【某研究区滑坡地质灾害易发性评价分析案例7600字】

某研究区滑坡地质灾害易发性评价分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23000某研究区滑坡地质灾害易发性评价分析案例 155061.1易发性评价指标体系构建 1215011.1.1易发性评价方法的选择 1132681.1.2易发性评价指标体系的建立 5131611.1.3易发性评价单元的划分 7175501.2地质灾害易发性分析 9230111.2.1评价因子权重的确定 956991.2.2数据源与指标因子数据提取 11102321.2.3加权信息量法易发性评价结果 13根据本次地质灾害调查结果与以往地质灾害调查资料，研究区域地质灾害主要是滑坡、崩塌、泥石流，其中滑坡占比达90%以上，故论文在进行地质灾害易发性评价时，以滑坡地质灾害为对象，评价研究区内滑坡地质灾害的易发性。1.1易发性评价指标体系构建1.1.1易发性评价方法的选择1.1.1.1层次分析法层次分析法是将是将某一事件按照目标层、准则层和方案层的上下关系，通过判断矩阵求最大特征值的方法逐层比较各个元素的重要性，确定各个元素的权重并通过一致性检验来为分析以及最终的决策提供定量的依据。层次分析法各个因素内部及其子类权重的给定一般是专家或研究人员直接赋值，这就导致了具有层次分析法极强的主观性，计算结果常常与实际情况又不小的偏差。层次分析法计算评价因子权重具体操作步骤如下：1.构造判断矩阵用ai、aj分别表示任意两个评价因子，将ai和aj进行比较，用aij表示评价因子ai相对于aj的重要程度，反之，aji表示评价因子aj相对于ai的重要程度，aij与aji互为倒数，将aij称为判断矩阵标度。构造判断矩阵A如下:A=aijn×n=a11⋯a对任意两因素的相对重要性进行判断，并赋予量化，判断矩阵标度aij取值采用“1~9”标度法，取值方法如下表所示：表1.1评价因子重要性标度表标度aij含义1i与j同样重要3i比j稍微重要5i比j明显重要7i比j强烈重要9i比j极端重要2,4,6,8上述相邻判断的中间值倒数若因素i与j的重要性之比为aij，那么因素j与i的重要性之比aji=1/aij2.计算矩阵最大特征值及对应的特征向量求取判断矩阵A的最大特征值和对应的特征向量有和积法、方根法两种方法，本次采用和积法进行求解，最大特征值对应的特征向量即可作为评价因子的权向量，计算步骤如下：将判断矩阵每一列归一化：bij=aiji=1naiji，j=1，2将每一列经归一化后的矩阵按行相加：Mi=j=1nbiji=1，2，⋯将向量M=（M1，M2，⋯，Mn）T归一化：Wi=Mii=1nMii=1，2所求得W=（W1，W2，⋯，Wn）T即为所求特征向量，（W1，W2，⋯，Wn）也就是评价因子的权向量。计算判断矩阵的最大特征根λmax=1ni=1nAWi其中（AW）i表示向量AW的第i个元素。1.判断矩阵一致性检验应用层次分析法时，必须对判断矩阵一致性检验，以免两个因子相比较时出现矛盾。其检验公式为:CR=CIRI（1.式中：CR-一致性比例；CI-判断矩阵偏离一致性指标，CI=RI-判断矩阵的平均随机一致性指标，其取值见下表。表1.2平均随机一致性指标RI取值表矩阵阶数123456789RI取值000.520.901.121.261.361.411.46一般地，当CR<0.1时，可认为判断矩阵具有满意的一致性。否则需要调整判断矩阵，直至满足一致性要求。4.层次总排序利用同一层次所有层次单排序的结果，就可以计算针对上一层次而言的本层次所有元素的重要性权重，这就称为层次总排序。层次总排序需要从上到下逐层顺序进行。对于最高层，其层次单排序就是其总排序。表1.3层次总排序表层次A层次BA1A2⋯AmB层次的总排序a1a2⋯amB1B2⋮Bnb11b12⋯b21b22⋯⋮⋮⋮bn1bn2⋯j=1j=1⋮j=11.1.1.2信息量法信息量是用来衡量一个事件的发生与其获得信息或者是信号之间的关系的，在各个领域中应用非常广泛。