王帥永 唐川 方群生 張衛(wèi)旭 程霄
摘要:以汶川縣為研究區(qū),對(duì)汶川MS8.0地震震后遙感影像進(jìn)行精細(xì)解譯,結(jié)合相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)建立了地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫。經(jīng)統(tǒng)計(jì),汶川地震在汶川縣4086km2境內(nèi)引發(fā)了7766處滑坡災(zāi)害。選取地震烈度、斷裂帶、水系、高程、坡度和巖性共6個(gè)指標(biāo),在GIS技術(shù)支持下,將層次分析法和信息量法相結(jié)合,對(duì)汶川縣域進(jìn)行地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià),使用自然斷點(diǎn)法按地震誘發(fā)滑坡敏感程度將研究區(qū)分為低敏感區(qū)、中敏感區(qū)和高敏感區(qū)。其中高敏感區(qū)的面積為1465km2,占總面積的35.9%,有6710個(gè)滑坡,占總滑坡數(shù)的86.4%。評(píng)價(jià)結(jié)果表明該敏感性評(píng)價(jià)成果精度較高,能夠?yàn)閰^(qū)域滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治規(guī)劃設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持,也可為其它區(qū)域地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià)及成果制圖提供理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞:滑坡敏感性評(píng)價(jià);GIS;層次分析法;信息量法;汶川MS8.0地震
中圖分類號(hào):P315.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-0666(2016)02-0279-09
0 引言
2008年5月12日四川省汶川縣(103.4°E,31.0°N)發(fā)生MS8.0強(qiáng)烈地震(下文稱“汶川地震”),該地震具有震級(jí)高、釋放能量大、波及面廣和破壞力強(qiáng)的特點(diǎn),由于此次強(qiáng)震發(fā)生在四川盆地西部地質(zhì)環(huán)境比較脆弱的中、高山地區(qū),因而觸發(fā)了數(shù)以萬計(jì)的滑坡(黃潤秋,李為樂,2009a),對(duì)房屋、建筑物、公路以及橋梁造成了嚴(yán)重的損壞,給人民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失。強(qiáng)震區(qū)地震誘發(fā)滑坡有其自身特點(diǎn),受發(fā)震斷裂、地形地貌和地層巖性條件的控制,其空間分布有一定的規(guī)律可循,因此對(duì)強(qiáng)震區(qū)進(jìn)行地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià)對(duì)災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建及其它建設(shè)項(xiàng)目合理選址、減少未來地震帶來的損失有重要的意義。
地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià)早已引起國內(nèi)外學(xué)者的重視,特別是3S技術(shù)被引入地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)后,不僅為我國地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫的建立、編制全國環(huán)境地質(zhì)圖和各省各地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀調(diào)查圖提供了基礎(chǔ)資料和強(qiáng)有力的支撐,而且為地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)研究提供了一條新途徑,同時(shí)也使地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)由定性階段邁入了半定量、定量時(shí)代。目前,中國和日本等國家采用3S技術(shù),進(jìn)行地震誘發(fā)滑坡的解譯與分析,并著手建立本國的地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫。