基于格網(wǎng)法和數(shù)據(jù)包絡分析方法的滑坡危險評價

曾特林 吳彩燕

(1.綿陽涪地土地勘察規(guī)劃設計有限責任公司，四川 綿陽 621010; 2.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010)

0 引言

滑坡作為一種常見的次生自然災害，具有不同程度的破壞性。一直以來，滑坡風險評估與管理在減災防災方面都是國際上倡導和推廣的有效途徑之一[1]。目前，常用的滑坡危險性評價方法有：層次分析法、信息量法、主成分分析法等[2-4]。數(shù)據(jù)包絡分析(The Data Envelopment Analysis，簡稱DEA)是1978年由美國著名的運籌學家A.Charnes和W.W.Cooper等學者，基于相對效率概念提出的一種效率評價方法[5]。它將評價對象看作決策單元，實際的孕災環(huán)境和致災因子作為“投入”，實際發(fā)生的災害表征作為“產出”，通過對決策單元的分析，將產出投入比等于1的單元集合作為“有效生產前沿面”，并根據(jù)該評價目標單元與生產前沿面的距離狀況，確定該評價目標單元是否為DEA有效，并求出最優(yōu)權重值的大小。在滑坡災害系統(tǒng)中，即可認為評價單元在滑坡災害發(fā)生時產生的破壞效應達到最大，區(qū)域滑坡災害評價等級為最高，而投入冗余率和產出不足率則能為防災減災提供決策方向。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)

研究區(qū)選擇地質構造復雜、降雨量大、多起伏山地、滑坡頻發(fā)的白沙河流域。其在區(qū)域構造上位于四川盆地成都新生代凹陷的西北邊緣與龍門山構造帶中南段的前緣交界部位，區(qū)域構造線方向為NE向，區(qū)域內斷裂有映秀斷裂和灌縣斷裂(二王廟斷裂)。利用ARCGIS，提取了流域邊界，劃分了200 m×200 m的格網(wǎng)單元，作為DEA模型的決策單元。

1.2 研究方法

本文滑坡災害危險性評價的方法步驟主要包括：利用GIS技術和遙感技術，處理原始數(shù)據(jù)，從而得到成災系統(tǒng)中相對全面的因子體系；此時的因子體系有可能會在某一個方面具有多個因子，因此還需要進行主成分分析，提取出具有代表性的因子；然后是利用DEA方法對研究區(qū)域進行DEA效率計算，得到的效率值即可視為危險度，利用最佳自然斷點法進行危險度分級，對各個等級的區(qū)域進行危險性評價；最后通過抽樣實地調查，對危險性評價結果進行驗證?；诟窬W(wǎng)法和DEA方法的滑坡災害危險性評價流程如圖1所示。

2 基于DEA方法的滑坡危險評價

2.1 指標體系

基于系統(tǒng)性、層次性、代表性、可操作性的指標選取原則，從輸入因子、輸出因子兩個方面進行層層深入分析，將輸入因子分為孕災環(huán)境和破壞動力，而輸出因子則是滑坡災害發(fā)生時的表現(xiàn)特征。孕災環(huán)境從地形地貌、地質條件以及植被分布進行分析，破壞動力則主要從河流侵蝕和人類活動兩個方面進行分析，災害發(fā)生的表現(xiàn)特征可以用滑坡分布密度和各個滑坡點的面積來衡量。

利用數(shù)字高層模型數(shù)據(jù)提取出地形地貌因子的代表因子：坡度、坡向、地形高度、海拔高度、曲率；結合遙感高清數(shù)據(jù)對研究區(qū)地物進行分類處理，經(jīng)過GIS進一步處理即可得到植被覆蓋率、道路分布密度、建筑物分布密度、河網(wǎng)密度、滑坡分布密度、滑坡面積分布、地質構造等因子[6,7]。

為了避免變量信息的過度重疊而帶來的誤差，采用SPSS軟件對初步分析處理得到的所有因子進行主成分分析。在主成分分析中，衡量一個因子或要素的貢獻程度的指標稱為特征值，當特征值小于1時，該因子可忽略不計。通過主成分分析，最終得到的指標體系如表1所示。

2.2 基于DEA方法的滑坡危險評價

基于數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)的投入產出思想[8,9]，滑坡災害的成災過程引入這一理論，于是本文采用DEA方法的常用軟件MaxDEABasic6，將所有輸入因子和輸出因子代入，計算出DEA效率值，從而得到了滑坡危險度，即對應的DEA效率值，如圖2所示。

表1 滑坡危險性分析指標體系

目標層系統(tǒng)層要素層指標層輸入輸出環(huán)境條件破壞動力災害發(fā)生表征地質條件地形地貌植被分布人類活動影響河流侵蝕分布特征規(guī)模特征斷層距離/m地層巖性/m2地形起伏度/m高程/m曲率絕對值/(°)坡度/(°)坡向/(°)改進的到建筑、居民地距離/m到道路距離/m作物面積/m2水系距離/m格網(wǎng)到滑坡點的平均距離/m格網(wǎng)到滑坡點的最近距離/m滑坡規(guī)模/萬m3

利用ARCGIS自然斷點法，將計算結果進行等級劃分，如表2所示。

表2 滑坡危險度等級劃分

對研究區(qū)域內所有格網(wǎng)進行危險度統(tǒng)計，可得知不同危險等級的格網(wǎng)單元數(shù)量，如表3所示。

表3 滑坡危險成災效率統(tǒng)計表

研究區(qū)域內的滑坡危險空間分布如圖3所示。

2.3 精度評價

從最新遙感圖上解譯了新的滑坡點，并經(jīng)過野外調查核對，確定了11個新滑坡點，通過對11個樣本點進行分析統(tǒng)計，其中有8處為多年反復性滑坡，3個為新滑坡，滑坡規(guī)模為0.3萬m3～7.2萬m3，均為小型滑坡。分布在極高危險度區(qū)域的有7個，占總數(shù)的63.636%；分布在高危險區(qū)的有2個，占總數(shù)的18.182%；另外2個分布在中危險區(qū)內，占總數(shù)的18.182%。

通過精度驗證，可以看出，數(shù)據(jù)包絡分析方法在滑坡危險評價中發(fā)揮了較好的作用，評價的指標和方法都能為山區(qū)滑坡災害的危險性評價提供決策支持。

3 結語

為避免或減少山區(qū)滑坡災害評價的主觀因素，提升滑坡災害評價的客觀性，可以使用DEA方法對山區(qū)滑坡災害的危險性進行評價；格網(wǎng)法可以使研究區(qū)域內每個精細單元都有其對應的危險度值，體現(xiàn)出更精細的危險性評價。通過對滑坡點的實地調查和統(tǒng)計分析，證明了基于格網(wǎng)和DEA方法在滑坡災害危險性評價中具有較好的可靠程度，為山區(qū)滑坡災害精細化危險性評價提供了新思路。