地质灾害的形成受多种因素影响，信息量模型反映了一定地质环境下最易致灾因素及其细分区间的组合，在地质灾害领域得到了非常广泛的应用。其计算评价单元信息量的步骤如下：1.各个因素不同状态下的信息量各个因素不同状态下的信息量公式可表示为：IAj=lnNjN式中：IAj指因素A在j状态下地质灾害发生的信息量；Nj指因素A在j状态（或区间）下地质灾害分布的单元数；N指调查区已知有地质灾害分布的单元总数；Sj含有A在j2.评价单元不同因素状态下的信息量各状态因素组合条件下地质灾害发生的总信息量可以用以下公式确定：I=i=1nlnNiN式中：I指某斜坡单元地质灾害发生的总信息量；Ni指特定因素、第i状态（或区间）条件下的地质灾害面积或地质灾害点数；Si指特定因素、第i状态（或区间）的分布面积；N指调查区地质灾害总面积或总地质灾害点数；但信息量模型具有其天然的弊端，信息量法的原理决定着其在计算过程中仅仅是将我们所构建的各个因素及其分级分类指标进行简单的叠加，所有指标的权重都相同，这种不考虑不同指标间重要性程度的算法，也具有其不合理性，极大影响地质灾害易发性结果的准确性。1.1.1.3加权信息量法层次分析法各个因素内部及其子类权重的给定一般是专家或研究人员直接赋值，这就导致了具有层次分析法极强的主观性，计算结果常常与实际情况又不小的偏差；信息量法的原理决定着其在计算过程中仅仅是将我们所构建的各个因素及其分级分类指标进行简单的叠加，所有指标的权重都相同，这种不考虑不同指标间重要性程度的算法，也具有其不合理性，极大影响地质灾害易发性结果的准确性。考虑到层次分析法和信息量法两者存在的弊端，本次评价规避两种方法的短板，结合两者在运算过程中的优势，采用加权信息量法即利用层次分析法确定权重，信息量法确定各个影响因素信息值。这一过程利用ArcGIS软件实现，运算公式为：It=Wi×I式中：It为评价单元的加权信息量值；Wi为各评价因子的权重；Iij为第i1.1.2易发性评价指标体系的建立易发性评价指标选取是否恰当会直接影响到结果的准确性。因此在地质灾害易发性评价因子的选择上要遵循科学性原则，全面性原则和敏感性原则，在这些原则基础上选取的评价指标能够比较科学、全面、敏感的反映地质环境特别是孕灾地质环境条件的变化，使求解的地质灾害易发性评价结果更加合理，使人信服，更好地指导地区地质灾害防灾减灾工作。根据影响滑坡地质灾害发生的重要因素，综合考虑研究区滑坡地质灾害的发育特征，以孕灾地质条件为出发点，结合可获取的数据源，确定坡度、坡向、高差、坡形、地层岩性、与构造间距离、河流缓冲区、道路缓冲区等因素为评价指标因子，并研究各评价指标因子内部的分级规律，对其进行等级划分，以此构建评价指标体系，评价指标具体分级情况如表1.4所示。表1.4易发性评价指标分级情况序号评价因素状态分级1坡度（°）＜1515～2525～3535～45＞452坡向（°）北（337.5～22.5）北东（22.5～67.5）东（67.5～112.5）南东（112.5～157.5）南（157.5～202.5）南西（202.5～247.5）西（247.5～292.5）北西（292.5～337.5）3高差（m）0～55～1010～1515～20＞204坡形直线坡或凸形坡凹形坡5地层岩性坚硬岩较坚硬岩较坚硬岩，风化程度高较坚硬岩夹较软岩松散岩体6与构造间间距（m）0-5050-100100-300300-500＞5007河流缓冲区（m）0-5050-100100-150150-200＞2008道路缓冲区(m)0-5050-100100-150150-200＞200坡度：坡度是影响边坡失稳的一个重要因素，坡度越大，岩土体抵抗力逐渐减弱而下滑力增大；当超过岩土体休止角时，松散物质便可克服摩擦力向下运动。通过对已有的研究区DEM数据进行空间坡度分析，将研究区坡度划分为0～15°、15～25°、25～35°、35～45°以及＞45°等5个等级。坡向：坡向对地质灾害的发生也存在一定的影响，坡向不同一般其坡面植被发育程度也不一样。坡向提取与坡度提取方法同理，均采用GIS自带的空间分析功能。