基于GIS與加權(quán)信息量模型的城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)
——以大新鎮(zhèn)為例

焦偉之,張 明,謝鑫鵬,李成文,劉 濤,龐海松

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性，又稱地質(zhì)災(zāi)害敏感性，是在一定地質(zhì)環(huán)境條件和人類工程活動(dòng)共同作用下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率的度量[1]。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)是地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)警預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，其評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)管控等具有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)于大區(qū)域、小比例尺范圍的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已進(jìn)行了大量的研究并取得了豐碩的成果[2-3]。而在城鎮(zhèn)區(qū)域，由經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)導(dǎo)致的山體開(kāi)挖、公路建設(shè)、建房切坡等活動(dòng)頻繁，并由此誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。但目前鮮有學(xué)者關(guān)注此方面的研究，因此針對(duì)日益嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害，有必要開(kāi)展相應(yīng)的易發(fā)性區(qū)劃研究[4]。

目前，常用的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型主要有：層次分析模型、證據(jù)權(quán)模型、邏輯回歸模型、信息量模型和支持向量機(jī)模型等[5-8]，這些模型總體上可以歸納為統(tǒng)計(jì)分析模型、數(shù)學(xué)模型兩大類。其中，信息量模型屬于統(tǒng)計(jì)分析模型的一種，由于該評(píng)價(jià)方法物理意義明確、操作簡(jiǎn)單，已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)研究中。如田春陽(yáng)等[9]基于信息量法對(duì)西豐縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)實(shí)際情況具有較好的一致性；王佳佳等[10]基于GIS的柵格數(shù)據(jù)模型，并應(yīng)用信息量理論對(duì)三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并繪制了研究區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖；陳立華等[11]基于GIS與信息量法對(duì)北流市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)；羅守敬[12]基于ArcGIS與信息量法對(duì)北京山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并劃分出該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖。

雖然上述各評(píng)價(jià)模型已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，但其也存在一定的局限性。由于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響因素眾多且各評(píng)價(jià)因子難以準(zhǔn)確量化，在采用單一評(píng)價(jià)模型確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重時(shí)，有些評(píng)價(jià)模型直接將各評(píng)價(jià)因子等權(quán)重處理，有些評(píng)價(jià)模型則只考慮評(píng)價(jià)因子一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重或者各評(píng)價(jià)因子分級(jí)狀態(tài)下的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，這與實(shí)際情況下各評(píng)價(jià)因子不同分級(jí)指標(biāo)的真實(shí)綜合權(quán)重不符，會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果的不準(zhǔn)確[13]。面對(duì)小區(qū)域城鎮(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，單一評(píng)價(jià)方法已經(jīng)難以滿足精度的要求，而采用多模型耦合的評(píng)價(jià)方法成為當(dāng)前研究的主要趨勢(shì)，加權(quán)信息量(WIV)模型便是其中之一。WIV模型基于層次分析(AHP)法與信息量(IV)法耦合而成，該模型將評(píng)價(jià)因子的一、二級(jí)分級(jí)指標(biāo)按照實(shí)際調(diào)查結(jié)果與計(jì)算結(jié)果分別賦予權(quán)重并疊加得到綜合權(quán)重，能更加客觀地反映各評(píng)價(jià)因子不同分級(jí)指標(biāo)的真實(shí)權(quán)重[14-17]。

綜上所述，WIV模型不僅克服了單一AHP法過(guò)分依賴于專家主觀經(jīng)驗(yàn)的缺點(diǎn)，同時(shí)降低了單一IV模型確定指標(biāo)權(quán)重分配的主觀性，該模型通過(guò)將客觀的信息量與專家觀點(diǎn)同時(shí)納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，避免了單一模型的缺點(diǎn)同時(shí)又吸納了兩者的優(yōu)點(diǎn)[18],其評(píng)價(jià)結(jié)果相比單一評(píng)價(jià)方法更加合理、準(zhǔn)確[19-23]。因此，本文以大新鎮(zhèn)為研究區(qū)，結(jié)合研究區(qū)的特點(diǎn)選取基于斜坡單元的加權(quán)信息量的耦合模型開(kāi)展城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，并分別與單一IV模型、AHP模型的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，探索適應(yīng)于城鎮(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)方法。

