基于GIS的眉縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

魏江波

摘 要：針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)中存在的量化主觀性強(qiáng)這一問題，在基于GIS的信息量模型理論基礎(chǔ)上，結(jié)合眉縣實(shí)際調(diào)研資料，應(yīng)用加權(quán)信息量法建立了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，選取地形地貌、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、水系、降雨和人類工程活動(dòng)等6個(gè)評(píng)價(jià)因子，計(jì)算得出了評(píng)價(jià)因子的加權(quán)信息量值，利用GIS的空間分析功能，得到該縣的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖。結(jié)果表明，基于加權(quán)信息量模型的眉縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生狀況吻合，因而認(rèn)為該評(píng)價(jià)方法客觀合理，具有一定的理論與實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；加權(quán)信息量模型；地理信息系統(tǒng)；危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：P694 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0178-02

引言

隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，人口迅速增長及人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度的增加，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率、影響范圍和危害程度也在不斷增長，已嚴(yán)重威脅人類生命財(cái)產(chǎn)安全。所以，開展地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)具有非常重要的理論與實(shí)際意義。

21世紀(jì)以來，隨著將地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)全面引入滑坡區(qū)域評(píng)價(jià)，使得GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究方面得到飛速發(fā)展[1-4]。國內(nèi)外利用GIS技術(shù)開展地質(zhì)災(zāi)害研究日益增多，應(yīng)用水平也逐步提高。近年來，許多學(xué)者運(yùn)用單一的數(shù)學(xué)方法，例如模糊評(píng)判法、統(tǒng)計(jì)分析法、層次分析法、信息量法等方法與GIS軟件為技術(shù)平臺(tái)相結(jié)合構(gòu)建單一模型對(duì)特定區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，取得了較好的應(yīng)用效果[5-6]，但在災(zāi)害影響因子的量化等方面仍然存在諸如人為因素干擾等缺陷。因此，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性研究，多方法多模型相互耦合是一個(gè)值得探討的方向。

本文以眉縣地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象，以GIS為平臺(tái)，采用層次分析法與信息量法相耦合的加權(quán)信息量法對(duì)眉縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了危險(xiǎn)性分析與評(píng)價(jià)。研究成果對(duì)眉縣全縣域地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案制訂、土地資源利用規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控等具有重要的實(shí)際意義和價(jià)值。

1 理論基礎(chǔ)

信息量法是通過對(duì)已知的變形或破壞區(qū)域的現(xiàn)實(shí)情況和所得到的信息，把反映各種影響區(qū)域穩(wěn)定性因素的實(shí)測值轉(zhuǎn)換為影響該區(qū)域穩(wěn)定性的信息量值，其實(shí)也就是用信息量的大小來評(píng)價(jià)影響因素與研究對(duì)象關(guān)系的密切程度[8]。其能夠進(jìn)行定量計(jì)算得出評(píng)價(jià)因子的影響值，減少了定性評(píng)價(jià)的主觀性影響。評(píng)價(jià)因子的信息量表達(dá)式如下：

式中，S為研究區(qū)剖分的單元的總數(shù)；N為有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布的單元總數(shù)；Si為含有評(píng)價(jià)因素x的狀態(tài)指標(biāo)xi的單元總數(shù)；Ni為分布在狀態(tài)指標(biāo)xi條件下的地質(zhì)災(zāi)害單元總數(shù)。

為了更加準(zhǔn)確的表現(xiàn)出各評(píng)價(jià)因子的重要程度及對(duì)各評(píng)價(jià)因子信息量進(jìn)行科學(xué)的定量計(jì)算，減少人為因素影響。將層次分析法計(jì)算得各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重與信息量法計(jì)算得各評(píng)價(jià)因子的信息量值相乘，得到加權(quán)信息量，表達(dá)式如下：

式中，ωi（i=1，2...n）為各評(píng)價(jià)因子權(quán)重。

根據(jù)公式（2）計(jì)算得各評(píng)價(jià)因子加權(quán)信息量，并以此確定單元危險(xiǎn)性等級(jí)和劃分區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性級(jí)別。

