衢州市溪口鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素分析及易發(fā)性評(píng)價(jià)

趙國(guó)梁， 姜紀(jì)沂， 李巨寶， 蘇占東， 袁浩巍， 楊毅夢(mèng)

(1. 防災(zāi)科技學(xué)院生態(tài)環(huán)境學(xué)院， 河北 三河 065201； 2. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局浙江地質(zhì)勘查院， 浙江 衢州 324000； 3. 河北地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院， 河北 石家莊 050031)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人民群眾生命及財(cái)產(chǎn)的威脅日益嚴(yán)重，我國(guó)正開(kāi)展全國(guó)性自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查及重點(diǎn)隱患排查工程。針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害，全國(guó)各區(qū)正開(kāi)展高精度普查，浙江省率先部署了 1︰2000 鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查。地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素分析及易發(fā)性評(píng)價(jià)是自然災(zāi)害普查的關(guān)鍵一環(huán)。當(dāng)前階段，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估定性-定量化工作中，還存在著許多問(wèn)題。其中，如何高精度地對(duì)致災(zāi)因素進(jìn)行調(diào)查分析，以及確定怎樣的定性-定量的易發(fā)性評(píng)價(jià)實(shí)用性技術(shù)為首要解決的問(wèn)題[1-3]。

目前，國(guó)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)τ谫Y料質(zhì)量和精度分析較少，按照精度等級(jí)大體可分為：初級(jí)工作精度、中級(jí)工作精度以及高級(jí)工作精度。3種工作精度評(píng)價(jià)過(guò)程中使用的資料來(lái)源于室內(nèi)收集，但在野外調(diào)查及評(píng)價(jià)方法上有明顯區(qū)別。初級(jí)工作精度沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)比例尺的野外調(diào)查，著重關(guān)注已編錄入庫(kù)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，評(píng)價(jià)方法采用簡(jiǎn)單模型的定性分析為主； 中級(jí)工作精度野外調(diào)查采用簡(jiǎn)測(cè)或草測(cè)，調(diào)查點(diǎn)密度較小，評(píng)價(jià)方法多以層次分析、專家打分體系進(jìn)行定性分析； 高級(jí)工作精度按照比例尺進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，人類活動(dòng)頻繁的重點(diǎn)調(diào)查區(qū)調(diào)查密度較大，人煙稀少的一般調(diào)查區(qū)調(diào)查密度較小，并配合相應(yīng)的工程勘查、巖土取樣分析，滑坡仿真模擬等，評(píng)價(jià)方法多以定性分析為主、定量分析為輔進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

采用 1︰20萬(wàn)和 1︰5萬(wàn)比例尺對(duì)國(guó)內(nèi)地市(區(qū))級(jí)和縣(市)級(jí)初級(jí)及中級(jí)精度調(diào)查較多，評(píng)價(jià)方法主要依賴于領(lǐng)域?qū)＜胰藶橘x值權(quán)重的線性定量化評(píng)價(jià)。譚海英等[4]曾分析貴州慶余縣地質(zhì)災(zāi)害的影響因素，并開(kāi)展了易發(fā)性分區(qū)； 朱涯等[5]在強(qiáng)降水等工況下，對(duì)云南省地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素進(jìn)行了綜合分析研究； 劉飛等[6]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)吉林永吉進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)。其中，朱莉等[7]采用灰色—Elman方法建立致災(zāi)因素與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率間的數(shù)學(xué)模型。縱觀這個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)研究，致災(zāi)因素的精細(xì)化研究較少，如何完成非線性地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)過(guò)程中定性-定量化問(wèn)題還需要深入研究。

針對(duì)重點(diǎn)城鎮(zhèn)、專門場(chǎng)地及大型構(gòu)筑物的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中，比例尺種類較為詳細(xì)，通常采用大于1︰5000的比例尺進(jìn)行調(diào)查分析。本文以浙江省衢州市溪口鎮(zhèn) 1︰2000 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查為例，通過(guò)野外調(diào)查對(duì)孕災(zāi)環(huán)境因素及誘發(fā)因素等致災(zāi)因素逐項(xiàng)進(jìn)行精準(zhǔn)分析，在采用線性綜合指數(shù)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用非線性的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