在對(duì)滑坡敏感性評(píng)價(jià)方面,Cross(1998)采用滑坡敏感性指數(shù)ISI(Landslide sus-ceptibility index)作為定量評(píng)價(jià)指標(biāo)在英國Derby-shire地區(qū)進(jìn)行了滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究;Akgfin和Bulut(2007)利用GIS對(duì)土耳其Arsin-yomra地區(qū)進(jìn)行了滑坡敏感性評(píng)價(jià);Conoscenti等(2008)在意大利NW Sicily地區(qū)開展了基于GIS的滑坡敏感性分析。自20世紀(jì)70年代中國地震地質(zhì)災(zāi)害學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家就開始認(rèn)識(shí)到研究地震誘發(fā)滑坡的重要性和必要性。唐川和朱靜(2001)開展了在GIS支持下的地震誘發(fā)滑坡危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)研究,探討了運(yùn)用GIS識(shí)別和定量計(jì)算不同地震誘發(fā)滑坡危險(xiǎn)區(qū)的技術(shù)方法,完成了云南省地震誘發(fā)滑坡危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)圖;蘭恒星等(2002)對(duì)云南小江流域進(jìn)行了基于GIS的滑坡敏感性分析,這極大地推動(dòng)了中國地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià)研究。汶川地震后,關(guān)于地震滑坡的分布特征及敏感性評(píng)價(jià)的研究成果大量地涌現(xiàn)出來,黃潤秋等(2008a,b,2009b)進(jìn)行了汶川地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律及斷層效應(yīng)分析研究,張永雙等(2008)對(duì)汶川地震次生災(zāi)害的基本特征進(jìn)行了初步分析,殷躍平(2009)對(duì)汶川8.0級(jí)地震滑坡特征進(jìn)行了分析研究,許強(qiáng)和李為樂(2010)對(duì)汶川地震誘發(fā)大型滑坡分布規(guī)律進(jìn)行了研究。許沖等(2010)在GIS環(huán)境下采用確定系數(shù)法對(duì)汶川地震滑坡進(jìn)行了敏感性評(píng)價(jià),Tang等(2011)在北川縣對(duì)強(qiáng)震區(qū)滑坡進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。上述研究較深入地介紹了汶川地震誘發(fā)滑坡與環(huán)境因子之間的關(guān)系,對(duì)深入認(rèn)識(shí)地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害具有重要的意義。
基于上述研究,以汶川縣為研究區(qū),利用高分辨率遙感影像進(jìn)行精細(xì)解譯,獲得滑坡的空間屬性數(shù)據(jù),通過分析地震誘發(fā)滑坡與評(píng)價(jià)指標(biāo)的空間分布關(guān)系及內(nèi)在聯(lián)系,選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法,建立評(píng)價(jià)模型,利用GIS空間分析功能進(jìn)行地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià),然后對(duì)敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析,最后繪制出汶川縣地震誘發(fā)滑坡敏感性分區(qū)圖,從而為下一步的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)做準(zhǔn)備。此外,還探討了如何將GIS空間可視化分析和成圖技術(shù)更好地應(yīng)用于地震誘發(fā)滑坡敏感性分析和制圖,從而解決這類數(shù)據(jù)量大、關(guān)系復(fù)雜的問題,力求真實(shí)地反映出地震誘發(fā)滑坡敏感性的空間特征。
1 研究區(qū)概況
