張萬(wàn)里

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院 福建福州 350010)

地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估經(jīng)歷了3 個(gè)發(fā)展過(guò)程，從定性模型到半定量模型再到定量模型。定性模型主要基于專家多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和判斷已識(shí)別的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果和各種影響因素的地圖。定量模型是基于影響災(zāi)害點(diǎn)的因素與已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，采用信息量法和多元回歸法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。20世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中開(kāi)始應(yīng)用，這使得地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)的發(fā)展前所未有。目前，該地區(qū)常用的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)模型包括數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型和經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚1]。

滑坡災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，直接影響社會(huì)的和諧穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在全世界引起了廣泛關(guān)注。我國(guó)政府每年在防災(zāi)減災(zāi)和滑坡治理方面投入大量人力、物力和財(cái)力[2]。然而，從現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)能力來(lái)看，不可能對(duì)所有滑坡進(jìn)行工程處理。此外，滑坡的發(fā)生取決于地質(zhì)體所在的地質(zhì)環(huán)境，并受多種因素控制。災(zāi)害意識(shí)和管理水平有限，缺乏必要的防災(zāi)基礎(chǔ)，主動(dòng)防災(zāi)減災(zāi)措施不足，存在一定的盲目性。因此，滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估已成為滑坡研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

該文利用一個(gè)項(xiàng)目收集的數(shù)據(jù)，結(jié)合3S 技術(shù)，分析了研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模、成因和空間分布特征，并運(yùn)用層次分析法（AHP）對(duì)福建某一區(qū)域進(jìn)行了分析，對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果揭示了研究區(qū)滑坡的內(nèi)外因素及分布特征，對(duì)其他地區(qū)的滑坡研究具有一定的參考價(jià)值。

1 研究方法

1.1 遙感圖像處理

該研究的遙感圖像處理包括幾何糾正、圖像融合、圖像自動(dòng)匹配和圖像裁剪[3]，具體見(jiàn)圖1。

圖1 遙感圖像處理流程

1.2 滑坡評(píng)價(jià)理論與方法

1.2.1 評(píng)價(jià)原則

滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的原則是根據(jù)選定的評(píng)價(jià)體系，根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)、水文和人類活動(dòng)特征，分析研究區(qū)內(nèi)滑坡的危險(xiǎn)性，然后根據(jù)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭澐址椒ǎ瑢?duì)研究區(qū)內(nèi)滑坡的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析[4]。研究?jī)?nèi)容實(shí)際上是根據(jù)危險(xiǎn)程度對(duì)該地區(qū)的滑坡進(jìn)行空間預(yù)測(cè)。根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的范圍和性質(zhì)，滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可分為三類：點(diǎn)評(píng)價(jià)、面評(píng)價(jià)和面評(píng)價(jià)[5]。地表評(píng)估基本上是對(duì)收集和分析的對(duì)滑坡發(fā)生有重大影響的因素進(jìn)行了數(shù)字處理，并根據(jù)敏感性程度進(jìn)行分類。根據(jù)地面調(diào)查結(jié)果和專家經(jīng)驗(yàn)，確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)的范圍，形成了標(biāo)準(zhǔn)化、完善化、通用化的量化模型體系。滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基于滑坡研究區(qū)的滑坡活動(dòng)特征，這是基于促進(jìn)滑坡發(fā)生的環(huán)境和物理背景對(duì)該地區(qū)滑坡的科學(xué)和高水平總結(jié)。了解滑坡的空間分布和發(fā)展趨勢(shì)，可以為防災(zāi)減災(zāi)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、工程建設(shè)等重大決策提供參考。

滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)遵循以下規(guī)則。（1）相對(duì)一致性。水文、氣候和地質(zhì)等地理要素在時(shí)空分布上相對(duì)一致。在這些影響因素下發(fā)生的滑坡也將表現(xiàn)出分區(qū)相對(duì)一致性，根據(jù)這一規(guī)律進(jìn)行劃分。同級(jí)別滑坡的危害相對(duì)一致，治理方法也相對(duì)一致。（2）定量與定性相結(jié)合。是指在滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法中，對(duì)滑坡的地理因素進(jìn)行定量計(jì)算，采用專家權(quán)重定性確定評(píng)價(jià)權(quán)重。定性和定量相結(jié)合可以得到可靠的結(jié)果，是合乎邏輯的。（3）主導(dǎo)因素。分析區(qū)域滑坡的歷史數(shù)據(jù)，可以找到導(dǎo)致滑坡發(fā)生的主導(dǎo)因素。例如：西南山區(qū)的滑坡主要由地震導(dǎo)致的，中國(guó)東部的滑坡主要由降水導(dǎo)致?；碌牡乩砦恢脹Q定了主要受其影響的因素。當(dāng)然，滑坡過(guò)程極其復(fù)雜，可能有不止一個(gè)主導(dǎo)因素，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和人文條件進(jìn)行分析。

1.2.2 評(píng)價(jià)模型和方法

評(píng)價(jià)模型具體包含信息量模型、確定性系數(shù)模型、Logistic回歸模型。評(píng)價(jià)方法主要包含信息量法、證據(jù)權(quán)重法、突變級(jí)數(shù)法、層次分析法。評(píng)價(jià)模型和方法具體內(nèi)容見(jiàn)圖2。

圖2 評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)方法

2 評(píng)估準(zhǔn)備

2.1 評(píng)價(jià)因素的選擇

總體而言，滑坡地質(zhì)災(zāi)害的成因復(fù)雜多樣。無(wú)論是巖性、坡度、構(gòu)造等內(nèi)因，還是地震降雨等外因，都是內(nèi)外因素共同作用的結(jié)果。滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的復(fù)雜性和不確定性不僅表現(xiàn)在各種原因上，而且在不同地區(qū)各種因素的影響上也有很大差異。在一個(gè)地區(qū)成功評(píng)估的方法可能無(wú)法滿足另一地區(qū)的要求[6]。因此，在選擇滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子時(shí)，應(yīng)遵循選取原則，具體見(jiàn)圖3。

圖3 評(píng)價(jià)因素選取原則

2.2 單元?jiǎng)澐?/h3>

復(fù)雜多樣的影響因素所造成的滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)程度也不同，局部地區(qū)也會(huì)表現(xiàn)出明顯的突出性。在確定影響因素后，選擇正確、合理的評(píng)價(jià)單元至關(guān)重要。這也是評(píng)價(jià)體系的建立?；诖耍撐目偨Y(jié)了滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中常用的幾種評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐址椒?，具體如下。

2.2.1 柵格單元

柵格單元的大小主要是柵格數(shù)據(jù)的最小單位，它代表柵格評(píng)估單位的精度，并且主要是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正方形。同時(shí)，每個(gè)像素的屬性可以充分反映細(xì)胞的空間分布位置?；贏rcGIS，可以對(duì)選定的單元進(jìn)行綜合管理和處理。它具有空間可視化、計(jì)算簡(jiǎn)單快速、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)清晰、結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。在基于GIS 的滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，該方法得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2.2 行政單位

該方法按行政區(qū)劃劃分。思路清晰，可操作性強(qiáng)?？紤]到滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和治理是由政府作為一個(gè)單位進(jìn)行的，這種劃分方法可以更加有效地管理和監(jiān)測(cè)不同時(shí)間、不同地區(qū)發(fā)生的滑坡地質(zhì)災(zāi)害，并將其作為一個(gè)評(píng)價(jià)單元。所得評(píng)價(jià)結(jié)果可為地方政府決策提供更好的依據(jù)。缺點(diǎn)是劃分了研究區(qū)域的完整性，忽略了不同評(píng)價(jià)單元之間相同評(píng)價(jià)因子之間的關(guān)系，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性降低。

2.2.3 坡度或其他地形單位

這種劃分方法是基于斜坡或其他地質(zhì)構(gòu)造的面積劃分，更接近實(shí)際情況。與網(wǎng)格單元和管理單元不同，這種劃分方法確保了結(jié)構(gòu)單元的完整性和連續(xù)性。從理論上講，這個(gè)評(píng)價(jià)單元更合理。缺點(diǎn)是地質(zhì)構(gòu)造的劃分受主觀意識(shí)的影響較大，沒(méi)有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)，難以取得合理的結(jié)果。

通過(guò)對(duì)上述集中式單元?jiǎng)澐址椒▋?yōu)缺點(diǎn)的比較，該文基于GIS的評(píng)價(jià)思想。它還擁有數(shù)字高級(jí)模型等基本評(píng)估數(shù)據(jù)。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，該文選擇網(wǎng)格單元作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)估單元。網(wǎng)格大小直接決定評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。網(wǎng)格精度越高，網(wǎng)格單元越小，后期數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的操作難度越大，限制性越強(qiáng)，有限的計(jì)算機(jī)硬件無(wú)法滿足計(jì)算要求。單元選擇太大。雖然計(jì)算工作量減少了，但評(píng)估結(jié)果的可靠性降低了。評(píng)估結(jié)果初稿的意義不大。該文結(jié)合實(shí)際情況，確定評(píng)價(jià)單元規(guī)模為30 m×30 m。

3 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布分析

該文研究區(qū)域?yàn)楦＝成絽^(qū)，基于GF-2遙感圖像數(shù)據(jù)，該衛(wèi)星配備了1 m分辨率的全彩色攝像機(jī)和4 m分辨率的多光譜攝像機(jī)，圖像分辨率優(yōu)于1 m，定位精度高。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)輻射校正、幾何校正、圖像拼接、圖像融合等一系列處理，為了保證評(píng)估的準(zhǔn)確性，該文利用福建省基礎(chǔ)地理底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行了精度檢驗(yàn)。嚴(yán)格選取30 個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)誤差小于1 像素。該精度可以滿足1∶50 000的滑坡地質(zhì)災(zāi)害解釋要求。

由于遙感圖像的復(fù)雜性和多樣性，基于遙感圖像信息的判斷有時(shí)是不確定的。在早期階段，滑坡地質(zhì)災(zāi)害是調(diào)查研究的對(duì)象，研究過(guò)程中積累了大量數(shù)據(jù)。該文以研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考Google Earth 的3D 地圖技術(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證對(duì)翻譯結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以確保解釋的準(zhǔn)確性，最終得到結(jié)果分布圖。根據(jù)滑坡體的大小，分為大、中、小型滑坡。其中，大型滑坡災(zāi)害點(diǎn)1 處，占總數(shù)的1%；中等滑坡災(zāi)害點(diǎn)21 個(gè)，占20.8%；79 個(gè)小型滑坡災(zāi)害點(diǎn)，占總數(shù)的78.2%。

3.2 層次分析法的評(píng)價(jià)與分析

采用層次分析法對(duì)研究區(qū)滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所占比例較大，其中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占總面積的17.8%，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占總面積的22.4%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和零風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分散分布，分別占總面積的29.6%、30.2%。大部分低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和零風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在道路右側(cè)，兩個(gè)區(qū)域相似，兩個(gè)區(qū)域合計(jì)占總面積的59.8%。層次分析法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估如圖4所示。

圖4 層次分析法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖

4 結(jié)語(yǔ)

該文應(yīng)用層次分析法（AHP）對(duì)滑坡危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并計(jì)算了各因素的權(quán)重，利用GIS方法獲取研究區(qū)滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估網(wǎng)格圖，將研究區(qū)大致劃分為零風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)這4 個(gè)級(jí)別。結(jié)果表明，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占總面積的54.0%。