基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃方法的細(xì)節(jié)問題研究

黃瑋　仲佳鑫

【摘 要】地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃依賴于多目標(biāo)決策的模糊綜合評判（fuzzy comprehensive judgement），即通過設(shè)立地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度等評價因子建立決策評價集（decision evaluation set）和因子權(quán)重集（factor weight set），再根據(jù)評價矩陣計算地質(zhì)災(zāi)害活動程度。但是，在建立評價矩陣時，由于決策者很難掌握客觀的標(biāo)準(zhǔn)，加之各評價因子自身存在的問題，導(dǎo)致最終處理結(jié)果往往與實際情況存在較大偏差。

【關(guān)鍵詞】GIS；地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃；歸一化；柵格分析

本文就多年來寧夏地質(zhì)環(huán)境調(diào)查成果、第二次全國土地調(diào)查工作成果及寧夏地質(zhì)災(zāi)害綜合研究項目，結(jié)合實際工作情況，從數(shù)據(jù)、流程、技術(shù)限制等方面闡述了該方法的關(guān)鍵性細(xì)節(jié)問題。

隨著地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（GIS）被廣泛應(yīng)用于評價和預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害，尤其是崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害的活動頻度。地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃依賴于多目標(biāo)決策的模糊綜合評判，即通過設(shè)立地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度等評價因子建立決策評價集和因子權(quán)重集，再根據(jù)評價矩陣計算地質(zhì)災(zāi)害活動程度。作為一種能將主觀思想利用數(shù)學(xué)形式表現(xiàn)的科學(xué)手段，層次分析下的模糊綜合評判避免了傳統(tǒng)的主觀決策中由于調(diào)查對象的專業(yè)背景和實踐經(jīng)驗的不同得出大相徑庭的結(jié)果，使整體更加系統(tǒng)化。但是，此方法在歸一化區(qū)間、閾值限定等方面仍存在一定主觀偏差性，數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，不滿足個別條件將使最終處理結(jié)果與實際情況存在較大偏差。經(jīng)試驗及研究，認(rèn)為關(guān)鍵性問題如下：

1 評價因子的準(zhǔn)確性

1.1 柵格精確度

模糊綜合評判依賴于層次分析法，即構(gòu)建多目標(biāo)柵格圖層。決定柵格運算質(zhì)量的是單位面積的精確度，即最小像元（pixel）分辨率。精確度不足將對后續(xù)計算、系統(tǒng)分析能力和最終結(jié)果產(chǎn)生直接影響。以DEM為例，1：5萬比例尺DEM空間分辨率為25m，而小型滑坡體平面面積一般不大于25×25㎡，即1柵格，因此在柵格的疊加運算中很難直接識別其災(zāi)害發(fā)生點，僅能根據(jù)周邊災(zāi)害發(fā)育條件加以推斷。而例如降雨、地震動參數(shù)區(qū)劃、巖土體類型等柵格圖層一般由小比例尺矢量線段轉(zhuǎn)換而來，單值范圍大，精度差，在疊加運算中勢必會在某區(qū)域造成巨大的系統(tǒng)誤差（圖1）。

1.2 收集數(shù)據(jù)的時效性。

考慮到實際條件及收集難度，各因子數(shù)據(jù)一般以已有成果的形式收集，其時效性是否適應(yīng)最近情況則需要技術(shù)人員慎重考量。以寧夏某山為例，該區(qū)DEM數(shù)據(jù)約5年前測量獲得，提取坡度區(qū)間在49°—73°不等，該山經(jīng)過大規(guī)模露天開采，地形地貌已發(fā)生較大變化，現(xiàn)部分山體坡度僅5°—25°不等。原有匯水面的消失、匯流積量的變化將對河網(wǎng)（山脊線）及分析單元劃分產(chǎn)生直接影響（圖2），而采礦產(chǎn)生的渣堆及采坑又成為新致災(zāi)鏈的重要一環(huán)。