汶川縣位于四川盆地西北部邊緣,居四川省阿壩藏族羌族自治州東南部,是中國4個(gè)羌族聚居縣之一。地理位置(102°53′~103°44′E,30°46′~31°44′N),總面積為4086km2,東西寬84km,南北長105km??h城威州鎮(zhèn)位于縣境北部岷江與雜谷腦河交會(huì)處。縣境內(nèi)共有2條主要河流,分別為岷江和漁子溪,岷江貫穿縣域東部,漁子溪橫穿縣境中部,最終于映秀鎮(zhèn)匯入岷江內(nèi)(圖1)。汶川縣屬龍門山華夏系構(gòu)造體系之中南段,茂汶斷裂和映秀-北川斷裂是汶川縣主要的2條斷裂帶,呈北東南西方向斜穿全縣,區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖性變化,工程地質(zhì)巖組特性空間變化復(fù)雜,第四紀(jì)松散堆積物及強(qiáng)風(fēng)化巖漿巖在該區(qū)域廣泛分布。因此,汶川縣遭受了地震次生災(zāi)害的嚴(yán)重影響,在岷江和漁子溪兩岸斜坡發(fā)生了大量地質(zhì)災(zāi)害,在岷江兩岸尤為明顯。
2 數(shù)據(jù)獲取及評(píng)價(jià)方法
2.1 數(shù)據(jù)獲取
本文主要采用了以下幾個(gè)主要的震后遙感影像數(shù)據(jù):(1)中國國土資源部震后航拍影像(分辨率0.5m);(2)美國IKNOS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)(分辨率1m);(3)其他數(shù)據(jù)源(SPOT、ALOS、AS-TER和ETM等)。在GIS技術(shù)支持下,利用三維立體模型技術(shù)進(jìn)行人機(jī)交互精細(xì)解譯,可獲得地質(zhì)災(zāi)害的邊界、面積及相關(guān)空間屬性數(shù)據(jù)。Dai等(2011)和Gomm等(2011)已經(jīng)對(duì)汶川縣境內(nèi)的地震次生災(zāi)害進(jìn)行了解譯,在此基礎(chǔ)上,利用項(xiàng)目組新獲取的遙感影像數(shù)據(jù),對(duì)汶川縣城周圍、漁子溪沿岸等重點(diǎn)區(qū)域作了進(jìn)一步的精細(xì)解譯。前人解譯成果和筆者解譯成果數(shù)據(jù)具有較好的一致性,因此對(duì)未做解譯的區(qū)域利用前人解譯成果作以補(bǔ)充。筆者主要對(duì)以下幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行了地震誘發(fā)滑坡精細(xì)解譯:(1)汶川縣城及周邊地區(qū)共約400km2的區(qū)域,并重點(diǎn)對(duì)七盤溝進(jìn)行了解譯;(2)映秀鎮(zhèn)境內(nèi),沿漁子溪兩岸約500km2的區(qū)域;(3)銀杏鄉(xiāng)境內(nèi)的岷江沿岸約240km2;(4)水磨鎮(zhèn)和漩口鎮(zhèn)境內(nèi)。然后利用筆者解譯成果,結(jié)合前人的解譯成果,建立了汶川縣汶川地震誘發(fā)滑坡空間屬性數(shù)據(jù)庫,以方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)共享。經(jīng)統(tǒng)計(jì),共7766處汶川地震誘發(fā)滑坡。最后得到汶川縣地震誘發(fā)滑坡分布圖(圖2)。
另外,通過資料搜集獲取的數(shù)據(jù)有1:5萬地形圖、1:10萬地質(zhì)圖和地震烈度數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)分別來源于四川省測(cè)繪地理信息局、中國地質(zhì)調(diào)查局和四川省地震局。從1:5萬地形圖可提取出等高線和水系矢量數(shù)據(jù):從1:10萬地質(zhì)圖可提取出斷裂帶和巖性矢量數(shù)據(jù)。
2.2 評(píng)價(jià)方法
層次分析法是地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中較為廣泛應(yīng)用的方法之一,主要是利用專業(yè)知識(shí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行判斷評(píng)估打分,最后得到權(quán)重,在評(píng)估打分的過程中,專業(yè)知識(shí)水平對(duì)權(quán)重的影響很大,它是定性與定量相結(jié)合、能夠解決多指標(biāo)的復(fù)雜問題的方法,主要用于解決很難用完全定量解決的實(shí)際問題。信息量法則是利用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法將大量調(diào)查數(shù)據(jù)中影響地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定的因素進(jìn)行量化,從而應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害敏感性評(píng)價(jià)領(lǐng)域,它是能夠解決多指標(biāo)綜合的實(shí)際問題、完全排除了人為干擾的定量方法。本文采用層次分析法和信息量法相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法,使主觀分析與客觀實(shí)際有機(jī)地結(jié)合起來,能夠更好地反映出該區(qū)域真實(shí)的地震誘發(fā)滑坡敏感性。
