)算得到

2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境及過境臺風(fēng)概況

本文選取浙江溫州地區(qū)（包括溫州、永嘉、樂清、瑞安、文成、瑞安、平陽、泰順、蒼南和洞頭等地）為研究區(qū)。研究區(qū)位于浙江省東南部，東瀕東海，大地構(gòu)造位置處于華南褶皺系浙東南褶皺帶，中生代以來的活動大陸邊緣，分布大量火山巖、火山沉積巖和侵入巖。地貌以低山丘陵為主，地勢由西南向東北呈梯形傾斜。7－9月間常有臺風(fēng)，2004－2010年間，共有11次臺風(fēng)過境（圖1），部分臺風(fēng)近中心最大風(fēng)力達(dá)16級，引發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害，具代表性的有：2004年14號臺風(fēng)“云娜”引發(fā)的張溪多處滑坡、2007年9號臺風(fēng)“圣帕”引發(fā)的蒼南橋墩坑口電站滑坡。

圖1 2004－2009年溫州地區(qū)過境臺風(fēng)

3 影響因子選取及分類

本文使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于作者、項目組研究人員和浙江省第十一地質(zhì)大隊在浙江溫州地區(qū)調(diào)查收集的2004－2009年臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害資料，包括滑坡、崩塌和泥石流共176個樣本點(diǎn)（圖2）。另外，若要建立相應(yīng)的Logistic模型并對其進(jìn)行擬合，還需要有臺風(fēng)影響但未發(fā)生災(zāi)害的樣本點(diǎn)，且其數(shù)量應(yīng)與有臺風(fēng)影響并發(fā)生災(zāi)害的樣本數(shù)量相當(dāng)，因此在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)提取了175個有臺風(fēng)影響但未發(fā)生災(zāi)害的樣本點(diǎn)。所有災(zāi)害樣本點(diǎn)資料均含：①樣本特征因子——高程、坡度、坡向、地層巖性、植被、降雨量；②影響臺風(fēng)特征因子——近中心最大風(fēng)力、10級風(fēng)圈半徑、7級風(fēng)圈半徑；③樣本與其影響臺風(fēng)相對位置因子——樣本與其影響臺風(fēng)中心的直線距離、樣本與其影響臺風(fēng)中心橫軸正向夾角等3大類共11個數(shù)據(jù)因子。

圖2 2004－2009年間溫州地區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害分布

（1）高程因子分類 利用高程單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為高程，以50 m間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤200 m，250～650 m，750～800 m，850～900 m；②650～700 m，800～850 m，＞950 m；③200～250 m，700～750 m。

（2）坡度因子分類 利用坡度單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為坡度，以5°間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤35°，40°～55°，＞60°；②55°～60°；③35°～40°。

（3）坡向因子分類 利用坡向單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為坡向，以45°間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①325°～360°；②135°～180°；③≤135°，180°～325°。

（4）地層巖性因子分類 采集的樣本點(diǎn)所屬地層巖性大部分以中生代火山巖為主，巖性主要以凝灰?guī)r為主，其種類主要為白堊系館頭組或朝川組（K1）、侏羅系磨石山組（J3）；另外有部分樣本點(diǎn)地層巖性為花崗巖類，種類包括燕山晚期花崗巖（）、鉀長花崗巖、花崗閃長巖、花崗閃長斑巖以及花崗斑巖等；還有部分樣本點(diǎn)地層巖性為白堊系（K1）或第四系（Qh）砂巖、粉砂巖?；◢弾r類強(qiáng)度最高，屬堅硬巖類；凝灰?guī)r類強(qiáng)度中等，屬半堅硬巖類；砂巖、粉砂巖類強(qiáng)度相對較低，屬較軟巖。故將研究區(qū)樣本地層巖性劃分為3類。

（5）植被因子分類 根據(jù)研究區(qū)樣本點(diǎn)的實際植被情況，其植被類型可分為低草、灌木、木質(zhì)化草本植物（竹）、高大喬木（松樹、杉樹）4類。

