云南省丘北縣滑坡災害易發(fā)性評價

劉文正

（西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010）

滑坡災害是自然災害中十分重要的災害類型之一，它會導致人員的傷亡和財產損失，為了減少滑坡災害造成的損失，開展滑坡災害易發(fā)性評價研究具有很重要的意義。

目前，滑坡災害易發(fā)性研究主要集中在利用定性和定量2 類方法進行分析[1]，定性方法是建立在對研究區(qū)域的充分認識、專家經驗知識庫以及推理知識等的基礎上，有層次分析法[2-3]、專家打分法[4]等一些定性方法。定量方法主要從地形地貌、地質環(huán)境等與滑坡災害之間的相關性進行分析，包括頻率比模型、信息量模型、多元線性回歸模型以及邏輯回歸模型等[5]。所以該文在綜合考慮丘北縣滑坡災害多種影響因子的情況下，結合了定性和定量的方法，利用層次分析法和頻率比模型來建立滑坡災害易發(fā)性評價模型，得到丘北縣滑坡災害易發(fā)性分區(qū)。

1 研究區(qū)概況

丘北縣，隸屬云南省文山壯族苗族自治州。位于云南省的東南部，地理坐標：東經103°34′～104°45′、北緯23°45′～24°28′。東隔清水江與廣南縣毗鄰，南與硯山縣、開遠市接壤，西隔南盤江同彌勒市、瀘西縣相望，北與師宗縣、廣西壯族自治區(qū)西林縣銜接。境內面積5038km2。全縣轄3 個鎮(zhèn)9 個鄉(xiāng)。氣候屬中亞熱帶高原季風氣候。縣城駐地錦屏鎮(zhèn)，距省會昆明市280km，距州府114km。據實地調查丘北縣境內共發(fā)育滑坡災害點105 個。

2 評價方法

在地質災害易發(fā)性評價中，常見的評價單元有柵格單元、地貌單元、斜坡單元以及行政單元等[6]。該文根據研究區(qū)實際情況采用30m×30m 精度的柵格單元，將丘北縣共劃分為5606288 個評價單元。

選擇評價指標時，各個因素應具有相互獨立性，應對研究區(qū)進行詳細調查后，選取影響滑坡地質災害發(fā)育的主要因素，該文基于野外實地調查及收集到的數據資料與前人研究成果，選取坡度、坡向、地貌類型、工程地質巖組、斷層、道路、降雨、水系、土地利用9 個影響滑坡發(fā)育的致災因子，各因子分級情況見表1，在該基礎上進行滑坡易發(fā)性評價。

表1 評價因子頻率比值

2.1 層次分析法

層次分析法是一種定性的多準則決策方法。通過建立層次結構模型、構建判斷矩陣、計算權重和一致性檢驗，對目標進行科學評價。層次分析法的基本計算步驟如下：

首先，確定目標，分析各個影響因子之間的關系，建立層次遞接結構。根據丘北縣滑坡災害的調查結果，結合區(qū)域的實地資料情況，建立層次結構圖，如圖1 所示，以滑坡災害易發(fā)性評價為目標層，四類影響因子類別為中間層指標，9 個影響因子為底層指標建立層次分析法的評價體系。

圖1 滑坡易發(fā)性評價層次評價體系

將同層次之間的因子進行兩兩對比，構建同一層次判斷矩陣。根據層次結構圖，分析各評價因子對滑坡地質災害的影響重要性，參考前人的標度法，對每個因子賦予標度值，進而構建判斷矩陣1～5，矩陣1 為中間指標層對目標層滑坡災害易發(fā)性評價A-B的比較矩陣，矩陣2～5 為底層指標對中間指標層B-C的每個準則的成對比較矩陣，矩陣的標度值根據前人的經驗并且結合野外實地調研后綜合考慮而得，通過矩陣標度值可以看出各因子兩兩之間比較對滑坡發(fā)育的影響重要性。