數(shù)據(jù)時效性的降低需盡早補正，否則影響后續(xù)所有計算過程。就層次分析的角度而言，該例修正誤差的手段可補測DEM，或重新計算該區(qū)人類活動因子的隸屬度。然而前者人力消耗大，制圖周期長；后者則因為采礦工程的復(fù)雜影響而難以評價權(quán)重，需要收集大量數(shù)據(jù)進行計算。此兩類方法從生產(chǎn)和技術(shù)角度的都難以在短期內(nèi)實現(xiàn)。

2 技術(shù)方法

2.1 歸一化（normalization）處理

評價因子各區(qū)間段對災(zāi)害的敏感性不同，為便于計算分析，技術(shù)人員常根據(jù)已有災(zāi)害的因子數(shù) 據(jù)為依據(jù)進行的統(tǒng)計分析并做出模糊處理，而此類方法帶來的弊端性也很明顯。以寧夏某縣地質(zhì)災(zāi)害因子歸一化為例，將坡度、坡高、坡型作為基于DEM提取的三項因子，分別設(shè)以坡度10-35°，坡高0-80m，及曲率0-1進行線性歸一化。此結(jié)果雖限定了災(zāi)害發(fā)育對應(yīng)的有效變化范圍，卻無法在線性歸一化過程中考慮實際災(zāi)害發(fā)育的密度區(qū)間將有效值合理分配。如在坡度10-35°的區(qū)間內(nèi)，25°與30°坡度上發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害卻并非0.6與0.8的大小關(guān)系（見表1）。同理，坡高約25m的崩塌在寧夏境內(nèi)極為常見，卻僅得到0.3125的模糊邏輯值。線性歸一化在多項因子的累積作用下，勢必導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)的客觀性丟失。

2.2 重采樣

重采樣是評價因子整理的基礎(chǔ)，容易被絕大多數(shù)GIS工作者忽略的一點是，在不同柵格層的重采樣處理中，為保持離散數(shù)據(jù)為整型，一般多采用nearest（最鄰近法）進行處理，將輸入柵格上最近的單元中心位置的值分配給輸出柵格上的單元。此方法將在相關(guān)性重疊（cohesion overlay）的處理上帶來較大誤差（圖3），在河網(wǎng)劃分、災(zāi)害單元劃分等過程中體現(xiàn)的尤為明顯。

3 主觀因子與其它因子之間的矛盾性

不同的評價因子，尤其是主觀性較強的評價因子將與其他因子存在矛盾性。以地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度為例，該因子多以“地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育點、面密度”的形式表示，數(shù)據(jù)以一定比例尺下地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果作為參考。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害核查成果的分布顯示，實際調(diào)查工作中受地形、障礙物等條件的影響很大，如原始森林及山區(qū)（圖4左）。如此將導(dǎo)致現(xiàn)象點分布不均，無法做為系統(tǒng)參考。此外，由于不同調(diào)查人員的認(rèn)識差異，對災(zāi)害點的定義和描述也有較大偏差，部分地區(qū)小型溝岸崩塌點定義過密也將對系統(tǒng)運算產(chǎn)生一定的誤導(dǎo)性（圖4右）。

4 結(jié)語

本文從實際工作的角度出發(fā)，闡述了在利用GIS平臺進行地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃中的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。在此類處理中，最好嚴(yán)格把握數(shù)據(jù)質(zhì)量，仔細(xì)處理各個因子，并堅持科學(xué)、合理的統(tǒng)計方法。處理過程中應(yīng)注意方法，選擇正確的歸一化形式，綜合考量各類因子，才能得出較客觀的結(jié)果。相較此類方法，傳統(tǒng)的決策分析法往往能在成因復(fù)雜的區(qū)域得到比數(shù)學(xué)方法更加接近災(zāi)害情況的結(jié)果，在實際工作中應(yīng)予結(jié)合應(yīng)用。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]