張具琴，李少達，楊武年,2，楊容浩

（1.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059；2.國土資源信息技術與應用國土資源部重點實驗室，四川 成都 610059）

基于3S技術的泥石流影響因子權(quán)重分析

張具琴1，李少達1，楊武年1,2，楊容浩1

（1.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059；2.國土資源信息技術與應用國土資源部重點實驗室，四川 成都 610059）

以往對泥石流影響因子的研究都是先給出可能影響泥石流的因素，再分析其權(quán)重，得出泥石流的防治方法，沒有側(cè)重點，費工費時。根據(jù)泥石流的不確定性與易發(fā)性，以汶川縣為實例，結(jié)合具有實時、動態(tài)、快捷與廣泛等優(yōu)點的3S技術對泥石流影響因子進行提取分析，得出影響汶川縣泥石流主要因子，從而有針對性地、分區(qū)地提出了泥石流的防治措施。

3S技術；汶川縣；泥石流；影響因子；防治

據(jù)統(tǒng)計，山地和丘陵面積占我國總面積的69%[1]，且山地和丘陵地區(qū)屬季風氣候，降雨多而頻繁，因此泥石流是我國最主要的自然災害之一，具有常發(fā)性、突發(fā)性、群發(fā)性、分布廣泛和活動強烈等特點[2]。蜀地泥石流已超過3 000條，且大多處于不穩(wěn)定狀態(tài)，特別在震后多雨的夏季很容易被激發(fā)，具有規(guī)模大、破壞性大的特點[3,4]。由此可見，泥石流已嚴重威脅著人民生命和財產(chǎn)安全，對泥石流的防治刻不容緩。

本文運用3S技術（圖1），對泥石流影響因子進行提取分析，從而為泥石流防治提供依據(jù)。在總結(jié)前人已有的科研成果基礎上[5,6]，結(jié)合野外考察成果，利用研究區(qū)的TM影像圖、矢量化的等高線圖、地質(zhì)圖和降雨等值線圖等數(shù)據(jù)資料，綜合運用相關專業(yè)軟件，對汶川縣內(nèi)泥石流影響因子進行分析，并綜合運用層次分析法（AHP）確定各評價因子的權(quán)重系數(shù)，進而為汶川縣內(nèi)[3]的減災防災工作提供切實合理可行的建議和依據(jù) （圖2）。

圖1 GIS、GPS與RS之間的相互作用

1 數(shù)據(jù)獲取

本次研究處理的遙感影像數(shù)據(jù)為5.12大地震之后的TM影像數(shù)據(jù)，其獲取時間為2008年7月，衛(wèi)星的軌道號為130/038，中心位置經(jīng)緯度為北緯31°17'和東經(jīng)103°48'。本文用的TM影像包含7個波段（1～7），空間分辨率為30 m，成像效果較好。TM影像數(shù)據(jù)先要進行預處理才能進行其他的相關處理。根據(jù)各波段的主要用途與實驗需要進行波段的選取，最終選擇5、4和1波段進行合成。

圖2 技術路線圖

2 影響因子指標權(quán)重計算

利用TM影像圖、矢量化的等高線圖、地質(zhì)圖和降雨[5]等值線圖，對汶川縣域內(nèi)泥石流影響因子進行分析，得出汶川縣泥石流的主要影響因子為地貌類[5]（高程、坡度、坡向）、地質(zhì)類（地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造[7]、地震因子）、植被類[8]和水文類。本文將使用AHP來確定指標的權(quán)重。

2.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

AHP[9]是將復雜的問題簡單化、條理化和層次化，從而構(gòu)造出相對較簡單的層次分明的結(jié)構(gòu)模型。本文評價指標分2層，具體信息及隸屬關系見圖3。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

圖3 汶川縣泥石流影響因子的指標體系

根據(jù)AHP將影響汶川縣泥石流的因子按復雜到簡單的順序構(gòu)建每個層次每個因子的判斷矩陣（如表1所示）。

表1 第一層次指標重要性判斷矩陣

依次進行第二層次指標比較，由于植被類指標只有一個二級因子，因此不再比較，第二層次比較結(jié)果見表2～4。

表2 第二層次地貌類指標重要性比較表

表3 第二層次地質(zhì)類指標重要性比較表

表4 第二層次水文類指標重要性比較表

綜上所述，可得到第一層次的判斷矩陣為：

第二層次指標重要性判別矩陣為 ：

2.3 計算單一準則下元素的相對權(quán)重并檢驗

AHP分析中，確定同一層次指標元素間的排序是很重要的，而排序的過程主要是獲取判別矩陣的特征值及其對應的特征向量。對于矩陣A，設判斷矩陣A的最大特征根為λmax，其相應的特征向量為W，則AW=λmaxW。據(jù)此，計算出λmax=4.008 35，特征向量為W=[0.623 1 0.519 9 0.533 6 0.238 2] ，歸一化后的特征向量為W=[0.325 4 0.271 5 0.278 7 0.124 4]。