1 加權(quán)信息量模型概述

1. 1 層次分析法

層次分析(Analytic Hierarchy Process,AHP)法最早由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty教授于20世紀(jì)70年代提出，其主要原理是通過(guò)將與決策有關(guān)的復(fù)雜元素分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等，通過(guò)兩兩比較確定評(píng)價(jià)因子的相對(duì)重要程度，然后再構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算判斷矩陣特征的最大特征根及其歸一化特征向量，并檢驗(yàn)其一致性后得到各個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重[14]。

1. 2 信息量模型

信息量(Information Value,IV)模型主要基于統(tǒng)計(jì)模型和信息論，又稱雙變量統(tǒng)計(jì)模型，是通過(guò)統(tǒng)計(jì)特定評(píng)價(jià)單元信息量的大小來(lái)綜合衡量地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率的方法。一般而言，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受多種因素的影響，各種因素所起作用的大小、性質(zhì)是不同的[24]。IV模型通過(guò)對(duì)影響因素分級(jí)，分析統(tǒng)計(jì)各影響因素等級(jí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的“貢獻(xiàn)率”，并對(duì)各影響因素的“貢獻(xiàn)率”進(jìn)行組合疊加得到信息量I,即I值越大，則地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率越大[25]。其基本公式如下：

(1)

式中：I(Y,x1x2…xn)為評(píng)價(jià)因子x1x2…xn組合條件下地質(zhì)災(zāi)害提供的信息量;P(Y,x1x2…xn)為評(píng)價(jià)因子x1x2…xn組合條件下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率；P(Y)為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率。

公式(1)為信息量理論模型，由于地質(zhì)災(zāi)害在各影響因素下發(fā)生的概率難以準(zhǔn)確計(jì)算，因此在實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中，通過(guò)對(duì)研究區(qū)域劃分評(píng)價(jià)單元，而后采用樣本頻率計(jì)算各評(píng)價(jià)因子組合條件下評(píng)價(jià)單元的總信息量。上述公式(1)可表示如下：

(2)

式中：I為n種評(píng)價(jià)因子組合條件下評(píng)價(jià)單元的總信息量；I(xi,Z)為評(píng)價(jià)因子xi對(duì)地質(zhì)災(zāi)害Z提供的信息量；Ni為評(píng)價(jià)因子xi內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的單元數(shù)；N為研究區(qū)含有地質(zhì)災(zāi)害分布的單元總數(shù)；Si為研究區(qū)內(nèi)含有評(píng)價(jià)因子xi的單元數(shù)；S為研究區(qū)內(nèi)評(píng)價(jià)單元的總數(shù)。

1. 3 加權(quán)信息量模型

通過(guò)AHP法得到各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，再結(jié)合IV法得到的各評(píng)價(jià)因子的信息量值，兩者相乘得到評(píng)價(jià)因子最終的信息量值。其加權(quán)信息量(WIV)模型可表示如下：

(3)

式中：I為n種評(píng)價(jià)因子組合條件下評(píng)價(jià)單元的加權(quán)信息量值；Ii為評(píng)價(jià)因子i的信息量值；wi為評(píng)價(jià)因子xi的權(quán)重。

2 研究區(qū)概況

大新鎮(zhèn)位于湖南省新邵縣，地處湘中丘陵與雪峰山脈交匯地區(qū)，總面積為143 km2，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°18′41″～111°27′50″、北緯27°22′59″～27°34′25″，該地區(qū)屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，雨量充分。研究區(qū)位于大乘山-龍口溪背斜核部，區(qū)內(nèi)地貌為侵蝕剝蝕丘陵—低山地貌，受境內(nèi)資水侵蝕切割，地形東西高、中間低，地形坡度為15°～50°。區(qū)內(nèi)地層巖性主要為南華系砂質(zhì)板巖、震旦系硅質(zhì)巖、板狀泥巖及少量的人工填土地，見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 General situation of the study area

