朱路路，崔玉龍

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院,安徽 淮南 232001)

0 引言

滑坡作為一種破壞力極強(qiáng)的地質(zhì)災(zāi)害,廣泛分布在我國(guó)西北和西南的山地地區(qū)[1]?；聻?zāi)害嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全,如2018年10月和11月西藏江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格村發(fā)生的兩次滑坡形成的堰塞湖導(dǎo)致8.6萬(wàn)人無(wú)家可歸,其中潰壩洪水給云南省造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為74.3億元[2];2003年三峽庫(kù)區(qū)千將坪滑坡造成數(shù)千人受災(zāi),直接損失為5 735萬(wàn)元[3]。為了減少滑坡造成的危害,學(xué)者通過(guò)易發(fā)性評(píng)價(jià)對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè),如徐敏等[4]使用信息量模型對(duì)伊犁州黃土滑坡進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià),為黃土高原山地地區(qū)的滑坡災(zāi)害防治和預(yù)測(cè)工作提供重要科學(xué)依據(jù);許沖等[5]使用確定性系數(shù)模型對(duì)汶川地震引發(fā)的滑坡進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià),此舉有利于災(zāi)后重建工作。滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)是研究區(qū)域滑坡的基礎(chǔ),許多學(xué)者為此做出重大貢獻(xiàn),如袁康等[6]建立了寧國(guó)市因臺(tái)風(fēng)暴雨滑坡數(shù)據(jù)庫(kù),為研究臺(tái)風(fēng)暴雨滑坡做出重大貢獻(xiàn);許沖等[7]通過(guò)遙感影像解譯了汶川地震引發(fā)196 007處滑坡,建立了最為完整的地震滑坡。在滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上形成的空間分析結(jié)果是區(qū)域滑坡研究領(lǐng)域中最廣泛的成果[8],如鮑鵬鵬等[9]對(duì)2018年日本北海道地震滑坡分布分析,得到滑坡的發(fā)育與地形因子、地震因子和地質(zhì)因子的密切關(guān)系;崔玉龍等[10]分析新疆黃土區(qū)滑坡分布,著重于滑坡與地形因子的關(guān)系。

在2020年11月18日涼山彝族自治州(簡(jiǎn)稱涼山州)的美姑、布拖、昭覺等7個(gè)縣退出貧困縣序列,自此涼山州擺脫了“貧困枷鎖”,涼山州內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),為了防止涼山州因?yàn)?zāi)致貧、因?yàn)?zāi)返貧,因此對(duì)涼山州滑坡災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)就變得極為重要。本文通過(guò)涼山彝族自治州野外實(shí)地的詳細(xì)調(diào)查建立滑坡數(shù)據(jù)庫(kù),選擇高程、坡度、坡向、坡位、距道路距離、距斷層距離、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、地形濕度指數(shù)(TWI)、工程地質(zhì)巖組、土地利用類型10個(gè)環(huán)境因子,對(duì)滑坡分布情況分析,最后使用邏輯回歸模型進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。

1 地質(zhì)環(huán)境概述

涼山州全州6.04萬(wàn)km2,下轄2個(gè)縣級(jí)市、14個(gè)縣、1個(gè)自治縣(見圖1)。涼山州地處川西南橫斷山脈東北緣,界于四川省盆地和云南高原之間,地質(zhì)條件復(fù)雜,地勢(shì)西北高、東南低,山脈多呈南北走向,境內(nèi)以山地、高原為主,占比90%以上。

涼山州的地貌類型分別為河谷地貌、中山地貌和高山地貌,河谷地貌主要分布于州內(nèi)中部的安寧河兩側(cè)。中山地貌分布涼山州大部分區(qū)域,占全州面積的78%。高山地貌主要分布在涼山州西北部的木里藏族自治縣,占全域面積的20%。涼山州地處楊子斷臺(tái)邊緣,川滇構(gòu)造帶南段,境內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,大體以安寧河西側(cè)的牦牛山、磨盤山為界,以東主要是南北向構(gòu)造,以西主要是弧形構(gòu)造。涼山州四周山區(qū)以碳酸鹽巖和巖漿巖為主,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地形陡峻。州內(nèi)森林植被跨越“川東盆地及川西南山地常綠闊葉林地帶”和“川西高山峽谷山原針葉林地帶”,其植被分布多樣,類型豐富。根據(jù)2021年5月版三調(diào)數(shù)據(jù),全州現(xiàn)狀農(nóng)林用地57 544.08 km2,建設(shè)用地面積1 012.97 km2,未利用地1 712.96 km2,農(nóng)林用地占比超過(guò)95%,是州用地的主要組成成分。

