李 俊, 王克峰, 韋開行, 李 業(yè), 吉 輝, 唐 甜
(1.重慶市二零八地質(zhì)環(huán)境研究院有限公司,重慶 400700;2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059;3.潼南區(qū)規(guī)劃和自然資源局,重慶 400700)
地質(zhì)災(zāi)害形成條件與地形地貌密切相關(guān)[1]. 不同的地貌單元導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征和誘發(fā)因素在空間上有明顯不同[2]. 中國山地丘陵地貌分布廣泛,其地質(zhì)環(huán)境非常脆弱,經(jīng)常發(fā)生滑坡、危巖、泥石流等多種地質(zhì)災(zāi)害. 地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生會(huì)對(duì)區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施、人民生命財(cái)產(chǎn)安全以及重大戰(zhàn)略工程的實(shí)施造成嚴(yán)重影響[3],因此,對(duì)山地丘陵區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)不僅十分必要,還可為區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)政策的制定以及區(qū)域?yàn)?zāi)害預(yù)警體系的建設(shè)提供參考依據(jù).
目前,大多學(xué)者對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性和易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)主要采用GIS技術(shù)和空間信息處理技術(shù). 孫小凡等[4]選取與滑坡發(fā)育密切相關(guān)的6個(gè)因子作為評(píng)價(jià)因子,采用GIS和Logistic 回歸相結(jié)合的方法對(duì)湖北省宜昌市城區(qū)的滑坡易發(fā)性進(jìn)行了分區(qū)評(píng)價(jià);李益敏等[5]選取坡度、高程、地層巖性等8個(gè)因子構(gòu)建了滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并采用層次分析法和信息量模型對(duì)瀘水市的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià);吳常潤(rùn)等[6]利用GIS空間分析技術(shù)對(duì)華寧縣滑坡空間分布及7個(gè)與滑坡相關(guān)的誘發(fā)因子進(jìn)行了分析,并對(duì)華寧縣滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)及其空間分布特征進(jìn)行了研究;林孝松等[7]選取暴雨強(qiáng)度、地貌條件、植被覆蓋度等6個(gè)因子構(gòu)建了地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境分區(qū)指標(biāo)體系,并利用層次分析法和專家效度相耦合方法對(duì)重慶市地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境進(jìn)行分區(qū);胡芹龍和王運(yùn)生[8]選取了地層、巖性硬度、坡度等7項(xiàng)因子作為評(píng)價(jià)因子,運(yùn)用加權(quán)信息量模型對(duì)川西地貌過渡帶區(qū)域內(nèi)的滑坡災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià);張俊等[9]選取影響滑坡發(fā)生的7個(gè)因子作為滑坡易發(fā)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),分別運(yùn)用信息量模型和邏輯回歸模型對(duì)三峽庫區(qū)萬州區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了分析,同時(shí)比較了兩種模型的預(yù)測(cè)精度;周超等[10]以貴州省盤州市盤關(guān)鎮(zhèn)為研究區(qū),利用GIS技術(shù)從礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、危險(xiǎn)性、易損性和風(fēng)險(xiǎn)性4個(gè)方面對(duì)典型城鎮(zhèn)礦山地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析;陳慧敏等[11]選取坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組等8個(gè)評(píng)價(jià)因子,運(yùn)用信息量法和確定系數(shù)法對(duì)茂縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià).
渝西是重慶市地形起伏度和山體斜坡高差相對(duì)較低的區(qū)域,有丘陵、漫灘階地和平壩等多種地貌類型.據(jù)資料顯示,渝西典型丘陵區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較為集中,地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡和危巖兩種. 新勝鎮(zhèn)、五桂鎮(zhèn)和臥佛鎮(zhèn)為渝西片區(qū)潼南區(qū)境內(nèi)丘陵地貌中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量較多的3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),自2010年以來共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害117處. 因此,為了對(duì)渝西典型丘陵區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià),本研究將新勝鎮(zhèn)、五桂鎮(zhèn)和臥佛鎮(zhèn)這3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為研究區(qū),在分析其孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境條件的基礎(chǔ)上,選擇與滑坡和危巖災(zāi)害易發(fā)性關(guān)系密切的因素作為評(píng)價(jià)因子,采用信息量法和層次分析法分別構(gòu)建了滑坡和危巖災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型,并對(duì)渝西典型丘陵區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià),同時(shí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果的精度和合理性進(jìn)行了驗(yàn)證.