由于資水由南至北貫穿全境，研究區(qū)被一分為二，發(fā)育典型的深“V”河谷地形地貌。大新鎮(zhèn)沿河流兩岸而建，區(qū)內(nèi)坡面開(kāi)墾、植被砍伐等人類工程活動(dòng)頻繁復(fù)雜的地形地貌再加上強(qiáng)烈的人類工程活動(dòng)，致使區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。根據(jù)研究區(qū)1∶5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果，大新鎮(zhèn)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害和隱患共96處，其中不穩(wěn)定斜坡52處，滑坡34處，崩塌10處，見(jiàn)圖2。研究區(qū)不穩(wěn)定斜坡又可分為自然土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡和巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡，其中自然土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡有13處(占比為25%)，巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡有39處(占比為75%)；研究區(qū)滑坡均為小型、淺層滑坡，其中降雨誘發(fā)滑坡2處(占比為5.9%)，人類工程活動(dòng)誘發(fā)滑坡6處(占比為17.6%)，綜合因素誘發(fā)滑坡26處(占比為76.5%)；研究區(qū)崩塌均為小型巖質(zhì)崩塌，其中綜合影響因素誘發(fā)崩塌2處(占比為20%)，人類工程活動(dòng)誘發(fā)崩塌8處(占比為80%)。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因素柱狀圖Fig.2 Histogram of geological disaster influencing factors in the study area

總體上看，大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害主要沿著資水兩岸發(fā)育，在空間上表現(xiàn)出較大的差異性：地質(zhì)災(zāi)害大量分布于資水左岸，共發(fā)育74處(占比為77.1%)，資水右岸地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量較少，僅發(fā)育22處(占比22.9%)。此外，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育主要集中在靠近河岸的砂質(zhì)板巖中，這一方面與砂質(zhì)板巖風(fēng)化強(qiáng)烈、巖體性質(zhì)松散有關(guān)，另一方面是受深“V”形地形的影響，區(qū)內(nèi)居民聚集居住于沿河兩岸坡腳，沿河兩岸受人類工程活動(dòng)作用的影響強(qiáng)烈，致使地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)。

3 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐趾驮u(píng)價(jià)因子選取與分級(jí)

3. 1 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/h3>

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究表明，在小區(qū)域、大比例尺范圍內(nèi)，基于斜坡單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)具有良好的適應(yīng)性與可塑性，其評(píng)價(jià)結(jié)果的精度更高、更合理[26-28]。

本文以自然斜坡為評(píng)價(jià)單元開(kāi)展了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，研究區(qū)斜坡單元的具體劃分流程為：①首先利用ArcGIS軟件對(duì)數(shù)字高程模型(DEM，即高程)數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼處理生成無(wú)洼地DEM并提取流向，根據(jù)流向計(jì)算得到匯流累計(jì)量,然后通過(guò)設(shè)定流量閾值提取河網(wǎng)并確定集水點(diǎn)，通過(guò)集水點(diǎn)與流向計(jì)算得到正集水區(qū)域，經(jīng)矢量化后得到山脊線；②將DEM反轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟①得到山谷線；③將山脊、山谷線矢量合并得到斜坡單元，再結(jié)合實(shí)際情況對(duì)斜坡單元進(jìn)行邊界拓?fù)錂z查與人工修正，最終將研究區(qū)劃分為828個(gè)斜坡單元。

3. 2 評(píng)價(jià)因子選取與分級(jí)

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受多種因素的影響，評(píng)價(jià)因子的選擇與分級(jí)是否合理將直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性。本文通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)規(guī)律的研究分析，選取坡高、坡度、坡向、工程巖組、構(gòu)造、河流、道路7個(gè)評(píng)價(jià)因子建立研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并根據(jù)各評(píng)價(jià)因子的特點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)處理(見(jiàn)圖3)。將各評(píng)價(jià)因子分級(jí)后，分別統(tǒng)計(jì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與不同評(píng)價(jià)因子之間的關(guān)系，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖4。

