地理信息系統(tǒng)遙感技術(shù)支持下三峽庫(kù)區(qū)青干河流域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

1、第25卷增1巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)V ol.25 Supp.1 2006年2月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.,2006地理信息系統(tǒng)/遙感技術(shù)支持下三峽庫(kù)區(qū)青干河流域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)曾忠平1,汪華斌2,張志3,薛重生3(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)研究生院,湖北武漢 430074;2. 華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430074;3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430074摘要:以統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ)、地理信息系統(tǒng)作為工具的滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)模式已經(jīng)得到普遍認(rèn)可和使用,數(shù)字高程模型(DEM、遙感影像、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料已經(jīng)成為

2、區(qū)域滑坡評(píng)價(jià)研究的因子數(shù)據(jù)源。選擇三峽庫(kù)區(qū)青干河流域順向坡滑坡多發(fā)地段為研究區(qū),在滑坡編目數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上,通過(guò):(1 數(shù)字高程模型獲取高程、坡度、地形聚水能力因子;(2 遙感影像獲取植被指數(shù);(3 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料、數(shù)字高程模型計(jì)算斜坡類型定量因子TOBIA指數(shù)及獲取巖石地層單元因子。采用二分類變量邏輯回歸評(píng)價(jià)方法對(duì)上述6種因子建立滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型,開(kāi)展地理信息系統(tǒng)/遙感技術(shù)支持下順向坡滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究。研究結(jié)果表明,根據(jù)模型概率值分布和已知滑坡發(fā)育關(guān)系,可以將研究區(qū)劃分為高危險(xiǎn)區(qū)、中等危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)3個(gè)等級(jí),高危險(xiǎn)區(qū)包含70%已知滑坡,中等危險(xiǎn)區(qū)包含14%已知滑坡,評(píng)價(jià)結(jié)果和實(shí)際滑坡發(fā)育

3、情況吻合,合理地反映區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害發(fā)育的總體特征。關(guān)鍵詞:工程地質(zhì);滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià);地理信息系統(tǒng);遙感;三峽庫(kù)區(qū);二分類變量邏輯回歸中圖分類號(hào):P 642.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):10006915(2006增1277708LANDSLIDE HAZARD ASSESSMENT IN QINGGAN RIVER OF THE THREE GORGES RESERVOIR BASED ON GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS AND REMOTE SENSINGZENG Zhongping1,WANG Huabin2,ZHANG Zhi3,XUE Chongsh

4、eng3(1. Graduate school,China University of Geoscience,Wuhan,Hubei430074,China;2. School of Civil Engineering and Mechanics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,Hubei430074,China;3. College of Earth Science,China University of Geoscience,Wuhan,Hubei430074,ChinaAbstract:Landslide hazar

5、d assessment is necessary for disaster management and planning in dam projects. This paper presents a geographical information systems/remote sensing-aided procedure for landslide hazard mapping at a regional scale around the Qinggan River of the Three Gorges,China,where most of landslides are activ

6、e in dip slopes. A landslide inventory is carried out based on field investigations and aerial photo interpretation,while another data set of environmental factors is constructed,such as geological and topographic thematic maps, lithology and vegetation maps. The factors contributing to landslide oc

7、currence such as altitude,slope and flow accumulation,are derived from Digital Elevation Models,and rock strata is also extracted from geological map, vegetation index from satellite images of Landsat TM bands 2/3/4. Quantitative geometric alignment relationships between strikes of slopes and strata

8、 are established by TOBIA index,and a method of generalized likelihood ratio is then utilized to analyze the relationships between landslide occurrence and environmental factors,such as收稿日期:20050919;修回日期:20060101作者簡(jiǎn)介:曾忠平(1972,男,1993年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)系,現(xiàn)為博士研究生,主要從事3S技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害等方面的研究工作。E-mail: z.p.zeng 2778 巖石

9、力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2006年lithology,slope angle,aspect,flow accumulation and vegetation,etc. Based on the database,the casual factors, which make possible contribution to landslide occurrence,are combined into a binary logistic regression model, and then the landslide probabilities are calculated by cell to cell

10、. The results from the logistical regression model coincides well with the previous landslide occurrence.Key words:engineering geology;landslide hazard assessment;geographical information systems;remote sensing; Three Gorges Area;binary logistical regression1 引言滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃是在滑坡編目和災(zāi)害敏感性分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,應(yīng)用定性分析和定