計算各個判斷矩陣的最大特征根及相應的特征向量，使用一致性檢驗判斷矩陣是否滿足層次分析法要求。采用隨機一致性比率CR檢驗矩陣，經過計算，判斷矩陣的CR值分別為0.022、0.009、0、0 和0，均小于0.1，表明判斷矩陣均滿足要求，通過一致性檢驗。由矩陣1計算得出中間指標層的權重分別為0.31278、0.22477、0.32113、0.14132，相應地計算矩陣2-5 的各因子權重值，最終得到C1～C9權重Wi分別為0.16877、0.05112、0.09289、0.12487、0.09989、0.19268、0.12845、0.09421和0.04712。

2.2 頻率比模型

頻率比模型已經廣泛應用到滑坡易發(fā)性評價中。其根據研究區(qū)中滑坡在每個影響因子不同等級分級下的發(fā)生概率進行分析，通過地理信息系統(tǒng)平臺，結合空間數據進行滑坡易發(fā)性評估的一種定量分析的模型。其計算如公式（1）～公式（2）所示。

式中：FRij為第i個因子、第j級別下的頻率比；Nij為在i評價因子j級別下發(fā)生滑坡的柵格數；N為總滑坡柵格數（105 個）；Sij為第i個因子、j級別下的柵格單元數量；S為研究區(qū)總柵格數量（5606288 個）；FR為滑坡易發(fā)性指數；n為參加易發(fā)性評價的因子數。根據公式計算各二級因子的頻率比（FRij）值，見表6。

2.3 層次分析-頻率比模型

將層次分析法計算得出的主觀權重和頻率比計算的客觀頻率比值進行耦合，依次計算每個二級因子的耦合頻率比值ARFij，通過綜合疊加每個評價因子的頻率比值ARFij，得到每個評價單元耦合后的加權頻率比值AFR，見表6，從表中可以看出各因子的綜合得分，通過加權頻率比值來劃分滑坡災害的易發(fā)性。耦合模型如公式（3）和公式（4）所示。

3 滑坡災害易發(fā)性評價

利用 ArcGIS 將得到9 個因子柵格圖層進行疊加，并采用自然斷點法進行分級，得到研究區(qū)滑坡災害易發(fā)性分區(qū)圖，如圖2 所示。從圖2中可以看出：高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)分別占全區(qū)總面積12.65%和21.84%，低易發(fā)區(qū)占總面積36.76%，非易發(fā)區(qū)占總面積的28.75%。高易發(fā)區(qū)內共發(fā)育55 處滑坡災害，占總數52.38%，表明該區(qū)域滑坡災害發(fā)育較為密集，具有較高的易發(fā)性，與實際情況相吻合。

評價模型的精確度通常會用ROC 曲線進行檢驗，將模型結果導入SPSS 軟件進行計算，得到的檢驗結果ROC 曲線如圖3 所示。曲線面積用AUC表示，AUC值越大精確度越高，層次分析法-頻率比法耦合模型的AUC值為0.837，即正確率為83.7%，說明本次滑坡災害易發(fā)性分區(qū)結果準確度是較高的，結果是可信的。

4 結論

該文以云南丘北縣為研究區(qū)，根據研究區(qū)的地質環(huán)境特征和地形地貌等，選取坡度、坡向以及地貌類型等9 個評價因子，將層次分析法與頻率比模型相結合對研究區(qū)滑坡災害進行易發(fā)性評價。研究結果表明，坡度、工程地質巖組、降雨和河流是丘北縣滑坡災害發(fā)育的主要影響因子。

根據研究結果，將研究區(qū)分為4 個易發(fā)性分區(qū)，分區(qū)面積分別占比為12.65%、21.84%、36.76%和28.75%，滑坡數量占比分別為52.39%、38.09%、9.52%、0%，符合合理性檢驗，高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)大多分布在縣城西部的新店鄉(xiāng)、東北部溫瀏鄉(xiāng)和北部的官寨鄉(xiāng)。丘北縣地質地貌條件復雜，為滑坡災害多發(fā)區(qū)，特別是兩條大江（南盤江、清水江）流域范圍內，海拔下降的趨勢很明顯，坡度起伏變化很大，滋生的陡峭地形為滑坡災害發(fā)生孕育了一定的環(huán)境條件，災害發(fā)生較多，與實際災情比較吻合。

層次分析-頻率比模型易發(fā)性評價模型精度相對較高，根據ROC曲線模型檢驗，得出AUC值為0.837，該研究方法可以為丘北縣滑坡災害防治提供參考。