基于3S技术的泥石流影响因子权重分析

张具琴，李少达，杨武年,2，杨容浩

（1.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059；2.国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室，四川 成都 610059）

基于3S技术的泥石流影响因子权重分析

张具琴1，李少达1，杨武年1,2，杨容浩1

（1.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059；2.国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室，四川 成都 610059）

以往对泥石流影响因子的研究都是先给出可能影响泥石流的因素，再分析其权重，得出泥石流的防治方法，没有侧重点，费工费时。根据泥石流的不确定性与易发性，以汶川县为实例，结合具有实时、动态、快捷与广泛等优点的3S技术对泥石流影响因子进行提取分析，得出影响汶川县泥石流主要因子，从而有针对性地、分区地提出了泥石流的防治措施。

3S技术；汶川县；泥石流；影响因子；防治

据统计，山地和丘陵面积占我国总面积的69%[1]，且山地和丘陵地区属季风气候，降雨多而频繁，因此泥石流是我国最主要的自然灾害之一，具有常发性、突发性、群发性、分布广泛和活动强烈等特点[2]。蜀地泥石流已超过3 000条，且大多处于不稳定状态，特别在震后多雨的夏季很容易被激发，具有规模大、破坏性大的特点[3,4]。由此可见，泥石流已严重威胁着人民生命和财产安全，对泥石流的防治刻不容缓。

本文运用3S技术（图1），对泥石流影响因子进行提取分析，从而为泥石流防治提供依据。在总结前人已有的科研成果基础上[5,6]，结合野外考察成果，利用研究区的TM影像图、矢量化的等高线图、地质图和降雨等值线图等数据资料，综合运用相关专业软件，对汶川县内泥石流影响因子进行分析，并综合运用层次分析法（AHP）确定各评价因子的权重系数，进而为汶川县内[3]的减灾防灾工作提供切实合理可行的建议和依据 （图2）。

图1 GIS、GPS与RS之间的相互作用

1 数据获取

本次研究处理的遥感影像数据为5.12大地震之后的TM影像数据，其获取时间为2008年7月，卫星的轨道号为130/038，中心位置经纬度为北纬31°17'和东经103°48'。本文用的TM影像包含7个波段（1～7），空间分辨率为30 m，成像效果较好。TM影像数据先要进行预处理才能进行其他的相关处理。根据各波段的主要用途与实验需要进行波段的选取，最终选择5、4和1波段进行合成。

图2 技术路线图

2 影响因子指标权重计算

利用TM影像图、矢量化的等高线图、地质图和降雨[5]等值线图，对汶川县域内泥石流影响因子进行分析，得出汶川县泥石流的主要影响因子为地貌类[5]（高程、坡度、坡向）、地质类（地层岩性、地质构造[7]、地震因子）、植被类[8]和水文类。本文将使用AHP来确定指标的权重。

2.1 建立递阶层次结构

AHP[9]是将复杂的问题简单化、条理化和层次化，从而构造出相对较简单的层次分明的结构模型。本文评价指标分2层，具体信息及隶属关系见图3。

2.2 构造判断矩阵

图3 汶川县泥石流影响因子的指标体系

根据AHP将影响汶川县泥石流的因子按复杂到简单的顺序构建每个层次每个因子的判断矩阵（如表1所示）。

表1 第一层次指标重要性判断矩阵

依次进行第二层次指标比较，由于植被类指标只有一个二级因子，因此不再比较，第二层次比较结果见表2～4。

表2 第二层次地貌类指标重要性比较表

表3 第二层次地质类指标重要性比较表

表4 第二层次水文类指标重要性比较表

综上所述，可得到第一层次的判断矩阵为：

第二层次指标重要性判别矩阵为 ：

2.3 计算单一准则下元素的相对权重并检验

AHP分析中，确定同一层次指标元素间的排序是很重要的，而排序的过程主要是获取判别矩阵的特征值及其对应的特征向量。对于矩阵A，设判断矩阵A的最大特征根为λmax，其相应的特征向量为W，则AW=λmaxW。据此，计算出λmax=4.008 35，特征向量为W=[0.623 1 0.519 9 0.533 6 0.238 2] ，归一化后的特征向量为W=[0.325 4 0.271 5 0.278 7 0.124 4]。