11、量分析、確定性模型和隨機(jī)模型相結(jié)合對(duì)滑坡災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行分區(qū)表示。近10 a來(lái)隨著空間信息獲取處理技術(shù)的快速發(fā)展,遙感(romote sensing,RS和地理信息系統(tǒng)技術(shù)(geographical information systems,GIS已被廣泛應(yīng)用于滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)研究之中。在D. J. V arnes1提出的滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)基本假設(shè)前提下,以統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ)、GIS作為工具的區(qū)域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模式已經(jīng)得到普遍認(rèn)可?；挛ｋU(xiǎn)性分析的方法總體上分為定性、定量的方法或直接、間接的方法。定性的方法主要根據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)對(duì)滑坡的變形失穩(wěn)危險(xiǎn)性進(jìn)行定量描述,而定量模型則是對(duì)滑坡發(fā)生失穩(wěn)的可能性進(jìn)行估計(jì);國(guó)內(nèi)外

12、常用的定量預(yù)測(cè)模型有數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型、隨機(jī)模型、信息模型等27,應(yīng)用比較廣泛的是統(tǒng)計(jì)模型,其特點(diǎn)在于主要依據(jù)過(guò)去和現(xiàn)在發(fā)生的滑坡來(lái)推測(cè)未來(lái)滑坡發(fā)生的狀況。其中,二分類變量邏輯回歸因具有:(1 不要求因子數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布;(2 可以同時(shí)處理定性的、定量的連續(xù)型或離散型因子數(shù)據(jù);(3 模型可適用于非線性情況,以二分類變量表達(dá)滑坡出現(xiàn)和不出現(xiàn)狀態(tài);(4 以概率的形式預(yù)測(cè)某種特定事件發(fā)生可能性大小等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),近年在區(qū)域滑坡研究中得到廣泛運(yùn)用?；聻?zāi)害是三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的重點(diǎn)研究對(duì)象。庫(kù)區(qū)滑坡的形成,是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史進(jìn)程中,地殼內(nèi)外營(yíng)力相互作用的結(jié)果,庫(kù)區(qū)19縣(區(qū)、5 706個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)中,

13、約1/3的地質(zhì)災(zāi)害分布于順向坡/土質(zhì)坡中的巖層8,地質(zhì)地貌特別是巖體中的軟弱夾層的存在及空間展布特點(diǎn),是控制坡體穩(wěn)定或釀成滑動(dòng)面最終導(dǎo)致滑坡形成的基礎(chǔ)。本文選取庫(kù)區(qū)典型順向坡滑坡多發(fā)地段秭歸縣青干河流域、鑼鼓洞河流域作為研究區(qū),在滑坡編目基礎(chǔ)上,以遙感衛(wèi)星影像、地質(zhì)地貌作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,采用二分類變量邏輯回歸方法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分帶。2 研究區(qū)概況2.1 水系及滑坡發(fā)育分布區(qū)內(nèi)水系發(fā)育,主要發(fā)育3條支流(圖1。研究區(qū)的東西兩側(cè)邊界由青崗河支流(北西向、鑼鼓洞河支流(近南北、北北東向限定。青崗河支流于西北側(cè)匯入青干河支流(近北東、東西向,青干河支流和鑼鼓洞河支流在陜西營(yíng)交匯,并于沙鎮(zhèn)溪流

14、入長(zhǎng)江。 圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Geographical location of studied area以陜西營(yíng)為界,沿青干河向上游,分別發(fā)育有白果樹(shù)、千將坪、鄧家灣、臥沙溪、亂泥湖、郭家河、后坪西、白洋萍、唐家山、殷家壩等18個(gè)崩滑體,其中,千將坪是三峽大壩蓄水后不久2003年7月13日發(fā)生的大型滑體,曾造成14人死亡,10余人失蹤,直接經(jīng)濟(jì)損失5 000多萬(wàn)元;沿鑼鼓洞河向上游,分別發(fā)育有楊家灣、廟灣、大嶺西南、桑樹(shù)坪等9個(gè)滑體,部分滑坡成群分布,除殷家壩為反向坡、鄧家灣為微反向/斜向坡外,其余庫(kù)岸滑坡基本沿順向坡發(fā)育(圖2。2.2地質(zhì)情況研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子地臺(tái)八面山臺(tái)褶

