劉文正

（西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010）

滑坡災(zāi)害是自然災(zāi)害中十分重要的災(zāi)害類型之一，它會導(dǎo)致人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為了減少滑坡災(zāi)害造成的損失，開展滑坡災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)研究具有很重要的意義。

目前，滑坡災(zāi)害易發(fā)性研究主要集中在利用定性和定量2 類方法進(jìn)行分析[1]，定性方法是建立在對研究區(qū)域的充分認(rèn)識、專家經(jīng)驗(yàn)知識庫以及推理知識等的基礎(chǔ)上，有層次分析法[2-3]、專家打分法[4]等一些定性方法。定量方法主要從地形地貌、地質(zhì)環(huán)境等與滑坡災(zāi)害之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，包括頻率比模型、信息量模型、多元線性回歸模型以及邏輯回歸模型等[5]。所以該文在綜合考慮丘北縣滑坡災(zāi)害多種影響因子的情況下，結(jié)合了定性和定量的方法，利用層次分析法和頻率比模型來建立滑坡災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)模型，得到丘北縣滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。

1 研究區(qū)概況

丘北縣，隸屬云南省文山壯族苗族自治州。位于云南省的東南部，地理坐標(biāo)：東經(jīng)103°34′～104°45′、北緯23°45′～24°28′。東隔清水江與廣南縣毗鄰，南與硯山縣、開遠(yuǎn)市接壤，西隔南盤江同彌勒市、瀘西縣相望，北與師宗縣、廣西壯族自治區(qū)西林縣銜接。境內(nèi)面積5038km2。全縣轄3 個(gè)鎮(zhèn)9 個(gè)鄉(xiāng)。氣候?qū)僦衼啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候?？h城駐地錦屏鎮(zhèn)，距省會昆明市280km，距州府114km。據(jù)實(shí)地調(diào)查丘北縣境內(nèi)共發(fā)育滑坡災(zāi)害點(diǎn)105 個(gè)。

2 評價(jià)方法

在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)中，常見的評價(jià)單元有柵格單元、地貌單元、斜坡單元以及行政單元等[6]。該文根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況采用30m×30m 精度的柵格單元，將丘北縣共劃分為5606288 個(gè)評價(jià)單元。

選擇評價(jià)指標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素應(yīng)具有相互獨(dú)立性，應(yīng)對研究區(qū)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查后，選取影響滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的主要因素，該文基于野外實(shí)地調(diào)查及收集到的數(shù)據(jù)資料與前人研究成果，選取坡度、坡向、地貌類型、工程地質(zhì)巖組、斷層、道路、降雨、水系、土地利用9 個(gè)影響滑坡發(fā)育的致災(zāi)因子，各因子分級情況見表1，在該基礎(chǔ)上進(jìn)行滑坡易發(fā)性評價(jià)。

表1 評價(jià)因子頻率比值

2.1 層次分析法

層次分析法是一種定性的多準(zhǔn)則決策方法。通過建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)建判斷矩陣、計(jì)算權(quán)重和一致性檢驗(yàn)，對目標(biāo)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)。層次分析法的基本計(jì)算步驟如下：

首先，確定目標(biāo)，分析各個(gè)影響因子之間的關(guān)系，建立層次遞接結(jié)構(gòu)。根據(jù)丘北縣滑坡災(zāi)害的調(diào)查結(jié)果，結(jié)合區(qū)域的實(shí)地資料情況，建立層次結(jié)構(gòu)圖，如圖1 所示，以滑坡災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)為目標(biāo)層，四類影響因子類別為中間層指標(biāo)，9 個(gè)影響因子為底層指標(biāo)建立層次分析法的評價(jià)體系。

圖1 滑坡易發(fā)性評價(jià)層次評價(jià)體系

將同層次之間的因子進(jìn)行兩兩對比，構(gòu)建同一層次判斷矩陣。根據(jù)層次結(jié)構(gòu)圖，分析各評價(jià)因子對滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響重要性，參考前人的標(biāo)度法，對每個(gè)因子賦予標(biāo)度值，進(jìn)而構(gòu)建判斷矩陣1～5，矩陣1 為中間指標(biāo)層對目標(biāo)層滑坡災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)A-B的比較矩陣，矩陣2～5 為底層指標(biāo)對中間指標(biāo)層B-C的每個(gè)準(zhǔn)則的成對比較矩陣，矩陣的標(biāo)度值根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)并且結(jié)合野外實(shí)地調(diào)研后綜合考慮而得，通過矩陣標(biāo)度值可以看出各因子兩兩之間比較對滑坡發(fā)育的影響重要性。

