張晨

（福建省196 地質(zhì)大隊 福建漳州 363000）

0 引言

地質(zhì)災害（以下簡稱地災）危險性與多種因素相關，而各種因素存在不確定性、模糊性及相互作用的復雜性等特點［1］。作為一種簡單有效的統(tǒng)計學方法，信息量法被廣泛應用于區(qū)域地災的危險性預測。信息量模型的理論基礎是信息論，信息預測的理論認為：地災的發(fā)生與預測過程中所獲取信息的數(shù)量有關，可用信息量表達［2］。本次研究區(qū)范圍為浦城縣整個縣域，在充分收集已有資料的基礎上，以遙感解譯、地面調(diào)查、測繪和工程勘查為主要手段，開展地災調(diào)查。福建山區(qū)常見的地災主要有滑坡、崩塌、泥石流，本文主要分析信息量法在滑坡地災（以下簡稱滑坡）易發(fā)性評價中的應用。

1 概述

1.1 研究區(qū)地理地質(zhì)概況

浦城縣位于福建省南平市北端的閩、浙、贛三省交界處，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)。調(diào)查區(qū)雨量充沛，水系發(fā)達，但季節(jié)分配不均。研究區(qū)主要致災體為滑坡，廣泛分布于山前斜坡地帶的殘坡積土層。地下水類型屬于殘坡積層或強風化巖中的孔隙水，災害體常處于地下水位以上，主要接受降雨補給。由于降雨下滲，抬升地下水位，增大土體荷重，潤濕土體，故降雨時較易誘發(fā)滑坡。

1.2 評價數(shù)據(jù)來源

2 基于GIS 的信息量法簡述

2.1 信息量法應用可行性說明

滑坡地災的發(fā)生與動態(tài)誘發(fā)因素密切相關，也受眾多靜態(tài)地質(zhì)環(huán)境因素的控制。通過區(qū)域內(nèi)已知地災點提供的信息，將每一個影響區(qū)域穩(wěn)定性因素的評價指標自身的含義模糊化后全部轉化為反映滑坡易發(fā)性的信息量值，最終，基于信息量值來量化區(qū)域每個評價單元滑坡地災環(huán)境敏感性的大小，即易發(fā)程度。因此最終每個評價單元所表達出的信息是完全客觀的［3-5］。

2.2 評價指標體系及分級

2.2.1 評價指標體系

影響地災發(fā)生的靜態(tài)環(huán)境控制因素很多，實際工作中并不能將孕育地災發(fā)生的所有因素考慮在內(nèi)。根據(jù)浦城縣地災形成機理及特點，結合浦城縣的自然地理特征以及數(shù)據(jù)收集情況，選取高程、坡向、坡度、水系網(wǎng)、地質(zhì)構造、巖土體類型、路網(wǎng)共7 個與滑坡關系密切的指標作為滑坡的環(huán)境控制因素。對各評價指標進行合理的分類量化，參考《地災風險調(diào)查評價技術要求》（1∶50000）（試用稿）采用信息量模型和證據(jù)權法進行評價［2，3，6］。

2.2.2 評價指標分級說明

（1）高程。利用研究區(qū)DEM 數(shù)據(jù)對高程進行重分類，研究區(qū)的高程位于152 m～1 680 m 之間。根據(jù)高程與地災關系圖，本次將研究區(qū)高程分為0 m～200 m、200 m～500 m、500 m～1 000 m、＞1 000 等4 個等級?；码[患點主要分布在高程200 m～500 m 之間，信息量達0.358 99。

（2）坡向。研究區(qū)坡向依正南方為起始方位中心，依順時針間隔45°劃分為8 個類別。由于網(wǎng)格大小為25 m×25 m，網(wǎng)格較小，因此會出現(xiàn)平面無坡向的情況出現(xiàn)，因此新增類別平面，共9 個類別。

（3）坡度。利用研究區(qū)DEM 數(shù)據(jù)對坡度進行提取可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)的坡度位于0°～83°之間，整體坡度較陡。為了對坡度進行合理劃分，根據(jù)以往工作經(jīng)驗，將研究區(qū)按坡度0°～15°、15°～25°、25°～35°、＞35°劃分為4 個等級。