由于客觀事物的復雜性以及人們對事物認識的模糊性和多樣性，所給出的判斷矩陣不可能完全保持一致，有必要進行一致性檢驗，計算矩陣A的一致性指標其中， n為判斷矩陣階數(shù)， n=4，可得CI=0.027 8 。接著計算隨機一致性比率0.1，則判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣的元素取值。隨機一致性指標 RI取值見表5。

表5 隨機一致性指標RI取值表

以此類推，可計算出矩陣 的最大特征根λmax=3.009 2 ,特征向量W=[0.466 0 0.846 8 0.256 5]，歸一化后的特征向量W=[0.297 0 0.539 6 0.163 4]，B1的一致性指標其中n=3，可得CI=0.004 6，再計算則判斷矩陣具有滿意的一致性；B2最大特征根λmax=3.010 0，特征向量W=[0.737 7 0.400 5 0.543 5]，歸一化特征向量B2的其中n=3，可得CI=0.005 0 ，再計算則判斷矩陣具有滿意的一致性；B3最大特征根 λmax=2,特征向量，歸一化后特征向量B3的其中n=2，可得CI=0，

經(jīng)歸一化處理后得到影響汶川縣泥石流主要因子的指標權(quán)重值，見表6。

表6 指標類別及其相對應的權(quán)重值

2.4 指標權(quán)重的綜合計算

由表7可知，汶川縣泥石流的主要影響因子的權(quán)重系數(shù)排序為：降雨狀況＞山坡坡度＞植被＞地層巖性＞高程＞水系分布＞地震烈度＞地質(zhì)構(gòu)造＞山坡坡向。因此，影響汶川縣泥石流最主要的因子為降雨，其次為山坡坡度，再次為植被，這將為汶川縣泥石流的治理提供重要依據(jù)。

表7 各因子總權(quán)重

3 汶川縣泥石流的防治方法

目前泥石流防治方法主要有3類：工程措施、生物措施和管理措施[10]。由§2.4的分析結(jié)果和實地勘察可知，影響汶川縣泥石流的因子權(quán)重由大到小依次為：降雨狀況、山坡坡度、植被、地層巖性、高程、水系分布、地震烈度、地質(zhì)構(gòu)造、山坡坡向。因此，汶川縣泥石流的防治重點是要進行震后植被的恢復與重建，即重點抓汶川縣泥石流防治的生物措施，以工程治理為輔，二者相互結(jié)合效果將會更好。生物治理的目的在于恢復地震破壞的生態(tài)環(huán)境，具有耗資少、效果好、簡單易行、附加經(jīng)濟效益高等優(yōu)點。此外，還有必要封山育林，以穩(wěn)固土壤，涵養(yǎng)水源，加強地表抗沖刷的能力，如在滑坡體內(nèi)以及泥石流活動區(qū)種植闊葉樹木和灌木，以保持其穩(wěn)定性。根據(jù)國家退耕還林政策，對于己經(jīng)開發(fā)的且水土流失較嚴重的區(qū)域要修水平截水溝，坡度大于25°的要還林還草，以保持水土的穩(wěn)定。對于溝頭，要建立防護體系（如溝頭防護工程、溝頭防護林等），以抑制溝頭前進，防治溝頭發(fā)展；對于溝坡，要在適合種樹的區(qū)域進行樹木的種植，同時布設溝坡防護工程措施，以穩(wěn)定溝頭。對于汶川縣泥石流的治理，不僅需要措施的鞏固，還需要當?shù)鼐用竦淖晕冶Ｗo意識。因此，需要廣泛開展泥石流災害的宣傳和防治工作，增強居民的防災意識，同時使當?shù)鼐用褚庾R到環(huán)境與泥石流之間的緊密關系，自覺參與植被恢復行動，自覺保護已有植被。

4 結(jié) 語

以汶川縣震后泥石流災害防治為例,以3S技術和已有的研究結(jié)果及資料為基礎，運用專業(yè)軟件（ArcGIS、ENVI）和AHP分析法得出影響汶川縣泥石流的主要因子及其權(quán)重，從而有針對性地為汶川泥石流的防災減災的工作提供理論依據(jù)。實踐證明，影響泥石流的自然因素有很多，且各因素間的關系錯綜復雜，選取一種合理的數(shù)學模型對影響因子進行分析，并計算其權(quán)重，對泥石流的研究和有針對性地進行防治具有很好應用價值與前景。

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P23

B

1672-4623（2016）03-0070-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.022

張具琴，碩士，主要從事攝影測量和地質(zhì)災害研究。

2015-03-19。

項目來源：四川省科技計劃資助項目（13ZC0785）。