許林艷(云南國土資源職業(yè)學(xué)院數(shù)字國土與土地管理學(xué)院，云南昆明650093)

國內(nèi)外眾多學(xué)者針對不同區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害評價進(jìn)行了廣泛的理論探討和實證研究，但是目前國內(nèi)外對地質(zhì)災(zāi)害評價尚無統(tǒng)一的評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)［1］，因此，針對各區(qū)域開展有針對性的地質(zhì)災(zāi)害評價研究，對豐富和完善地質(zhì)災(zāi)害評價研究具有重要的理論意義和實踐意義。區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究，即地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大小，一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，而基于GIS的信息量法由于客觀性高、可操作性強(qiáng)且能融合專家的經(jīng)驗，被多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害評價科學(xué)化、信息化、快速化的方法之一［1－3］，眾多評價實踐也表明，基于GIS的信息量法是一種運(yùn)用成熟、評價結(jié)果可靠度較高的方法［1－7］。筆者依托“思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃”項目，在對思茅區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景進(jìn)行深入、全面、系統(tǒng)的調(diào)查和定性分析的基礎(chǔ)上，采用信息量法對思茅區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性評價，并在此基礎(chǔ)上，考慮地質(zhì)災(zāi)害造成的直接和潛在的生命財產(chǎn)損失，探討了信息量法在思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評估及險情預(yù)測中的應(yīng)用實踐。

1 研究方法

信息量法最早是由晏國珍引入到滑坡預(yù)測的，繼而被許多學(xué)者應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害危險性評價中。由于地質(zhì)災(zāi)害是諸多因素共同作用的結(jié)果，雖然各因素本身的性質(zhì)及對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生所起的作用都存在較大差異，但在諸多影響因子中始終存在一種“最佳因素組合”，它對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的“貢獻(xiàn)率”最大，即誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性最大［8］。信息量法實際上是通過將各評價因子對斜坡變形破壞所提供的信息量值疊加，作為預(yù)測評價的定量指標(biāo)，它把各評價單元的信息量值等權(quán)重疊加，且其評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與選取因子的多少和質(zhì)量無關(guān)，比較適合于地形復(fù)雜的山區(qū)或高原區(qū)［1］。信息量通常用條件概率來計算，但實際計算時可用頻率估計條件概率來估算。具體計算過程如下:

(1)確定評價因子Xi，并進(jìn)行單因子圖層重分類。

(2)分別計算各評價因子Xi對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生(H)所提供的信息量值Ii(Xi，H):

式中，S為研究區(qū)總面積;N為研究區(qū)已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的總面積;Si為研究區(qū)所含有的評價因子Xi的總面積;Ni為含有指標(biāo)Xi并且發(fā)生發(fā)生了地質(zhì)災(zāi)害的面積。

(3)計算某一單元在P種因素組合情況下，提供邊坡變形破壞的信息量，即:

式中，Ii為評價單元內(nèi)總的信息量值;n為影響因子數(shù)(其他參數(shù)同前)。其中Ii＜0、Ii=0、Ii＞0分別表示該單元發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性小于、等于、大于區(qū)域平均發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，即評價單元信息量越大，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性越大。

(4)根據(jù)各評價單元信息量取值范圍，找出分界點(diǎn)，將所得結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的的危險性等級。

(5)結(jié)合災(zāi)情因子和險情因子，確定地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情等級和險情預(yù)測評價等級，方法同上。

2 技術(shù)路線與評估預(yù)測

2.1 技術(shù)路線 主要包括:資料的收集整理與野外調(diào)查、建立基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、劃分評價單元、建立評價指標(biāo)體系、評估預(yù)測及評估結(jié)果分析。具體技術(shù)流程見圖1。

