GIS在滑坡災(zāi)害研究中的應(yīng)用

艾合買提·依布拉音 孫天天 馬琳

摘 要：滑坡災(zāi)害是在地表一定空間范圍和一定時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生的自然地質(zhì)現(xiàn)象，盡管不同區(qū)域、不同類型的滑坡災(zāi)害的現(xiàn)象與過程各異，形成的機(jī)理有別，但滑坡災(zāi)害一般是在環(huán)境因素和觸發(fā)因素共同作用下的結(jié)果。這些因素都與空間信息有關(guān)，利用GIS技術(shù)不僅可以對(duì)各種滑坡災(zāi)害及其相關(guān)信息進(jìn)行管理，而且可以從不同的空間和時(shí)間尺度上分析滑坡災(zāi)害的發(fā)生與環(huán)境因素之間的相互關(guān)系，評(píng)價(jià)滑坡災(zāi)害可能發(fā)生的災(zāi)害范圍與風(fēng)險(xiǎn)程度。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；滑坡災(zāi)害；空間分析

引言

滑坡發(fā)生頻率與影響因子之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系是滑坡災(zāi)害半定量空間預(yù)測的基礎(chǔ)。通過對(duì)滑坡空間分布及其環(huán)境背景數(shù)據(jù)層的GIS圖層操作，可以獲得滑坡與影響因素綜合數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上利用GIS統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)數(shù)據(jù)庫屬性項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可獲得滑坡發(fā)生頻率與各影響因子，如地形坡度、坡向、高程、植被覆蓋、土地利用類型、地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造等之間的統(tǒng)計(jì)直方圖或餅狀圖等，進(jìn)而可據(jù)此對(duì)易滑地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行綜合分析。如Larsen和Torres-Sanchez對(duì)Puertorico三個(gè)典型研究區(qū)以航空遙感影像為數(shù)據(jù)源，以GIS為工具，對(duì)滑坡發(fā)生頻率與環(huán)境背景因素的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)坡度大于120、高程大于300m的北東東向斜坡為易滑地質(zhì)環(huán)境條件；Gao采用航片作為滑坡數(shù)據(jù)源，將解譯的滑坡數(shù)據(jù)層與地形數(shù)據(jù)（包括坡度、高程、坡向和坡形）進(jìn)行疊加分析，發(fā)現(xiàn)中等高程的北、北東向和西、北西向坡坡度陡的凹坡為滑坡易發(fā)區(qū)；筆者以香港大嶼山為研究區(qū)，以GIS為技術(shù)支撐工具，在開展自然滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，根據(jù)滑坡發(fā)生的空間位置自動(dòng)提取滑坡發(fā)生源地的地形條件，通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)坡度>200、高程為100-500m的南坡為易滑地形條件。

1 GIS特點(diǎn)

GIS的最大優(yōu)勢是以圖形的方式表達(dá)滑坡的位置和屬性，即滑坡可視化。在滑坡信息表達(dá)中GIS最直接的應(yīng)用是滑坡的空間位置表達(dá)，GIS技術(shù)與計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的結(jié)合更可以生動(dòng)表達(dá)滑坡信息[2]。在滑坡的研究中，不論是滑坡分布、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果、滑坡易損性分析、滑坡防治規(guī)劃等均可以地圖表達(dá)。在這方面G1S已得到了成功的應(yīng)用，使用中的難點(diǎn)在于多尺度數(shù)據(jù)的融合使用、滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中最小評(píng)價(jià)單元的選取等.簡單的理解，滑坡分析包括滑坡易損性分析、滑坡時(shí)空分析、滑坡運(yùn)動(dòng)分析、滑坡風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等在內(nèi)，由信息到知識(shí)、由現(xiàn)象到規(guī)律、由已知到未知的分析過程。在滑坡分析中，GIS主要作用是發(fā)揮其空間分析功能，使傳統(tǒng)方法下不好解決的問題清晰表達(dá)出來。

2 滑坡災(zāi)害應(yīng)用研究的技術(shù)思路

利用GIS進(jìn)行空間分析，關(guān)鍵點(diǎn)就是空間建模問題。一般而言，空間模型是為了解決問題的方便而對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn)。借助模型我們可以理解、描述或預(yù)測現(xiàn)實(shí)世界的事物是如何相互作用的。下文總結(jié)某縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用實(shí)例具體概念建模過程如下：

2.1 描述問題

為解決實(shí)際問題，首先要清晰的描述要解決的問題和最終的目標(biāo)，從想要的結(jié)果入手，分析需要的地圖數(shù)據(jù)。某縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用研究是為了研究該研究區(qū)滑坡的影響因子與滑坡發(fā)生之間狀況，最終分析結(jié)果應(yīng)該得出坡度、坡向、巖層產(chǎn)狀于滑坡之間的定性或定量關(guān)系，如在順向坡比較容易發(fā)生滑坡、坡度不同范圍內(nèi)滑坡產(chǎn)生的比率等等[3]。