研究區(qū)位于重慶市西北部潼南區(qū)境內(nèi)的川東紅層區(qū),地理坐標(biāo)為東經(jīng)105°41′52″~105°51′45″,北緯29°47′25″~30°00′25″. 研究區(qū)包括新勝鎮(zhèn)、五桂鎮(zhèn)和臥佛鎮(zhèn)3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積約179.25 km2,以中丘和深丘兩種地貌為主(圖1). 其中,深丘區(qū)面積約101.2 km2,占研究區(qū)總面積的56.46%,中丘區(qū)面積約68.13 km2,占研究區(qū)總面積的38.01%. 深丘區(qū)最高處海拔約540 m,鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地的淺丘平壩區(qū)最低處海拔約240 m. 特定斜坡區(qū)域內(nèi),最低點(diǎn)海拔與最高點(diǎn)海拔(地形起伏度)的極差最大值約30 m. 研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單,發(fā)育兩條北東向褶皺,分別為新勝向斜和五桂場(chǎng)背斜,軸部和翼部主要為遂寧組地層,分布于中丘區(qū)和淺丘區(qū);其次為蓬萊鎮(zhèn)組地層,分布于深丘區(qū)斜坡頂部. 研究區(qū)內(nèi)巖層平緩,蓬萊鎮(zhèn)組厚層砂巖節(jié)理裂隙較發(fā)育,裂面常充填泥質(zhì),極端降雨條件下容易形成危巖災(zāi)害.
圖1 研究區(qū)地理位置及地貌類型Fig.1 Geographical location and physiognomy types of the research area
研究區(qū)共發(fā)育有117處地質(zhì)災(zāi)害,其中滑坡80處,危巖37處. 深丘區(qū)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害113處,地災(zāi)點(diǎn)密度為1.1 處/km2;中丘區(qū)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害4處,地災(zāi)點(diǎn)密度為0.06 處/km2;淺丘平壩區(qū)沒有地災(zāi)點(diǎn)發(fā)育. 由此可見,研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在深丘區(qū),主要地質(zhì)災(zāi)害類型為滑坡和危巖. 深丘區(qū)的危巖均發(fā)育于斜坡頂部的蓬萊鎮(zhèn)組砂巖中,滑坡則多為斜坡中下部崩坡堆積而形成的淺層土質(zhì)滑坡,最終形成斜坡頂部為危巖帶而斜坡中下部為滑坡的地質(zhì)災(zāi)害鏈.
易發(fā)性指標(biāo)的分析及評(píng)價(jià)模型的疊加需要以研究區(qū)的地形和數(shù)字高程作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),地形數(shù)據(jù)由重慶市勘測(cè)院于2015年測(cè)制,用于提取研究區(qū)的水系和道路等信息. 研究區(qū)以臺(tái)狀丘陵地貌為主,難以統(tǒng)一表征斜坡的坡向和坡度等斜坡單元要素,限制了以斜坡為單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià),因此選擇柵格單元對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià). 柵格單元可以建立分級(jí)柵格比和地質(zhì)災(zāi)害柵格比的變化關(guān)系,實(shí)現(xiàn)各評(píng)價(jià)因子的狀態(tài)分級(jí)處理[12]. 本研究中的柵格單元由1∶10 000比例尺地形圖創(chuàng)建的5 m分辨率DEM 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來,用于提取和分析研究區(qū)的地形地貌等信息. 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的分布等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自潼南區(qū)1∶50 000比例尺地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的成果資料.
渝西丘陵區(qū)孕災(zāi)地質(zhì)條件不與跟地形地貌、地質(zhì)條件等內(nèi)部影響因子有關(guān),還與氣候、地表水分布、人類工程活動(dòng)等外部影響因子有關(guān). 每一個(gè)影響因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)值是不同的,本研究擬采用信息量法來分析各個(gè)因子對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn).
