基于逻辑回归模型的凉山州滑坡易发性评价★

2024-02-27朱路路崔玉龙

山西建筑 2024年5期

朱路路，崔玉龙

(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001)

0 引言

滑坡作为一种破坏力极强的地质灾害,广泛分布在我国西北和西南的山地地区[1]。滑坡灾害严重威胁着人民的生命财产安全,如2018年10月和11月西藏江达县波罗乡白格村发生的两次滑坡形成的堰塞湖导致8.6万人无家可归,其中溃坝洪水给云南省造成的直接经济损失为74.3亿元[2];2003年三峡库区千将坪滑坡造成数千人受灾,直接损失为5 735万元[3]。为了减少滑坡造成的危害,学者通过易发性评价对滑坡进行预测,如徐敏等[4]使用信息量模型对伊犁州黄土滑坡进行易发性评价,为黄土高原山地地区的滑坡灾害防治和预测工作提供重要科学依据;许冲等[5]使用确定性系数模型对汶川地震引发的滑坡进行易发性评价,此举有利于灾后重建工作。滑坡数据库是研究区域滑坡的基础,许多学者为此做出重大贡献,如袁康等[6]建立了宁国市因台风暴雨滑坡数据库,为研究台风暴雨滑坡做出重大贡献;许冲等[7]通过遥感影像解译了汶川地震引发196 007处滑坡,建立了最为完整的地震滑坡。在滑坡数据库基础上形成的空间分析结果是区域滑坡研究领域中最广泛的成果[8],如鲍鹏鹏等[9]对2018年日本北海道地震滑坡分布分析,得到滑坡的发育与地形因子、地震因子和地质因子的密切关系;崔玉龙等[10]分析新疆黄土区滑坡分布,着重于滑坡与地形因子的关系。

在2020年11月18日凉山彝族自治州(简称凉山州)的美姑、布拖、昭觉等7个县退出贫困县序列,自此凉山州摆脱了“贫困枷锁”,凉山州内地质环境复杂导致地质灾害频发,为了防止凉山州因灾致贫、因灾返贫,因此对凉山州滑坡灾害进行易发性评价就变得极为重要。本文通过凉山彝族自治州野外实地的详细调查建立滑坡数据库,选择高程、坡度、坡向、坡位、距道路距离、距断层距离、归一化植被指数(NDVI)、地形湿度指数(TWI)、工程地质岩组、土地利用类型10个环境因子,对滑坡分布情况分析,最后使用逻辑回归模型进行易发性评价。

1 地质环境概述

凉山州全州6.04万km2,下辖2个县级市、14个县、1个自治县(见图1)。凉山州地处川西南横断山脉东北缘,界于四川省盆地和云南高原之间,地质条件复杂,地势西北高、东南低,山脉多呈南北走向,境内以山地、高原为主,占比90%以上。

凉山州的地貌类型分别为河谷地貌、中山地貌和高山地貌,河谷地貌主要分布于州内中部的安宁河两侧。中山地貌分布凉山州大部分区域,占全州面积的78%。高山地貌主要分布在凉山州西北部的木里藏族自治县,占全域面积的20%。凉山州地处杨子断台边缘,川滇构造带南段,境内构造发育,大体以安宁河西侧的牦牛山、磨盘山为界,以东主要是南北向构造,以西主要是弧形构造。凉山州四周山区以碳酸盐岩和岩浆岩为主,地质构造复杂,地形陡峻。州内森林植被跨越“川东盆地及川西南山地常绿阔叶林地带”和“川西高山峡谷山原针叶林地带”,其植被分布多样,类型丰富。根据2021年5月版三调数据,全州现状农林用地57 544.08 km2,建设用地面积1 012.97 km2,未利用地1 712.96 km2,农林用地占比超过95%,是州用地的主要组成成分。

州内道路复杂,以108国道为中轴线,在西昌市分出3条省道到达州内各个县市,构成州内的交通脉络。州区域的气候属于亚热带季风气候区,干湿分明,冬半年日照充足,少雨干暖;夏半年云雨较多,气候凉爽。