溪口鎮(zhèn)位于浙江西部地區(qū)，處于仙霞嶺北坡金衢盆地南緣低山丘陵地貌區(qū)，總體地形由南向北呈階梯狀降低。東南部主峰銀坑塢至刀石嶺高程843.90m，北部官家村靈山江河谷高程90m，山體呈北東和北北東向延伸。

溪口鎮(zhèn)屬于亞熱帶季風(fēng)型氣候區(qū)，四季分明，溫暖濕潤(rùn)。地勢(shì)起伏較大，海拔高度75.8～844.9m，四面環(huán)山，中部為河谷平原，總體呈南東高中部低的特點(diǎn)。地質(zhì)災(zāi)害類型主要為滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷。降雨量在時(shí)間和空間上分配不均勻，短時(shí)間強(qiáng)降水情況下極易引起地質(zhì)災(zāi)害。

2 地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素分析

致災(zāi)因素的單發(fā)和群發(fā)會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，大體可分為兩類：(1)孕災(zāi)環(huán)境因素是引起地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的直接影響因素，例如地形地貌、構(gòu)造條件、巖土條件、人類工程活動(dòng)等孕災(zāi)環(huán)境中長(zhǎng)期作用的主要因素。孕災(zāi)環(huán)境因素的致災(zāi)因素按照調(diào)查精細(xì)化程度可分為宏觀地貌因素及微地貌因素。區(qū)域的宏觀地貌特征影響著地質(zhì)災(zāi)害的分布特征，而局部的微地貌特征又控制和影響著災(zāi)害體的變形破壞模式。(2)誘發(fā)因素包括強(qiáng)降水及地震等突發(fā)因素，因其發(fā)生時(shí)間較短且難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，具有一定的不確定性。致災(zāi)因素來(lái)源見(jiàn)表 1。

表 1 致災(zāi)因素匯總Tab.1 Summary of disaster-causing factors

2.1 孕災(zāi)環(huán)境因素

2.1.1 宏觀地貌因素

(1)地形地貌

地形地貌是形成地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，不同地貌類型控制著地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的類型、數(shù)量和規(guī)模，本研究主要從坡度、坡向、坡形和高程4個(gè)方面，研究地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律的關(guān)系。

坡度：地質(zhì)災(zāi)害的形成與地形坡度有著一定的關(guān)系，溪口鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害的坡度分布范圍主要為25°～35°，其次為35°～45°(圖 1)。該區(qū)間坡度的斜坡覆蓋層厚度相對(duì)較大，松散物分布較為廣泛，坡度產(chǎn)生的應(yīng)力重分布作用影響較大，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

圖 1 溪口鎮(zhèn)坡度圖Fig.1 The slope map of Xikou town

坡向：由于斜坡朝向不同，山坡小氣候和水熱等條件有著規(guī)律性的差異，水熱條件的差異會(huì)導(dǎo)致斜坡土體含水量、風(fēng)化程度等要素的不同，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害有一定影響。研究區(qū)坡向分布見(jiàn)圖2。

圖 2 溪口鎮(zhèn)坡向圖Fig.2 The slope direction map of Xikou town

坡形：斜坡體的坡面形態(tài)影響破體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)、巖土體分布及水文地質(zhì)條件，進(jìn)而影響坡體的穩(wěn)定狀態(tài)。區(qū)內(nèi)斜坡坡形主要為凸形、凹型、直線型三類。潛在地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)按坡形分布見(jiàn)表2。

表 2 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)按坡形分布Tab.2 Distribution of geological disaster sites by slope shape

高程：高程反映了區(qū)域內(nèi)地表高地，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與高程值密切相關(guān)。斜坡單元中最高點(diǎn)與最低點(diǎn)高程的差值調(diào)查也作為自然風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害普查的一項(xiàng)重要內(nèi)容。研究區(qū)高程值分布見(jiàn)圖3。

圖 3 溪口鎮(zhèn)高程圖Fig.3 The elevation map of Xikou town

(2)構(gòu)造條件

與斷裂構(gòu)造的距離是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要影響因素，通常與構(gòu)造距離近的區(qū)域受構(gòu)造活動(dòng)影響較大，較遠(yuǎn)的區(qū)域受影響較小。研究區(qū)與斷裂構(gòu)造距離分布見(jiàn)圖 4。