信息量模型目前已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中,其通過對(duì)歷史地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì),推算出各類因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害孕育和產(chǎn)生的作用大小,即“信息量”. 信息量的計(jì)算公式如下:
式中:Iij為j分級(jí)區(qū)間內(nèi)的i因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供的信息量預(yù)測(cè)值,Iij越大,表示j分級(jí)區(qū)間內(nèi)的i因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的貢獻(xiàn)越大;Nij為j分級(jí)區(qū)間內(nèi)的i因子引發(fā)的滑坡面積或危巖數(shù)量;N為研究區(qū)內(nèi)滑坡總面積或危巖總數(shù)量;Sij為j分級(jí)區(qū)間內(nèi)的i因子所占的面積;S為研究區(qū)總面積,取值為179.25 km2.
將公式(1)求得的信息量預(yù)測(cè)值進(jìn)行歸一化處理,可以得到各因子的易發(fā)性賦值A(chǔ)ij. 然后根據(jù)各因子的相對(duì)重要程度,賦予其對(duì)應(yīng)的權(quán)重值,即可構(gòu)建出研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系. 貢獻(xiàn)越大的因子所占的權(quán)重越高,賦予其的權(quán)重值就越大,所有因子的權(quán)重之和等于1. 最后根據(jù)層次分析法建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型[13],如式(2)所示:
式中:S為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性值;Wi為i因子的權(quán)重;Aij為j分級(jí)區(qū)間內(nèi)i因子的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性賦值.
根據(jù)前人研究可知,影響滑坡災(zāi)害發(fā)育的因子包括地形地貌、基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、地表植被覆蓋率等[14].影響危巖災(zāi)害發(fā)育的因子包括地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動(dòng)等[15]. 結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,本研究選取高程、地形起伏度、斜坡坡度、地災(zāi)點(diǎn)密度、距道路距離、距水系距離和工程地質(zhì)巖組作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)因子.
滑坡和危巖雖然在丘陵地貌中相間分布,但由于這兩種地質(zhì)災(zāi)害的坡體構(gòu)成、外形特征、破壞模式等不同,因此對(duì)這兩種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí),對(duì)評(píng)價(jià)因子的選取應(yīng)該區(qū)別開來. 研究區(qū)海拔低于600 m,最高點(diǎn)與最低點(diǎn)高差為300 m左右,因此存在危巖和滑坡在同一高程區(qū)間內(nèi)分布的情況. 對(duì)于研究區(qū)近水平地層的滑坡來說,地形起伏度主要體現(xiàn)在斜坡剖面形態(tài)和前后緣高差. 對(duì)于危巖來說,地形起伏度主要體現(xiàn)在坡面臨空條件和垂直高差. 此外,斜坡坡度往往與危巖和滑坡災(zāi)害發(fā)生的可能性成正比. 因此,對(duì)這兩種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮高程因子、地形起伏度因子和斜坡坡度因子. 在GIS軟件中,將研究區(qū)高程因子以60 m 為間隔分為5 個(gè)等級(jí),如圖2(a)所示;將研究區(qū)地形起伏度因子以5 m 為間隔分為6個(gè)等級(jí),如圖2(b)所示;將研究區(qū)斜坡坡度因子以10°為間隔分為7個(gè)等級(jí),如圖2(c)所示.
圖2 評(píng)價(jià)因子分級(jí)圖Fig.2 Grading diagrams of assessment factors
地災(zāi)點(diǎn)密度反映了研究區(qū)歷史上至今發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的疏密程度,地災(zāi)點(diǎn)密度較大的區(qū)域往往將來發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性也較大,因此對(duì)滑坡和危巖進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮地災(zāi)點(diǎn)密度因子. 地災(zāi)點(diǎn)密度是歸一化值,在[0,1]之間,在GIS軟件中以0.2為間隔將研究區(qū)地災(zāi)點(diǎn)密度因子分為5個(gè)等級(jí),如圖2(d)所示.
在丘陵地貌區(qū)修建道路時(shí)往往需要切坡,如果形成的公路邊坡處理不當(dāng)或不進(jìn)行處理,那么切坡高度小的區(qū)域在汛期容易引發(fā)小型滑坡;區(qū)域切坡高度較大且坡面遭受差異風(fēng)化后形成凹巖腔的邊坡容易形成危巖. 總之,距道路越近,地質(zhì)環(huán)境遭受破壞的程度就越大,地質(zhì)災(zāi)害就越易發(fā)生,因此對(duì)滑坡和危巖進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮距道路距離因子. 在GIS軟件中將研究區(qū)距道路距離因子以100 m為間隔分為5個(gè)等級(jí),如圖2(e)所示.
