基于遙感和GIS的滑坡地質災害風險評估探討

張萬里

(福建省地質測繪院 福建福州 350010)

地質災害評估經歷了3 個發展過程，從定性模型到半定量模型再到定量模型。定性模型主要基于專家多年的現場經驗，總結和判斷已識別的地質災害風險結果和各種影響因素的地圖。定量模型是基于影響災害點的因素與已發生的地質災害之間關系的數學表達式，采用信息量法和多元回歸法對地質災害風險進行評價。20世紀末，計算機技術在地質災害評價中開始應用，這使得地質災害評價的發展前所未有。目前，該地區常用的地質災害評價模型包括數理統計模型和經驗半經驗模型[1]。

滑坡災害嚴重威脅著人們的生命財產安全，直接影響社會的和諧穩定和經濟的可持續發展，在全世界引起了廣泛關注。我國政府每年在防災減災和滑坡治理方面投入大量人力、物力和財力[2]。然而，從現有經濟發展水平和技術能力來看，不可能對所有滑坡進行工程處理。此外，滑坡的發生取決于地質體所在的地質環境，并受多種因素控制。災害意識和管理水平有限，缺乏必要的防災基礎，主動防災減災措施不足，存在一定的盲目性。因此，滑坡災害風險評估已成為滑坡研究領域的熱點問題。

該文利用一個項目收集的數據，結合3S 技術，分析了研究區滑坡地質災害的規模、成因和空間分布特征，并運用層次分析法（AHP）對福建某一區域進行了分析，對滑坡地質災害風險進行了評價。評價結果揭示了研究區滑坡的內外因素及分布特征，對其他地區的滑坡研究具有一定的參考價值。

1 研究方法

1.1 遙感圖像處理

該研究的遙感圖像處理包括幾何糾正、圖像融合、圖像自動匹配和圖像裁剪[3]，具體見圖1。

圖1 遙感圖像處理流程

1.2 滑坡評價理論與方法

1.2.1 評價原則

滑坡風險評價的原則是根據選定的評價體系，根據研究區的地質、水文和人類活動特征，分析研究區內滑坡的危險性，然后根據科學嚴謹的劃分方法，對研究區內滑坡的危險性進行分析[4]。研究內容實際上是根據危險程度對該地區的滑坡進行空間預測。根據評價對象的范圍和性質，滑坡風險評價可分為三類：點評價、面評價和面評價[5]。地表評估基本上是對收集和分析的對滑坡發生有重大影響的因素進行了數字處理，并根據敏感性程度進行分類。根據地面調查結果和專家經驗，確定了評價指標的范圍，形成了標準化、完善化、通用化的量化模型體系。滑坡風險評估基于滑坡研究區的滑坡活動特征，這是基于促進滑坡發生的環境和物理背景對該地區滑坡的科學和高水平總結。了解滑坡的空間分布和發展趨勢，可以為防災減災、城鄉規劃、工程建設等重大決策提供參考。

滑坡風險評估應遵循以下規則。（1）相對一致性。水文、氣候和地質等地理要素在時空分布上相對一致。在這些影響因素下發生的滑坡也將表現出分區相對一致性，根據這一規律進行劃分。同級別滑坡的危害相對一致，治理方法也相對一致。（2）定量與定性相結合。是指在滑坡風險評價方法中，對滑坡的地理因素進行定量計算，采用專家權重定性確定評價權重。定性和定量相結合可以得到可靠的結果，是合乎邏輯的。（3）主導因素。分析區域滑坡的歷史數據，可以找到導致滑坡發生的主導因素。例如：西南山區的滑坡主要由地震導致的，中國東部的滑坡主要由降水導致。滑坡的地理位置決定了主要受其影響的因素。當然，滑坡過程極其復雜，可能有不止一個主導因素，應根據當地環境和人文條件進行分析。

1.2.2 評價模型和方法

評價模型具體包含信息量模型、確定性系數模型、Logistic回歸模型。評價方法主要包含信息量法、證據權重法、突變級數法、層次分析法。評價模型和方法具體內容見圖2。

圖2 評價模型和評價方法

2 評估準備

2.1 評價因素的選擇

總體而言，滑坡地質災害的成因復雜多樣。無論是巖性、坡度、構造等內因，還是地震降雨等外因，都是內外因素共同作用的結果。滑坡地質災害發生的復雜性和不確定性不僅表現在各種原因上，而且在不同地區各種因素的影響上也有很大差異。在一個地區成功評估的方法可能無法滿足另一地區的要求[6]。因此，在選擇滑坡地質災害風險評價因子時，應遵循選取原則，具體見圖3。