圖 4 溪口鎮(zhèn)與其周邊構(gòu)造的距離分布圖Fig.4 Distribution of distances from Xikou Town to tectonic structures in its surrounding area

2.1.2 微地貌因素

(1)巖土條件

地層巖性、巖土體工程地質(zhì)條件是影響斜坡變形的主要因素。地層巖性是地質(zhì)災(zāi)害形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)與巖土類型、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)具有特別密切關(guān)系[8]。

巖土類別：軟弱地層，在構(gòu)造作用以及其他外力作用下，容易形成土狀或泥狀的軟弱夾層，成為潛在的滑動(dòng)面或滑動(dòng)帶，具備產(chǎn)生滑動(dòng)的基本條件。在軟弱地層中，由于抗風(fēng)化能力弱，易形成大量松散物質(zhì)； 硬質(zhì)巖體則相反。研究區(qū)巖土類別分區(qū)見(jiàn)圖 5。

圖 5 溪口鎮(zhèn)巖土類別圖Fig.5 Rock and soil category map of Xikou Town

覆蓋層厚度：松散堆積物厚度過(guò)大，易在強(qiáng)降水條件下發(fā)生地表徑流，雨水裹挾泥土滑落，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

斜坡結(jié)構(gòu)：按照巖土類別可劃分為土質(zhì)斜坡、巖質(zhì)斜坡及巖土復(fù)合斜坡。根據(jù)巖層傾向與坡向的夾角劃分斜坡結(jié)構(gòu)，又可細(xì)分為順向坡、橫向坡、斜向破和逆向坡4類。其中順向坡按夾角大小可細(xì)化為近水平層狀結(jié)構(gòu)、飄傾坡、層面坡和伏傾坡。研究根據(jù)夾角大小進(jìn)行精細(xì)化分類，確定斜坡結(jié)構(gòu)。

(2)人類工程活動(dòng)

溪口鎮(zhèn)村民切坡建房及城鄉(xiāng)建設(shè)、道路交通建設(shè)日益頻繁，大量工程活動(dòng)破壞了斜坡的平衡狀態(tài)，容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。人類工程活動(dòng)中以人為切坡建房最為常見(jiàn)。其中，人類密集居住區(qū)人工修建房屋時(shí)的切坡，是微地貌中致災(zāi)因素的調(diào)查重點(diǎn)，因此將切坡高度也納入致災(zāi)因素的范疇。

切坡高度： 溪口鎮(zhèn)山平地較少，村莊分布零散。鄉(xiāng)村居民房屋、城鎮(zhèn)住宅小區(qū)、廠房大多依山而建； 依山建房人工切坡、開(kāi)挖山體坡腳現(xiàn)象十分普遍，大部分人工邊坡防護(hù)措施不到位，易造成房前屋后邊坡發(fā)生滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，因此切坡高度為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害普查中的重要因素。

2.2 誘發(fā)因素

(1)降水

研究區(qū)的降水在時(shí)間與空間上分布不均，因研究區(qū)僅為一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，調(diào)查面積相對(duì)較小，故側(cè)重于表現(xiàn)時(shí)間上的不均一性。每年3～9月降水占全年的76.3%，其中6月最多； 10月至次年2月占23.7%； 空間分布上由鎮(zhèn)域向外遞減。研究區(qū)的月均降雨量見(jiàn)圖 6。

圖 6 2011—2021溪口鎮(zhèn)年月均降雨量Fig.6 Monthly average rainfall inXikou town from 2011 to 2021

(2)地震

根據(jù)《浙江歷史地震年表》[9]可發(fā)現(xiàn)，龍游縣境內(nèi)發(fā)生過(guò)兩次小于3.0級(jí)地震，周邊縣(市)最大地震為1526年2月26日建德梅城的4.0級(jí)地震。另有一次水庫(kù)誘發(fā)地震，為1979年10月7日烏西江水庫(kù)蓄水誘發(fā)的3.4級(jí)地震?？h境內(nèi)地震具有震級(jí)小、頻率低的特點(diǎn)，相關(guān)的地震目錄見(jiàn)表 3。