研究區(qū)內(nèi)危巖分布距離水系較遠(yuǎn),無論是坡頂還是坡角均不會(huì)受到水系的影響. 而河流會(huì)對(duì)滑坡前緣起到?jīng)_刷作用,并且河水漲落會(huì)改變坡體內(nèi)地下水應(yīng)力分布,降低斜坡穩(wěn)定性,因此,在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí),需考慮距水系距離因子,而對(duì)研究區(qū)進(jìn)行危巖易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí),不需考慮距水系距離因子. 在GIS軟件中將研究區(qū)距水系距離因子以150~200 m為間隔分為5個(gè)等級(jí),如圖2(f)所示.
研究區(qū)內(nèi)的滑坡均為淺表層土質(zhì)滑坡,變形破壞方式為沿土巖界面蠕滑破壞,工程地質(zhì)巖組屬于第四系松散松軟堆積巖組. 由于該巖組厚度一般不到5 m,遠(yuǎn)低于基巖厚度,因此在研究區(qū)劃分工程地質(zhì)巖組時(shí)只考慮基巖,故對(duì)研究區(qū)進(jìn)行滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí),不考慮工程地質(zhì)巖組因子,而對(duì)研究區(qū)進(jìn)行危巖易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí),需考慮工程地質(zhì)巖組因子. 在GIS軟件中將研究區(qū)工程地質(zhì)巖組因子分為軟質(zhì)巖組和軟硬質(zhì)巖組2個(gè)等級(jí),如圖2(g)所示.
首先根據(jù)公式(1)計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供的信息量預(yù)測(cè)值(表1),然后將求得的信息量預(yù)測(cè)值進(jìn)行歸一化處理,即可求得每個(gè)分級(jí)區(qū)間內(nèi)各個(gè)評(píng)價(jià)因子的易發(fā)性賦值,同時(shí)對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因子賦予不同的權(quán)重值,即可構(gòu)建出研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2),評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)的信息量預(yù)測(cè)值越大,則該因子的易發(fā)性賦值越接近于1,且賦予其的權(quán)重值越大. 各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供的信息量預(yù)測(cè)值有正負(fù)之分,可以歸為三類,即Iij大于0(Iij>0.3)、Iij接近于0(-0.3<Iij≤0.3)和Iij小于0(Iij≤-0.3).當(dāng)Iij大于0時(shí),表明在該因子(i)的某個(gè)分級(jí)區(qū)間(j)條件下,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性較大;當(dāng)Iij接近于0時(shí),表明得出的信息量預(yù)測(cè)值不構(gòu)成地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性的判斷標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)Iij小于0時(shí),表明在該因子(i)的某個(gè)分級(jí)區(qū)間(j)條件下,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性較小.
表1 通過信息量法得出的各評(píng)價(jià)因子的Iij值Tab.1 The Iij value of each evaluation factor obtained by information method
表2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.2 Evaluation index system of geological hazard susceptibility in the study area
由表1可知,對(duì)于滑坡來說,高程位于[360,480)m時(shí),Iij大于0,說明在[360,480)m高程區(qū)域內(nèi)的滑坡災(zāi)害易發(fā)程度較高;對(duì)于危巖來說,高程位于[360,540]m 時(shí),Iij大于0,說明在[360,540]m 高程區(qū)域內(nèi)的危巖災(zāi)害易發(fā)程度較高. 同理,從表1可以得出,地形起伏度對(duì)于研究區(qū)滑坡災(zāi)害發(fā)生的影響不大;在地形起伏度為[5,15)m的區(qū)域內(nèi),危巖災(zāi)害的易發(fā)程度較高. 在斜坡坡度為[10°,20°)的區(qū)域內(nèi),滑坡災(zāi)害發(fā)生的可能性較高;在斜坡坡度為[20°,50°)的區(qū)域內(nèi),危巖災(zāi)害發(fā)生的可能性較高. 在距道路距離為[300,1500]m的區(qū)域內(nèi),發(fā)生滑坡災(zāi)害的可能性較大;在距道路距離為[300,400)m的區(qū)域內(nèi),危巖災(zāi)害發(fā)生的可能性較大. 距水系距離對(duì)于滑坡災(zāi)害發(fā)生的影響不大. 軟硬質(zhì)巖組區(qū)域內(nèi),危巖災(zāi)害發(fā)生的可能性很大,而軟質(zhì)巖組區(qū)域內(nèi),危巖災(zāi)害發(fā)生的可能性較小.
