基于GIS 技术的滑坡灾害易发性评价——以奉节县为例

罗伟强 LUO Wei-qiang；鲁琪 LU Qi

（①中煤西安设计工程有限责任公司，西安 710054；②陕西煤田地质勘查研究院有限公司，西安 710021）

0 引言

近年来，基于地理信息系统GIS 的信息量模型、证据权重法等模型被应用于滑坡地质灾害危险性评价研究中，并取得了丰富研究成果。其中，信息量模型具有物理意义明确、操作简单、可信度高及研究成果丰富等优点，因此，本文以信息量模型为基础，建立了综合权重信息量新模型，综合考虑了各评价因子对滑坡灾害发生所作“贡献”的差异性。此外，根据各评价因子综合权重信息量分布曲线与滑坡灾害频率曲线的突变点位置，再结合野外调查论证的划分标准，确定了各评价因子的最优分级区间，建立了奉节县滑坡灾害易发性评价指标体系。该模型摒弃了评价因子分级依靠经验判断的传统，提高了模型计算的准确性。最后将评价结果与实际情况进行对比，论证综合权重信息量模型和该易发性评价指标体系的合理性。

1 综合权重信息量基本原理

1.1 综合权重确定

目前，灾害易发性研究中评价因子权重的确定方法众多。本文采用了层次分析（APH）-灰色关联相结合的方法，将主、客观权重结合起来，从而提高了权重的准确性。

根据各评价因子的层次分析法（APH）权重值hj与灰色关联法的权重值nj，计算综合权重值，其公式如下：

1.2 信息量模型

信息量的值越大，表明发生滑坡的几率越高，其危险性也越大。利用公式（2）计算评价因子各分类区间的信息量。

式中：Si—评价因子x 第i 等级中滑坡面积之和；

Ai—评价因子x 第i 等级中总面积；

S—研究区滑坡面积之和；

A—研究区总面积。

将综合权重值wj，代入公式（2）中，即可得到评价因子综合加权信息量计算公式。一般情况下，评价体系是由多评价因子组成，因此，须对单因子综合加权信息量进行叠加，其公式如下：

式中：I—综合加权信息量；

wj—第j 个评价因子x 的综合权重。

2 应用实例

2.1 研究区域概况

重庆市奉节县地处长江三峡中部，地理坐标为东经109°1′17″～109°45′58″，北纬30°29′19″～31°22′23″。该区域属于中亚热带暖湿气候。总体地貌类型为构造～侵蚀、剥蚀低中山河谷地貌。境内出露的地层以侏罗系、三叠系紫红色泥岩砂岩为主，局部出露二叠系灰岩白云岩夹粉砂岩，第四系地层呈零星分布。长江贯穿整个奉节县，将研究区划分为南北两岸，与全区水系构成丰富的地表径流网。见图1。

图1 研究区概况

据中科院地理科学与资源研究所统计，近些年来奉节县发育的地质灾害类型主要以滑坡、崩塌、泥石流为主，其中滑坡灾害高达900 多处，占总数的82%。

2.2 研究区域评价单元划分

在研究区域内选取近10 年内发生的694 个滑坡作为样本数据。以栅格单元作为滑坡易发性评价的基本单元，依据研究区域的实际情况，确定栅格单元分辨率为25m×25m，将研究区域划分为3803 行×2810 列。

2.3 评价因子及最优分级区间确定（如图2 所示）

图2 滑坡易发性评价因子分类

在滑坡灾害易发性评价体系建立过程中，针对评价因子中连续性变量，如坡高、坡度等，进行区间分级时，须利用ArcGIS 空间分析功能，将评价因子栅格数据与滑坡灾害点矢量数据进行叠加分析，统计出不同小区间内分级滑坡灾害点数据，计算出不同小区间内的滑坡灾害发生频率和综合权重信息量，再根据区间对应关系，绘制出频率和综合权重信息量曲线。其中，滑坡分布频率可从数量上反映滑坡灾害分布规律，而综合权重信息量可衡量灾害发生概率的大小，结合二者曲线的变化规律，利用突变点位置来划分差异性较大的评价因子区间，从而确定评价因子最优区间。该方法摒弃了评价因子分级依靠经验判断的传统，也提高了模型计算的准确性。现以评价因子连续性变量坡高、坡度为例，进行划分，具体见图3。

图3 滑坡与评价因子频率及综合权重信息

此外，对评价因子中非连续变量，如地层，按照野外调查论证的划分标准，可依据地层的形成年代，将该研究区的地层分为7 大类。分别是侏罗系遂宁组（J3s）、沙溪庙组（J2s）、珍珠冲组/自流井组（J1z），三叠系须家河组（T3xj）、巴东组（T2b）、嘉陵江组/大冶组（T1j-d），二叠系长兴组/大隆组（P2c）。为了便于制图及统计，规定地层从新至老依次对应数字1-7，每个数字代表一类地层。

根据评价体系对研究区域的9 个评价因子进行等级划分，最终划分结果详见表1 分类列。

表1 评价因子最优分级区间及综合权重信息量值

3 滑坡灾害易发性评价结果

利用ArcGIS 软件的栅格重分类功能对评价因子各分类等级重新赋予综合权重信息量值，得到评价因子综合信息量栅格数据，在此基础上进行栅格数据代数“加”运算，得到研究区域滑坡灾害易发性评价图。按照自然断点法（Jenks）将易发性结果划分为高、中、低3 个等级（见图4，表2）。

表2 栅格统计表

图4 滑坡易发性评价图

4 结论

基于GIS 技术的综合权重信息量模型对奉节县滑坡易发性进行评价。根据评价结果可得中、高易发区的滑坡栅格占比91.6%，可见本研究评价精度高达91.6%，与实际滑坡灾害发育情况基本相符，论证了综合权重信息量模型及易发性评价指标体系的合理性。

研究区内易发性较高地区主要集中在地形坡度在11°-50°、坡高在201-600m、坡向为南坡、西坡、植被覆盖率＜20%的沟谷地带；距河流、主干道及地质构造复杂地带越近，滑坡灾害易发性相对越高；T1j、T1d、T2b、J2s 地层属于易滑坡地层；此外，滑坡灾害易发性与滑坡密度呈正相关关系。