表 3 龍游縣境內(nèi)及周邊縣(市)地震目錄Tab.3 Earthquake catalog in Longyou County and its surrounding counties(cities)

通過(guò)對(duì)縣境內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析及地震記載，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[10]，研究地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度大部分小于0.05g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度Ⅵ度，區(qū)域地殼穩(wěn)定性好，受地震影響較小。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

3.1 研究區(qū)精細(xì)化調(diào)查背景

溪口鎮(zhèn)行政區(qū)域面積為112.85km2，本次地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)單元以設(shè)計(jì)階段通過(guò)遙感解譯劃分的斜坡單元為基礎(chǔ)，在后期野外調(diào)查中對(duì)斜坡單元優(yōu)化調(diào)整，劃分了1358個(gè)斜坡單元，其中重點(diǎn)斜坡單元578個(gè)、一般斜坡單元780個(gè)。溪口鎮(zhèn)1：2000自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查采用遙感解譯、實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方式，對(duì)孕災(zāi)環(huán)境中的宏觀地貌及微地貌做到了逐一調(diào)查。

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)重點(diǎn)評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性及后果，根據(jù)評(píng)價(jià)參考的因素不同可分為易發(fā)性、易損性、危險(xiǎn)性、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等評(píng)價(jià)方法。其中地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性主要針對(duì)孕災(zāi)環(huán)境因素進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性主要針對(duì)孕災(zāi)環(huán)境因素及誘發(fā)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。孕災(zāi)環(huán)境因素及誘發(fā)因素均為研究的重點(diǎn)致災(zāi)因素，本文側(cè)重于通過(guò)孕災(zāi)環(huán)境因素對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，對(duì)降水及地震等誘發(fā)因素作簡(jiǎn)要分析。

按照《浙江省鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)要求》[11]，對(duì)642個(gè)孕災(zāi)環(huán)境調(diào)查點(diǎn)的9項(xiàng)致災(zāi)因素進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)查。查明的地質(zhì)災(zāi)害及隱患點(diǎn)共47處，其中包括滑坡37處(包括滑坡隱患點(diǎn)5處)、崩塌6處(包括崩塌隱患點(diǎn)3處)、泥石流隱患點(diǎn)2處、地面塌陷2處； 根據(jù)前期工程勘查及野外調(diào)查，孕災(zāi)環(huán)境調(diào)查點(diǎn)根據(jù)綜合指數(shù)法計(jì)算的易發(fā)性大小進(jìn)行分類：穩(wěn)定調(diào)查點(diǎn)(極低易發(fā))457個(gè)、較穩(wěn)定調(diào)查點(diǎn)(低易發(fā))130個(gè)、穩(wěn)定性中等(中易發(fā))調(diào)查點(diǎn)11個(gè)、穩(wěn)定性較差(高易發(fā))調(diào)查點(diǎn)27個(gè)、不穩(wěn)定(極高易發(fā))調(diào)查點(diǎn)17個(gè)。

3.2 評(píng)價(jià)方法

本文采用綜合指數(shù)法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性開(kāi)展評(píng)價(jià)，綜合指數(shù)法是一種線性評(píng)價(jià)方法，主要根據(jù)領(lǐng)域內(nèi)專家經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)技術(shù)要求，人為賦值致災(zāi)因素權(quán)重進(jìn)行線性加乘計(jì)算，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際分析地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性。但是，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)是一種系統(tǒng)的非線性評(píng)價(jià)體系，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可在多樣本條件下，建立起兩個(gè)系統(tǒng)間的非線性映射，且具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可彌補(bǔ)綜合指數(shù)法線性評(píng)價(jià)的不足。

3.2.1 綜合指數(shù)法

綜合指數(shù)法為線性評(píng)價(jià)方法，對(duì)研究區(qū)采取綜合指數(shù)法開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分析，其數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

式中，Yi為第i個(gè)斜坡單元易發(fā)性綜合指數(shù)；Fij為第i個(gè)斜坡單元第j類指標(biāo)權(quán)重；Sij為第i個(gè)斜坡單元第j類指標(biāo)賦值；n為致災(zāi)因素?cái)?shù)。孕災(zāi)環(huán)境因素中9類致災(zāi)因素劃分標(biāo)準(zhǔn)及所占權(quán)重均依據(jù)規(guī)范進(jìn)行。根據(jù)技術(shù)要求，斜坡單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及量化分值見(jiàn)表4。