州內(nèi)道路復(fù)雜,以108國(guó)道為中軸線,在西昌市分出3條省道到達(dá)州內(nèi)各個(gè)縣市,構(gòu)成州內(nèi)的交通脈絡(luò)。州區(qū)域的氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),干濕分明,冬半年日照充足,少雨干暖;夏半年云雨較多,氣候涼爽。

2 數(shù)據(jù)及方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)涼山彝族自治州野外實(shí)地的詳細(xì)調(diào)查,共獲取滑坡2 674處,其中巨型滑坡2處、大型滑坡106處、中型滑坡830處、小型滑坡1 735處?；聻?zāi)害主要分布在德昌、會(huì)東、會(huì)理、木里、寧南,其中會(huì)東縣滑坡災(zāi)害最為發(fā)育,共計(jì)312處,占滑坡災(zāi)害的12.51%。

在滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)當(dāng)中,環(huán)境因子的選取是至關(guān)重要的。根據(jù)涼山州的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn),選擇相類似的環(huán)境的滑坡因子[11]進(jìn)行滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià),本文從眾多因子中選擇高程,坡度,坡向,坡位,距道路距離,距斷層距離,NDVI,TWI,工程地質(zhì)巖組,土地利用類型10個(gè)環(huán)境因子作為易發(fā)性評(píng)價(jià)的因子組合。因子分組如表1所示。

表1 因子分類

2.2 評(píng)價(jià)方法

邏輯回歸是一種經(jīng)典的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型,相對(duì)于其他的統(tǒng)計(jì)模型,它的預(yù)測(cè)效果較好,相對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)模型,邏輯回歸模型的建模過(guò)程較為簡(jiǎn)便,因此本文選擇該模型對(duì)滑坡進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。邏輯回歸可以在二元因變量和影響因子之間建立多變量回歸關(guān)系,其本質(zhì)是將每個(gè)自變量轉(zhuǎn)換為合適的概率。邏輯回歸的自變量可以是連續(xù)或離散變量也可以是部分離散部分連續(xù),而且不要求自變量符合正態(tài)分布,對(duì)識(shí)別變量的分布無(wú)限制[12],這是區(qū)別于統(tǒng)計(jì)模型的。其公式如式(1),式(2)所示:

(1)

(2)

其中,β0為常數(shù)項(xiàng);β1,β2,…,βn為影響因子的邏輯回歸系數(shù)值;Xi為各個(gè)影響因子;Z為所有影響因子的加權(quán)總和;P為滑坡發(fā)生的概率。

在邏輯回歸模型中,本文選擇非滑坡點(diǎn)與滑坡點(diǎn)比例為1∶1,為了保證非滑點(diǎn)取樣的合理性,提取涼山州地質(zhì)災(zāi)害影響范圍外200 m的區(qū)域,在該區(qū)域內(nèi)隨機(jī)取樣。并在取樣的過(guò)程使非滑坡點(diǎn)間距離大于200 m。模型中的自變量為各個(gè)影響因子,因變量為滑坡是否發(fā)生,滑坡點(diǎn)為1,非滑坡點(diǎn)為0。

