王小浩，唐亞明，王佳運，王 浩

（1.西安科技大學，陜西 西安 710054；2.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054；3.陜西路橋集團有限公司，陜西 西安 710075）

地質災害是指包括自然因素或者人為活動引發(fā)的危害人民生命和財產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、活動斷裂、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害[1]。地質災害敏感性分析對地質學者掌握地災規(guī)律和地災預測具有重要意義，自20 世紀60 年代以來，國內外學者相繼研究提出了許多用于評價地質災害敏感性的數(shù)學模型。分析方法主要分為定量評價與定性評價，定量評價有基于統(tǒng)計學方法的信息量法、確定性系數(shù)法、證據(jù)權重法、支持向量機法、模糊評判法、線性回歸分析法等；定性評價有基于非統(tǒng)計學方法的專家打分法、層次分析法等[2～4]。

1 研究區(qū)地質背景及地質災害發(fā)育概況

研究區(qū)位于晉陜黃土高原河曲- 韓城中部，幅員419 km2，中溫帶干旱氣候，晝夜溫差大、春季多風沙、夏季多雨、冬季氣溫較低。黃河河道及支流溝壑出露砂泥巖互層為主，坡面出露亞黏土，破頂出露亞砂土，山西局部出露紅黏土。地質災害的分布情況受地形地勢影響明顯，主要地質災害為滑坡、崩塌，人工修筑沿黃公路對災害發(fā)生影響較大，主要發(fā)育于沿黃公路及黃河支流溝道兩側（圖1），災害點共158 個，總面積為3.69 km2，約占研究區(qū)總面積0.88%。

圖1 研究區(qū)地理位置及地質災害分布

沿黃公路災害主要分為基巖危巖體與黃土斜坡體，危險性較大，對沿黃公路過往車輛及人員安全造成威脅（圖2）。

圖2 研究區(qū)不同類型典型災害照片

2 基于加權證據(jù)權法的地質災害敏感性評價

2.1 加權證據(jù)權法的基本理論

證據(jù)權法是一種基于貝葉斯準則綜合各種證據(jù)層來預測事件發(fā)生概率的一種定量方法，近年來廣泛應用于地質災害敏感性評價，對于災害預測，將已有災害和各個證據(jù)因子圖層空間關聯(lián)分析，得到災害點各個證據(jù)因子的分布情況，來求取各個證據(jù)層因子對災害發(fā)生貢獻的大小。計算公式如下：

多個證據(jù)層時，假設各證據(jù)層間滿足條件獨立性假設，各個證據(jù)層疊加后發(fā)生災害的條件概率為[10]：

層次分析法，簡稱AHP，首先構建判斷矩陣，同層n 個因子相互運用九分位比例標度進行重要性判斷，兩兩對比各因子相對重要程度；其次歸一化處理矩陣，通過計算矩陣特征值λ 與特征向量E，計算每個因子的權重Wi；最后對權重值進行一致性檢驗，計算一致性檢驗指標，與判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI 比較, 當時，該判斷矩陣滿足一致性，計算權重值可靠。區(qū)域地質災害敏感型指數(shù)

2.2 研究區(qū)地質災害敏感性分析

地理空間數(shù)據(jù)云下載DEM 數(shù)字高程數(shù)據(jù)，分辨率為30 m×30 m，結合1∶50000 地質圖，地形圖，野外調查158 個災害點。研究區(qū)水土流失嚴重，沖蝕痕跡明顯，溝道發(fā)育，高差明顯，沿黃河人工修筑沿黃公路，砂泥巖互層出露，砂巖較堅硬，泥巖風化破碎嚴重，時有剝落，對兩側斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響較大，人工坡面開墾耕作活動，夏季集中強降雨等都易誘發(fā)災害發(fā)生。綜上所述本文證據(jù)因子類型分為地形因子、自然因子、人為因子三類，地形因子有高程、坡度、坡向、粗糙度，自然因子包含河流、地質，人為因子有道路、土地利用類型，對研究區(qū)敏感性分析，分別用式（1）、式（2）、式（3）計算，得到各因子各分級的證據(jù)權值見表1。

表1 因子量化分級與證據(jù)權計算結果

續(xù)表1

綜上證據(jù)權值對災害敏感性進行分類：Wfi＞2，最利于災害發(fā)生，2＞W(wǎng)fi＞1，利于災害發(fā)育，1＞W(wǎng)fi＞0.5，較利于災害發(fā)育，Wfi＞0，對災害發(fā)育有一定影響。研究區(qū)高程在598 m～732 m范圍內利于災害發(fā)育，高程較低區(qū)域人類工程活動劇烈，災害易發(fā)；坡度在26°～58°范圍內最利于災害發(fā)育，坡度越大斜坡下滑力越大，災害易發(fā)；坡向東北、西北向最利于災害發(fā)育，北部季風氣候影響，災害易發(fā)；粗糙度1.198～1.919 范圍最利于災害發(fā)育，粗糙度越大地表破碎程度越大，災害易發(fā)；沿黃公路修筑切坡，砂泥巖互層出露，差異風化，災害易發(fā)，亞砂土自身穩(wěn)定性差，風化嚴重，災害易發(fā)；黃河河面寬度大于100 m，于100 m～200 m 范圍內最利于災害發(fā)育，河流侵蝕切坡，災害易發(fā)；道路距離0 m～100 m利于災害發(fā)育，人工切坡形成不穩(wěn)定斜坡，災害易發(fā)；居民區(qū)最利于災害發(fā)育，居民區(qū)人類工程活動劇烈，災害易發(fā)。

將上述計算證據(jù)權值代替原始分級標準，利用ArcGIS 空間分析功能得到各因子評價分析結果，分別為高程、坡度、坡向、粗糙度、地層巖性、水系、道路、土地利用類型圖（圖3）。

圖3 各因子分析圖

3 敏感性評價

基于上述ArcGIS 對各因子評價分析結果，運用層次分析法對各因子權重進行計算（表2），ArcGIS 進行疊加分析，得到研究區(qū)災害敏感性分區(qū)圖（圖3i）。

利用自然斷點法將研究區(qū)災害敏感性分為四類：高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、極低易發(fā)區(qū)，基于災害敏感性分區(qū)圖，統(tǒng)計每個易發(fā)區(qū)災害點及柵格面積比見表3。

表2 各因子權重計算分析

基于上述災害敏感性分區(qū)統(tǒng)計，進行災害敏感性評價，繪制ROC 曲線（圖4），ROC 曲線下面積為AUC，證據(jù)權法得到AUC 評價指標值為0.821，評價結果具較高的精度和可靠性。

表3 柵格災害敏感性統(tǒng)計表

圖4 研究區(qū)ROC 曲線

4 結論

本文基于野外地質災害調查，分析災害發(fā)育規(guī)律，選取災害影響因子，結合加權證據(jù)權法與ArcGIS 空間分析功能，對吳堡圖幅地質災害敏感性評價，得到以下結論：

1）證據(jù)權分析結果與野外調查情況基本一致，沿黃公路修筑、人類活動聚居、巖性、降雨、河流等都是災害發(fā)育重要因素。

2）地災敏感性評價過程，加權證據(jù)權法分層對各因子評價分析，一定程度避免因子賦權主觀性，并且考慮正負證據(jù)權值，結合ArcGIS 空間分析，結果較客觀；用ROC 曲線分析方法對結果精度進行評價，具較高的精度和可靠性。

3）對研究區(qū)進行災害敏感性評價，對地質學者掌握區(qū)內地災規(guī)律和地災預測具有重要意義，對地質災害防災減災具有一定的指導價值。