基于格网法和数据包络分析方法的滑坡危险评价

曾特林 吴彩燕

(1.绵阳涪地土地勘察规划设计有限责任公司，四川 绵阳 621010; 2.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010)

0 引言

滑坡作为一种常见的次生自然灾害，具有不同程度的破坏性。一直以来，滑坡风险评估与管理在减灾防灾方面都是国际上倡导和推广的有效途径之一[1]。目前，常用的滑坡危险性评价方法有：层次分析法、信息量法、主成分分析法等[2-4]。数据包络分析(The Data Envelopment Analysis，简称DEA)是1978年由美国著名的运筹学家A.Charnes和W.W.Cooper等学者，基于相对效率概念提出的一种效率评价方法[5]。它将评价对象看作决策单元，实际的孕灾环境和致灾因子作为“投入”，实际发生的灾害表征作为“产出”，通过对决策单元的分析，将产出投入比等于1的单元集合作为“有效生产前沿面”，并根据该评价目标单元与生产前沿面的距离状况，确定该评价目标单元是否为DEA有效，并求出最优权重值的大小。在滑坡灾害系统中，即可认为评价单元在滑坡灾害发生时产生的破坏效应达到最大，区域滑坡灾害评价等级为最高，而投入冗余率和产出不足率则能为防灾减灾提供决策方向。

1 数据来源与方法

1.1 研究区

研究区选择地质构造复杂、降雨量大、多起伏山地、滑坡频发的白沙河流域。其在区域构造上位于四川盆地成都新生代凹陷的西北边缘与龙门山构造带中南段的前缘交界部位，区域构造线方向为NE向，区域内断裂有映秀断裂和灌县断裂(二王庙断裂)。利用ARCGIS，提取了流域边界，划分了200 m×200 m的格网单元，作为DEA模型的决策单元。

1.2 研究方法

本文滑坡灾害危险性评价的方法步骤主要包括：利用GIS技术和遥感技术，处理原始数据，从而得到成灾系统中相对全面的因子体系；此时的因子体系有可能会在某一个方面具有多个因子，因此还需要进行主成分分析，提取出具有代表性的因子；然后是利用DEA方法对研究区域进行DEA效率计算，得到的效率值即可视为危险度，利用最佳自然断点法进行危险度分级，对各个等级的区域进行危险性评价；最后通过抽样实地调查，对危险性评价结果进行验证。基于格网法和DEA方法的滑坡灾害危险性评价流程如图1所示。

2 基于DEA方法的滑坡危险评价

2.1 指标体系

基于系统性、层次性、代表性、可操作性的指标选取原则，从输入因子、输出因子两个方面进行层层深入分析，将输入因子分为孕灾环境和破坏动力，而输出因子则是滑坡灾害发生时的表现特征。孕灾环境从地形地貌、地质条件以及植被分布进行分析，破坏动力则主要从河流侵蚀和人类活动两个方面进行分析，灾害发生的表现特征可以用滑坡分布密度和各个滑坡点的面积来衡量。

利用数字高层模型数据提取出地形地貌因子的代表因子：坡度、坡向、地形高度、海拔高度、曲率；结合遥感高清数据对研究区地物进行分类处理，经过GIS进一步处理即可得到植被覆盖率、道路分布密度、建筑物分布密度、河网密度、滑坡分布密度、滑坡面积分布、地质构造等因子[6,7]。

为了避免变量信息的过度重叠而带来的误差，采用SPSS软件对初步分析处理得到的所有因子进行主成分分析。在主成分分析中，衡量一个因子或要素的贡献程度的指标称为特征值，当特征值小于1时，该因子可忽略不计。通过主成分分析，最终得到的指标体系如表1所示。

2.2 基于DEA方法的滑坡危险评价

基于数据包络分析(DEA)的投入产出思想[8,9]，滑坡灾害的成灾过程引入这一理论，于是本文采用DEA方法的常用软件MaxDEABasic6，将所有输入因子和输出因子代入，计算出DEA效率值，从而得到了滑坡危险度，即对应的DEA效率值，如图2所示。

表1 滑坡危险性分析指标体系

目标层系统层要素层指标层输入输出环境条件破坏动力灾害发生表征地质条件地形地貌植被分布人类活动影响河流侵蚀分布特征规模特征断层距离/m地层岩性/m2地形起伏度/m高程/m曲率绝对值/(°)坡度/(°)坡向/(°)改进的到建筑、居民地距离/m到道路距离/m作物面积/m2水系距离/m格网到滑坡点的平均距离/m格网到滑坡点的最近距离/m滑坡规模/万m3

利用ARCGIS自然断点法，将计算结果进行等级划分，如表2所示。

表2 滑坡危险度等级划分

对研究区域内所有格网进行危险度统计，可得知不同危险等级的格网单元数量，如表3所示。

表3 滑坡危险成灾效率统计表

研究区域内的滑坡危险空间分布如图3所示。

2.3 精度评价

从最新遥感图上解译了新的滑坡点，并经过野外调查核对，确定了11个新滑坡点，通过对11个样本点进行分析统计，其中有8处为多年反复性滑坡，3个为新滑坡，滑坡规模为0.3万m3～7.2万m3，均为小型滑坡。分布在极高危险度区域的有7个，占总数的63.636%；分布在高危险区的有2个，占总数的18.182%；另外2个分布在中危险区内，占总数的18.182%。

通过精度验证，可以看出，数据包络分析方法在滑坡危险评价中发挥了较好的作用，评价的指标和方法都能为山区滑坡灾害的危险性评价提供决策支持。

3 结语

为避免或减少山区滑坡灾害评价的主观因素，提升滑坡灾害评价的客观性，可以使用DEA方法对山区滑坡灾害的危险性进行评价；格网法可以使研究区域内每个精细单元都有其对应的危险度值，体现出更精细的危险性评价。通过对滑坡点的实地调查和统计分析，证明了基于格网和DEA方法在滑坡灾害危险性评价中具有较好的可靠程度，为山区滑坡灾害精细化危险性评价提供了新思路。