信息量模型法地質災害易發(fā)性分區(qū)應用

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摘要：文章以孕災地質條件為基礎選取評價指標，采用信息量模型法對全區(qū)地質災害進行易發(fā)性評價。在易發(fā)性評價的基礎上，采用歷史月累計降雨量（大于5年）開展地質災害危險性綜合評價，分別評估人員和基礎設施易損性，設定權重綜合確定承載體易損性；將危險性和易損性評價結果疊加運算，利用ArcGIS軟件的自然間斷點分級方法，根據單元信息量累積頻度分布曲線特征，將本區(qū)的地質災害易發(fā)性劃分為極高、高、中、低四個等級，形成風險評價與區(qū)劃結果。為支撐國土空間規(guī)劃、地質災害防治規(guī)劃及重大工程選址等相關工作提供科學依據。

關鍵詞：GIS；信息量模型法；自然間斷點分級法

地質災害包括地裂縫、地面沉降、崩塌、滑坡、地震、火山、泥石流等，是指人為或者自然因素的作用下形成的對人類的生命和財產、環(huán)境造成損失和破壞的地質作用現象。我國是地質災害嚴重的國家之一，每年的地質災害都威脅著人民的生命和財產安全，也制約著國民經濟的發(fā)展，基于GIS中信息量模型法和自然間斷點分級法對地質災害易發(fā)性和危險性分區(qū)進行評價和分析不僅符合黃土高原地區(qū)地質災害點的實際情況，對模型參數也有很好的擬合。

1GIS的概念

GIS是一種新型的技術，它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。它可以按照空間位置或地理坐標對空間數據進行處理、研究空間的實體、對數據進行有效的管理。GIS是一門信息產業(yè)，廣泛應用于各個行業(yè)。世界上GIS軟件就有四百多種，它們風格不同，大小也不一樣。在國外有ARCGIS、MGE、GENAMAP；國內有CITYSTAR、MAPGIS和Geostar等。

2GIS在國內外的應用現狀

雖然有很多GIS軟件，但是大體上分為在GIS的基礎上，應用函數庫二次開發(fā)出特有的地理信息系統(tǒng)軟件；應用GIS系統(tǒng)來處理用戶數據這兩種情況。現今已經應用到設施管理、資源管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、教育、石油和天然氣自動制圖等方面。目前GIS已經成功應用在政府管理、資源保護、環(huán)境保護、城市規(guī)劃建設等很多領域。隨著我國經濟的發(fā)展，GIS在測繪、交通運輸、軍事等領域發(fā)揮著舉足輕重的作用，GIS的應用主要包括綜合分析評價與模擬預測；在地理空間數據管理中的應用；建立專題信息系統(tǒng)和區(qū)域信息系統(tǒng)；在地圖制圖中的應用等。

3GIS信息量模型法在地質災害風險評價中的應用

3.1地質災害易發(fā)性評價方法確定

地質災害易發(fā)性定量評價方法較多，主要模型有信息量模型、專家系統(tǒng)模型、灰色系統(tǒng)模型、非線性模型及模式識別模型等。考慮到各模型的可行性、數據的易獲取性，本次沁源縣地質災害易發(fā)性評價采用信息量模型法。信息量模型反映了一定地質環(huán)境下最易致災因素及其細分區(qū)間的組合；具體是通過特定評價單元內某種因素作用下地質災害發(fā)生頻率與區(qū)域地質災害發(fā)生頻率相比較實現的。對應某種因素特定狀態(tài)下的地質災害信息量公式可表示為：式中：I——對應因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）下地質災Aj→B害B發(fā)生的信息量；N——對應因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）下地質災害分布的j單元數；N——調查區(qū)已知有地質災害分布的單元總數；S——因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）分布的單元數；S為調j查區(qū)單元總數。當I>0時，反映了對應因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）下地Aj→B質災害發(fā)生傾向的信息量較大，地質災害發(fā)生的可能性較大，或者說利于地質災害發(fā)生；當I<0時，表明因素Aj→BA、j狀態(tài)（或區(qū)間）條件下，不利于地質災害發(fā)生；當I=0時，表明因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）不提供有關地質災Aj→B害發(fā)生與否的任何信息，即因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）可以剔除掉，排除其作為地質災害預測因子。

3.2評價單元及評價指標選取

本次該縣一般調查區(qū)采用10m×10m大小的柵格單元進行，經統(tǒng)計共劃分為254.9萬個評價單元。本次地質災害易發(fā)性評價側重的是崩塌、滑坡等地質災害發(fā)育的數量多少及其活躍程度。評價指標體系主要為地質災害形成條件，包括地質環(huán)境條件（地貌、坡度、坡高、工程地質巖組、河流、植被）和地質災害誘發(fā)因素（人類工程活動）兩大類。

3.3各單因素評價指標信息量的確定

本次信息量模型中求出每一因子圖層中各類型地質災害的分布密度。為統(tǒng)計地質災害在每種因素的各個類別中的分布情況，需要利用空間分析功能來實現，在ArcGIS平臺下計算各因子圖層各類別的信息量值。利用空間分析模塊中的區(qū)域統(tǒng)計功能，將地質災害點文件導入各單因素柵格文件后，得到在相應區(qū)域內地質災害點數目，用以上計算結果及已獲調查數據，得到地質災害信息量值，最終得到各評價指標的信息量表，見表1。

4信息量指標權重分配

根據各單因素信息量計算結果，將各種狀態(tài)的信息量值按大小排序，較前的狀態(tài)分別為：1）在距離道路30-60m區(qū)間內；2）坡高>30m；3）坡度>60°；4）距離居民地<10m區(qū)間內；5）距離河流在100-200m范圍內；6）植被指數0-0.4（覆蓋率低）；7）粘性土巖土體類型；8）梁峁狀黃土丘陵類型；9）坡型>0.5（權重分配見表2）。上述單因素分布區(qū)間屬本次一般調查區(qū)地質災害易發(fā)的區(qū)域，這些因素對崩塌等地質災害的形成發(fā)育起決定性的作用，是地質災害形成的主要控制條件。