3 敏感性評(píng)價(jià)
3.1 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/p>
目前,廣為被大家所接受的預(yù)測(cè)單元主要包括:柵格單元、地域單元、斜坡單元、子流域單元和均一條件單元(劉斌,2009)。評(píng)價(jià)單元的劃分主要依靠比例尺的大小和空間數(shù)據(jù)的精度高低,如比例尺小于1:5萬及等高線數(shù)據(jù)在10m以上的空間數(shù)據(jù),易采用規(guī)則的柵格單元作為評(píng)價(jià)的基本單元。本文研究區(qū)為整個(gè)汶川縣域,總面積為4086km2,縣域東西寬84km,南北長105km,單個(gè)的斜坡單元已經(jīng)超出了全圖圖幅所能清晰表達(dá)的能力范圍,除特大型滑坡外,滑坡體的面狀形態(tài)幾乎可以用點(diǎn)來代替,在這種情況下,使用柵格數(shù)據(jù)單元即可滿足評(píng)價(jià)的精度(劉斌,2009;王佳佳等,2014)。另外,在大數(shù)據(jù)量的前提下,柵格數(shù)據(jù)有其明顯的運(yùn)算速度快的優(yōu)勢(shì)。因此,本文選取柵格單元作為地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)單元,并用點(diǎn)狀滑坡數(shù)據(jù)代替面狀滑坡數(shù)據(jù),且點(diǎn)位于滑坡的源區(qū)。根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)及國家數(shù)據(jù)庫的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),本文選取10m×10m做基礎(chǔ)單元大小,對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)及在其基礎(chǔ)上分析所得數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化。研究區(qū)柵格劃分為8499列,10535行,共計(jì)4086萬個(gè)柵格單元。
3.2 指標(biāo)因素的選取及分級(jí)
控制和影響滑坡敏感性的因素有很多,包括地形地貌、水文條件、地質(zhì)構(gòu)造、氣候、地層巖性、地震烈度和人類活動(dòng)等(Parise,Jibson,2000:Tang et al,2009:García-Rodríguezt et al,2008;Kamp et al,2008;陶舒等,2010;朱良峰等,2004;許湘華,2010)。Tang等(2009)選用了坡度、高程、巖性、距斷裂距離和水系共5個(gè)因子對(duì)汶川地震影響區(qū)進(jìn)行了同震滑坡敏感性評(píng)價(jià);許沖等(2010)選用了地震烈度、巖性、坡度、距斷裂距離、高程、坡向、水系與公路共8個(gè)因子對(duì)汶川震區(qū)進(jìn)行地震滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)。為了突出影響滑坡敏感性的主要指標(biāo),筆者根據(jù)國內(nèi)外較為普遍使用的評(píng)價(jià)指標(biāo)和專家的意見,參考了前人研究成果(黃潤秋等,2008a,b,2009b;張永雙等,2008;殷躍平,2009:許強(qiáng),李為樂,2010;許沖等,2010:Tang et al,2011),并結(jié)合本文研究區(qū)域的實(shí)際情況和GIS空間分析工具進(jìn)行評(píng)價(jià)所需求的指標(biāo)容量、可視化、可行性和可靠性,重點(diǎn)選取了地震烈度、斷裂帶、水系、高程、坡度和巖性共6個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo),并對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。
(1)地震烈度:地震烈度是指地震發(fā)生時(shí)某一地區(qū)的地面震動(dòng)的強(qiáng)弱程度。地震烈度是影響地震滑坡的重要因素。以往的調(diào)查研究成果表明(唐川,朱靜,2001),地震烈度等級(jí)與地震滑坡頻次呈正相關(guān),即在地震烈度等級(jí)高的地區(qū),其滑坡出現(xiàn)的頻次也就越高。由四川省地震局的地震烈度數(shù)據(jù)可知,在汶川縣境內(nèi)共有4個(gè)地震烈度帶,分別為:Ⅷ、Ⅸ、X和Ⅺ(圖3a)。