由于客观事物的复杂性以及人们对事物认识的模糊性和多样性，所给出的判断矩阵不可能完全保持一致，有必要进行一致性检验，计算矩阵A的一致性指标其中， n为判断矩阵阶数， n=4，可得CI=0.027 8 。接着计算随机一致性比率0.1，则判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值。随机一致性指标 RI取值见表5。

表5 随机一致性指标RI取值表

以此类推，可计算出矩阵 的最大特征根λmax=3.009 2 ,特征向量W=[0.466 0 0.846 8 0.256 5]，归一化后的特征向量W=[0.297 0 0.539 6 0.163 4]，B1的一致性指标其中n=3，可得CI=0.004 6，再计算则判断矩阵具有满意的一致性；B2最大特征根λmax=3.010 0，特征向量W=[0.737 7 0.400 5 0.543 5]，归一化特征向量B2的其中n=3，可得CI=0.005 0 ，再计算则判断矩阵具有满意的一致性；B3最大特征根 λmax=2,特征向量，归一化后特征向量B3的其中n=2，可得CI=0，

经归一化处理后得到影响汶川县泥石流主要因子的指标权重值，见表6。

表6 指标类别及其相对应的权重值

2.4 指标权重的综合计算

由表7可知，汶川县泥石流的主要影响因子的权重系数排序为：降雨状况＞山坡坡度＞植被＞地层岩性＞高程＞水系分布＞地震烈度＞地质构造＞山坡坡向。因此，影响汶川县泥石流最主要的因子为降雨，其次为山坡坡度，再次为植被，这将为汶川县泥石流的治理提供重要依据。

表7 各因子总权重

3 汶川县泥石流的防治方法

目前泥石流防治方法主要有3类：工程措施、生物措施和管理措施[10]。由§2.4的分析结果和实地勘察可知，影响汶川县泥石流的因子权重由大到小依次为：降雨状况、山坡坡度、植被、地层岩性、高程、水系分布、地震烈度、地质构造、山坡坡向。因此，汶川县泥石流的防治重点是要进行震后植被的恢复与重建，即重点抓汶川县泥石流防治的生物措施，以工程治理为辅，二者相互结合效果将会更好。生物治理的目的在于恢复地震破坏的生态环境，具有耗资少、效果好、简单易行、附加经济效益高等优点。此外，还有必要封山育林，以稳固土壤，涵养水源，加强地表抗冲刷的能力，如在滑坡体内以及泥石流活动区种植阔叶树木和灌木，以保持其稳定性。根据国家退耕还林政策，对于己经开发的且水土流失较严重的区域要修水平截水沟，坡度大于25°的要还林还草，以保持水土的稳定。对于沟头，要建立防护体系（如沟头防护工程、沟头防护林等），以抑制沟头前进，防治沟头发展；对于沟坡，要在适合种树的区域进行树木的种植，同时布设沟坡防护工程措施，以稳定沟头。对于汶川县泥石流的治理，不仅需要措施的巩固，还需要当地居民的自我保护意识。因此，需要广泛开展泥石流灾害的宣传和防治工作，增强居民的防灾意识，同时使当地居民意识到环境与泥石流之间的紧密关系，自觉参与植被恢复行动，自觉保护已有植被。

4 结 语

以汶川县震后泥石流灾害防治为例,以3S技术和已有的研究结果及资料为基础，运用专业软件（ArcGIS、ENVI）和AHP分析法得出影响汶川县泥石流的主要因子及其权重，从而有针对性地为汶川泥石流的防灾减灾的工作提供理论依据。实践证明，影响泥石流的自然因素有很多，且各因素间的关系错综复杂，选取一种合理的数学模型对影响因子进行分析，并计算其权重，对泥石流的研究和有针对性地进行防治具有很好应用价值与前景。

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P23

B

1672-4623（2016）03-0070-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.022

张具琴，硕士，主要从事摄影测量和地质灾害研究。

2015-03-19。

项目来源：四川省科技计划资助项目（13ZC0785）。