（6）降雨量因子分類 利用降雨量單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為過程降雨量，以50 mm間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤300 mm；②300～350 mm；③＞350 mm。

（7）臺風(fēng)近中心最大風(fēng)力因子分類 利用影響樣本點(diǎn)的臺風(fēng)近中心最大風(fēng)力單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為臺風(fēng)近中心最大風(fēng)力，以風(fēng)力等級劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤11級；②11～12級；③＞12級。

（8）臺風(fēng)10級風(fēng)圈半徑因子分類 利用影響樣本點(diǎn)的臺風(fēng)10級風(fēng)圈半徑單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為臺風(fēng)10級風(fēng)圈半徑，以50 km間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤350 km；②350～400 km；③＞400 km。

（9）臺風(fēng)7級風(fēng)圈半徑因子分類 利用影響樣本點(diǎn)的臺風(fēng)7級風(fēng)圈半徑單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為臺風(fēng)7級風(fēng)圈半徑，以50 km間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤50 km；②50～100 km；③＞100 km。

（10）樣本與其影響臺風(fēng)中心直線距離因子分類 利用樣本與其影響臺風(fēng)中心直線距離單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為樣本與其影響臺風(fēng)中心直線距離，以50 km間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤50 km；②50～100 km；③＞100 km。

（11）樣本與其影響臺風(fēng)中心橫軸正向夾角因子分類 利用樣本點(diǎn)與其影響臺風(fēng)中心橫軸正向夾角單因子建立Logistic回歸模型，因變量為災(zāi)害發(fā)生情況，自變量為樣本點(diǎn)與其影響臺風(fēng)中心橫軸正向夾角，以5弧度間距劃分。根據(jù)回歸系數(shù)大小聚類為3類：①≤1弧度；②1～1.5弧度；③＞1.5弧度。

4 模型計算檢驗及結(jié)果分析

由前面各單因子回歸模型可得出各單因子的敏感程度排序，按敏感程度從小到大排列，對各分類變量進(jìn)行賦值編碼見（表1）。

表1 Logistic回歸模型分類變量編碼

在選定上述因子及各分類變量編碼的基礎(chǔ)上，將采集樣本的各影響因子按表1進(jìn)行編碼，使用matlab和SPSS編制程序并進(jìn)行Logistic模型回歸計算，結(jié)果見表2。

表2 溫州地區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響因子敏感性Logistic回歸分析

根據(jù)表2的計算結(jié)果，各回歸系數(shù)對應(yīng)的估計量標(biāo)準(zhǔn)差（S.E.）均小于0.15，檢驗統(tǒng)計量值（Wald）大部分小于0.000 8，最大不超過0.006，Wald檢驗顯著性概率均小于0.1，并且災(zāi)害發(fā)生樣本的判對率為84.3%，災(zāi)害不發(fā)生樣本的判對率為80.6%。因此，該模型所選因子聯(lián)合作用的影響顯著，模型擬合程度較好，具有較強(qiáng)的預(yù)測能力。根據(jù)回歸系數(shù)（B）可得到回歸方程（研究區(qū)斜坡點(diǎn)在臺風(fēng)作用下是否發(fā)生災(zāi)害的預(yù)測判定方程）為：

根據(jù)回歸系數(shù)（B）的大小，可得出研究區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害因子按影響力從大到小排列為：坡度＞臺風(fēng)近中心最大風(fēng)力＞植被＞臺風(fēng)7級風(fēng)圈半徑＞高程＞臺風(fēng)10級風(fēng)圈半徑＞樣本與其影響臺風(fēng)中心直線距離＞坡向＞樣本與其影響臺風(fēng)中心橫軸正向夾角＞降雨量＞地層巖性，可看出與臺風(fēng)相關(guān)的各因素對該類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生起著重要的促進(jìn)作用。