根據(jù)構(gòu)建的研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2),結(jié)合公式(2),可對(duì)研究區(qū)滑坡和危巖災(zāi)害的易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí),然后根據(jù)評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果,在GIS軟件中可繪制出研究區(qū)滑坡和危巖災(zāi)害的易發(fā)性分區(qū)圖,如圖3(a)和3(b)所示. 由圖3(a)和3(b)可知,滑坡災(zāi)害的高易發(fā)區(qū)主要分布于研究區(qū)西部、新勝鎮(zhèn)和臥佛鎮(zhèn)交界處的深丘區(qū);危巖災(zāi)害的高易發(fā)區(qū)主要分布于研究區(qū)西部及東南部的深丘區(qū),中丘區(qū)的山脊處也略有分布. 根據(jù)研究區(qū)滑坡和危巖災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果,首先將滑坡和危巖災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果分別乘以0.5的權(quán)重并進(jìn)行加權(quán)求和以及歸一化處理,即可得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果,然后根據(jù)自然斷點(diǎn)法對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行分級(jí)分區(qū),分別為:易發(fā)性值為(0,0.270](非易發(fā)區(qū))、易發(fā)性值為(0.270,0.439](低易發(fā)區(qū))、易發(fā)性值為(0.439,0.598](中易發(fā)區(qū))、易發(fā)性值為(0.598,1.000](高易發(fā)區(qū)),如圖3(c)所示. 由圖3(c)可知,地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積約占研究區(qū)總面積的13.86%,其中,91.3%的高易發(fā)區(qū)分布于深丘區(qū),8.7%的高易發(fā)區(qū)分布于中丘區(qū). 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)在研究區(qū)的深丘區(qū)和中丘區(qū)中均有分布,而研究區(qū)的淺丘平壩區(qū)以地質(zhì)災(zāi)害非易發(fā)區(qū)為主.
圖3 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖Fig.3 Zoning map of geological hazard susceptibility in the study area
為了驗(yàn)證地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果的精度和合理性,首先要檢驗(yàn)數(shù)字高程模型選取的準(zhǔn)確度,其次還要驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性. 一般對(duì)DEM柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行精度檢驗(yàn),對(duì)易發(fā)性分區(qū)進(jìn)行合理性檢驗(yàn),對(duì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn).
4.2.1 DEM柵格數(shù)據(jù)精度檢驗(yàn)
DEM柵格數(shù)據(jù)分辨率的選取對(duì)于地形地貌環(huán)境因子的分級(jí)和疊加計(jì)算后的評(píng)價(jià)結(jié)果有較大影響. 為了驗(yàn)證本研究選取的渝西典型丘陵區(qū)三種地貌類型的5 m分辨率的DEM柵格數(shù)據(jù)是否滿足精度要求,需要對(duì)DEM地形描述精度進(jìn)行分析. DEM的均方差是評(píng)價(jià)DEM地形描述精度的重要指標(biāo)[16],其計(jì)算公式如公式(3)所示,計(jì)算結(jié)果如表3所示.
表3 研究區(qū)不同地貌類型的DEM均方差Tab.3 DEM mean square errors of different physiognomy types in the study area
式中:Et表示DEM的均方差;V和R分別表示DEM的平均剖面曲率和空間分辨率.
由表3可知,深丘、中丘和淺丘平壩地貌的DEM均方差依次遞減,且均在合理的范圍內(nèi),說明本研究選取的5 m分辨率的DEM柵格數(shù)據(jù)可滿足對(duì)研究區(qū)DEM地形描述的精度要求,不會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性.
4.2.2 易發(fā)性分區(qū)合理性檢驗(yàn)
易發(fā)性分區(qū)的合理性檢驗(yàn)需要滿足以下三個(gè)條件[17]:①各分區(qū)中地災(zāi)點(diǎn)占比(Gei)隨易發(fā)性等級(jí)的增大而增大;②各分區(qū)面積的占比(Sai)隨易發(fā)性等級(jí)的增大而減??;③各分區(qū)中地災(zāi)點(diǎn)占比與各分區(qū)面積占比的比值(Rei,Rei=Gei/Sai)隨易發(fā)性等級(jí)的增大而增大. 在本研究中,i=Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,分別代表非易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū). 合理的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)應(yīng)該滿足ReⅠ<ReⅡ<ReⅢ<ReⅣ這一判據(jù).