表 4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及量化分值Tab.4 Geological disaster susceptibility evaluation index system and its quantitative scores

3.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

綜合指數(shù)法主要是通過(guò)確立各個(gè)致災(zāi)因素的權(quán)重及計(jì)算區(qū)域易發(fā)性，開(kāi)展定量-定性的分析，確定各個(gè)斜坡單元易發(fā)性指數(shù)。通過(guò)人工賦值權(quán)重的線性映射方法難以準(zhǔn)確擬合非線性地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性問(wèn)題，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以擬合各致災(zāi)因素與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性之間的非線性映射，重新分配致災(zāi)因素的參數(shù)及閾值，再將重新分配的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行疊加計(jì)算，完成定性-定量的精細(xì)劃分，提升擬合效果。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種多層感知器模型，可建立孕災(zāi)環(huán)境因素的致災(zāi)因素與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合指數(shù)這兩個(gè)系統(tǒng)間的非線性映射關(guān)系，通過(guò)最快速度下降法修正各個(gè)致災(zāi)因素權(quán)重，降低模型誤差。因此在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是對(duì)綜合指數(shù)法的有效補(bǔ)充。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 7。

圖 7 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 BP neural network topology

首先運(yùn)用綜合指數(shù)法對(duì)致災(zāi)因素進(jìn)行線性計(jì)算，再采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性優(yōu)化處理。致災(zāi)因素與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)這兩個(gè)系統(tǒng)間的映射關(guān)系，主要是根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差、梯度、迭代次數(shù)、學(xué)習(xí)速率、泛化能力等指標(biāo)表征的。

通過(guò)Matlab R2016a平臺(tái)，將溪口鎮(zhèn)642個(gè)孕災(zāi)環(huán)境調(diào)查點(diǎn)的9項(xiàng)因素作為輸入層，將642個(gè)樣本數(shù)按照7︰3的比例，分別設(shè)置訓(xùn)練集(450)和測(cè)試集(192)，最大迭代次數(shù)為300步，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)誤差為0.1，經(jīng)過(guò)多次擬合調(diào)試，確定第一層隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10個(gè)，第二層隱含層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為5個(gè)，通過(guò)最快速度下降法對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行擬合訓(xùn)練，訓(xùn)練過(guò)程見(jiàn)圖 8。隨著迭代次數(shù)的增加，致災(zāi)因子參數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)間的非線性映射誤差逐漸減少，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)158次迭代實(shí)際誤差為0.099￣￣812，已達(dá)到理想的效果。

圖 8 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練圖Fig.8 BP neural network training diagram

網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程中梯度、泛化能力及學(xué)習(xí)速率等具體指標(biāo)見(jiàn)圖 9。致災(zāi)因素參數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)間的非線性映射計(jì)算過(guò)程梯度在逐漸下降、學(xué)習(xí)能力在逐步增強(qiáng)，泛化能力未出現(xiàn)問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)收斂性能好，且沒(méi)有陷入局部最小。

圖 9 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練狀況圖Fig.9 BP neural network training status diagram

3.3 易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果分析

研究區(qū)共調(diào)查642個(gè)孕災(zāi)環(huán)境點(diǎn)，將斜坡單元中各點(diǎn)的9項(xiàng)因素?cái)?shù)據(jù)通過(guò)綜合指數(shù)法進(jìn)行易發(fā)性線性計(jì)算，完成地質(zhì)災(zāi)害從定量到定性的評(píng)價(jià)。再根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立兩系統(tǒng)間非線性映射，完成從定性到定量的分析，優(yōu)化各致災(zāi)因素的權(quán)重賦值，再根據(jù)各孕災(zāi)環(huán)境調(diào)查點(diǎn)致災(zāi)因素的最新權(quán)重進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)，最終得到本區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)見(jiàn)圖 10。

圖 10 溪口鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性模擬結(jié)果Fig.10 Simulation results of the geological disaster susceptibility in Xikou Town