15、帶秭歸盆地向斜西翼,盆地的地層主要為侏羅系砂第25卷增1 曾忠平等. 地理信息系統(tǒng)/遙感技術(shù)支持下三峽庫(kù)區(qū)青干河流域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 2779 圖2 青干河流域地質(zhì)背景及滑坡發(fā)育圖Fig.2 Landslide inventory based on the lithological maps of Qinggan River頁(yè)巖及三疊系巴東組的砂巖、泥灰?guī)r等半堅(jiān)硬巖類及第四系組成。區(qū)內(nèi)地層時(shí)代自西、北西向東、南東由老漸新,巖性自下而上為:(1 嘉陵江組溶崩角礫巖、白云巖(T j3;(2 巴東組(T b:巖性主要為黃綠色泥巖、紫紅色黏土質(zhì)粉砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、泥灰?guī)r組成;(3 沙鎮(zhèn)溪組(Ts:巖性

16、主要為一套灰綠色石英砂巖、含黏土質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖組成;(4 桐竹園組(J t:巖性主要為灰綠色黏土質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖、石英砂巖和炭質(zhì)泥巖;(5 聶家山組(Jn:巖性主要為一套灰綠色黏土質(zhì)砂質(zhì)泥巖、黏土質(zhì)砂質(zhì)粉砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖。巖性組合主要反映一套海相、陸相、海陸交互相進(jìn)退旋迴、內(nèi)陸湖碎屑巖相沉積系列。除了沙鎮(zhèn)溪組和桐竹園組出現(xiàn)沉積間斷外,沉積作用比較連續(xù)。地層產(chǎn)狀除局部地段,如亂泥湖、兩河口沙鎮(zhèn)溪組巖層產(chǎn)狀受小型逆沖斷層影響而有局部變化外,巖層產(chǎn)狀變化趨于穩(wěn)定,總體以南東、北東向?yàn)橹?具規(guī)律性。2.3 滑坡災(zāi)害空間分布特征從庫(kù)區(qū)情況來(lái)看,滑坡主要類型為順層基巖滑坡和松散堆積層滑坡,松散

17、堆積層滑坡又分為松散堆積層內(nèi)滑坡和堆積層基巖接觸面滑坡兩類。近2 000個(gè)地質(zhì)災(zāi)害分布于順向坡/土質(zhì)坡中的巖層,順層基巖滑坡和堆積層基巖接觸面滑坡在庫(kù)區(qū)占有重要位置。對(duì)分布在庫(kù)區(qū)兩岸的、體積在 1.0×106m3以上的64個(gè)大型滑坡的資料分析表明,三峽地區(qū)的侏羅系地層分布最廣,滑坡發(fā)育最多(占67%。侏羅系強(qiáng)風(fēng)化中風(fēng)化泥巖、砂巖及上覆的第四系碎石土、含碎石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土往往組成了崩滑帶,而下伏泥巖及砂質(zhì)泥巖基巖,透水性較弱,遇水易軟化泥化,容易形成軟弱夾層,為滑面的形成提供了有利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件。降雨后區(qū)內(nèi)沿順向坡斜傾基巖巖面小型崩滑活動(dòng)時(shí)有發(fā)生,滑動(dòng)面往往受控于巖層傾角。巴東組是

18、庫(kù)區(qū)典型的易滑地層,是庫(kù)區(qū)受地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的遷建縣城和很多重大滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ),地層中順層基巖滑坡發(fā)育8,如巴東新城區(qū)已有的滑坡主要分布在順向斜坡地段,滑帶的形態(tài)受地層巖性及產(chǎn)狀的控制。研究區(qū)內(nèi),以陜西營(yíng)附近大嶺西南、廟灣、千將坪滑坡為例,野外調(diào)查表明,大嶺西南滑坡內(nèi)斜坡傾向與巖層傾向一致,大嶺西南滑坡的滑動(dòng)面位于松散的土質(zhì)覆蓋層下3.04.1 m的巖層層面上,廟灣滑坡滑動(dòng)面位于第四系松散堆積物覆蓋層下5.810.2 m的巖層層面上,均受巖層傾角的控制。而千將坪滑坡則發(fā)育在上三疊統(tǒng)沙鎮(zhèn)溪組泥質(zhì)粉砂巖中,巖層傾向與斜坡坡向一致,屬于特大型深層順層基巖滑坡,控制性滑面為巖層層面9?？偠灾?庫(kù)區(qū)順向