圖1 技術(shù)路線

2.2 評估預(yù)測過程

2.2.1 建立地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫。由于所有評價指標(biāo)必須統(tǒng)一到同一地理坐標(biāo)系統(tǒng)才能進(jìn)行GIS空間分析，才能將其帶入數(shù)學(xué)評價模型進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價，因此必須建立研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫。該研究中空間數(shù)據(jù)庫主要包括:研究區(qū)1∶5萬地形圖、水系圖、公路圖、居民點(diǎn)分布圖、地質(zhì)巖性圖、地質(zhì)構(gòu)造圖、降雨分布圖、地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分布圖、村直接經(jīng)濟(jì)損失分布圖、村人員傷亡分布圖、村潛在經(jīng)濟(jì)損失分布圖、村潛在威脅人口分布圖、村人口密度分布圖、村地均戶數(shù)分布圖、坡度圖、坡向圖等。該研究屬性數(shù)據(jù)庫主要通過大量野外現(xiàn)場調(diào)查所收集到的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)及隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)以及研究區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)錄入到空間數(shù)據(jù)庫中的圖層屬性結(jié)構(gòu)表中。

2.2.2 建立評價指標(biāo)體系。在廣泛地查閱文獻(xiàn)資料和實地考察的基礎(chǔ)上，充分考慮因子的關(guān)鍵性和數(shù)據(jù)的可獲得性，選取距斷層距離、地面坡度、地層巖性、距河流距離、地面坡向、距公路距離、降雨量、地質(zhì)災(zāi)害分布現(xiàn)狀共8因子作為地質(zhì)災(zāi)害危險性評價因子，而對于那些在研究區(qū)域內(nèi)空間分布差異不明顯的因素未予考慮(如植被覆蓋、地震等因素)，建立地質(zhì)危險性評價指標(biāo)體系;并在此基礎(chǔ)上，選取地質(zhì)災(zāi)害造成的村直接經(jīng)濟(jì)損失和村人員傷亡，建立思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評估指標(biāo)體系;同時選取地質(zhì)災(zāi)害村潛在威脅人口和村潛在財產(chǎn)損失與村人口密度和村地均戶數(shù)兩種險情因子方案，分別建立思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害險情預(yù)測評估指標(biāo)體系。

該研究主要介紹災(zāi)情因子與險情因子與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的相關(guān)關(guān)系及分布特征，其他因子與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的相關(guān)關(guān)系及分布特征，不再詳述。

(1)災(zāi)情因子。由于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃的主要目的是為防災(zāi)減災(zāi)決策提供參考，而實地調(diào)查得到的已造成生命財產(chǎn)損失數(shù)據(jù)是衡量地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情的最直接的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。研究區(qū)共已發(fā)生61個地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，分布在34個行政村，58個自然村內(nèi)，共造成直接經(jīng)濟(jì)損失1 373.7萬元，死亡10人。該研究思路主要是將實地調(diào)查到得的地質(zhì)災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡以行政村為單位計算其信息量，從而進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情的空間定位分析。

(2)險情因子。險情因子有2種方案:方案一是實地調(diào)查得到的潛在威脅人口和潛在經(jīng)濟(jì)損失是地質(zhì)災(zāi)害潛在險情的直接反映，其中潛在威脅人口按實際調(diào)查中地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的潛在威脅人口估算，潛在財產(chǎn)損失考慮到損毀的多為房屋且差異不大，主要根據(jù)房屋的結(jié)構(gòu)類型和新舊程度，并結(jié)合實際調(diào)查訪問，采用統(tǒng)一價格折價法，按照每戶3萬～5萬不等的補(bǔ)償價格進(jìn)行估算。研究區(qū)共有42個行政村，94個自然村存在地質(zhì)災(zāi)害隱患，潛在威脅人口約2 702人，威脅財產(chǎn)約4 030.5萬元。同理，險情因子也是以行政村為單位計算其信息量，從而進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害險情的空間定位分析。方案二的提出是為了檢驗方案一中調(diào)查數(shù)據(jù)的完整性和科學(xué)性，選取村地均戶數(shù)和村人口密度作為險情因子，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害險情預(yù)測對比分析，以期得到更加全面和科學(xué)的險情預(yù)測結(jié)果。

2.2.3 劃分評價單元。該研究采用GIS柵格單元作為地質(zhì)災(zāi)害評價單元，柵格評價單元的劃分是否恰當(dāng)，直接影響到預(yù)測結(jié)果的合理性。由于評價單元面積的大小主要與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精度和自然坡體的大小有關(guān)，但是假若基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很粗略，而評價設(shè)置單元過小，這除了增加計算工作量以外別無其他用處。因此在實際運(yùn)用中，往往還只能憑經(jīng)驗公式確定評價單元面積的大小。確定柵格單元大小的經(jīng)驗公式為:

