基于GIS 的都柳江風(fēng)景區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

宋華艷 梁興蓉 潘網(wǎng)生*

（黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，貴州 都勻558000）

忽視地質(zhì)災(zāi)害防治或防治措施不到位均易造成山體邊坡的不穩(wěn)定[1]。近年來，地質(zhì)災(zāi)害危害已經(jīng)引起了社會(huì)各界的強(qiáng)烈關(guān)注，學(xué)術(shù)界關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害的研究工作也在不斷深入[2]。伴隨著GIS 和各類數(shù)學(xué)模型的引入，基于技術(shù)量化的防災(zāi)減災(zāi)研究已成為國內(nèi)外學(xué)者的重要研究方向[3]。

劉鑫利用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方法對(duì)喜馬拉雅山西部地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了易發(fā)性評(píng)價(jià)[4]；姚勇采用相同的方法對(duì)小城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害開展易發(fā)性評(píng)價(jià)[5]；王峰基于層次分析法確定權(quán)重，再與模糊綜合評(píng)判模型相融合開展縣域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)[6]。盡管前人在地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)中已經(jīng)取得了一定的成就，驗(yàn)證了層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相融合對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的適用性和實(shí)用性，但上述方法在山區(qū)旅游景區(qū)的應(yīng)用較為少見。因此，本文擬運(yùn)用GIS 的空間分析功能以及層次分析法構(gòu)造判斷矩陣確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，再結(jié)合模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法評(píng)定滑坡易發(fā)性等級(jí)，以期為都柳江風(fēng)景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

三都水族自治縣位于貴州省南部，境內(nèi)丘陵起伏，溪流交錯(cuò)，屬于中、低山地貌類型?？傮w上地勢(shì)呈現(xiàn)自北向南傾斜。根據(jù)地質(zhì)圖可知研究區(qū)內(nèi)只有一條斷層。該區(qū)域雨季分布不均勻，降雨大都集中在盛夏至秋初，冬季和春季雨水稀少。降雨月際變化大，降雨強(qiáng)度的變化更為劇烈，每年都出現(xiàn)不同程度的旱澇災(zāi)害[7]。本文研究區(qū)正好位于三都縣城東北部10 公里的都柳江段，區(qū)域內(nèi)云霧裊繞、峰巒綿延、溪流瀑布，景色迷人。目前研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)一處典型滑坡災(zāi)害點(diǎn)及多處滑坡隱患，主要與景區(qū)開發(fā)活動(dòng)（道路切坡）有關(guān)。

圖1 研究區(qū)衛(wèi)星影像圖

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

本文將層次分析法與模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方法來對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。首先根據(jù)研究區(qū)特性，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，其次利用層次分析法求出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，再其次利用GIS 空間分析功能劃分出易發(fā)性等級(jí)，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度，最后進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，確定研究區(qū)域的易發(fā)性等級(jí)。具體操作方法詳見參考文獻(xiàn)[4-6]。

其中，以模糊線性變換原理作為模糊綜合評(píng)判的基本思想。綜合評(píng)判基于因子集、評(píng)價(jià)集和單因素評(píng)判三個(gè)要素。

（1）因子集：U=｛u1，u2，...，un｝，因子集是所有在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生中提供條件的因子的集合；

（2）評(píng)價(jià)集：V=｛v1，v2，...，vm｝，評(píng)價(jià)集是指地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生所包含的類型的集合；

（3）單因素判斷，就是單個(gè)因子u 所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)集v 的評(píng)判，從而確定模糊評(píng)判矩陣R。

由于各個(gè)因子貢獻(xiàn)度不同，因此需要對(duì)各影響因子進(jìn)行加權(quán)處理，將因子權(quán)重A 與模糊評(píng)判矩陣R 相乘，即可得到模糊綜合評(píng)價(jià)集B，計(jì)算公式如下：

即

最后按照最大隸屬度原則，選取綜合評(píng)價(jià)集B 中的最大值作為評(píng)判的結(jié)果。

此外，指標(biāo)隸屬度計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[13]的做法。

連續(xù)型變量使用的是模糊分布下的梯形分布與降半梯形分布來確定影響因子隸屬度。公式如下：U1為不易發(fā)性，U2為低易發(fā)性，U3為中易發(fā)性，U4為高易發(fā)性（式中x 屬于實(shí)際測(cè)量值，V1-V6屬于評(píng)價(jià)等級(jí)臨界值）。

對(duì)于離散型變量，采用專家評(píng)定法來確定其隸屬度。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文DEM數(shù)據(jù)來源于Bigmap 地圖下載器，地質(zhì)數(shù)據(jù)來源于貴州區(qū)域地質(zhì)志（1987 版）。

3 滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建與數(shù)據(jù)處理

滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)體系是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由多個(gè)因素共同決定。本文選取坡度、坡向、巖性、斷層距離、巖組結(jié)構(gòu)和距河流距離等6 個(gè)因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（1）坡度。坡度對(duì)于斜坡的穩(wěn)定性具有重要影響。除了對(duì)斜坡內(nèi)的應(yīng)力分布有一定影響外，其對(duì)斜坡表面的松散物質(zhì)的堆積厚度等也起著至關(guān)重要的作用[8]。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況將坡度分為五個(gè)區(qū)間（圖2a）。

（2）坡向。坡向不同的斜坡受到的陽光輻射強(qiáng)度也不相同，導(dǎo)致坡面的蒸發(fā)量和侵蝕程度也受到了一定的影響，從而影響了斜坡的巖土體的物理力學(xué)特征，致使斜坡的穩(wěn)定性降低[9]。本文根據(jù)實(shí)地勘察以及相關(guān)資料分析將坡向分為四個(gè)區(qū)間（圖2b）。