以44.5°为等级，将研究区坡向划分为北（337.5～22.5）、北东（22.5～67.5）、东（67.5～112.5）、南东（112.5～157.5）、南（157.5～202.5）、南西（202.5～247.5）、西（247.5～292.5）、北西（292.5～337.5）等8个等级。高差：高差也是影响斜坡地质灾害发育的重要因素，高差根据地表数字模型DEM，利用arcgis获取。将研究区斜坡高差划分为0～5m、5～10m、10～15m、15～20m和＞20m等5个等级。坡形：通过对DEM地表数字高程模型，生成坡面曲度，选取曲率大于0的值为直线坡或凸形坡、曲率小于0的值为凹形坡。地层岩性：根据地质图及地质报告，对研究区的岩性及其岩土结构进行划分，将研究区地层岩性划分为坚硬岩、结构完整，较坚硬岩、结构较完整，较坚硬岩，岩体风化程度高，较坚硬岩夹较软岩、松散岩体等5个等级。与构造间距离：断裂构造是造成岩体破碎的重要原因，断层发育区域岩体节理裂隙发育，稳定性较差。结合研究区地质图，利用arcgis提取评价单元与构造间距离，将其分为0～50m、50～100m、100～300m、300～500m以及＞500m等5个等级。河流缓冲区：河流显著影响滑坡地质灾害的发育，结合研究区的水系分布图，利用arcgis建立河流水系缓冲区，将其划分为0～50m、50～100m、100～150m、150～200m以及大于200m等5个等级。道路缓冲区：本文以道路缓冲区来表示区域内人类工程活动情况，结合研究区的路网分布图，利用arcgis建立道路缓冲区，将其划分为0～50m、50～100m、100～150m、150～200m以及大于200m等5个等级。1.1.3易发性评价单元的划分评价单元的选择是地质灾害易发性评价的前提，地质灾害易发性评价的准确性与之息息相关。评价单元表示地表地物信息，不同的评价单元代表的信息不同，评价单元一方面要根据数据模型来选择，另一方面需要根据研究区域地表所包含的地物信息的多少来选择.目前，基于GIS的地质灾害易发性评价单元主要有以下几种形式：行政单元、地域单元、网格单元和斜坡单元。基于行政单元的地质灾害易发性评价，用来评价较大区域例如以省级为单位，辖区内每个县市为行政单元，这样可以有效的指导各个行政单位的防灾减灾工作，便于决策管理，可以直观地展现不同行政单元之间地质灾害易发性地差异，但其存在明显的缺陷，忽略了各单元内地质环境条件的差异，不同影响因子对特定单一地质灾害点的影响程度难以准确评价。地域单元能够有效反映研究区域内的地质环境条件变化，将地貌、岩性、构造划分为不同的评价单元，不同评价单元之间具有其特有的性质，这些差异是保证地质灾害易发性或风险评价准确性的前提，但是划分这些地貌单元、岩性单元和构造单元具有很强的专业性，区分地质地貌界线的难度很大，往往会因为单元划分的不准确而出现事倍功半的效果，因此除非是具有丰富野外地质工作实践经验和扎实基础理论知识的地质学家，一般不建议用此方法。而在地质灾害风险评价工作最常用的评价单元是网格单元，网格单元是将研究区域利用一定的划分原则将其分割成许许多多形状规则的网格，一般为矩形，研究区区域内不同评价因子信息值及其原始属性信息的记录由网格的大小和空间位置来体现，此外，网格单元还有一个重要的优点是便于计算机处理数据和存储其信息值。网格单元主要有矢量型和栅格型两种，两者都是将研究区划分为大小均一的规则多边形，但栅格型网格单元能够直接存储单元内原始数据的属性，便于计算机的数据处理。斜坡单元是由汇水线和分水线组成的区域，能够较好的反映山区的地形起伏变化特征，基于此特性，宽谷地区和范围较大的凹陷盆地就不适宜运用此类单元进行地质灾害风险评价研究，斜坡单元划分对于数据精度的要求比较高，需要高精度的DEM地表数字高程模型或地形等高线数据。而斜坡单元的获取需要运用ArcGIS强大空间分析功能，对DEM数据进行地表水文分析，提取汇水线和分水线，将生成的正反集水流域互相融合，初步生成斜坡单元，而后，经过野外实地检验，人工修改不合理处，最终形成可用于风险评价的研究区域斜坡单元。