(2)斷裂帶:地震滑坡的總體空間分布特征主要受斷裂帶的控制。距離斷裂帶越近,地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育;距斷裂帶越遠(yuǎn),其地質(zhì)災(zāi)害分布密度越?。S潤秋,李為樂,2009a)。斷裂帶數(shù)據(jù)從1:10萬地質(zhì)圖中獲得,汶川縣境內(nèi)共有兩條大的斷裂,分別為:茂汶斷裂和映秀-北川斷裂,斷裂兩側(cè)多為地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)。利用ArcGIS軟件、以斷裂帶為中心進(jìn)行緩沖區(qū)分析,共劃分為5個(gè)區(qū)域,分別為:0~4000m4000~8000m、8000~12000m、12000~16000m和>16000m(圖3b)。
(3)水系:汶川縣境內(nèi)主要的河流有岷江和漁子溪。歷史地震資料表明,水系的切割為滑坡的發(fā)生提供了臨空面,滑坡分布與距水系的距離有著極其密切的聯(lián)系。由調(diào)查成果可發(fā)現(xiàn),強(qiáng)震區(qū)的滑坡多沿河流兩岸分布,且距離水系越遠(yuǎn),滑坡分布密度越小(許沖等,2010)。因此,水系對(duì)地震滑坡的發(fā)育具有很大的控制作用。水系數(shù)據(jù)來源于1:5萬地形圖。利用ArcGIS軟件以水系為中心進(jìn)行緩沖區(qū)分析,共劃分為5個(gè)區(qū)域,分別為:0~200m、200~400m、400~600m、600~800m和>800m(圖3c)。
(4)高程:高程是地形因素的主要代表,其對(duì)滑坡的發(fā)育具有一定的影響(許沖等,2010)。在汶川縣內(nèi),以高-中山地形為主,最低高程為800m,位于汶川縣東南部,最高高程為6100m,位于汶川縣西部。高程低于2000m的區(qū)域占全縣的18.5%。地形起伏較大,多為底部陡峭峽谷向平緩的寬谷過渡地帶,僅沿河流兩岸分布了少量的平坦地貌,應(yīng)力相對(duì)集中。由1:5萬地形圖中的等高線數(shù)據(jù)生成數(shù)字高程模型(DEM),根據(jù)DEM,劃分為5類,分別為:800~1500m、1500~2000m、2000~2500m、2500~3000m和>3000m(圖3d)。
(5)坡度:坡度是地形表面的重要量化特征。坡度是影響斜坡體穩(wěn)定的重要因素,坡度的大小在幾何特征上就決定了地震滑坡的分布。普遍認(rèn)為,在同等條件下,坡度越大越容易發(fā)生滑坡(Tang et al,2011)。因此,坡度被公認(rèn)為是影響地質(zhì)災(zāi)害分布的重要因素之一。汶川縣境內(nèi)64.4%區(qū)域的坡度為25°~45°。坡度數(shù)據(jù)從DEM中提取得到,并把坡度劃分為5類,分別為:0°~15°、15°~25°、25°~35°、35°~45°和>45°(圖3e)。
(6)巖性:巖土體類型及其結(jié)構(gòu)對(duì)斜坡變形及其穩(wěn)定性有著很大的影響,巖石的類型決定了巖土體的抗風(fēng)化強(qiáng)度及力學(xué)特性。因此,滑坡分布與巖石類型有密切的關(guān)系(許沖等,2010;Tang et al,2011)。由1:10萬地質(zhì)圖獲得的巖性數(shù)據(jù)可知,本研究區(qū)共有7種巖石類型,分別為:砂板巖、巖漿巖、碳酸巖、泥頁巖、砂巖、砂礫巖和千枚巖(圖3f)。
3.3 指標(biāo)敏感性分級(jí)量化
如何對(duì)指標(biāo)量化是個(gè)很重要的問題,因?yàn)榱炕Y(jié)果的好壞直接關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。量化的方法也是多種多樣,其中傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)量化方法有其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì),被國內(nèi)外學(xué)者所接受。本文就是采用信息量法,利用ArcGIS軟件,將柵格化的數(shù)據(jù),按照上述分級(jí)要求進(jìn)行重分類,結(jié)合地震誘發(fā)滑坡數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并將分級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)代入式(1),得到各指標(biāo)各級(jí)別的信息量值(Kamp et al,2008),并根據(jù)指標(biāo)內(nèi)各級(jí)別信息量值的大小及差值進(jìn)行指標(biāo)內(nèi)各級(jí)別間敏感性分級(jí)。指標(biāo)內(nèi)各級(jí)別敏感性分級(jí)量化值分別為1、2和3,分別代表著相對(duì)低敏感性、相對(duì)中敏感性和相對(duì)高敏感性(Tang et al,2009,2011)(表1)。