式中，G為適宜格網(wǎng)大小;S為原始地形圖比例尺倒數(shù)。結(jié)合研究區(qū)實際情況、制圖效果以及經(jīng)驗公式，最后選取70 m×70 m的格網(wǎng)大小，一共將研究區(qū)劃分為8 013 626個柵格評價單元。

2.2.4 評價因子信息量計算。分別將地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分布圖與各評價因子專題圖層進(jìn)行疊加，通過公式(1)計算出各評價因子每個狀態(tài)集對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生所提供的信息量值(表1)。

3 評價結(jié)果分析

3.1 危險性分區(qū)評價 利用ArcGIS的空間疊加功能將各評價單元內(nèi)的危險性評價因子的信息量值進(jìn)行疊加，信息量最大值為8.905 758 868，最小值為 －11.264 265 06，數(shù)值越大，表示地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性越大。利用自然斷點(diǎn)分類法對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性總息量值進(jìn)行重分類，分別為高度危險區(qū)(Nat∈［－1.398 542 671，8.905 758 858］)，中度危險區(qū)(Nat∈［－ 4.407965024，－ 1.398542672］)，低度危險區(qū)(Nat∈［11.264 265 06，－4.407 965 025 5］)，其占總評價單 元的面積比例依次為27.60%、40.23%、32.18%。

從得到的思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃(圖2)可以看出，地質(zhì)災(zāi)害危險性分布圖很好地反映了區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的分布特征:思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害高度危險區(qū)主要集中在思茅至江城公路和思茅至瀾滄公路沿線兩側(cè)、倚象鎮(zhèn)東南部、云仙鄉(xiāng)西北部、龍?zhí)多l(xiāng)東北部和思茅港鎮(zhèn)西部地區(qū);中度危險區(qū)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有零星分布;低度危險區(qū)主要集中分布在地勢平坦的盆地一帶以及六順鄉(xiāng)東部和萊茵河自然保護(hù)區(qū)。值得注意的是，思茅港鎮(zhèn)西部糯扎度自然保護(hù)區(qū)是國家自然保護(hù)區(qū)，從該處地質(zhì)環(huán)境看，緊靠瀾滄公路和瀾滄江，地層巖性以J2X和T2X為主，地形坡度陡峭，是地質(zhì)災(zāi)害高度和中度險情區(qū)的集合。但由于該地區(qū)人煙稀少，雖是高易發(fā)區(qū)，但是可能造成生命財產(chǎn)損失較少，不能稱之為地質(zhì)災(zāi)害，只能稱之為不良地質(zhì)現(xiàn)象，因此在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查過程中并非重點(diǎn)調(diào)查區(qū)。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價區(qū)劃

3.2 災(zāi)情評估 在地質(zhì)災(zāi)害危險性評價的基礎(chǔ)上，將村直接經(jīng)濟(jì)損失和村人員傷亡兩個災(zāi)情因子疊加起來，得到地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情總信息量最大值為9.405 496 60，最小值為－12.873 743 06，同理進(jìn)行重分類，將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情分為高度災(zāi)情區(qū)(Nat∈［－1.795 485 902，9.405 496 597］)，中度災(zāi)情區(qū)(Nat∈［－5.150 205 317 ～ －1.795 485 903］)和低度災(zāi)情區(qū)(Nat∈［－12.873 743 06，－5.150 205 318］)，其占總評價單元的面積比例依次為 22.78%、43.85%、33.37%。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評價區(qū)劃

對比災(zāi)情評價圖(圖3)和危險性評價圖可知:地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情空間分布與危險性空間分布基本一致，且高度災(zāi)情區(qū)主要集中在思茅至江城公路和思茅至瀾滄公路沿線兩側(cè)、云仙鄉(xiāng)西北部以及思茅港鎮(zhèn)北部地區(qū)。災(zāi)情評價是從已造成的生命財產(chǎn)損失角度對地質(zhì)災(zāi)害危險性做出的一種詮釋，高度災(zāi)情區(qū)即為地質(zhì)災(zāi)害高度危險區(qū)，低度災(zāi)情區(qū)即為低度地質(zhì)災(zāi)害低度危險區(qū)。