以上评价单元中斜坡单元划分最接近斜坡的实际情况，能够保留斜坡的整体性，考虑到工作的精度要求以及现有高精度的DEM数据，故本文采用斜坡单元作为地质灾害易发性评价的基本单元，本文基于数字高程模型DEM提取流域范围对研究区进行斜坡单元初步划分，再通过人机交互修正，得到最终斜坡单元划分。在ArcGIS软件中通过对DEM数据处理分析绘制斜坡单元，不合理处人为调整，其中山麓沟谷区内的冲洪积河谷平原和坡洪积堆积斜坡，以独立的地貌单元作为斜坡单元，不再进行进一步划分；低山丘陵区内的剥蚀岩浆岩低山、侵蚀剥蚀岩浆岩丘陵、侵蚀剥蚀沉积碎屑岩丘陵和侵蚀碳酸岩丘陵，以分水岭或冲沟为界。具体的划分方法如下：（1）生成无洼地DEM。利用spatialanalysttools中的hydrology分析工具，运行Fill命令分析DEM，得到无洼地DEM；（2）提取流向。利用spatialanalysttools中的hydrology分析工具，运行Flowdirection命令分析无洼地DEM，得到流向栅格图；（3）提取流量。利用spatialanalysttools中的hydrology分析工具，运行FlowAccumulation命令分析流向栅格图，得到流量栅格图；（4）提取河网。利用spatialanalysttools中的condition分析工具，运行SetNull命令分析无洼地DEM，得到河网栅格图；（5）河流连接。利用spatialanalysttools中的hydrology分析工具，运行StreamLink命令分析河网栅格图，得到河流连接栅格图；（6）提取集水区。利用spatialanalysttools中的hydrology分析工具，运行Watershed命令分析流向栅格图和河流连接栅格图，得到集水区栅格图。（7）矢量化集水区。利用conversiontools中的FromRastertoolset工具集，运行RasterToPolygon命令分析集水区栅格图，得到集水区矢量图；（8）反转DEM，重复1-7步骤得到反DEM集水区矢量图；（9）形成初步斜坡单元。利用DataManagementtools中的Generaltoolset工具集，运行Merge命令分析集水区矢量图，得到斜坡单元Polygons文件；（10）剔除地势平坦，发育地质灾害可能性极低的区域；（11）对1：2000比例尺下肉眼无法识别出的斜坡单元，与相邻单元进行合并；（12）对以往发生过沟谷型泥石流地质灾害或现存的沟谷型泥石流隐患点区域，斜坡单元进行归并。研究区共划分斜坡单元2700个，详见图1.1。图1.1研究区斜坡单元划分示意图1.2地质灾害易发性分析1.2.1评价因子权重的确定1.2.1.1建立层次结构模型本文地质灾害易发性评价的各项指标权重由层次分析法确定。层次分析法将目标分为多个目的和准则，通过定性定量方法计算其权重。目标层确定为研究区地质灾害易发性评价，准则层是将所有因子划分为内部决定因素和外部影响因素两个层次，据此建立层次结构模型即评价体系，如图1.2所示。图1.2研究区地质灾害易发性评价指标体系1.2.1.2构造判断矩阵各个评价指标在经过专家打分之后，两两因子按重要程度进行比较后构造地质灾害易发性评价的判断矩阵如表1.5、1.6、1.7所示。表1.5总层次分析法判断矩阵判断矩阵评价因子特征向量最大特征值内部决定因素外部影响因素内部决定因素120.66672外部影响因素1/210.3333表1.6内部决定因素因子判断矩阵判断矩阵评价因子特征向量最大特征值坡度坡向高差坡形地层岩性与构造间距离坡度175231/20.29966.4335坡向1/711/31/51/31/30.0447高差1/5311/21/21/20.0879坡形1/25211/21/20.1404地层岩性1/332211/20.1524与构造间距离2322210.2751表1.7外部影响因素因子判断矩阵判断矩阵评价因子特征向量最大特征值河流缓冲区道路缓冲区河流缓冲区11/20.33332道路缓冲区210.6667随着层次分析法的判断矩阵阶数的增大，计算得出的最大特征向量比矩阵阶数会大出许多，此时矩阵的不一致性会愈发的加重。