（3）巖性。根據(jù)貴州區(qū)域地質(zhì)志可知研究區(qū)地層巖性屬于元古宇下板溪群清水江組，本文先通過GIS 的裁剪功能將研究區(qū)的地質(zhì)圖層裁剪出來，再將研究區(qū)地質(zhì)圖層矢量化（圖2c）。研究區(qū)巖性包含了清水江組第一段ptbnbq1 和清水江組第三段ptbnbq3[10-11]。

（4）斷層距離。斷層縱橫切割會(huì)對(duì)巖土體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞[12]。

圖2 指標(biāo)圖層數(shù)據(jù)處理

本文通過矢量地質(zhì)圖獲取了研究區(qū)的斷層，由地質(zhì)圖可知研究區(qū)內(nèi)只包含了一條斷層，再利用GIS 的多環(huán)緩沖區(qū)功能，分別做500m，1000m，1500m 緩沖帶（圖2d）。

（5）巖組結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察結(jié)論，研究區(qū)巖組結(jié)構(gòu)整體性較好。本文先通過GIS 的裁剪功能將研究區(qū)的地質(zhì)圖層裁剪出來，再將研究區(qū)地質(zhì)圖層矢量化（圖2e）。

（6）距河流距離。研究區(qū)處于都柳江流域，每年汛期河水都會(huì)上漲沖刷河岸，對(duì)河岸有一定的侵蝕作用。本文先利用GIS 的水文分析工具提取河流，再分別以100m，200m，1000m 為界限做多環(huán)緩沖區(qū)分析（圖2f）。

3.2 研究區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

采用標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，如表1?；趛aahp 軟件對(duì)判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算及一致性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明，一致性比例系數(shù)k=0.0430，矩陣最大特征根λmax=6.2710，證實(shí)該判斷矩陣合理。

表1 都柳江風(fēng)景區(qū)研究區(qū)域滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)因子判斷矩陣

構(gòu)建因子集U=｛u1，u2，u3，u4，u5，u6｝，其中，u1：坡度，u2；坡向，u3：巖性，u4：斷層距離，u5：巖組結(jié)構(gòu)，u6：距河流距離。

構(gòu)建評(píng)價(jià)集V=｛v1，v2，v3，v4｝，其中v1：不易發(fā)性，v2：低易發(fā)性，v3：中易發(fā)性，V4：高易發(fā)性（表2）。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

本文基于GIS 技術(shù)對(duì)評(píng)價(jià)因子圖層進(jìn)行空間加權(quán)疊加分析計(jì)算，經(jīng)歸一化處理和重分類，得到研究區(qū)易發(fā)性分級(jí)圖（圖3）。

此外，本文對(duì)區(qū)域內(nèi)一處典型滑坡災(zāi)害點(diǎn)開展滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取同前，連續(xù)型變量由公式3-6 處理，離散型變量采用專家打分（表3）。

圖3 滑坡易發(fā)性區(qū)劃圖

表3 災(zāi)害點(diǎn)離散型變量隸屬度

其評(píng)判矩陣R 如下：

經(jīng)層次分析法計(jì)算求取各因子的權(quán)重A，

A=（0.0650，0.0819，0.3094，0.1949，0.2456，0.1031）

評(píng)價(jià)集B=A×R=（0，0.2456，0.601955，0.023751）

根據(jù)最大隸屬度原則，該災(zāi)害點(diǎn)的滑坡易發(fā)性屬中易發(fā)等級(jí)。

4 結(jié)果分析與討論

根據(jù)滑坡易發(fā)性等級(jí)區(qū)劃結(jié)果，以各等級(jí)區(qū)劃占研究區(qū)面積之比統(tǒng)計(jì)，滑坡不易發(fā)、低易發(fā)、中易發(fā)及高易發(fā)的面積占比分別為13.39%、13.47%、38.38%和34.76%，其中高易發(fā)區(qū)面積占比僅次于中易發(fā)區(qū)。此外，研究區(qū)內(nèi)一處典型滑坡災(zāi)害點(diǎn)的中易發(fā)概率為60.19%。上述結(jié)果與實(shí)地勘測(cè)情況基本相符，表明評(píng)價(jià)方法可行，結(jié)果可信，對(duì)都柳江風(fēng)景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治具有參考價(jià)值。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

（1）研究區(qū)滑坡易發(fā)性總體處于中、高易發(fā)等級(jí)，典型滑坡災(zāi)害點(diǎn)的滑坡易發(fā)性屬中易發(fā)等級(jí)。未來景區(qū)若深度開發(fā)，滑坡危險(xiǎn)性不容忽視，需謹(jǐn)慎評(píng)估。

（2）巖性、巖組結(jié)構(gòu)和斷層距離等因子對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果具有重要影響。

（3）基于GIS 的層次分析法與模糊綜合評(píng)判法的融合具有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)地勘察情況基本相符，評(píng)價(jià)方法有效，結(jié)論可靠。

5.2 建議

根據(jù)實(shí)地勘察，研究區(qū)存在多處滑坡隱患，對(duì)來往的車輛和行人安全構(gòu)成一定程度的威脅。建議景區(qū)管理部門對(duì)滑坡隱患采取工程措施，加強(qiáng)滑坡監(jiān)測(cè)和預(yù)警，切實(shí)保護(hù)游客的生命與財(cái)產(chǎn)安全。