19、坡滑坡中,地層巖性構(gòu)成了滑體的物質(zhì)基礎(chǔ),而巖層面則往往與潛在的滑動(dòng)面一致,巖層產(chǎn)狀與滑坡的發(fā)育密切相關(guān)。3 滑坡與因子關(guān)系分析和因子選擇3.1 因子分析方法滑坡因子和滑坡發(fā)育關(guān)系分析以及滑坡因子確定選擇是滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)工作和前提。許多學(xué)者采用了多種方法,如單因子定量分析模型、確定性系數(shù)概率、適宜度函數(shù)條件概率、似然比條件概率模型、信息量模型等1012,計(jì)算已知滑坡面積、各分類因子面積等相關(guān)比值是上述各種方法的基礎(chǔ)。根據(jù)這一思路,結(jié)合研究數(shù)據(jù)特征,本文采用似然比進(jìn)行計(jì)算13(圖3。假設(shè)研究區(qū)A的像元集合為Cell,包含M個(gè)關(guān)鍵因子空間,記為Xm(m = 1,2,L M。對(duì)于每一個(gè)因子空間,

20、不同的數(shù)值有N個(gè),記為Yn(n = 1, 2,L N,每個(gè)X m占全區(qū)面積比率為R mn。分別以0和1表示每一像元是否有滑坡發(fā)生,記為Z(已發(fā)生滑坡時(shí)Z = 1,未發(fā)生滑坡時(shí)Z = 0。則對(duì)于區(qū)內(nèi)任一像元(Cell(iA中的任一因子X(jué)m(i,有兩個(gè)數(shù)值,一為Xm(iT n(n = 1,2,L N,一為Z = (0, 1。對(duì)每個(gè)像元進(jìn)行處理,計(jì)算每一X m(i(n = 1, 2,L N的Z值,并和R mn相比得到各因子與滑坡出現(xiàn)的似然比分布圖。像元是GIS中信息表達(dá)的基高程單位:m 2780 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2006年 圖3 各滑坡因子似然比分布圖Fig.3 Likelihood ratio

21、 distribution of six casual factors本單元,采用上述基于像元數(shù)據(jù)處理方法,其優(yōu)點(diǎn)在于:一方面,以統(tǒng)一的方式處理GIS 中分類(離散數(shù)據(jù)和連續(xù)型數(shù)據(jù);另一方面,最大程度地反映了原始數(shù)據(jù)所包含的信息,有效避免了數(shù)據(jù)在初始階段信息損失,為后續(xù)因子數(shù)據(jù)分類工作提供可靠依據(jù)。3.2 滑坡因子選擇確定滑坡是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),影響滑坡的因素很多,單個(gè)滑坡往往受控于幾個(gè)關(guān)鍵因子。從一個(gè)滑坡不是產(chǎn)生于另一個(gè)滑坡的這個(gè)意義來(lái)說(shuō),它們之間沒(méi)有天然的聯(lián)系,每一個(gè)滑坡的形成都是由于平衡的局部被破壞所引起的,因而,在某種程度上,區(qū)域上準(zhǔn)確選擇滑坡因子有時(shí)比較困難,很多情況下還需要依賴經(jīng)驗(yàn)判斷

22、。地區(qū)、研究目的尺度等的不同以及受大范圍因子數(shù)據(jù)難以獲取等各種因素影響,導(dǎo)致實(shí)際工作過(guò)程中,因子選擇會(huì)有所差異。庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害空間評(píng)價(jià)預(yù)警14研究表明,庫(kù)區(qū)5 706個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的因子可以劃分為2種類型:基礎(chǔ)因子和誘發(fā)因子?；A(chǔ)因子包括地面高程、斜坡坡度、斜坡類型、地表植被、工程地質(zhì)巖組、水系分布和地質(zhì)構(gòu)造行跡7個(gè)類型,誘發(fā)因子包括大氣降水、地震活動(dòng)和人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。由于研究區(qū)范圍較小、部分資料限制以及為了問(wèn)題研究方便等因素,對(duì)于因子選擇,可作如下考慮:(1 水系因子:由于水系“影響距”和高程、水系分級(jí)和水流流量大小密切相關(guān),以空間連續(xù)分布的地形聚水能力因子替代水系因子,定量更為明確。(2 巖