(1)式中,N為研究區(qū)域內(nèi)地震誘發(fā)滑坡分布的單元總數(shù):S為研究區(qū)域內(nèi)評(píng)價(jià)單元總數(shù):Ni為分布在指標(biāo)xi內(nèi)特定類別內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害單元數(shù);Si為研究區(qū)域內(nèi)含有評(píng)價(jià)指標(biāo)xi的單元數(shù)。
表1數(shù)據(jù)表明:地震誘發(fā)滑坡的空間分布與水系和地震烈度有著很大的關(guān)系,地震誘發(fā)滑坡主要分布于地震烈度為Ⅺ的地區(qū),地震烈度越大滑坡越發(fā)育;地震誘發(fā)滑坡主要分布在距離斷裂帶兩側(cè)8000m范圍內(nèi),在距斷裂帶8000m以外,其分布明顯減少;對(duì)于水系指標(biāo)而言,敏感度隨距水系距離的增大而減小,并對(duì)地震誘發(fā)滑坡分布起著絕對(duì)的控制作用,其原因主要是河流的切割作用形成的臨空面為滑坡的發(fā)生提供了有力的地形條件,這說明地震滑坡空間分布特征有著明顯的距離效應(yīng)。另外,滑坡多分布在高程小于2000m的范圍內(nèi),這可能是因?yàn)殂氪h處于龍門山地區(qū),高程低于2000m的地區(qū)多為河谷兩側(cè),多為從陡峭峽谷向平緩寬谷的過渡帶,且應(yīng)力相對(duì)集中;坡度在大于45°的范圍內(nèi)敏感度最大,說明斜坡越陡,發(fā)生滑坡的可能性越大。
3.4 指標(biāo)敏感性權(quán)重
本文采用層次分析法(AHP)得到每個(gè)指標(biāo)的地震誘發(fā)滑坡敏感性權(quán)重值。層次分析法的核心是構(gòu)建判斷矩陣。本文共選取了6個(gè)指標(biāo),通過向?qū)<野l(fā)放調(diào)查問卷對(duì)指標(biāo)因子進(jìn)行打分,并結(jié)合汶川地震以來的調(diào)查經(jīng)驗(yàn)及成果,最終建立了指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣。然后利用Matlab軟件求得判斷矩陣的最大特征值為λmax=6.0230,一次性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)=(6.0230-6)/(6-1)=0.0046,通過查平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)表,可得RI(n=6)=1.26,則檢驗(yàn)性指標(biāo)CR=CR=CI/RI=0.0046/1.26=0.0037<0.1。該矩陣具有較好的判斷一致性,即判斷合理。其最大特征值λmax對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.2289 0.1069 0.05500.2735 0.1069 0.2289),對(duì)特征向量進(jìn)行歸一化處理,即可得到6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,結(jié)果見表2。
表2表明:坡度、巖性、高程、水系、斷裂帶和地震烈度分別對(duì)應(yīng)的權(quán)重為0.2289,0.1069,0.0550,0.2735,0.1069和0.2289。
3.5 敏感性評(píng)價(jià)模型
結(jié)合表1和表2,可得到每個(gè)指標(biāo)的分級(jí)敏感性量化值及其敏感性權(quán)重,故可構(gòu)建加權(quán)線性評(píng)價(jià)模型:
LSI=∑AiXij. (2)式中,LSI為滑坡敏感性指數(shù)(Landslide Suscepti-bility Index),Ai為指標(biāo)i影響地震誘發(fā)滑坡敏感性權(quán)重,Xij指標(biāo)i的某一類別j的敏感性量化值。
則計(jì)算模型可以表達(dá)為
LSI=0.2289X1+0.1069X2+0.055X3+0.2735X4+0.1069X5+0.2289X6(3)式中,X1、X2、X3、X4、X5和X6分別代表坡度、巖性、高程、水系、斷裂帶和地震烈度的指標(biāo)量化值。
利用上述模型和ArcGIS空間分析功能進(jìn)行加權(quán)疊加分析,最終得到LSI,LSI代表滑坡發(fā)生的相對(duì)敏感性。因此,指數(shù)越高,發(fā)生滑坡的可能性越大。然后再對(duì)整個(gè)汶川縣進(jìn)行敏感性區(qū)劃,利用GIS技術(shù)中的柵格重分類工具,采用自然間距分類方法(Natural Breaks)將滑坡發(fā)生相對(duì)敏感性柵格圖分為高敏感區(qū)、中敏感區(qū)和低敏感區(qū)(許沖等,2010;Tang et al,2009,2011)。自然間距分類方法的原理是使類別之間的差異最大化,使類別內(nèi)部的差異最小化,是一種較客觀的分類法,保持了類別之間的差異性和類別內(nèi)部的一致性(許沖等,2010)。在汶川地震誘發(fā)滑坡敏感區(qū)劃圖的基礎(chǔ)上,結(jié)合汶川地震誘發(fā)滑坡數(shù)據(jù)庫,最終得到汶川縣地震誘發(fā)滑坡在各敏感區(qū)分布圖(圖4)。