为此本文对采取的打分权重进行一致性分析，从而达到数据的客观度。层次分析法在进行计算矩阵的特征向量的同时，也算出各个层次特征向量所对应的最大特征值λmax，而利用最大特征向量与矩阵阶数的差值（一致性指标CI）大小可以衡量矩阵的不一致性。本文1.1.1已经详细介绍了层次分析法一致性检验的方法，这里不再赘述。根据计算得到本文2个方案层，1个决策层权重赋值的一致性比率分别为：内部决定因素因子CR1值为0.0688小于0.1，外部影响因素因子CR2值为0＜0.1，总决策层次CR3值为0＜0.1，故本文所选权重通过一致性检验，具有可信度。将得到的各因子权重按照决策层所占重要程度进行归一化处理如表1.7所示。表1.8地质灾害易发性评价指标因子权重评价因子评价层次内部决定因素外部影响因素归一化权重总决策0.66670.33331坡度0.2996-0.1997坡向0.0447-0.0298高差0.0879-0.0586坡形0.1404-0.0936地层岩性0.1524-0.1016与构造间距离0.2751-0.1834河流缓冲区-0.33330.1111道路缓冲区-0.66670.22221.2.2数据源与指标因子数据提取以野外详细调查期间获得的地质灾害点数据为基础灾害数据建立数据库，以1∶50000地形地质底图数字化信息为基础地理数据，基于ArcGIS空间分析与叠加功能，构建各影响因子的栅格图层与矢量图层。地质灾害易发性各评价因子分级量化如图1.3所示。（a）坡度分级（b）坡向分级（c）高差分级（d）坡形分布（e）地层岩性分布（f）与构造间距离（g）河流缓冲区（h）道路缓冲区图1.3地质灾害易发性各评价因子分级图根据信息量模型可知，若信息量大于0，则该二级区域发生地质灾害的概率高于区域发生地质灾害的平均概率；若信息量小于0，则该二级区域发生地质灾害的概率低于区域地质灾害发生的平均概率。单个指标信息量的值越大，说明该指标对滑坡发生的贡献就越大。综合信息量的值越大，说明滑坡发生的概率也越大。1.2.3加权信息量法易发性评价结果1.2.1.1加权信息量法的集成利用的信息量计算公式1.6、1.7进行信息量统计，再结合上述层次分析法所确定的各因子的权重，待获得上述数据后，根据计算公式1.8可得知最终的加权信息量，并统计如表1.9所示。表1.9滑坡地质灾害易发性评价加权信息量评价因子评价因子分级信息量值权重加权信息量值坡度（°）0-15-1.56161050.1997-0.311915-250.47991530.095825-350.48431920.096735-45-1.2717831-0.6534＞45-0.0326592-0.0065坡向（°）北东（22.5-67.5）-0.43111020.0298-0.0128东（67.5-112.5）-0.2228109-0.0066南东（112.5-157.5）0.27955640.0083南（157.5-202.5）0.31329130.0093南西（202.5-247.5）-0.2485371-0.0074西（247.5-292.5）-0.9946071-0.0296北西（292.5-337.5）0.25285110.0075高差（m）0-5m1.38826470.05860.08145-10m-0.2457289-0.014410-15m-1.2041083-0.187815-20m0.65288920.0383坡形凹形坡-0.39801860.0936-0.0373凸性坡或直线坡0.28029060.0262地层岩性坚硬岩-0.32264690.1016-0.0328较坚硬岩-2.3804994-0.2419较坚硬岩，风化程度高0.55648680.0565较坚硬岩夹较软岩0.06789660.0069松散岩体1.47727380.1501与构造间距离（m）0-501.620760.18340.297250-1000.4135430.0758100-3000.1248150.0229300