23、性因子:在詳細(xì)的工程巖組資料收集之前,暫用地質(zhì)填圖單位巖石地層單元代替。(3 構(gòu)造因子:研究區(qū)處于秭歸向斜西翼,區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)中、大型或活動(dòng)構(gòu)造帶穿越,構(gòu)造條件較為單一,只有局部地區(qū)存在小型斷層且滑坡災(zāi)害分布與斷層未見(jiàn)明顯聯(lián)系。此外,劈理或節(jié)理與滑坡空間分布關(guān)系非常復(fù)雜,區(qū)域尺度量化還存在困難,忽略地質(zhì)構(gòu)造行跡因子。(4 研究區(qū)范圍不大,認(rèn)為區(qū)內(nèi)降雨量沒(méi)有大的差異,沒(méi)有考慮誘發(fā)因子作用。即因子類型包括高程、斜坡坡度、斜坡類型、巖性、地表植被、地形聚水能力6個(gè)因子。3.3 滑坡因子相關(guān)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源包括:青干河、鑼鼓洞河庫(kù)岸滑坡災(zāi)害資料數(shù)據(jù),包括:1991,1995,2003年分別由不同單位組織調(diào)查

24、的實(shí)際數(shù)據(jù);150 000湖北省秭歸縣幅H 4942A 地質(zhì)圖;1999年更新發(fā)布的150 000秭歸縣H49E007011數(shù)字高程模型產(chǎn)品,格網(wǎng)間距25 m×25 m ;2000年秋季所在流域TM2/3/4/8影像。數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一投影坐標(biāo),經(jīng)空間配準(zhǔn)后按照數(shù)字高程模型產(chǎn)品網(wǎng)格間距重新采樣。(1 高程:從物理意義上而言,單一的高程因子與滑坡的變形失穩(wěn)之間無(wú)直接的關(guān)系。然而,由于水系的發(fā)育程度、土壤類型、人文活動(dòng)等與高程分帶密切相關(guān),同一地區(qū)內(nèi),高程降低,地表物質(zhì)植被指數(shù)j3b1b2b3s tn 巖石地層單元因子地形聚水能力因子因子似然比因子似然比因子似然比b3+4(e(d(f斜坡坡度/

25、(°TOBIA 指數(shù)值高程/m 因子似然比因子似然比斜坡類型因子似然比(b(c(a第25卷 增1 曾忠平等. 地理信息系統(tǒng)/遙感技術(shù)支持下三峽庫(kù)區(qū)青干河流域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 2781 受擾動(dòng)的可能性增大。區(qū)內(nèi)最大高程1 280 m ,最小高程80 m ,大部分滑坡分布于80500 m ,以100300 m 最為密集,大于700 m 后,基本無(wú)滑坡分布。(2 斜坡坡度:斜坡坡度反映了坡長(zhǎng)和坡高的比值大小,坡度、坡形、坡長(zhǎng)(坡高決定了斜坡的應(yīng)力分布狀況,坡度一直被認(rèn)為是影響滑坡穩(wěn)定性的重要因素,決定著斜坡穩(wěn)定性。區(qū)內(nèi)最大坡度70°,最小坡度0°,滑坡大多發(fā)育在坡度為5&

26、#176;40°,以10°30°最為密集,大于50°后基本無(wú)滑坡分布。(3 斜坡類型:斜坡類型對(duì)滑坡分布起著重要作用。大量研究表明,同等或相似條件下,巖層順向坡發(fā)生滑坡的可能性較逆向坡大。斜坡類型中的順向坡與逆向坡概念類似于陰坡、陽(yáng)坡,其定量化采用TOBIA 指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。TOBIA 指數(shù)概念來(lái)源于日照輻射能量相關(guān)計(jì)算15,將巖層面傾向設(shè)想成太陽(yáng)光束入射方向,則巖層產(chǎn)狀/地形、太陽(yáng)光束/地形空間幾何排列關(guān)系模型是極為相似的,巖層傾角和傾向類似于太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角,滑坡潛勢(shì)能大小的定量計(jì)算可以通過(guò)模擬地表太陽(yáng)輻射能量計(jì)算得到。TOBIA 指數(shù)可表示為T