（4）水系緩沖區(qū)。統(tǒng)計信息表明，研究區(qū)的地災大多集中發(fā)生于距離河流400 m 以內(nèi)的區(qū)域，占總災害點數(shù)的79.10%。隨著到河流的距離越來越遠，災害點的比例也隨之下降，河流對地災具有明顯的影響效應，因此將調(diào)查區(qū)到河網(wǎng)距離按0 m～100 m、100 m～200 m、200 m～300 m、300 m～400 m、400 m～500 m 以及大于500 m 劃分為6 個等級。

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（5）地質(zhì)構造。調(diào)查區(qū)構造行跡以斷裂為主，斷裂構造因子反映地質(zhì)構造對地災的影響。一般來說，距離斷裂構造越近，就越容易引發(fā)地災。參照前人研究中提出的分級指標，對調(diào)查區(qū)分別建立500 m、1 000 m、1 500 m、2 000 m、2 500 m、3 000 m 的多級緩沖區(qū)，結合野外實際調(diào)查災害點，分別統(tǒng)計每一級斷裂緩沖區(qū)中災害點的個數(shù)及比例，得到相應統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（6）巖土體類型。巖土體類型是地災發(fā)育的重要內(nèi)在因素與物質(zhì)基礎，巖土體的類型決定了巖土體的物理力學性質(zhì)［3-4］，例如軟硬相間的巖組抗風化能力較差，容易在結構面發(fā)生滑動，造成災害的發(fā)生；碎屑結構的巖組整體強度較低，在外力的破化擾動下容易破碎從而形成地災的物源。由于收集到的巖土數(shù)據(jù)已給出調(diào)查區(qū)巖土體的各種類型，本次不再進一步分類。

（7）路網(wǎng)密度。以路網(wǎng)密度大小反映對研究區(qū)地災的影響程度。首先對路網(wǎng)密度進行以0.5 km/km2為單位的劃分，根據(jù)地災點統(tǒng)計各個密度區(qū)間地災發(fā)生的頻數(shù)，應用ArcGIS 重分類工具將路網(wǎng)數(shù)據(jù)用自然斷點法進行重分類，按路網(wǎng)密度0～1.5、1.5～2.5、2.5～4.5、＞4.5 對應路網(wǎng)密度低、路網(wǎng)密度中等、路網(wǎng)密度高、路網(wǎng)密度極高劃分為4 個等級，并分別統(tǒng)計每一級路網(wǎng)等級中的災害點個數(shù)及比例。

3 信息量法在滑坡地災易發(fā)性評價中的應用與分析

3.1 各評價指標信息量計算

地災的形成受多種因素影響，信息量模型反映了一定地質(zhì)環(huán)境下最易致災因素及其細分區(qū)間的組合；具體是通過特定評價單元內(nèi)某種因素作用下地災發(fā)生頻率與區(qū)域地災發(fā)生頻率相比較實現(xiàn)的。對應某種因素特定狀態(tài)下的地災信息量公式可表示為式（1）。

通過分析可知，基于信息量法的滑坡地災易發(fā)性指數(shù)計算是以浦城縣滑坡點分布現(xiàn)狀為基礎，采用樣本頻率來計算各單因素的信息量。將每個評價指標在研究區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一劃分為25 m×25 m 的規(guī)則柵格分析單元，在ArcGIS 平臺上對以上各單個評價指標柵格圖層與實際滑坡點作交集統(tǒng)計分析，統(tǒng)計每種類型柵格單元中災害點分布的數(shù)量以及研究區(qū)內(nèi)該類型所占柵格單元數(shù)，從而分別計算出各指標的信息量值。由于每個評價單元受眾多因素的綜合影響，各因素又存在若干狀態(tài)，各狀態(tài)因素組合條件下地災發(fā)生的總信息量可用式（2）確 定［8］。

基于以上信息量計算模型，對每個地質(zhì)環(huán)境評價指標分別進行信息量計算，得到信息量計算結果（表中僅列舉高程、坡度評價因子的相應信息量值），如表1 所示。

表1 研究區(qū)地災環(huán)境控制因子信息量值

3.2 評價指標的權重計算

為了解決現(xiàn)有評價模型存在的指標權值計算和評價分級具有較大主觀性的問題，本次評價還需運用證據(jù)權模型進行浦城縣滑坡易發(fā)性評價，利用該方法的數(shù)據(jù)驅動特性，能夠較好地避免評價因子選擇與權值計算的主觀性。

證據(jù)權模型通過對與地災形成相關的影響因素的權重指數(shù)進行疊加分析，開展滑坡易發(fā)性評價。通過證據(jù)權模型給出該二值化的證據(jù)因子圖層的權重，最終疊加多元圖層，實現(xiàn)滑坡易發(fā)性評價。

