基于地理信息的地質(zhì)災害危險性空間分布特征

汪　潔　王　昊　劉小楊　孫婭琴

（中國國土資源航空物探遙感中心 北京 100083）

1　引言

我國自然災害嚴重，自然災害呈地域廣、種類多、頻率高、損失重等特點，洪澇、臺風、地震、地質(zhì)災害等災害在我國頻繁發(fā)生。有關(guān)地質(zhì)災害危險性評價的研究很早就開始了[1-5]。開展地質(zhì)災害危險性空間分布特征分析對防災減災、制定積極有效的預防措施以及災后重建都是十分必要。隨著遙感與地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展，利用遙感和地理信息技術(shù)進行地質(zhì)災害危險性空間分布特征分析成為可能[6-9]。本文以汶川縣為例，采用中巴資源衛(wèi)星02C高清影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，采用AHP法[10]，通過地理信息的空間分析能力，結(jié)合研究區(qū)4大類因子特征，得出了研究區(qū)地質(zhì)災害危險性空間特征分布圖，歸納出泥石流、滑坡等災害的空間分布規(guī)律，確定了一種地質(zhì)災害危險性空間分布特征分析的方法，結(jié)果真實可靠，方法切實可行，有助于地質(zhì)災害評估的快速建模與分析。

2　研究區(qū)概況

汶川位于四川盆地西北部邊緣，有“川西鎖匙”和“西羌門戶”之美稱，是我國的四個羌族聚居縣之一。汶川位于北緯 30°45′—31°43′與東經(jīng) 102°51′—103°44′之間，南北距離105公里，東西距離84公里，總面積約4000平方公里，山高谷深、地勢陡峭。汶川縣有較完整的地層發(fā)育，縣域內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育成熟，巖性破碎。巖體工程地質(zhì)特性空間變化復雜，泥盆紀灰黑色變質(zhì)泥、砂、碳硅質(zhì)巖、早震旦世普通花崗巖、二疊紀石英閃長巖等分布廣泛，約占研究區(qū)面積的一半。汶川縣河流均屬于岷江水系，其中流域面積大于50km2的河流16條，主要河流為岷江，支流較大的有雜谷腦河、漁子溪、草坡河、壽江等。各級支流多成樹枝狀，溝壑交錯，河流縱橫。2008年5·12地震產(chǎn)生了大量崩滑體，為地質(zhì)災害的發(fā)育提供了條件。

3　技術(shù)路線

目前，人類還無法全面、系統(tǒng)性的了解地質(zhì)災害的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，我們研究的目的是盡可能突破人類認識的局限性、降低不確定性。雖然我們沒辦法系統(tǒng)性掌握地質(zhì)災害產(chǎn)生的不確定性，但控制地質(zhì)災害變化的影響因子具有共同特征。所以，根據(jù)研究區(qū)域的特征，只要確定了影響該區(qū)域地質(zhì)災害產(chǎn)生與分布的影響因子，就可以總結(jié)和預測地質(zhì)災害的發(fā)展與分布規(guī)律，起到預測和防治地質(zhì)災害的作用。本文研究的技術(shù)路線圖如下：

圖1　技術(shù)路線圖

4　危險性空間分布特征分析流程

地質(zhì)災害形成的影響因子眾多，結(jié)合研究區(qū)特征，在借鑒前人研究成果[5-8,11]的基礎(chǔ)上確定了本文的影響因子。

4.1　評價因子數(shù)據(jù)庫的建立

本文采用層次分析法，對地質(zhì)災害產(chǎn)生和分布相關(guān)的構(gòu)造巖性、地形地貌、坡度坡向、海拔高程、植被覆蓋、土地利用、水文資料等影響因子逐一進行分析。根據(jù)各因子關(guān)系與特性，歸納為兩個層級，第一層級因子如下表：

表1　第一層級評價分析因子

表2　第二層級評價分析因子（地質(zhì)類）

表3　第二層級評價分析因子（地形類）

表4　第二層級評價分析因子（地貌類）

表5　第二層級評價分析因子（歷史數(shù)據(jù)）

4.2　因子權(quán)重分配

4.2.1構(gòu)造判斷矩陣

首先，要進行判斷矩陣的構(gòu)造。通過相互比較確定各影響因子對于目標的重要程度，從而建立一系列的判斷矩陣A＝（aij）n×n，各判斷矩陣具有下述性質(zhì)：

4.2.2權(quán)向量計算

本研究計算權(quán)向量的方法是求和法，如下為權(quán)向量計算的具體步驟：

第一步：按列對判斷矩陣進行歸一化

第二步：按行對判斷矩陣進行求和

第四步：最大特征值求解

4.2.3一致性檢驗

一致性檢驗是為了檢驗各因子重要度之間的協(xié)調(diào)性，避免出現(xiàn)甲比乙重要，乙比丙重要，而丙又比甲重要這樣的矛盾情況出現(xiàn)。為避免矛盾的出現(xiàn)，需要對4.2.2章節(jié)計算得到的最大特征值進行一致性檢驗，一致性檢驗的計算指標為：

如果隨機一致性比率，則矩陣具有滿意的一致性，計算出來的權(quán)值比較合理，否則判斷矩陣的元素取值需要進行調(diào)整。

4.2.4因子權(quán)重計算

根據(jù)權(quán)向量計算步驟，計算得出歸一化處理后的權(quán)重值和判斷矩陣的最大特征值，并且一致性檢驗結(jié)果滿足的要求，因此各因子權(quán)重具體為：

表6　因子權(quán)重

圖2　三維可視化

圖3　地質(zhì)災害危險性空間分布特征分析圖

4.3　危險性空間分布特征分析

4.3.1GIS支持下的三維可視化

地理信息具有強大三維可視化功能。在滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害研究中，涉及到大量與位置及三維空間有關(guān)的信息。利用數(shù)字高程模型（DEM）和遙感影像相結(jié)合，可實現(xiàn)對滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害的三維重建，恢復物體的三維結(jié)構(gòu)和物體原形，提高影像的解譯精度和評價效果。

4.3.2分布特征分析

地理信息的空間疊置分析功能是一種常用的地圖分析方法。利用ArcGIS的空間疊置分析功能把11類因子的空間信息資源疊加起來，進行統(tǒng)一的加權(quán)分析，以便研究不同因子在不同的權(quán)重組合中的變化情況。本研究綜合考慮每個評價單元的危險性評價指標，通過11個因子的疊加分析，確定了汶川縣地質(zhì)災害空間分布特征。

結(jié)語

（1）地理信息和遙感技術(shù)可用于地質(zhì)災害危險性空間分布特征分析，結(jié)果準確可靠。

（2）本研究將地質(zhì)災害危險性劃分為極高危險區(qū)、高危險區(qū)、中危險區(qū)、低危險區(qū)、極低危險區(qū)五個等級。

（3）地質(zhì)災害極高危險區(qū)和高危險區(qū)主要集中在河流和道路兩側(cè)，主要原因為道路修建過程中會松動道路沿線的巖體，降低了巖體的抗剪程度，河流又為山區(qū)的滑坡、泥石流等地質(zhì)災害提供了充足的水源動力。

（4）地質(zhì)災害主要集中在海拔1500-3800米之間山區(qū)，海拔低于1500米和海拔高于3800米地區(qū)的地質(zhì)災害發(fā)育少，危險性低。

（5）本文通過對研究區(qū)四大類因子進行綜合分析，確定了一種行之有效的地質(zhì)災害危險性空間分布特征分析的方法。

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