通過對(duì)本研究結(jié)果中的Gei、Sai和Rei進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖4)可以看出,各分區(qū)中地災(zāi)點(diǎn)占比(Gei)與易發(fā)性等級(jí)關(guān)系滿足條件①,其中,高易發(fā)區(qū)的地災(zāi)點(diǎn)占比遠(yuǎn)大于其他幾個(gè)分區(qū);各分區(qū)面積的占比(Sai)與易發(fā)性等級(jí)關(guān)系滿足條件②,且高易發(fā)區(qū)面積的占比明顯小于其他幾個(gè)分區(qū);各分區(qū)中地災(zāi)點(diǎn)占比與各分區(qū)面積占比的比值(Rei)與易發(fā)性等級(jí)關(guān)系滿足條件③,且高易發(fā)區(qū)的這一比值遠(yuǎn)大于其他幾個(gè)分區(qū). 由此可知,本研究得出的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果符合判據(jù)條件,說明本研究對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)比較合理.
圖4 易發(fā)性分區(qū)合理性檢驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Rationality test results of susceptibility zoning
4.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果精度檢驗(yàn)
本研究對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)是基于研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和地質(zhì)災(zāi)害面積構(gòu)建的信息量模型進(jìn)行加權(quán)得到的,該評(píng)價(jià)結(jié)果用于檢驗(yàn)已知地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)尚屬合理,但對(duì)于研究區(qū)內(nèi)未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地點(diǎn)是否也可用該結(jié)果予以評(píng)價(jià),還需要進(jìn)行驗(yàn)證,即需要對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的精度進(jìn)行分析. 在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)均勻選取非地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)117處,利用SPSS軟件引入ROC曲線[18-20]對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn),結(jié)果如圖5 所示. 圖5 中,橫坐標(biāo)表示假陽性率(1-特異性),即非地災(zāi)點(diǎn)被正確預(yù)測(cè)的概率;縱坐標(biāo)表示靈敏度,即地災(zāi)點(diǎn)被正確預(yù)測(cè)的概率. ROC 曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積(AUC)的值域?yàn)椋?.5,1.0],AUC的值越大,說明預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的吻合度越好,評(píng)價(jià)結(jié)果的精度越高. 經(jīng)計(jì)算可得,本研究構(gòu)建的信息量模型評(píng)價(jià)結(jié)果的AUC值為0.83(圖5),說明本研究得出的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的精度較高,可用于渝西典型丘陵區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià).
圖5 易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果ROC 驗(yàn)證曲線Fig.5 ROC verification curve of susceptibility assessment results
1)渝西典型丘陵區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單、地層平緩,且深丘區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量較多. 危巖多發(fā)育于深丘區(qū)斜坡頂部的蓬萊鎮(zhèn)組砂巖地層中,滑坡多為研究區(qū)斜坡中下部崩坡堆積而形成的淺層土質(zhì)滑坡.
2)在對(duì)研究區(qū)典型地貌特征和孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境條件分析的基礎(chǔ)上,選擇高程、地形起伏度、斜坡坡度、地災(zāi)點(diǎn)密度、距道路距離、距水系距離6個(gè)因素作為評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià);選擇高程、地形起伏度、斜坡坡度、地災(zāi)點(diǎn)密度、距道路距離、工程地質(zhì)巖組6個(gè)因素作為評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)危巖災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià);采用信息量法和層次分析法構(gòu)建了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型.
3)經(jīng)分析,將渝西典型丘陵區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分為4個(gè)等級(jí),分別為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害非易發(fā)區(qū). 地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積占研究區(qū)總面積的13.86%,且91.3%的高易發(fā)區(qū)分布于深丘區(qū). 淺丘平壩區(qū)中沒有高易發(fā)區(qū),而是以非易發(fā)區(qū)為主.
4)渝西典型丘陵區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布相對(duì)密集,其中深丘區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量最多. 本研究對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果與其地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的實(shí)際分布情況基本吻合,評(píng)價(jià)結(jié)果精度較好,可作為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控的有利依據(jù).