3.3 險情預(yù)測 在地質(zhì)災(zāi)害危險性評價圖上，疊加方案一村威脅人口和村威脅財產(chǎn)2個險情因子，得到方案一思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害險情評價結(jié)果(圖4)，通過分析可知:方案一險情分布與實際調(diào)查中隱患點(diǎn)的分布基本一致，調(diào)查隱患點(diǎn)密集的地區(qū)為高度險情區(qū)，沒有隱患點(diǎn)的地區(qū)為低度險情區(qū)?？紤]到野外實地調(diào)查的局限性及典型性，雖為普查但也不可能對研究區(qū)內(nèi)每一個地方都進(jìn)行實地調(diào)查，因此其評價結(jié)果也可能存在局限性。

圖4 方案一地質(zhì)災(zāi)害險情預(yù)測評價結(jié)果

圖5 方案二地質(zhì)災(zāi)害險情預(yù)測評價結(jié)果

為了驗證方案一中結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，考慮在危險性評價圖上疊加方案二村人口密度和村地均戶數(shù)2個險情因子，得到方案二思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害險情評價結(jié)果(圖5)，其中險情預(yù)測總信息量最大值為8.464 862 82，最小值為－15.547 164 92，研究區(qū)險情分為3級:高度險情區(qū)(Nat∈［－1.941 997 997，8.464 862 823］)，中度險情區(qū)(Nat∈［－5.765 382 592，－ 1.941 997 998］)，低度險情區(qū)(Nat∈［－15.547 164 92，－5.765 382 593］)，其占總評價單元的面積比例依次為32.93%、44.53%、22.54%。對比方案一和方案二的評價結(jié)果可知:高度險情區(qū)主要集中在思江公路、思瀾公路沿線及云仙鄉(xiāng)西北部地區(qū);但局部地帶也存在特殊規(guī)律，如龍?zhí)多l(xiāng)北部、思茅港鎮(zhèn)西部糯扎度自然保護(hù)區(qū)，方案一得出的結(jié)果是低度險情區(qū)，方案二得出的結(jié)果卻是高度險情區(qū)，說明這些地區(qū)其自身的地質(zhì)環(huán)境決定了其是地質(zhì)災(zāi)害高度危險區(qū)，但在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中可能被忽略或未予以重點(diǎn)調(diào)查，從而導(dǎo)致兩者結(jié)果存在局部差異，因此在以后的更新調(diào)查中要予以重點(diǎn)考慮?？偟膩碚f，2種方案險情分布基本一致且與實地調(diào)查吻合，說明這2種方案的評價結(jié)果都是具有可行性和可靠性的，但方案二中用村人口密度和村地均戶數(shù)作為險情因子得出的險情預(yù)測評價結(jié)果更加全面和具有普遍意義。

4 結(jié)論與討論

該研究將信息量法應(yīng)用到思茅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險評價及災(zāi)情評估和險情預(yù)測中，且評價結(jié)果與實地調(diào)查結(jié)果吻合度較高，說明用信息量法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害空間區(qū)劃具有可行性、可靠性及準(zhǔn)確性，并為豐富與完善云南山區(qū)典型性區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害理論與方法運(yùn)用研究提供了新的案例。其中用信息量法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失評估(包括災(zāi)情評估和險情預(yù)測)，主要通過對經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行空間定位化，利用ArcGIS空間疊加功能將災(zāi)情因子和險情因子與危險性評價因子進(jìn)行空間疊加，從而實現(xiàn)災(zāi)情評估和險情預(yù)測評估。在險情評價過程中，為了驗證方案一村威脅人口和村威脅財產(chǎn)作為險情因子進(jìn)行險情預(yù)測的客觀性和可靠性，用方案二村人口密度和村地均戶數(shù)作為險情因子進(jìn)行險情預(yù)測評價，并進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明，方案二的評價結(jié)果及其分布規(guī)律既遵循了以人為本的原則又滿足實際調(diào)查中數(shù)據(jù)的可獲得性，評價結(jié)果更加全面，具有普遍意義。

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