由圖 10可見(jiàn)，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)較高的區(qū)域主要分布于溪口鎮(zhèn)的南部以及中東部，而中部、西北部受地質(zhì)災(zāi)害影響相對(duì)較小。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，分析發(fā)現(xiàn)南部溪口村等區(qū)域，人口密度大，礦業(yè)及竹制品加工產(chǎn)業(yè)較為豐富。礦山開(kāi)采且回填不及時(shí)引起的地面塌陷、地面不均勻沉降現(xiàn)象較為常見(jiàn)。該區(qū)域河流較為密集，坡腳受河流沖刷作用明顯，易引起地質(zhì)災(zāi)害。

中東部地區(qū)溝壑縱橫，地形復(fù)雜且該區(qū)域受構(gòu)造影響較大。以楓林村為例，居民生活在山區(qū)內(nèi)，高差較大，整體距構(gòu)造距離較近，構(gòu)造作用比較明顯，地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象較為常見(jiàn)。

中部地區(qū)建筑用地較多，人口活動(dòng)密集。該區(qū)域工程防護(hù)措施較為完善，臨街山體多已采取錨固處理。其中地質(zhì)災(zāi)害核銷點(diǎn)居民均已采取異地搬遷、工程治理等舉措。對(duì)于扁石村輕微滑坡居民點(diǎn)附近設(shè)立降雨監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，強(qiáng)降水工況下可以及時(shí)提醒居民轉(zhuǎn)移撤離。

西北部地區(qū)地勢(shì)較為平坦，地面起伏較小。石角村大部分切坡建房距離山體較遠(yuǎn)，受地質(zhì)災(zāi)害影響較小，工業(yè)制造業(yè)在該區(qū)域分布較少，未見(jiàn)大型工程活動(dòng)，地質(zhì)災(zāi)害較少。

最終擬合結(jié)果與溪口鎮(zhèn)2013年地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，分區(qū)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查情況相符，說(shuō)明采用綜合指數(shù)法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性預(yù)測(cè)效果較好。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，最終確定衢州市溪口鎮(zhèn)的孕災(zāi)環(huán)境因素的致災(zāi)因素為坡向、坡形、坡度、高程、斜坡結(jié)構(gòu)、覆蓋層厚度、與構(gòu)造距離、巖土類別及切坡高度9項(xiàng)，誘發(fā)因素為降水和地震。通過(guò) 1︰2000 比例尺進(jìn)行野外調(diào)查，對(duì)各項(xiàng)致災(zāi)因素進(jìn)行詳細(xì)分析。同時(shí)在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)時(shí)通過(guò)各區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口、人類工程活動(dòng)等因素分析其現(xiàn)狀成因。

(2)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)作為一種非線性的評(píng)價(jià)體系，僅采用綜合指數(shù)法進(jìn)行線性分析并不能準(zhǔn)確解決評(píng)價(jià)問(wèn)題，只能完成地質(zhì)災(zāi)害定量-定性分析； BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種非線性映射方法，可以重新優(yōu)化各個(gè)致災(zāi)因素的參數(shù)及閾值，通過(guò)最快速度下降法降低模型誤差，并根據(jù)優(yōu)化后的權(quán)重等參數(shù)，完成致災(zāi)因素與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)兩系統(tǒng)間定性-定量化評(píng)價(jià)。采用綜合指數(shù)法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法，擬合的結(jié)果與野外調(diào)查情況及歷年評(píng)價(jià)結(jié)果較為吻合。

(3)通過(guò) 1︰2000 比例尺風(fēng)險(xiǎn)普查，可對(duì)致災(zāi)因素進(jìn)行更為精細(xì)的研究。在多樣本條件下，線性綜合指數(shù)法和非線性的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，優(yōu)化致災(zāi)因素和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)兩系統(tǒng)間的非線性映射體系，模型可根據(jù)不同研究區(qū)的技術(shù)要求進(jìn)行適用性修改，具有一定可推廣性。

(4)因研究區(qū)面積較小，仍有許多致災(zāi)因素不能展開(kāi)研究。不同區(qū)域的致災(zāi)因子也是不同的，且地形的復(fù)雜程度對(duì)模型精度也有一定影響。