贡献权重模型在区域滑坡危险性评价中的应用

（ 1. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所， 四川 成都 610041 ； 2. 中国科学院研究生院， 北京 100049 ；3. 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室， 四川 成都 610041 ） 摘要：以攀枝花市米易县为研究区域 ， 采用 GIS 技术， 选取坡度、 坡向、 坡形、 地层岩性和相对高差等 5 个指标作为评价 利用贡献权重模型对研究区的滑坡地质灾害进行危险性评价 。 评价结果经过检验符合实际情况 ： 高危险度区 因子， 占全区面积 31. 9% ；中危险度区占全区面积 52. 6% ；低危险度区占全区面积 15. 5% ； 高、 中危险度区所包含的滑坡个 GIS 技术和贡献权重模型结合能够很好地为滑坡灾害危险性评价服 数占到全区滑坡总数的 95. 9% 。评价结果表明， 可以解决过去危险性评价中效率低 、 精度差等问题， 从而实现滑坡灾害评价的信息化和科学化 。 务， 关键词：GIS；贡献权重模型；区域滑坡危险性评价；四川省米易县 8035 （ 2010 ） 01-0001-06 文章编号：1003中图分类号：P642 文献标识码：A
征和环境条件， 结合利用 GIS 技术获取区域地表因子 选取的研究区滑坡因子指标如下 ： 时功能约束条件， ①地层岩性（ U1 ） ：是滑坡赖以发生的基础， 可以 控制滑坡的发育并为其提供物质来源 ， 不同岩性的地 层由于其本身物理化学特性可以对滑坡发育做出不 同的贡献；本研究区共有 40 余种地层， 经归纳， 将其 “系” 按 和岩类划分为 8 种类型：N（ 第三系） ，P（ 二迭 Z （ 震旦系 ） ， γ （ 花岗 系） ，Q（ 第四系 ） ，T （ 三迭系 ） ， 岩及花岗斑岩 ） ，δ （ 闪长岩及闪长斑岩 ） ， ε （ 正长岩 及正长斑岩） ； ②坡度（ U2 ） ： 发育滑坡的斜坡坡度大于或者接 较利于滑坡的发生。坡度因子通过 近滑坡面的倾角， 研究区 1 ：5 万 DEM 在 GIS 软件中直接提取， 每 10° 一 级， 共 6 级； ③坡形（ U3 ） ： 斜坡的形态可以从直观上将它们 划分为：直线型坡、 凹型坡、 凸型坡、 上凹下凸型坡和 上凸下凹型坡。斜坡的坡形直接反映了在内外营力 作用下坡体演变的历史过程以及汇水条件的不同 ；坡 形因子不能直接由 DEM 生成， 而是基于 DEM 以及由 GIS 水文分析模块中派生出的山脊图层、 河流图层以 及流向图层， 通过 C 语言编程所得； ④高差（ U4 ） ： 指发育滑坡的山体斜坡从坡顶到 坡底的相对高差， 它为滑坡的发生提供所必需的有效 临空面， 并决定了坡体本身动能， 根据它可判断坡体 山 是否存在失稳的可能性；高差因子获取基于 DEM、 脊图层、 河流图层以及流向图层， 通过 C 语言编程得 到， 每 100m 一级， 共 7 级； ⑤坡向（ U5 ） ：是指斜坡临空面的朝向， 可影响到 斜坡的水流条件， 使自然地理诸要素具有规律性分 异， 从而导致滑坡发育存在坡向性； 坡向因子通过研 究区 1 ：5 万 DEM 在 GIS 软件中直接提取。分别以 0° （ 或 360° ） 、 90° 、 180° 、 270° 为 N、 E、 S、 W 的中间位置， NE 、 每隔 45° 分为一个区间， 可得到 8 个方向区间 N、 E、 SE 、 S、 SW、 W、 NW， 共 8 个子类。 2. 3 滑坡危险度评价 首先根据式（ 2 ） 求本底因子子类的贡献率， 如图
2
2. 1
实例分析
研究区概况
（5）
米易县地处青藏高原东南缘， 四川省西南角， 攀 枝花市东北部， 安宁河与雅砻江交汇区（ 图 1 ） 。 位于 东经 101°44′ ～ 102°15′。 东连 北纬 26°42′ ～ 27°10′， 会理县， 南接盐边县， 西以雅砻江为界， 北邻德昌县。 全县境内东西最大横跨 52. 5km， 南北最大纵距 73. 2 km。全县辖 12 个乡镇。
0
前言
设采样本底指标因子为一个数集 ： U i = f （ U1 ， U2 ， …， Un ） — —因子数集； 式中：U i — f— — —关系式；
（1）
区域滑坡危险性评价是研究不同地层单元组合 、 区域地质构造单元特征、 地形地貌条件下区域滑坡发 生分布规律， 定量或半定量地对滑坡危险程度做出等 级划分。 近年来， 由于 GIS 技术的空间分析、 制图功能和 GIS 技术在滑坡危险性区划研究方面 可视化的特点， 得到快速发展， 以 GIS 软件为技术平台的地质灾害危 险性评价系统研究成为本领域研究的发展方向 。 利 用 GIS 技术不仅可以对各种滑坡灾害及其相关信息 进行管理， 而且可以从不同空间和时间的尺度上分析 滑坡灾害的发生与环境因素之间的统计关系 ， 评价各 ［ 1 － 7］ 。 种滑坡灾害的危险性和可能的灾害范围 本文基于 GIS 技术， 采用贡献权重模型对攀枝花 市米易县滑坡危险度等级进行划分。 该模型针对研 发生起到作用的各种本底因素， 究区内对滑坡发育、 即地质环境内部条件， 定量分析它们对滑坡发育发生 贡献作用的大小， 确定其贡献率， 得到各个因子的不 同权重值， 经过叠加分析从而确定区域内部滑坡灾害 的不同危险程度