2 加權(quán)信息量模型建立

基于加權(quán)信息量模型的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)思路為：將已知地質(zhì)災(zāi)害的各種影響因素的實(shí)測值轉(zhuǎn)換為影響該區(qū)域危險(xiǎn)性的信息量值，通過信息量的大小來評(píng)價(jià)影響因素與研究對(duì)象相關(guān)程度[9-10]。同時(shí)采用AHP方法分析計(jì)算出各評(píng)價(jià)因

子的權(quán)重值。最后將各評(píng)價(jià)單元信息量值與對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)因子權(quán)重值相乘得出各評(píng)價(jià)單元的加權(quán)信息量值。模型的建立步驟如下：

（1）因子圖層的準(zhǔn)備：根據(jù)加權(quán)信息量模型中選取因素的方法確定參與評(píng)價(jià)的因子，而后將對(duì)應(yīng)圖層導(dǎo)入GIS系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

（2）適宜格網(wǎng)大小的選?。簡卧W(wǎng)格的劃分是否合理，直接影響著地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果的準(zhǔn)確性。因眉縣地質(zhì)條件相對(duì)較復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害密度小，分布較為分散，故采用1km×1km的網(wǎng)格進(jìn)行處理。

（3）各因子圖層網(wǎng)格剖分：對(duì)各單因子信息量圖層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格剖分，并進(jìn)行同因子不同類別分界處與研究區(qū)邊界處的網(wǎng)格處理，獲得單因子信息量柵格圖。

（4）信息量值的計(jì)算：將各因子圖層與地質(zhì)災(zāi)害分布圖進(jìn)行疊加，并通過公式（1）計(jì)算出評(píng)價(jià)單元格的信息量值。

（5）各評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定：結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況與專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)評(píng)價(jià)因子構(gòu)建判斷矩陣，求得各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值。

（6）加權(quán)信息量值的計(jì)算：通過公式（2）計(jì)算各評(píng)價(jià)單元格的加權(quán)信息量值，并借助GIS空間分析功能進(jìn)行圖層因子的處理與相應(yīng)圖層加權(quán)信息量賦值。

（7）圖層疊加與等級(jí)區(qū)劃：將各單因子加權(quán)信息量柵格圖層進(jìn)行疊加，獲得總的信息量柵格圖，亦即地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃圖。

3 工程應(yīng)用

3.1地質(zhì)條件概況

眉縣位于陜西省寶雞市東南，關(guān)中平原西南部，地處秦嶺北坡，跨渭河兩岸。地形起伏較大地貌形態(tài)復(fù)雜。境內(nèi)主要以侵入巖、第四系沉積物為主。由于處在華北地臺(tái)與秦嶺東西構(gòu)造帶兩大構(gòu)造單元的接觸部位，新構(gòu)造活動(dòng)非常強(qiáng)烈，構(gòu)造較為復(fù)雜，地震烈度Ⅶ度。

根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，研究區(qū)存在地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)95處。災(zāi)害點(diǎn)均分布在溝谷邊公路沿線，由于東西向斷裂帶的長期活動(dòng)，造成巖石破碎，形成大量的塬坎地貌，在強(qiáng)降雨時(shí)期，易發(fā)生滑坡、崩塌及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)點(diǎn)之間有較強(qiáng)的群發(fā)性及鏈生性，一旦災(zāi)害群發(fā)，給低山區(qū)及平原區(qū)的村民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來極大的威脅。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.2.1 評(píng)價(jià)因子的選取

根據(jù)眉縣野外地質(zhì)調(diào)查資料，結(jié)合研究區(qū)域尺度、研究范圍大小、研究精度等因素，最終選取地形地貌、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、水系、降雨量和人類工程活動(dòng)共6個(gè)因子作為眉縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)因子。