計(jì)算各個(gè)判斷矩陣的最大特征根及相應(yīng)的特征向量，使用一致性檢驗(yàn)判斷矩陣是否滿足層次分析法要求。采用隨機(jī)一致性比率CR檢驗(yàn)矩陣，經(jīng)過計(jì)算，判斷矩陣的CR值分別為0.022、0.009、0、0 和0，均小于0.1，表明判斷矩陣均滿足要求，通過一致性檢驗(yàn)。由矩陣1計(jì)算得出中間指標(biāo)層的權(quán)重分別為0.31278、0.22477、0.32113、0.14132，相應(yīng)地計(jì)算矩陣2-5 的各因子權(quán)重值，最終得到C1～C9權(quán)重Wi分別為0.16877、0.05112、0.09289、0.12487、0.09989、0.19268、0.12845、0.09421和0.04712。

2.2 頻率比模型

頻率比模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用到滑坡易發(fā)性評價(jià)中。其根據(jù)研究區(qū)中滑坡在每個(gè)影響因子不同等級分級下的發(fā)生概率進(jìn)行分析，通過地理信息系統(tǒng)平臺，結(jié)合空間數(shù)據(jù)進(jìn)行滑坡易發(fā)性評估的一種定量分析的模型。其計(jì)算如公式（1）～公式（2）所示。

式中：FRij為第i個(gè)因子、第j級別下的頻率比；Nij為在i評價(jià)因子j級別下發(fā)生滑坡的柵格數(shù)；N為總滑坡柵格數(shù)（105 個(gè)）；Sij為第i個(gè)因子、j級別下的柵格單元數(shù)量；S為研究區(qū)總柵格數(shù)量（5606288 個(gè)）；FR為滑坡易發(fā)性指數(shù)；n為參加易發(fā)性評價(jià)的因子數(shù)。根據(jù)公式計(jì)算各二級因子的頻率比（FRij）值，見表6。

2.3 層次分析-頻率比模型

將層次分析法計(jì)算得出的主觀權(quán)重和頻率比計(jì)算的客觀頻率比值進(jìn)行耦合，依次計(jì)算每個(gè)二級因子的耦合頻率比值A(chǔ)RFij，通過綜合疊加每個(gè)評價(jià)因子的頻率比值A(chǔ)RFij，得到每個(gè)評價(jià)單元耦合后的加權(quán)頻率比值A(chǔ)FR，見表6，從表中可以看出各因子的綜合得分，通過加權(quán)頻率比值來劃分滑坡災(zāi)害的易發(fā)性。耦合模型如公式（3）和公式（4）所示。

3 滑坡災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)

利用 ArcGIS 將得到9 個(gè)因子?xùn)鸥駡D層進(jìn)行疊加，并采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級，得到研究區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，如圖2 所示。從圖2中可以看出：高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)分別占全區(qū)總面積12.65%和21.84%，低易發(fā)區(qū)占總面積36.76%，非易發(fā)區(qū)占總面積的28.75%。高易發(fā)區(qū)內(nèi)共發(fā)育55 處滑坡災(zāi)害，占總數(shù)52.38%，表明該區(qū)域滑坡災(zāi)害發(fā)育較為密集，具有較高的易發(fā)性，與實(shí)際情況相吻合。

評價(jià)模型的精確度通常會用ROC 曲線進(jìn)行檢驗(yàn)，將模型結(jié)果導(dǎo)入SPSS 軟件進(jìn)行計(jì)算，得到的檢驗(yàn)結(jié)果ROC 曲線如圖3 所示。曲線面積用AUC表示，AUC值越大精確度越高，層次分析法-頻率比法耦合模型的AUC值為0.837，即正確率為83.7%，說明本次滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果準(zhǔn)確度是較高的，結(jié)果是可信的。

4 結(jié)論

該文以云南丘北縣為研究區(qū)，根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征和地形地貌等，選取坡度、坡向以及地貌類型等9 個(gè)評價(jià)因子，將層次分析法與頻率比模型相結(jié)合對研究區(qū)滑坡災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評價(jià)。研究結(jié)果表明，坡度、工程地質(zhì)巖組、降雨和河流是丘北縣滑坡災(zāi)害發(fā)育的主要影響因子。

根據(jù)研究結(jié)果，將研究區(qū)分為4 個(gè)易發(fā)性分區(qū)，分區(qū)面積分別占比為12.65%、21.84%、36.76%和28.75%，滑坡數(shù)量占比分別為52.39%、38.09%、9.52%、0%，符合合理性檢驗(yàn)，高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)大多分布在縣城西部的新店鄉(xiāng)、東北部溫瀏鄉(xiāng)和北部的官寨鄉(xiāng)。丘北縣地質(zhì)地貌條件復(fù)雜，為滑坡災(zāi)害多發(fā)區(qū)，特別是兩條大江（南盤江、清水江）流域范圍內(nèi)，海拔下降的趨勢很明顯，坡度起伏變化很大，滋生的陡峭地形為滑坡災(zāi)害發(fā)生孕育了一定的環(huán)境條件，災(zāi)害發(fā)生較多，與實(shí)際災(zāi)情比較吻合。

層次分析-頻率比模型易發(fā)性評價(jià)模型精度相對較高，根據(jù)ROC曲線模型檢驗(yàn)，得出AUC值為0.837，該研究方法可以為丘北縣滑坡災(zāi)害防治提供參考。