3.2.1 坡高

坡高對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育具有顯著的影響。研究區(qū)坡高利用ArcGIS軟件從DEM數(shù)據(jù)中獲取，得到大新鎮(zhèn)坡高為196～1 256 m，并通過(guò)ArcGIS軟件分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能將柵格單元與斜坡單元空間連接，分區(qū)統(tǒng)計(jì)各個(gè)斜坡單元內(nèi)坡高特征值，再將分區(qū)統(tǒng)計(jì)得到的研究區(qū)坡高數(shù)據(jù)采取自然間斷法重分類為5類：196～311 m、311～466 m、466～636 m、636～848 m和848～1 256 m，見(jiàn)圖3(a)。

圖3 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)因子重分類圖Fig.3 Reclassification map of susceptibility evaluation factors for geological disasters in Daxin town

3.2.2 坡向

坡向的不同會(huì)導(dǎo)致斜坡結(jié)構(gòu)及含水量的差異，從而影響斜坡的穩(wěn)定性。同理，將研究區(qū)坡向重分類為6類：46°～113°、113°～141°、141°～165°、165°～195°、195°～227°和227°～286°，見(jiàn)圖3(b)。

3.2.3 坡度

坡度為影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的因素之一，坡度越大，地質(zhì)災(zāi)害越容易發(fā)生。采取坡高相同的處理方法，在分區(qū)統(tǒng)計(jì)各個(gè)斜坡單元內(nèi)坡度特征值后，將研究區(qū)坡度重分類為5類：17°～30°、30°～35°、35°～38°、38°～42°和42°～50°，見(jiàn)圖3(c)。

3.2.4 工程巖組

工程巖組作為影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的內(nèi)在因素，其物理力學(xué)性質(zhì)直接決定了斜坡的穩(wěn)定性。根據(jù)野外調(diào)查和區(qū)域地質(zhì)資料，將研究區(qū)工程巖組劃分為5類：炭質(zhì)板巖、石英砂巖、砂質(zhì)板巖、頁(yè)巖夾灰?guī)r、硅質(zhì)巖，見(jiàn)圖3(d)。

3.2.5 構(gòu)造

一般而言，構(gòu)造活動(dòng)越發(fā)育的區(qū)域，地質(zhì)環(huán)境條件越為不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生斷裂、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了有利條件。研究區(qū)位于大乘山-龍口溪背斜核部，區(qū)內(nèi)有多條斷層發(fā)育，距離斷層越近，巖層越為破碎，其穩(wěn)定性越差。為了量化斷裂這類線狀影響因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響，采取建立緩沖區(qū)的方式對(duì)其進(jìn)行緩沖區(qū)處理，將研究區(qū)距構(gòu)造的緩沖距離劃分為5類：0～100 m、100～200 m、200～300 m、300～500 m和>500 m，見(jiàn)圖3(e)。

3.2.6 河流

河流對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的影響主要表現(xiàn)在侵蝕斜坡前緣，加速飽和斜坡巖土體，從而降低斜坡的抗滑力。河流距斜坡越近，則對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響越大。同樣，河流作為線狀影響因子，對(duì)其進(jìn)行緩沖區(qū)處理，將研究區(qū)距河流的緩沖距離劃分為5類：0～50 m、50～100 m、100～150 m、150～200 m和>200 m，見(jiàn)圖3(f)。

3.2.7 道路

一些斜坡體在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)受到人類工程活動(dòng)的擾動(dòng)時(shí)，其原有應(yīng)力狀態(tài)遭擾動(dòng)而發(fā)生改變，從而影響斜坡的穩(wěn)定性。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)大部分地質(zhì)災(zāi)害都是由于修建公路開(kāi)挖所致，因此將道路選取為評(píng)價(jià)因子并對(duì)其進(jìn)行緩沖區(qū)處理，將研究區(qū)距道路的緩沖距離劃分為5類：0～50 m、50～100 m、100～150 m、150～200 m和>200 m，見(jiàn)圖3(g)。