圖3 評價因素選取原則

2.2 單元劃分

復雜多樣的影響因素所造成的滑坡地質災害的危險程度也不同，局部地區也會表現出明顯的突出性。在確定影響因素后，選擇正確、合理的評價單元至關重要。這也是評價體系的建立。基于此，該文總結了滑坡地質災害風險評價中常用的幾種評價單元劃分方法，具體如下。

2.2.1 柵格單元

柵格單元的大小主要是柵格數據的最小單位，它代表柵格評估單位的精度，并且主要是一個標準正方形。同時，每個像素的屬性可以充分反映細胞的空間分布位置。基于ArcGIS，可以對選定的單元進行綜合管理和處理。它具有空間可視化、計算簡單快速、數據庫結構清晰、結果可靠等優點。在基于GIS 的滑坡地質災害風險評估中，該方法得到了廣泛的應用。

2.2.2 行政單位

該方法按行政區劃劃分。思路清晰，可操作性強。考慮到滑坡地質災害的監測和治理是由政府作為一個單位進行的，這種劃分方法可以更加有效地管理和監測不同時間、不同地區發生的滑坡地質災害，并將其作為一個評價單元。所得評價結果可為地方政府決策提供更好的依據。缺點是劃分了研究區域的完整性，忽略了不同評價單元之間相同評價因子之間的關系，導致評價結果的可信度和準確性降低。

2.2.3 坡度或其他地形單位

這種劃分方法是基于斜坡或其他地質構造的面積劃分，更接近實際情況。與網格單元和管理單元不同，這種劃分方法確保了結構單元的完整性和連續性。從理論上講，這個評價單元更合理。缺點是地質構造的劃分受主觀意識的影響較大，沒有統一的劃分標準，難以取得合理的結果。

通過對上述集中式單元劃分方法優缺點的比較，該文基于GIS的評價思想。它還擁有數字高級模型等基本評估數據。結合當地實際情況，該文選擇網格單元作為風險評估的評估單元。網格大小直接決定評估結果的準確性。網格精度越高，網格單元越小，后期數據處理過程中的操作難度越大，限制性越強，有限的計算機硬件無法滿足計算要求。單元選擇太大。雖然計算工作量減少了，但評估結果的可靠性降低了。評估結果初稿的意義不大。該文結合實際情況，確定評價單元規模為30 m×30 m。

3 災害風險評估

3.1 滑坡地質災害分布分析

該文研究區域為福建某山區，基于GF-2遙感圖像數據，該衛星配備了1 m分辨率的全彩色攝像機和4 m分辨率的多光譜攝像機，圖像分辨率優于1 m，定位精度高。這些數據經過輻射校正、幾何校正、圖像拼接、圖像融合等一系列處理，為了保證評估的準確性，該文利用福建省基礎地理底圖數據進行了精度檢驗。嚴格選取30 個控制點，控制點誤差小于1 像素。該精度可以滿足1∶50 000的滑坡地質災害解釋要求。

由于遙感圖像的復雜性和多樣性，基于遙感圖像信息的判斷有時是不確定的。在早期階段，滑坡地質災害是調查研究的對象，研究過程中積累了大量數據。該文以研究區地質災害數據為基礎，參考Google Earth 的3D 地圖技術。通過現場驗證對翻譯結果進行驗證，以確保解釋的準確性，最終得到結果分布圖。根據滑坡體的大小，分為大、中、小型滑坡。其中，大型滑坡災害點1 處，占總數的1%；中等滑坡災害點21 個，占20.8%；79 個小型滑坡災害點，占總數的78.2%。

3.2 層次分析法的評價與分析

采用層次分析法對研究區滑坡風險進行了分析和評價。高風險區和中風險區所占比例較大，其中高風險區占總面積的17.8%，中風險區占總面積的22.4%，低風險區和零風險區分散分布，分別占總面積的29.6%、30.2%。大部分低風險區和零風險區分布在道路右側，兩個區域相似，兩個區域合計占總面積的59.8%。層次分析法風險評估如圖4所示。

圖4 層次分析法風險評估圖

4 結語

該文應用層次分析法（AHP）對滑坡危險性進行了評價，并計算了各因素的權重，利用GIS方法獲取研究區滑坡風險評估網格圖，將研究區大致劃分為零風險、低風險、中風險、高風險這4 個級別。結果表明，高風險區和中風險區面積占總面積的54.0%。