3 結(jié)果分析

3.1 滑坡分布規(guī)律分析

滑坡分布高程范圍為252 m～5 860 m,在1 800 m～2 300 m的范圍內(nèi)滑坡分布最多為944處,在800 m～1 300 m內(nèi)密度最大0.179 6處/km2。州內(nèi)地形復(fù)雜,坡度范圍大,滑坡主要集中在10°～30°,共2 029處滑坡,占總滑坡的75.88%。州內(nèi)地形為西北高、東南低,東方向上的坡體受到風(fēng)力和雨水作用往往比其他方向更嚴(yán)重,坡向?yàn)闁|方向的滑坡為417處,占總滑坡的15.59%。坡位是影響土壤水分含量的重要地形因子,發(fā)育在中坡滑坡有2 006處,占總數(shù)的75.02%。距離道路2 km內(nèi)滑坡尤為發(fā)育,有1 695處滑坡,滑坡發(fā)育受道路影響較大。州內(nèi)不穩(wěn)定的地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致滑坡分布于斷裂帶兩側(cè),在距離斷裂帶2 km內(nèi),滑坡數(shù)量最多為1 291處,占總數(shù)的48.50%。在NDVI0.7～0.8范圍內(nèi)滑坡數(shù)量最多為976,占總數(shù)的36.50%,在TWI2～4范圍內(nèi)滑坡較為發(fā)育為1 133處,占總數(shù)的42.37%。在工程地質(zhì)巖組中,有1 537處滑坡體為碎屑巖,占總數(shù)的57.48%?；掳l(fā)育最多的土地類型為耕地,滑坡數(shù)量為1 066處,占總數(shù)的39.86%。

3.2 易發(fā)性分析

根據(jù)式(1)、式(2)得出概率圖,如圖2所示。易發(fā)性較高區(qū)域在孜-理塘斷裂帶南部、黑水河斷裂帶南部、則木河斷裂帶、安寧河斷裂帶、菁河斷裂帶、綠汁江斷裂帶、漢源-甘洛斷裂帶、峨邊-金陽(yáng)斷裂帶周邊地區(qū)以及木里縣與鹽源縣交界處,會(huì)理、甘洛兩縣內(nèi)高易發(fā)區(qū)超過(guò)縣域面積的50%。

3.3 模型評(píng)價(jià)

自然間斷法將易發(fā)圖分為5類:極低易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、極高易發(fā)區(qū)。在表2中,頻率比值隨易發(fā)等級(jí)提高而提高,其增長(zhǎng)趨勢(shì)是先慢后快,因此可以說(shuō)明邏輯回歸模型在本文中的精度較高。ROC曲線是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ途茸畛Ｓ玫姆椒?它通過(guò)曲線下面積(AUC)判斷模型的總體指標(biāo),當(dāng)AUC>0.5時(shí),說(shuō)明預(yù)測(cè)精度與現(xiàn)實(shí)一致,AUC越接近1意味著模型預(yù)測(cè)效果越好,如圖3所示,AUC為0.847,可以說(shuō)明模型精度較高,分區(qū)結(jié)果合理。

表2 滑坡與分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

本文根據(jù)涼山州滑坡的詳細(xì)的調(diào)查,選擇10個(gè)環(huán)境因子,分析滑坡分布情況,并基于邏輯回歸模型構(gòu)建易發(fā)性評(píng)價(jià)。分析滑坡與易發(fā)分區(qū)的關(guān)系,運(yùn)用ROC曲線評(píng)估模型,得到以下結(jié)論:

1)涼山州滑坡分布于高程1 800 m～2 300 m;坡度10°～30°;坡向?yàn)闁|方向;坡位為中坡;距道路和斷層距離為小于2 km,NDVI為0.7～0.8;TWI為2～4;巖組為碎屑巖;土地利用為耕地。

2)滑坡高易發(fā)區(qū)位于涼山州中部安寧河、則木河斷裂帶兩側(cè)和東部漢源-甘洛帶、峨邊-金陽(yáng)斷裂帶兩側(cè)。滑坡密度隨易發(fā)等級(jí)提高而增大,且AUC=0.847,表明本次易發(fā)性評(píng)價(jià)有較高的合理性。

3)對(duì)涼山州全境進(jìn)行滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià),可直接用于滑坡災(zāi)害的防治,此外還能夠?qū)Υ笮退O(shè)施選址、城鎮(zhèn)建設(shè)提供參考意見。提高易發(fā)性評(píng)價(jià)的精度可以增強(qiáng)對(duì)滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,以此下一步將使用更為先進(jìn)的模型進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。