27、OBIA=cos(sin sin cos cos + (1 式中:為斜坡坡度,為巖層傾角,為巖層傾向,為斜坡坡向。區(qū)內(nèi)TOBIA 指數(shù)位于區(qū)間-0.139,1。為了便于計(jì)算和顯示方便,將TOBIA 數(shù)值變換至區(qū)間 0,1 139。隨著TOBIA 指數(shù)的不斷增大,同一指數(shù)值滑坡出現(xiàn)比值總體升高,巖層出現(xiàn)滑坡的可能性增大。(4 巖石地層單元因子:各巖石地層單元均存在發(fā)生滑坡可能,但可能性存在差異,以巴東組泥灰?guī)r,桐竹園組、聶家山組黏土質(zhì)泥巖等夾層危害為大。(5 植被因子:植被因子與滑坡發(fā)育的關(guān)系較為復(fù)雜。一方面,植被的生物活動(dòng)通過(guò)改變斜坡物質(zhì)組成及含水情況來(lái)改變斜坡力學(xué)性能,降水與植被的相互作用過(guò)

28、程有助于維持斜坡的穩(wěn)定;另一方面,植被自身的質(zhì)量又加大了斜坡的負(fù)載。劉傳正等14研究表明,三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害和植被覆蓋度呈一定的相關(guān)性。當(dāng)植被蓋度為10%50%時(shí),地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育(64%,當(dāng)植被蓋度>50%時(shí),地質(zhì)災(zāi)害分布頻數(shù)最少。依據(jù)TM 影像解求植被指數(shù):NDVI = (NIR -R /(NIR +R (2即NDVI = (TM 4-TM 3/(TM 4+TM 3 研究區(qū)植被指數(shù)最高值為221,最低值為61,植被災(zāi)害頻度特征總體呈中心向植被指數(shù)低值方向偏移的正態(tài)分布,這和三峽庫(kù)區(qū)的總體情況是吻合的。(6 地形聚水能力因子:研究表明,斜坡起伏形態(tài)與滑坡發(fā)育有密切關(guān)系,凹形坡發(fā)生滑坡的可

29、能性比凸形坡為大,凹形坡地形聚水能力較強(qiáng)。計(jì)算每一網(wǎng)格的上游積流量,形成積流值網(wǎng)格圖層。溝谷、水系的分類分級(jí)可以通過(guò)設(shè)置流量大小閾值進(jìn)行區(qū)分。通過(guò)計(jì)算分析區(qū)內(nèi)積流分布特征,對(duì)比不同閾值自動(dòng)提取的水系和原始地形圖水系吻合度,確定當(dāng)數(shù)值<100單位值時(shí),水流以坡面流的方式運(yùn)動(dòng)。當(dāng)坡面流量增大時(shí),滑坡發(fā)生可能性總體呈增大趨勢(shì)。上述各種因子中,除巖石地層為定性因子外,其余因子皆為定量因子,各因子和滑坡的相關(guān)關(guān)系比較明顯。4 二分類變量logistic 回歸模型4.1 模型原理大部分統(tǒng)計(jì)模型均包含一定的假設(shè)條件,二分類變量logistic 回歸亦然。假設(shè)滑坡發(fā)生的概率為P (Z = 1,滑坡不發(fā)生

30、的概率為1-P (Z = 1,P 的取值依賴于m 個(gè)關(guān)鍵滑坡因子(自變量的影響,記為X 1,X 2,L X m 。對(duì)N 個(gè)觀測(cè)樣本的對(duì)應(yīng)的各因子數(shù)值,記為(X 11,X 12,L X ij ,i = 1,2,L N ,j =1,2,L m 。對(duì)P 作logit 變換并引入廣義線性模型作為連接函數(shù),得二分類變量logistic 回歸模型:logit(P = ln(P /1-P = a 0 + a 1x 1+,L +a m x m (3 式中:a 0為常數(shù);a 1,a 2,L a m 均為回歸方程參數(shù),通常用最大似然估計(jì)法或最小二乘估計(jì)確定。當(dāng)樣本可能為非正態(tài)分布時(shí),使用卡方分布(-2log (l

31、ikelihood ratio2x 對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)式(3進(jìn)行數(shù)學(xué)變換,可得 P = exp(a 0+a 1x 1 +L +a m x m /1+exp(a 0+a 1x 1+L +a m x m (44.2 樣本采樣方案在因子已經(jīng)確定的情況下,樣本的合理選擇對(duì)回歸模型參數(shù)向量計(jì)算起著關(guān)鍵作用。F. C. Dai 和C. F. Lee 16在N. Koutsias 和M. Karteris 17的研究基礎(chǔ)上指出,logistic 回歸模型在滿足以下前提條件下,可以確保回歸模型應(yīng)用評(píng)價(jià)的有效性:(1 滑 2782 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2006 年 坡編錄完備，已發(fā)生滑坡和未發(fā)生滑坡樣本邊界