3.6 敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果分析
根據(jù)汶川縣地震誘發(fā)滑坡的敏感性評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果及汶川地震誘發(fā)滑坡數(shù)據(jù)庫,統(tǒng)計(jì)各個(gè)敏感區(qū)的柵格數(shù)、總柵格數(shù)、各個(gè)敏感區(qū)占總區(qū)域的比例、滑坡總數(shù)、各個(gè)敏感區(qū)的滑坡個(gè)數(shù)和各個(gè)敏感區(qū)的滑坡個(gè)數(shù)占總滑坡的比例,詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。
從圖4和表3可知:研究區(qū)域的總面積為4086km2,由汶川地震誘發(fā)的滑坡共7766處。其中高敏感區(qū)1465km2,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)6710個(gè),35.9%的面積分布了86.4%的滑坡;中敏感區(qū)1603km2,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)984個(gè):低敏感區(qū)1018km2,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)72個(gè),占滑坡總數(shù)的0.9%。低敏感區(qū)主要分布在汶川縣西部,多為高山地區(qū)。高敏感區(qū)主要分布在汶川縣中東部,特別是映秀鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)。另外高敏感區(qū)主要分布在岷江及漁子溪沿岸,可見水系對(duì)地震誘滑坡發(fā)布起著絕對(duì)控制作用。地震烈度對(duì)地震誘發(fā)滑坡分布起著重要的影響,烈度Ⅺ的區(qū)域大部分為高敏感區(qū);巖體作為地震波的傳播介質(zhì),對(duì)其分布也有一定的影響,高敏感區(qū)的巖性多為巖漿巖。由圖4和表3分析可知,在高敏感區(qū)發(fā)生的滑坡最多,其滑坡發(fā)生的比例也最大。從在各個(gè)敏感區(qū)發(fā)生滑坡的比例可看出,敏感區(qū)由高到低,其發(fā)生的滑坡比例及滑坡發(fā)生的比例也由高到低,在理論上符合敏感性等級(jí)劃分的原則。而且高敏感區(qū)占總面積的35.9%,其滑坡數(shù)占總滑坡數(shù)的86.4%,與實(shí)際情況相符??傊?,本文的地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià)具有較高的成功率,基本達(dá)到了之前的預(yù)期要求。
4 結(jié)論與討論
以汶川縣為研究區(qū),利用高分辨率遙感影像進(jìn)行精細(xì)解譯,建立了地震誘發(fā)滑坡空間屬性數(shù)據(jù)庫,選取地震烈度、斷裂帶、水系、高程、坡度和巖性共6個(gè)指標(biāo)建立敏感性評(píng)價(jià)體系,在GIS技術(shù)支持下,利用層次分析法和信息量法相結(jié)合進(jìn)行區(qū)域地震誘發(fā)滑坡敏感性評(píng)價(jià),結(jié)果表明汶川地震誘發(fā)滑坡敏感性分區(qū)圖符合研究區(qū)的實(shí)際情況,且精度較高,能夠給滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理和項(xiàng)目建設(shè)選址提供一定的幫助,也可為下一步的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)做準(zhǔn)備。
從汶川地震誘發(fā)滑坡的敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果來看,低敏感區(qū)占全縣的24.9%,主要分布在汶川縣西部,且多為高海拔地區(qū)。高敏感區(qū)占了35.9%,主要分布在映秀鎮(zhèn)及周邊地區(qū),也體現(xiàn)出了岷江及漁子溪沿岸為高敏感區(qū)的特點(diǎn),說明水系對(duì)滑坡發(fā)生起著絕對(duì)的控制作用。同時(shí),也可以發(fā)現(xiàn)地震烈度越大、距斷裂帶水系越近和坡度較陡的區(qū)域越有利于地震次生災(zāi)害的發(fā)生。