3.2.2 評(píng)價(jià)因子量化

將工程文件中地形界限，巖土體界限，構(gòu)造線，水系線，交通線，鐵路，公路，降雨量等值線經(jīng)過GIS的投影變換后提取出來，與縣界合并為不同的區(qū)文件后創(chuàng)建緩沖區(qū)，拓?fù)渲亟ê笈c1km×1km的971個(gè)單元格網(wǎng)格區(qū)文件用GIS中的空間分析功能進(jìn)行相交分析，之后將工程文件中的災(zāi)害點(diǎn)提取并覆蓋于各柵格圖層上，根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)個(gè)數(shù)計(jì)算各單元格信息量值，并乘以對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，獲得各評(píng)價(jià)單元格加權(quán)信息量值，賦予對(duì)應(yīng)單元格，獲取各評(píng)價(jià)因子加權(quán)信息量柵格圖層。最后，利用MAPGIS空間分析功能將各加權(quán)信息量柵格圖層進(jìn)行疊加，利用MAPGIS的屬性庫管理功能完成地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子的綜合信息量計(jì)算。

3.2.3 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，數(shù)值越大，反映各因素對(duì)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)越大，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性就越大。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的自然斷點(diǎn)法將綜合信息量值由高到低劃分為四個(gè)階段（≥0.102，-0.0033～0.102，-0.085～-0.0033，<-0.085），并以此為依據(jù)進(jìn)行柵格區(qū)劃。區(qū)劃結(jié)果分別對(duì)應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性高危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)和不危險(xiǎn)區(qū)。之后對(duì)柵格區(qū)劃圖進(jìn)行自動(dòng)生成的等值線處理，并結(jié)合眉縣人類工程活動(dòng)強(qiáng)弱、植被覆蓋率的高低及災(zāi)點(diǎn)密度的大小、地形地貌條件等實(shí)際情況綜合分析，對(duì)部分界線進(jìn)行修改，得到眉縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖（見圖1）。

4 結(jié)果分析

根據(jù)信息量計(jì)算評(píng)價(jià)的最終結(jié)果，將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分為4個(gè)等級(jí)：高危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)和不危險(xiǎn)區(qū)。

其中，高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在眉縣北部，中部的公路與鐵路沿線，高危險(xiǎn)區(qū)中災(zāi)害點(diǎn)47個(gè)，占總災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的49.4%，主要為當(dāng)前的不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害點(diǎn)；中危險(xiǎn)區(qū)集中分布在眉縣北部的平原區(qū)，主要為第四系坡積物，區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)34個(gè)，占總災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的35.8%，主要為當(dāng)前區(qū)的泥石流與滑坡災(zāi)害點(diǎn)；低危險(xiǎn)區(qū)基本在南部的中低山區(qū)分布，比較集中，堅(jiān)硬塊狀巖類大片出露。區(qū)內(nèi)害點(diǎn)14個(gè)，占總災(zāi)害點(diǎn)的14.8%，主要分布為區(qū)內(nèi)的崩塌災(zāi)害點(diǎn)；不危險(xiǎn)區(qū)主要分布在太白山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的堅(jiān)硬塊狀的侵入巖區(qū)。區(qū)中災(zāi)害點(diǎn)0個(gè)。因?qū)儆谇貛X山區(qū)，基本無居住人員，無災(zāi)害點(diǎn)分布。

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)與災(zāi)害點(diǎn)分布結(jié)果對(duì)比分析可知，各危險(xiǎn)等級(jí)中包含的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量隨著危險(xiǎn)程度的降低而減少，同時(shí)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)際發(fā)生的密度隨之減小。說明區(qū)劃結(jié)果與實(shí)際的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況相吻合，該區(qū)劃結(jié)果也可為該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警提供可靠的理論依據(jù)。

5 結(jié)束語

以現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，通過分析眉縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件及發(fā)育特征，利用GIS的信息量模型對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)程度的區(qū)劃。所得評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符合，結(jié)合本例可得到如下結(jié)論：

（1）加權(quán)信息量模型與一般的統(tǒng)計(jì)模型相比，具有更高的客觀性，定性與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合，使得結(jié)果更為合理準(zhǔn)確。

（2）在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中，GIS軟件的空間分析功能自動(dòng)生成評(píng)價(jià)結(jié)果，避免了評(píng)價(jià)過程中主管因素干預(yù)過多的弊端。

（3）基于GIS的信息量模型所得到的研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危

險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符，說明該方法切實(shí)可行，具有一定的理論和實(shí)際意義。

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