2.2 分解問題

在問題描述清楚，想要的結(jié)果確定后，應(yīng)該進(jìn)一步將問題分解為更細(xì)小的部分，直到知道了解決這個(gè)問題的大體步驟。對(duì)研究區(qū)來說，根據(jù)滑坡學(xué)的知識(shí)，可以得知影響滑坡活動(dòng)的因素包括坡體的坡度、高程、坡向、巖層產(chǎn)狀等等，眾多影響因素共同作用造成了滑坡災(zāi)害的發(fā)生。然后進(jìn)一步分析，坡體的坡度可以從坡度圖上獲取，而坡度圖則是由數(shù)字高程模型（DEM）派生出來的，因此首先要生成數(shù)字高程模型。另一方面，在以往的研究中把巖層產(chǎn)狀和坡向的空間組合作為影響因素來考慮的并不多見，而在本研究中這種組合則是分析滑坡易滑性的一個(gè)重要指標(biāo)。

2.3 分析和準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)

現(xiàn)在問題已經(jīng)被分解成一組具體的目標(biāo)和過程模型，并且已經(jīng)明確了需要哪些數(shù)據(jù)。接下來就需要對(duì)數(shù)據(jù)輸入以及數(shù)據(jù)庫的建立進(jìn)行分析和準(zhǔn)備。如等高線中等高距的大小要求和實(shí)際中的資料的可獲得性、巖層產(chǎn)狀點(diǎn)的選取等；搞清楚這些之后，就要著手準(zhǔn)備所需數(shù)據(jù)：紙質(zhì)地圖需要矢量化、各種數(shù)據(jù)的存放形式等等[4]。

2.4 分析過程

在細(xì)分了問題，明確了具體目標(biāo)，確定了分析過程，了解了所需數(shù)據(jù)，建立了所需數(shù)據(jù)庫之后，就是具體的利用這些數(shù)據(jù)來分析問題的過程了，即某縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用研究的過程了。

2.5 結(jié)果分析

對(duì)最終分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析，如順層滑坡是否占據(jù)了研究區(qū)滑坡總面積的大部分.如果出現(xiàn)問題則要重復(fù)前面的步驟、重新對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，直到結(jié)論正確合理為止。概念模型建立起來之后，結(jié)合GIS具體的功能，則相應(yīng)的技術(shù)思路也就非常明了了[5][6]。從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)處理到應(yīng)用過程模型對(duì)滑坡的影響因子進(jìn)行分析，直到最后分析結(jié)果的圖形、圖表展示，一條相對(duì)完整的路線就建立起來了。其中雙變量統(tǒng)計(jì)分析中每一個(gè)參數(shù)因子單獨(dú)與滑坡分布圖進(jìn)行對(duì)比分析，參數(shù)因子對(duì)比滑坡破壞產(chǎn)生的作用可以被計(jì)算出來。有許多統(tǒng)計(jì)方法可以計(jì)算各參數(shù)因子對(duì)滑坡產(chǎn)生的貢獻(xiàn)率大小。Van Westen等人曾經(jīng)使用簡單的密度函數(shù)來決定各參數(shù)的權(quán)重。區(qū)域中總的滑坡點(diǎn)密度可以用來作為計(jì)算權(quán)重的標(biāo)準(zhǔn)，這種權(quán)重可以通過與每種參數(shù)因子的總的密度對(duì)比而得到。由于評(píng)估中參數(shù)因子的選取是由執(zhí)行分析的專家完成，可以說雙變量統(tǒng)計(jì)分析法使專家主觀的專業(yè)知識(shí)和GIS客觀的以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的分析能力得到完美的結(jié)合。當(dāng)使用多變量統(tǒng)計(jì)方法時(shí)，所有在滑坡點(diǎn)處的因子都可以通過多元回歸方法與滑坡分布圖疊加分析、判別分析建立穩(wěn)定與不穩(wěn)定區(qū)域的相關(guān)關(guān)系。

結(jié)束語：

GIS技術(shù)為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的地形地貌特征分析提供了實(shí)用、有效的方法，對(duì)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)具有良好的實(shí)用價(jià)值。需要指出的是，滑坡數(shù)據(jù)屬于歷史調(diào)查數(shù)據(jù)，鑒于目前區(qū)域滑坡災(zāi)害調(diào)查的局限性，有很多地區(qū)屬于有災(zāi)無害，可能有許多滑坡點(diǎn)沒有記錄，這會(huì)影響到統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精度。

參考文獻(xiàn)

[1]邢建凱.滑坡地質(zhì)災(zāi)害成因分析與防治措施[J].世界有色金屬.2017（16）

[2]宋羅明，郭國平.滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查和防治治理探析[J].江西建材.2014（10）

[3]劉準(zhǔn).滑坡地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)方法及防治措施[J].低碳世界.2016（06）