32、和 面積必須準(zhǔn)確標(biāo)定；(2 斜坡失穩(wěn)像元和穩(wěn)定像元 樣本數(shù)目大致或完全相等；(3 樣本具有代表性， 能代表研究區(qū)已發(fā)生滑坡和未發(fā)生滑坡區(qū)的各種情 況。 根據(jù)這些前提條件， 本研究采用如下采樣方案： 所有已知滑坡像元全部參與運(yùn)算，總共 4 621 個(gè)像 元；對(duì)未發(fā)生滑坡像元，采用圖像掩模和柵格離 散點(diǎn)互換方法隨機(jī)抽取 4 621 個(gè)像元。 4.3 滑坡因子數(shù)據(jù)分類 滑坡因子數(shù)據(jù)包括定性和定量 2 種類型，基于 GIS 的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作的基本單元包括網(wǎng)格和多邊 形 2 種模型單元，滑坡因子數(shù)據(jù)相關(guān)處理是評(píng)價(jià)的 首要步驟之一。研究目的、尺度、模型單元、因子 類型以及評(píng)價(jià)方法等的不同以及上述因素的復(fù)雜

33、交 織，導(dǎo)致因子數(shù)據(jù)處理方式多樣復(fù)雜，如何合理處 理因子數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)模型的關(guān)鍵問(wèn)題。二分類變量邏 輯回歸模型可以同時(shí)處理分類型數(shù)據(jù)和連續(xù)型數(shù) 據(jù)，現(xiàn)有的一些統(tǒng)計(jì)軟件，如 SPSS，亦提供了將連 續(xù)數(shù)據(jù)變換成分類數(shù)據(jù)的功能。因而，在實(shí)際的數(shù) 據(jù)處理過(guò)程中，往往可采用：(1 將連續(xù)型數(shù)據(jù)按 一定的規(guī)律變換成分類型數(shù)據(jù)后參與運(yùn)算；(2 將 連續(xù)型數(shù)據(jù)直接參與運(yùn)算，依靠一些統(tǒng)計(jì)軟件提供 的功能在運(yùn)算過(guò)程中進(jìn)行變換這兩種形式進(jìn)行評(píng) 價(jià)。無(wú)論采用哪種方法，其最終目的都是為了盡可 能保證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性。計(jì)算結(jié)果是否 符合滑坡發(fā)生的歷史情況，是評(píng)價(jià)模型是否可靠的 準(zhǔn)則之一?；谶@一原因，本研究在前述因

34、子和滑 坡的相關(guān)關(guān)系基礎(chǔ)上，采用第 1 種方法，對(duì)連續(xù) 變量進(jìn)行分類，使所有因子變量成為分類變量后 4.4 邏輯回歸模型的建立 從所用方法看，邏輯回歸基本思想和線性回歸、 判別分析存在部分相似之處，有強(qiáng)迫法、前向法、 后向法和逐步法等，其建模過(guò)程可以具有挑選變量 的功能，保證最后得到的回歸模型中，各變量對(duì)因 變量的貢獻(xiàn)率都能達(dá)到一定程度。 模型相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 46，分析圖表可以得 出如下結(jié)論： (1 由圖 4 可知，隨著概率值的升高，滑坡像 元比例升高，滑坡像元主要分布在概率值大于 50% 的區(qū)間； (2 根據(jù)滑坡像元概率值的分布特征(以 50， 100，150 為界，劃分出高危險(xiǎn)區(qū)(68%

35、100%、中 等危險(xiǎn)區(qū)(50%68%、低危險(xiǎn)區(qū)(50% 3 個(gè)危險(xiǎn) 性等級(jí)，編制滑坡危險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)圖，高危險(xiǎn)區(qū) 包含了 70%已知滑坡，中等危險(xiǎn)區(qū)包含了 14%的 已知滑坡(圖 5，6。 圖4 Fig.4 關(guān)系 Relationship between probability and accumulation of landslide/non-landslide cells 像元總數(shù) 巖 石 地 層 單 元 因 子 植 被 指 數(shù) TOBIA 指 數(shù) 值 因子 表1 Table 1 邏輯回歸模型滑坡因子類別分類表 Categorized data of independent variable