4 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

4. 1 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，采用層次分析法，將評(píng)價(jià)因子按照地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育成因分為內(nèi)在因素和誘發(fā)因素兩類二級(jí)指標(biāo)、7類三級(jí)指標(biāo)，建立了大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

圖4 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害與評(píng)價(jià)因子之間的關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 Statistical chart of geological disasters and evaluation factors for geological disasters in Daxin town

表1 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合實(shí)際野外調(diào)查并引入專家打分，對(duì)各評(píng)價(jià)因子按照兩兩相對(duì)重要性進(jìn)行打分，分別構(gòu)建研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性判斷矩陣A-B(見(jiàn)表2)、內(nèi)在因素判斷矩陣B1-C(見(jiàn)表3)和誘發(fā)因素判斷矩陣B2-C(見(jiàn)表4)。

表2 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性判斷矩陣A-B

表3 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害內(nèi)在因素判斷矩陣B1-C

表4 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素判斷矩陣B2-C

通過(guò)計(jì)算各判斷矩陣的最大特征值λmax及其歸一化特征向量ω，并對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算一致性指標(biāo)CI和一致性比例CR，其中：

(4)

(5)

式中：RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，通過(guò)查閱AHP法獲取。

判斷矩陣λmax、CI、RI、CR、歸一化特征向量ω的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 判斷矩陣各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

由表5可知：上述判斷矩陣的一致性比例CR值均<0.1，通過(guò)一次性檢驗(yàn)，表明整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重分配合理，計(jì)算得到各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，見(jiàn)表6。

表6 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果

4. 2 評(píng)價(jià)因子加權(quán)信息量計(jì)算

根據(jù)上述評(píng)價(jià)因子的分級(jí)結(jié)果，利用ArcGIS軟件的分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，統(tǒng)計(jì)每個(gè)斜坡單元內(nèi)各評(píng)價(jià)因子不同分級(jí)狀態(tài)下的柵格個(gè)數(shù)和地質(zhì)災(zāi)害個(gè)數(shù)，并由公式(2)計(jì)算出各評(píng)價(jià)因子的信息量值，再根據(jù)公式(3)計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的加權(quán)信息量值，得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性加權(quán)信息量值，見(jiàn)表7。

表7 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害各評(píng)價(jià)因子信息量值統(tǒng)計(jì)表

4. 3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)

由WIV模型計(jì)算得到的研究區(qū)斜坡單元的信息量值為-1.025 6～0.513 1，總信息量值越大，代表越容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。為了驗(yàn)證WIV模型的評(píng)價(jià)結(jié)果，將WIV模型與IV模型、AHP模型的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，其中WIV模型的信息量值為-4.49～2.78，AHP模型的熵值為0.07～0.52，再將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量值和熵值進(jìn)行等份均分處理，繪制了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量分布曲線(見(jiàn)圖5)，并選取信息量突變點(diǎn)作為分區(qū)閾值，將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分為低、中、高和極高4個(gè)易發(fā)性等級(jí)區(qū)域，繪制了相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)圖，并統(tǒng)計(jì)了易發(fā)性分區(qū)面積及其占比，見(jiàn)圖6和表8。

圖5 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量分布曲線Fig.5 Distribution curve of susceptibility information of geological disasters in Daxin town

圖6 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)圖Fig.6 Zoning map of susceptibility evaluation for geological disasters in Daxin town