5應用自然間斷點分級法評價易發(fā)分區(qū)

利用GIS柵格計算功能對各評價因子進行柵格疊加運算，得到各評價單元信息權值結果，數值越大反映各因素對地質災害發(fā)生的貢獻越大，發(fā)生地質災害的可能性就越大。經過ArcGIS軟件計算得到本次地質災害易發(fā)性評價信息量值區(qū)間為[-0.5937，1.7608]，并根據信息量值結果，利用ArcGIS軟件的自然間斷點分級方法，根據單元信息量累積頻度分布曲線特征和曲線明顯分布的拐點，將本區(qū)的地質災害易發(fā)性劃分為極高、高、中、低四個等級。其中極高易發(fā)區(qū)信息量值區(qū)間為[1.7608，0.2154]，高易發(fā)區(qū)信息量值區(qū)間為[0.2154，0.0255]，中易發(fā)區(qū)信息量值區(qū)間為[0.0255，-0.2330]，低易發(fā)區(qū)信息量值區(qū)間為[-0.2330，-0.5937]。

5.1地質災害危險性評價

本次一般調查區(qū)地質災害危險性評價是在地質災害易發(fā)性評價基礎上，采用歷史月累計降雨量（大于5年）進行評價。本次調查收集沁源縣近40年（1980—2019年）歷史逐月降雨量數據，按照克里金插值法生產降雨量等值線。同時考慮到地質災害易發(fā)性和降雨影響的重要性不同，本次按照專家打分法確定了調查區(qū)地質災害易發(fā)性和降雨影響指標的權重，分別給予權重值為0.8和0.2，利用GIS柵格計算功能對地質災害易發(fā)性和降雨量兩個評價因子進行歸一化處理，之后柵格疊加運算，得到危險性歸一化結果，數值越大反映地質災害危險性越大。利用ArcGIS軟件的自然間斷點分級方法，根據單元信息量累積頻度分布曲線特征，最終將危險性評價結果分為四級：極高危險性、高危險性、中危險性和低危險性。

5.2地質災害易損性評價

易損性是指承災體可能遭受地質災害破壞的嚴重程度。易損性評價流程主要包括三部分：1）評價因子的確定；2）易損性評價權重的確定；3）在完成易損性評價因子量化的前提上，利用ArcGIS軟件疊加各評價指標得出評價單元易損性最終值，再將值進行重分類即等級劃分，完成沁源縣地質災害易損性劃分。將承災體易損性分為建筑物易損性、人員易損性、交通設施易損性三大類，分別評價各自易損性，而后將不同類型承災體易損性按照一定的權重疊加，獲得綜合易損性評價圖。本次評價因子的權重采用專家打分法，確定人員、建筑物、交通設施的權重值分別為0.6、0.3、0.1。將不同類型承災體易損性進行疊加，獲得綜合易損性評價圖，并采用自然斷點法將易損性分為四級：極高易損性、高易損性、中易損性、低易損性。

5.3地質災害風險評價

地質災害風險是指在一定區(qū)域和時期內，各類承災體因地質災害而造成的損失的可能性。地質災害風險評價即對發(fā)生地質災害的可能性及預計造成的人身安全和財產損失財進行的定量化的分析與評價。本次一般調查區(qū)風險評價是以10×10m柵格單元為表達形式的區(qū)域地質災害風險評價。考慮到承災體本身對災害的抵御能力和相同結構的承災體在不同危險區(qū)的危險程度，充分結合地質災害危險性評價及易損性評價模型，共同建立地質災害定量風險評價體系，地質災害的危險性和易損性評價結果疊加運算采用矩陣分析方法得到了研究區(qū)各評價單元的風險性值，為保證計算在同一尺度空間，地質災害危險性和易損性評價指標均應當是歸一化處理后的數值。風險性采用矩陣計算公式如下：R=H×V式中，R——地質災害風險指數，H——區(qū)域地質災害危險性值，V——區(qū)域地質災害易損性值。根據上述得到的危險性評價和易損性評價結果得出區(qū)域地質災害風險性值，根據自然斷點法將風險性值分為四級，分別為極高風險、高風險、中風險、低風險。對風險性信息量圖進行概化和部分手動調整后，將整個沁源縣地質災害風險性分為極高風險區(qū)、高風險區(qū)、中風險區(qū)和低風險區(qū)4個大區(qū)，并結合承災體種類及其分布的區(qū)域，進一步分為9個亞區(qū)，其中極高風險區(qū)1個，高風險亞區(qū)2個，中風險亞區(qū)4個，低風險亞區(qū)2個。

5.4成果數據庫建設

GIS軟件在柵格矢量轉換過程中，會產生許多假的面集和許多面積很小或不協(xié)調面集單元，再次通過GIS的消除、融合功能，消除不合理因素，最終得到評價單元面數據集，并建立空間數據庫。

6結語

利用GIS強大的分析能力和空間信息管理能力，在地質災害的研究中給予了強大的研究方法和解決方案，它不僅能夠快速管理各種外動力因素，還能有效地應對影響地質災害的各種內在因素。但信息量模型還有待進一步研究并在實踐中完善，例如影響因素的確定、影響因子的確定、臨界值的確定。其中，專家的實地調查和經驗尤為重要，調查和經驗是任何技術和模型所無法替代的，如何將專家意見和模型相結合有待繼續(xù)研究。

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作者:何濤 單位:山西省地質勘查局二一二地質隊