36、s 類別 5 4 3 2 1 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 高 程 地形聚水能力 斜 坡 坡 度 因子 分類 0° 5° 5° 28° 28° 38° 38° 50° 50° 020 2065 65 80300 300500 500700 700 類別 1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 4 分類 1 0891 139 9891 089 888989 639888 0639 61108 108148 148 Tj3 Tb1 Tb2 Tb3 Tb3+4 Ts Jt Jn 注：高程單位為

37、 m。 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1 18 35 52 概率值/% 69 86 103 像元總數(shù) 非滑坡像元累計(jì) 滑坡像元累計(jì) (表 1再進(jìn)入邏輯回歸模型計(jì)算。 已知滑坡像元、非滑坡像元累計(jì)值與概率值分布 第 25 卷 增 1 曾忠平等. 地理信息系統(tǒng)/遙感技術(shù)支持下三峽庫(kù)區(qū)青干河流域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 2783 400 350 300 250 像元數(shù) 200 150 100 50 0 1 18 35 52 概率值/% 69 86 103 育相關(guān)關(guān)系，采用二分類變量邏輯回歸模型對(duì)三峽 庫(kù)區(qū)青干河流域

38、地區(qū)滑坡災(zāi)害進(jìn)行了危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分 帶。研究結(jié)果表明，評(píng)價(jià)模型能夠反映區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi) 害總體特征，方法可行，結(jié)果合理，為區(qū)域范圍順 向坡滑坡研究提供了有益的思路，對(duì)于滑坡管理具 有積極指導(dǎo)意義。研究表明，運(yùn)用以遙感、數(shù)字測(cè) 高等為代表的空間信息獲取技術(shù)，可以部分解決大 范圍滑坡因子數(shù)據(jù)獲取瓶頸，比較快速地獲取區(qū)域 滑坡研究所需的因子數(shù)據(jù)，如數(shù)字高程模型、遙感 影像數(shù)據(jù)等。在地理信息系統(tǒng)技術(shù)和遙感技術(shù)的輔助 下，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料和滑坡編目數(shù)據(jù)庫(kù)，可 快速實(shí)現(xiàn)滑坡災(zāi)害的區(qū)域評(píng)價(jià)分帶。 致謝 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 馬洪超教授提供了研究區(qū)數(shù)字高程模型，三峽庫(kù)區(qū) 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心付小林提供

39、了區(qū)內(nèi)部分滑坡災(zāi)害 資料，在此一并致謝！ 參考文獻(xiàn)(References： 1 Varnes D J. Landslide Hazard Zonation：a Review of Principles and PracticesM. Paris：UNESCO Press，1984. 2 高程單位：m 3 殷坤龍. 滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)M. 武漢： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社， 2004. (Yin Kunlong. Landslide Hazard Prediction and EvaluationM. Wuhan：China University of Geosciences Press，2004.(i

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43、de cells 圖6 Fig.6 滑坡危險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)圖 Landslide-hazard assessment map 4.5 評(píng)價(jià)結(jié)果表達(dá)及解釋 評(píng)價(jià)結(jié)果總體呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：(1 鑼鼓洞河下 中游順向坡岸坡，鑼鼓洞河下中游順向坡岸坡，概 率處于高值80%。沿兩條支流向上游方向，發(fā)生 滑坡可能性降低；(2 隨著高程的升高，人工活動(dòng) 的減弱、植被覆蓋增加以及地形匯水能力的降低， 滑坡發(fā)生可能性降低；(3 以青干河流域、鑼鼓洞 河為邊界，區(qū)內(nèi)巖層順向坡滑坡發(fā)育可能性較逆向 坡為大。評(píng)價(jià)結(jié)果合理地反映了區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害發(fā)育 特征，并以定量的形式反映了每一像元滑坡發(fā)生的 可能概率， 對(duì)于滑坡服務(wù)管理具有積

44、極的指導(dǎo)意義。 5 結(jié) 語(yǔ) Lixia，Yin Kunlong. Landslide hazard zonation of Yongjia County， Zhejiang ProvinceJ. Hydrogeology and Engineering Geology， 本文通過(guò)運(yùn)用似然比方法分析了巖性、高程、 坡度、斜坡類型、地形聚水能力、植被與滑坡的發(fā) 8 2005，32(3：2127.(in Chinese 唐輝明，馬淑芝，劉佑榮，等. 三峽工程庫(kù)區(qū)巴東縣趙樹(shù)嶺滑坡穩(wěn) 2784 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2006 年 定 性 與 防 治 對(duì) 策 研 究 J. 地 球 科 學(xué) 中 國(guó) 地 質(zhì) 大

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