基于證據(jù)權計算模型，對每個地質(zhì)環(huán)境評價指標分別進行權重計算，可以得到與表1 評價因子及分類一一對應的證據(jù)權值。以高程、坡度計算結果為例，如表2 所示。

表2 研究區(qū)滑坡環(huán)境控制因子證據(jù)權值

3.3 評價因子的確定以及后驗概率分析

通過上述對研究區(qū)權重值計算及分析的基礎上，結合表2中的C 值，剔除掉權重值相對較小且與其他證據(jù)因子相關性大的證據(jù)層，共刪除高程500 m～1 000 m、＞1 000 m、坡向北向、南向、西南向、坡度＞35°、水系距離＞500 m、斷裂距離1 000 m～1 500 m、2 500 m～3 000m、＞3 000 m、塊狀硬—較硬火山巖組、厚—薄層狀較軟沉積巖組、道路緩沖區(qū)＞300 m 等13 個因子。利用ArcGIS 平臺采用式6 將剩余的評價因子進行疊加運算，得到滑坡后驗概率及后驗概率分布圖（圖1）。

圖1 浦城縣滑坡地災后驗概率分布圖

基于每個評價單元的信息量值對災害環(huán)境敏感性進行劃分時，后驗概率大小反映區(qū)域滑坡的易發(fā)程度：后驗概率越大，易發(fā)性越高，越易引發(fā)滑坡；后驗概率越小，易發(fā)性越低，越不易引發(fā)滑坡。

4 評價結果

4.1 滑坡地災易發(fā)性等級劃分

經(jīng)上述計算，研究區(qū)后驗概率P 的區(qū)間為［0.000 060 034～0.999 788 44］，應用ArcGIS 重分類工具將路網(wǎng)數(shù)據(jù)用自然斷點法進行重分類，將浦城縣滑坡易發(fā)性等級分為4 個等級：低易發(fā)區(qū)［0.000 060 034～0.168 641 671］、中易發(fā)區(qū)［0.168 641 671～0.439 156 39］、高易發(fā)區(qū)［0.439 156 39～0.713 591 612］、極高易發(fā)區(qū)［0.713 591 612～0.999 788 344］，得到浦城縣滑坡易發(fā)性評價圖。最后結合野外調(diào)查結果，將所得柵格數(shù)據(jù)轉化為直觀可視圖像，最終形成浦城縣滑坡易發(fā)性分區(qū)圖（圖2）。

圖2 浦城縣滑坡地災易發(fā)性分區(qū)圖

4.2 不同級別易發(fā)性分區(qū)面積估算

依據(jù)以上等級劃分結果作出的浦城縣滑坡易發(fā)性分區(qū)圖，分區(qū)結果為研究區(qū)極高易發(fā)區(qū)面積為67.11 km2，占總面積的1.98%；高易發(fā)區(qū)面積為739.77 km2，占總面積的21.87%；中易發(fā)區(qū)面積1 287.02 km2，占總面積的38.05%；低易發(fā)區(qū)面積1 288.58 km2，占總面積的38.10%（詳見表3）。評價結果表明研究區(qū)大部分為低易發(fā)和中易發(fā)區(qū)，占總面積的76.15%，而極高和高易發(fā)區(qū)占總面積的23.85%，多為人口密集區(qū)，表明人類工程活動對研究區(qū)的滑坡影響較大。研究區(qū)極高易發(fā)區(qū)與高易發(fā)區(qū)的災害點密度明顯高于中、低易發(fā)區(qū)域，本次對研究區(qū)易發(fā)性分區(qū)劃分結果相對客觀可靠。

表3 浦城縣滑坡易發(fā)性分區(qū)統(tǒng)計表

5 結論

（1）綜上所述，信息量法在區(qū)域滑坡地災易發(fā)性評價中的應用是可行的，其評價結果也較為可靠。

（2）基于GIS 平臺，應用信息量法可以對滑坡地災進行易發(fā)性等級劃分及易發(fā)性分區(qū)，并估算分區(qū)面積。

（3）應用信息量法對區(qū)域滑坡地災易發(fā)性進行評價時，評價指標體系及各指標權重的選取與評價結果的可靠性關系密切，實際應用時應結合區(qū)域的具體情況進行指標分級和選取權重。