表8 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)表

由圖6可知：3種模型評(píng)價(jià)得出的研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果存在一定的差異，WIV模型得到的研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)面積占比為50.75%，中易發(fā)區(qū)面積占比為32.15%，高易發(fā)區(qū)面積占比為11.22%，極高易發(fā)區(qū)面積占比為5.88%，分區(qū)面積隨著地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)的提高而不斷減少；IV模型與AHP模型評(píng)價(jià)得出的研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害低、中、高易發(fā)區(qū)的分區(qū)面積分布較為均一，但AHP模型得到的極高易發(fā)區(qū)分布廣泛，與WIV模型和IV模型的評(píng)價(jià)結(jié)果相差較大。

此外，由圖6還可以看出大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害高、極高易發(fā)區(qū)多集中在資水中段兩岸的砂質(zhì)板巖區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度等級(jí)沿著資水向兩側(cè)逐漸降低，表明河谷形地形地貌對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)較為一般的砂質(zhì)板巖斜坡穩(wěn)定性具有一定的影響。

4. 4 評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)

為了進(jìn)一步對(duì)比3種模型評(píng)價(jià)得到的研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果的精度，本文采用ROC曲線(受試者工作特征曲線)對(duì)模型評(píng)價(jià)精度進(jìn)行了檢驗(yàn)，即以ROC曲線下方面積(AUC)指標(biāo)可用來(lái)判斷模型評(píng)價(jià)結(jié)果的精度。AUC取值范圍為0.5～1，AUC值越接近1，表明模型評(píng)價(jià)結(jié)果的精度越高[29]。本文以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)面積累計(jì)比例為橫坐標(biāo)，地質(zhì)災(zāi)害累計(jì)發(fā)生數(shù)量比例為縱坐標(biāo)，繪制研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的ROC曲線，見(jiàn)圖7。

圖7 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的ROC曲線Fig.7 ROC curves of susceptibility evaluation results of geological disasters in Daxin town

由圖7可知：WIV模型得到的AUC值為0.745，IV模型得到的AUC值為0.712，AHP模型得到AUC值為0.663，WIV模型相比IV模型和AHP模型評(píng)價(jià)精度分別提高5%和12.3%，說(shuō)明改進(jìn)后WIV模型的評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于IV模型和AHP模型，表明WIV模型在小區(qū)域城鎮(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中具有較好的適應(yīng)性。

5 結(jié) 論

本文基于改進(jìn)后的WIV模型，選取坡高、坡向、坡度、工程巖組、構(gòu)造緩沖距離、河流緩沖距離、道路緩沖距離7個(gè)評(píng)價(jià)因子，建立了城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)大新鎮(zhèn)開(kāi)展了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)研究，得到以下結(jié)論：

(1) 大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)調(diào)查表明，大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害主要沿資水兩岸分布，呈現(xiàn)典型深“V”河谷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，此外受人類工程活動(dòng)的影響，左岸地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)度遠(yuǎn)大于右岸，兩者在空間上表現(xiàn)出差異性，工程巖組對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響顯著。

(2) 利用WIV模型與IV模型、AHP模型對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，WIV模型的AUC值為0.745，IV模型的AUC值為0.712，AHP模型的AUC值為0.663，WIV模型相比IV模型和AHP模型評(píng)價(jià)精度分別提高了5%和12.3%，說(shuō)明改進(jìn)后的WIV模型在小區(qū)域城鎮(zhèn)尺度地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中具有較好的適應(yīng)性。

(3) 在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)閾值的確定這一問(wèn)題上，相比常用的自然間斷法、平均間斷法等，本文采用對(duì)信息量等間距等分方法繪制了相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量分布曲線，以該曲線的突變點(diǎn)為分區(qū)閾值，避免了人為劃分的隨意性與主觀性，提高了分區(qū)結(jié)果的可靠性。

(4) 評(píng)價(jià)結(jié)果表明：大新鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害極高、高易發(fā)區(qū)主要集中分布在資水兩岸中部的砂質(zhì)板巖區(qū)域，因此在后續(xù)的城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)與建設(shè)中，應(yīng)盡量避免在該區(qū)域選址開(kāi)挖，同時(shí)對(duì)已經(jīng)開(kāi)挖的邊坡應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。