另外，根據(jù)回歸系數(shù)（B）的大小還可得出研究區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的敏感條件，即研究區(qū)內(nèi)斜坡及其影響臺風(fēng)若同時滿足以下條件就有很大可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害：①斜坡坡度為35°～40°；②影響臺風(fēng)近中心最大風(fēng)力大于12級；③坡面植被為木質(zhì)化草本植物（竹）；④影響臺風(fēng)7級風(fēng)圈半徑為50～100 km；⑤斜坡高程處于≤200 m或250～650 m或750～800 m或850～900 m；⑥影響臺風(fēng)10級風(fēng)圈半徑大于400 km；⑦斜坡與臺風(fēng)中心直線距離為50～100 km；⑧斜坡坡向為≤135°或180°～325°；⑨斜坡與臺風(fēng)中心橫軸正向夾角≤1弧度；⑩斜坡范圍內(nèi)某次過程降雨量為300～350 mm；○11地層巖性為凝灰?guī)r類。上述敏感條件與在研究區(qū)進(jìn)行實地考查分析后得出的結(jié)果是相符的。

5 結(jié)論

本文針對臺風(fēng)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了以下的研究工作：

（1）建立了溫州地區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的Logistic回歸模型；

（2）對臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的各影響因子進(jìn)行了科學(xué)客觀的綜合定量分析和評價，得出了各因素按影響力大小的排序以及研究區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的敏感條件；

（3）得出了能對研究區(qū)斜坡在臺風(fēng)條件下是否發(fā)生災(zāi)害進(jìn)行較為準(zhǔn)確可靠判定的Logistic回歸方程。

上述工作和結(jié)果為臺風(fēng)作用下發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的研究提供了可靠的前期結(jié)論，使用的模型方法能得出初步的預(yù)測結(jié)果，對研究區(qū)內(nèi)選擇實施防臺減災(zāi)的措施也能起到一定的指導(dǎo)作用。但這些工作只是對該類地質(zhì)災(zāi)害的前期研究，其深層次的發(fā)育發(fā)生機(jī)理還有待更加深入的研究。

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Analysis on Factors of Geological Hazard Induced by Typhoon in Wenzhou

Xue Yuan1，2，3and Zhao Qihua2
（1．Geomathematics Key Lab of Sichuan Province，Chengdu 610059，China；2．State Key Laboratory of Geological Hazard Prevention and Geological Environment Protection，Chengdu 610059，China；3．College of Management，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

For quantitatively evaluating the contributed extent of factors influenced geological hazard induced by typhoon and acquiring themechanism of this kind of geological hazard，Logistic regression are used to analyze the factors.Wenzhou in Zhejiang is chosen as a research area.The regression model is built that in independent variables are three kinds of factors：characteristic factors of sample，characteristic factors of typhoon，relative position between sample and typhoon.All of parameters from thismodel are comprehensive analyzed and sensitivity factors and equation for forecasting and deciding of geological hazard induced by typhoon in research area are acquired.It is concluded that the Logistic regression model ismore dependable.The result has provided dependable information，effective way and method for evaluating and forecasting stability of slope on the condition of typhoon.

geological hazard；factor；typhoon；Logistic regression；Wenzhou

P694；P642.2；X43

A

1000－811X（2014）02－0072－05

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.016

薛源，趙其華.溫州地區(qū)臺風(fēng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響因子分析［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（2）：72－76.［Xue Yuan，Zhao Qihua.A-nalysis on Factors of Geological Hazard Induced by Typhoon in Wenzhou［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：72－76.］

2013－09－25

2013－10－24

國家自然科學(xué)基金（40772177）；數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點(diǎn)實驗室開放基金（scsxdz2011014）

薛源（1981－），男，四川遂寧人，博士，講師，主要從事巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害和數(shù)學(xué)地質(zhì)的研究和教學(xué)工作.

E-mail：xueyuan07＠cdut.cn