（6）
Yj — — —检验指标， j 代表三种不同的密度， 其中，量密 度 ：Y1 = q — — ∑ q（ q— 单 项 因 子 中 滑 坡 数 量、
— —各等级本底因子自权重数列（ w if < 1 ） 。 式中：w if — 1. 3 互权重计算 互权重指不同本底因子相互之间的权值 ， 代表每 。 种因子对滑坡发育的贡献程度差异 如地层岩性、 坡 度、 高差等多项因子中， 各项因子对滑坡发育的贡献 作用不同， 相互之间的权重值也不同。 采用贡献率计算互权重。 首先对式 （ 4 ） 中不同 等级贡献率的行求和， 即： R if =
∑ U0if （ i
= 1 …n ， f = h， m， l）
（7）
— —第 i 个本底因子贡献率分级求和数列。 式中： R if — 然后进行同级别贡献率归一化处理 ， 得到各因子在不 同级别贡献率中所占的比重： R if R′ （ i = 1 …n ， f = h， m， l） if = ∑ R if
∑ U′oi ·w if ·w′i
（ 11 ）
（ i = 1 …n ， f = h， m， l） — —滑坡危险度； 式中：H— U′ — —评价样本贡献率； oi — w if — — —本底因子自权重； w′ — —本底因子互权重。 i—
— —贡献率数列（ f = h， m， l） ； 式中：U0if — U0ih — — —高贡献率； U0im — — —中贡献率； U0il — — —低贡献率。 由于式（ 4 ） 数列中的每一等级区间的贡献率允 许由多个因子数组成， 需要对每个因子中每一等级的 因子数逐一进行均值化处理， 即： － U 0if = U0if / N － — —均值化数列； 式中： U 0if — N— — —每级因子组中的个数。 再对式（ 5 ） 进行归一化处理， 并获得分级贡献自 即： 权重，
— — 评 估 区 滑 坡 总 数 ） ， 面 密 度 ：Y2 = ∑ q— s ∑ s（ s— — — 单项因子中滑坡面积、 — — 评估 ∑ s— — — 单项因 区滑坡总面积 ） ， 体密度：Y3 = v ∑ v（ v— — — 评估区滑坡总体积） 。 子中滑坡体积、 ∑— 1. 2 自权重计算 自权重的获取是采用等距法将本底因子子类的 贡献率划分为高、 中、 低三级贡献程度后计算各等级 不同时 区间因子的权值。如在地层岩性单项因子中， 代地层岩性对滑坡发育的贡献作用是不同 ， 因此分配 的权值也不相同。 贡献率等级区间范围为： 高贡献率区 x1 = （ a1 ～ a2 ） 中贡献率区 x2 = （ a2 ～ a3 ） （3） 低贡献率区 x3 = （ a3 ～ a4 ） 式中： a1 = U0imax ； a2 = U0imax － d； a3 = U0imin + d； a4 = U0imin ；d = （ U oimax － U oimin ） / 3 。 根据式（ 3 ） 分区标准， 将每一个本底因子图层划 ， 分出不同等级的贡献率区 建立贡献率分级数列式， 即： U0if U0ih = U0im （ i = 1 …k） U 0 il （4）
0831 ；修订日期：20091022 收稿日期：2009基金项目：中国科学院成都山地灾害与环境研究所前沿项目 “中山区精细空间滑坡灾害预警 ” ；国家科技部 “十 一 五 ”重 点 科 技 支 撑 计 划 （ 2006BAC04B05 、 2008BAK50B04 ） ； 国 家 科 技 部 国 际 合 作 （ 2009DFB20196 、 2007DFA21150 ） ；国家气象局科研 专项（ YHY（ QX） 2007 － 6 － 37 ） 项目；中科院三期重 要方向创新项目（ KJCX3 － SW － L1 － 6 ） ；中国科学 院成都山地灾害与环境研究所 2006 年青年种子基 “基于 BP 神经网络模型重庆万州区滑坡风险研 金 究” 作者简介：王 萌（ 1980 —） ， 女， 博士研究生， 助研， 现从事基 于 GIS 技术滑坡危险性评价研究 。 E － mail：wm@ imde. ac. cn
2010 年
U′ oi （ % ） = U oi （ Y j ）
∑ Uoi （ Yj ）
× 100 % （2）
（ i = 1 …k ， j = 1， 2， 3） — —因子子类贡献率， i 代表因子子类； 式中：U′ oi —
－ － w if = U 0if / ∑ U 0if （ f = h， m， l）
。
1
贡献权重模型
贡献率权重模型由中科院成都山地所乔建平研 究员于 2004 年提出， 后来经过发展与改进， 在多个研 9－ 究区均取得较好的效果， 具体可参照参考文献［ 12 ］ 。 1. 1 贡献率
2
中国地质灾害与防治学报 ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO