滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)方法研究

朱榮

摘要：我國許多地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受到極端天氣或者人為因素等影響，導(dǎo)致地質(zhì)出現(xiàn)滑坡或者泥石流等災(zāi)害。針對(duì)滑坡以及泥石流地質(zhì)災(zāi)害采用針對(duì)性的評(píng)價(jià)方法，通過評(píng)價(jià)掌握引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的因素，以便實(shí)施有效的措施，避免滑坡或者泥石流等災(zāi)害的發(fā)生。本文圍繞滑坡以及泥石流地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用的評(píng)價(jià)方法展開討論，為應(yīng)用的相關(guān)評(píng)價(jià)方法提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：滑坡;泥石流;地質(zhì)災(zāi)害;評(píng)價(jià)方法

0.??? 引言

在滑坡以及泥石流地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)過程中，根據(jù)不同類型的滑坡以及泥石流，采用不同的評(píng)價(jià)方法。如果對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于FAN模型采用脆弱性方法評(píng)價(jià)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。如果對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于貝葉斯模型方法評(píng)價(jià)泥石流地質(zhì)災(zāi)害。如果對(duì)滑坡以及泥石流同時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于GIS地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.??? 基于FAN模型的滑坡地質(zhì)災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)方法

1.1? 評(píng)價(jià)模型選取

評(píng)價(jià)模型的選取過程如下：首先，根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)際情況，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定評(píng)價(jià)單元;其次，在建立的模型內(nèi)部，設(shè)定將要進(jìn)行測(cè)試的數(shù)據(jù);三，結(jié)合數(shù)據(jù)建立FAN模型;四，在FAN模型的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，屬于設(shè)定的參數(shù);五，借助FAN模型進(jìn)行滑坡地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)，在模型中可以獲得較為精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)數(shù)值;六，將最終形成的FAN模型，用滑坡地質(zhì)災(zāi)害脆性評(píng)價(jià)。

1.2? 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過程中，將地質(zhì)、地貌以及自然環(huán)境中其它因素作為評(píng)價(jià)參數(shù)。此外根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害脆性評(píng)價(jià)要求，還應(yīng)設(shè)置七個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)一為年連續(xù)三天降雨最大值，指標(biāo)二為年降雨量超過25毫米的時(shí)間，指標(biāo)三為植被歸一化程度，指標(biāo)四為斷裂帶值，指標(biāo)五為坡度，指標(biāo)六為坡度超過25%時(shí)，該坡度下滑坡面積，指標(biāo)七為最大高差。在上述評(píng)價(jià)指標(biāo)中，降雨量的大小和時(shí)間，均與地質(zhì)出現(xiàn)滑坡災(zāi)害存在密切的關(guān)系。

1.3? 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理過程，需要采用不同的方法，包括評(píng)價(jià)單元獲取方法、目標(biāo)變量獲取方法、降雨指標(biāo)計(jì)算方法、植被指數(shù)計(jì)算方法、斷裂帶指標(biāo)計(jì)算方法、坡度指標(biāo)計(jì)算方法、最大高差指標(biāo)計(jì)算方法以及指標(biāo)數(shù)據(jù)整理方法。以指標(biāo)數(shù)據(jù)整理方法為例，將構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的各個(gè)指標(biāo)，采用離散化和整數(shù)化的方式進(jìn)行處理，可以得出部分滑坡地質(zhì)災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

1.4? 構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)

通過構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)，在模型中真實(shí)的顯示出FAN模型對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)方法的精度，F(xiàn)AN模型的命中率為84.13%，誤測(cè)率為26.90%，精度為78.51%，AUC為0.87。

2.??? 基于貝葉斯網(wǎng)模型的泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

2.1? 評(píng)價(jià)模型選取

采用貝葉斯網(wǎng)模型方法評(píng)價(jià)泥石流地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，首先應(yīng)做好評(píng)價(jià)模型的選取工作，在選取工作中應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行：一，確定災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)選定評(píng)價(jià)單元是否滿足模型評(píng)價(jià)要求;二，確定模型測(cè)試數(shù)據(jù)，使模型按照測(cè)試數(shù)據(jù)模擬泥石流發(fā)生的過程;三，建立貝葉斯模型結(jié)構(gòu)，通過模型結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)方法;四，學(xué)習(xí)貝葉斯模型參數(shù)，由參數(shù)優(yōu)化模型，使模型內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定的參數(shù)，均能滿足評(píng)價(jià)精度要求。

2.2? 評(píng)價(jià)單元

在泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作中，評(píng)價(jià)單元是重要的組成部分。在評(píng)價(jià)引發(fā)泥石流發(fā)生因素過程中，地貌作為單元成為主要評(píng)價(jià)對(duì)象。在地貌特征較為豐富的地區(qū)，并且該地區(qū)會(huì)產(chǎn)生較多的降雨，會(huì)提高發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害的概率。選擇引發(fā)泥石流災(zāi)害的誘發(fā)因素作為單元，在模型中根據(jù)單元進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以提升評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。此外在評(píng)價(jià)單元中，將DEM作為提取流域的算法基礎(chǔ)，掌握填洼和削峰的狀態(tài)，同時(shí)確定水流的方向，結(jié)合方向提取水流的流域范圍，為構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3? 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，一般設(shè)定七個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)一為年連續(xù)三天最大降雨量，指標(biāo)二為降雨量超過25毫米的時(shí)間，指標(biāo)三為植被在泥石流發(fā)生區(qū)域的覆蓋范圍，指標(biāo)四為斷裂帶長度，指標(biāo)五為坡度超過25%泥石流占用的面積，指標(biāo)六為在規(guī)定的流程內(nèi)產(chǎn)生的最大高程差，指標(biāo)七為流域形狀系數(shù)。

2.4? 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理需要使用到多種方法，分別為植被覆蓋度指數(shù)計(jì)算方法、斷裂帶長度計(jì)算方法、流域形狀系數(shù)計(jì)算方法以及指標(biāo)數(shù)據(jù)整理方法。使用指標(biāo)數(shù)據(jù)整理方法，采用離散化和整數(shù)化方法，處理部分區(qū)域泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)更加貼近真實(shí)情況。

2.5? 構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)

構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)過程中，基于貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用設(shè)定的七個(gè)指標(biāo)，分別對(duì)比樸素貝葉斯網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)的貝葉斯網(wǎng)以及調(diào)整后貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)性能，其中命中率分別為83.13%、84.16%以及85.66%，誤測(cè)率分別為8.72%、8.61%以及8.23%，精度分別為88.41%、88.84%以及89.63%，ROC面積分別為0.94、0.95以及0.95。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，通過調(diào)整構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)，命中率精度以及面積上升較為明顯，而誤測(cè)率低于其它模型。

3.??? 基于GIS的滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)系統(tǒng)

3.1? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

建立系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)過程中，需要進(jìn)行滑坡地質(zhì)災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，在總體設(shè)計(jì)中，需要不同的元件構(gòu)建滑坡地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)系統(tǒng)，分別為通用工具、訓(xùn)練集數(shù)據(jù)處理、評(píng)價(jià)模型交叉驗(yàn)證、交叉驗(yàn)證結(jié)果查看、脆弱性評(píng)價(jià)以及導(dǎo)出評(píng)價(jià)結(jié)果。在泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，仍會(huì)需要不同的元件構(gòu)建泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，分別為通用工具、訓(xùn)練集數(shù)據(jù)處理、評(píng)價(jià)模型交叉驗(yàn)證、交叉驗(yàn)證結(jié)果查看、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)以及導(dǎo)出評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.2? 評(píng)價(jià)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

評(píng)價(jià)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分別為滑坡業(yè)務(wù)流程和泥石流業(yè)務(wù)流程，在滑坡地質(zhì)災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)最終形成滑坡災(zāi)害脆弱性等級(jí)圖，根據(jù)等級(jí)圖掌握地質(zhì)可能出現(xiàn)的滑坡等級(jí)。在泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中，數(shù)據(jù)按照流程要求，最終生成泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)圖，等級(jí)圖會(huì)將地質(zhì)區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生泥石流的位置標(biāo)記出來。

3.3? 評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)是由數(shù)據(jù)瀏覽和結(jié)果查看作為基礎(chǔ)，通過評(píng)價(jià)模型層，將數(shù)據(jù)輸入至數(shù)據(jù)處理層，最后通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，向用戶提供查詢服務(wù)。

3.4? 評(píng)價(jià)系統(tǒng)技術(shù)集成方案

評(píng)價(jià)系統(tǒng)技術(shù)集成方案設(shè)立過程中，會(huì)使用到C#編程語言，由C#編程語言分別設(shè)立出Arcgis Engine和Matlab Engine程序，其中Matlab En-gine程序是貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型建立的基礎(chǔ)。基于編程語言最終確定評(píng)價(jià)系統(tǒng)技術(shù)集成方案。

4.??? 結(jié)語

我國屬于滑坡和泥石流災(zāi)害高發(fā)國家，采用地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)方法，通過建立滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害模型，在模型內(nèi)設(shè)置多種評(píng)價(jià)指標(biāo)，并在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)下，按照評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以獲得精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)數(shù)值的同時(shí)，還能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)某一區(qū)域可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，為預(yù)防以及防治工作有效的進(jìn)行發(fā)揮重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 中國泥石流研究[M].科學(xué)出版社，康志成等著，2004.

[2]?? 邊坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)[M].西南交通大學(xué)出版社，胡厚田等編著，2001.