2 数据及方法

2.1 数据来源

根据凉山彝族自治州野外实地的详细调查,共获取滑坡2 674处,其中巨型滑坡2处、大型滑坡106处、中型滑坡830处、小型滑坡1 735处。滑坡灾害主要分布在德昌、会东、会理、木里、宁南,其中会东县滑坡灾害最为发育,共计312处,占滑坡灾害的12.51%。

在滑坡易发性评价当中,环境因子的选取是至关重要的。根据凉山州的地质环境特点,选择相类似的环境的滑坡因子[11]进行滑坡易发性评价,本文从众多因子中选择高程,坡度,坡向,坡位,距道路距离,距断层距离,NDVI,TWI,工程地质岩组,土地利用类型10个环境因子作为易发性评价的因子组合。因子分组如表1所示。

表1 因子分类

2.2 评价方法

逻辑回归是一种经典的数据统计模型,相对于其他的统计模型,它的预测效果较好,相对于机器学习模型,逻辑回归模型的建模过程较为简便,因此本文选择该模型对滑坡进行易发性评价。逻辑回归可以在二元因变量和影响因子之间建立多变量回归关系,其本质是将每个自变量转换为合适的概率。逻辑回归的自变量可以是连续或离散变量也可以是部分离散部分连续,而且不要求自变量符合正态分布,对识别变量的分布无限制[12],这是区别于统计模型的。其公式如式(1),式(2)所示:

(1)

(2)

其中,β0为常数项;β1,β2,…,βn为影响因子的逻辑回归系数值;Xi为各个影响因子;Z为所有影响因子的加权总和;P为滑坡发生的概率。

在逻辑回归模型中,本文选择非滑坡点与滑坡点比例为1∶1,为了保证非滑点取样的合理性,提取凉山州地质灾害影响范围外200 m的区域,在该区域内随机取样。并在取样的过程使非滑坡点间距离大于200 m。模型中的自变量为各个影响因子,因变量为滑坡是否发生,滑坡点为1,非滑坡点为0。

3 结果分析

3.1 滑坡分布规律分析

滑坡分布高程范围为252 m～5 860 m,在1 800 m～2 300 m的范围内滑坡分布最多为944处,在800 m～1 300 m内密度最大0.179 6处/km2。州内地形复杂,坡度范围大,滑坡主要集中在10°～30°,共2 029处滑坡,占总滑坡的75.88%。州内地形为西北高、东南低,东方向上的坡体受到风力和雨水作用往往比其他方向更严重,坡向为东方向的滑坡为417处,占总滑坡的15.59%。坡位是影响土壤水分含量的重要地形因子,发育在中坡滑坡有2 006处,占总数的75.02%。距离道路2 km内滑坡尤为发育,有1 695处滑坡,滑坡发育受道路影响较大。州内不稳定的地质活动导致滑坡分布于断裂带两侧,在距离断裂带2 km内,滑坡数量最多为1 291处,占总数的48.50%。在NDVI0.7～0.8范围内滑坡数量最多为976,占总数的36.50%,在TWI2～4范围内滑坡较为发育为1 133处,占总数的42.37%。在工程地质岩组中,有1 537处滑坡体为碎屑岩,占总数的57.48%。滑坡发育最多的土地类型为耕地,滑坡数量为1 066处,占总数的39.86%。

3.2 易发性分析

根据式(1)、式(2)得出概率图,如图2所示。易发性较高区域在孜-理塘断裂带南部、黑水河断裂带南部、则木河断裂带、安宁河断裂带、菁河断裂带、绿汁江断裂带、汉源-甘洛断裂带、峨边-金阳断裂带周边地区以及木里县与盐源县交界处,会理、甘洛两县内高易发区超过县域面积的50%。

3.3 模型评价

自然间断法将易发图分为5类:极低易发区、低易发区、中易发区、高易发区、极高易发区。在表2中,频率比值随易发等级提高而提高,其增长趋势是先慢后快,因此可以说明逻辑回归模型在本文中的精度较高。ROC曲线是检验模型精度最常用的方法,它通过曲线下面积(AUC)判断模型的总体指标,当AUC>0.5时,说明预测精度与现实一致,AUC越接近1意味着模型预测效果越好,如图3所示,AUC为0.847,可以说明模型精度较高,分区结果合理。