CN101504464A - 基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，包括以下步骤：1)利用一批带地理或测量坐标参数的滑坡数据建立滑坡的空间分布函数，并编制滑坡分布图；2)把滑坡视为空间上的一个点集，将整个工作区域划分成尺度为r的若干几何单元进行统计，采用数盒子法建立滑坡的空间丛集分布关系，当几何单元的大小变化时，将含有滑坡的格子数N(r)与几何单元尺度r投在双对数坐标图上，通过对数据点拟合得到的直线的斜率；3)计算几何单元尺度为r_i时含有滑坡的格子数占不同尺度几何单元下含滑坡格子总数的百分比；4)利用GIS的缓冲区功能，确定滑坡易发程度分区界限值，确定滑坡敏感度。本发明快速高效、操作简单、投入少、可信度高。

Description

基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法

技术领域

本发明涉及一种滑坡敏感度的测量方法。

背景技术

关于滑坡的定义：这里所说的滑坡，主要指由降雨引发的土体、岩体滑动和泥石流，这类滑坡在各种滑坡中发生频度最高，分布地域最广，危害最大。

滑坡敏感度测量方法主要用于编制滑坡敏感度图(Landslide susceptibilitymapping，在中国称滑坡易发程度图，或编制滑坡易程度区划图)，通过滑坡敏感度图来表征潜在不稳定斜坡的空间分布，用于预防和减轻滑坡灾害损失。各种尺度(比例尺)的滑坡敏感度图的用途主要有二个方面：(1)在制定区域的经济社会发展规划和环境保护规划时，能够根据滑坡敏感度图预先采取有针对性的减灾策略；(2)帮助建设规划者选择合适的场址，即使对潜在的滑坡危险区不能全部避免，也能够在规划的开始阶段就采取预防措施，最大限度地防止灾害。

现有的各种方法一般都需要许多地质调查数据和地形、地貌、植被等资料，不仅工期长，投入大，而且在操作中对一些关键参数(如权值)往往需要由技术人员主观确定[见Carrara等，1991，GIS techniques and statistical models inevaluating landslide hazard，Earth Surface Processes and Landforms，16：427-445(滑坡灾害评价中的地理信息系统技术和统计模型，地球表面过程与地形，16期：427-445页)；Wang等，2005，GIS-based landslide hazard assessment：an overview，Progress in Physical Geography，29(4)：548-567(基于地理信息系统的滑坡灾害评价：一个综述，自然地理，29卷第4期：548-567页)；唐小明等，2008，大比例尺地质灾害易发区图编制的方法与实践，水文地质工程地质，第1期：117—120页)]。对于同一地区的相同给定数据，不同的人员编制的滑坡敏感度也往往不同，难以在技术标准上实现统一，也难以向邻近地区推广[Carrara等，1991，GIStechniques and statistical models in evaluating landslide hazard，Earth SurfaceProcesses and Landforms，16：427-445(滑坡灾害评价中的地理信息系统技术和统计模型，地球表面过程与地形，16期：427-445页)；Wang等，2005，GIS-basedlandslide hazard assessment：an overview，Progress in Physical Geography，29(4)：548-567(基于地理信息系统的滑坡灾害评价：一个综述，自然地理，29卷第4期：548-567页)]。另一方面，在许多滑坡易发地区，往往缺少可以使用的地质、地形等数据，只有滑坡编目资料，但是又迫切需要编制滑坡敏感度分区图。

现有的滑坡敏感度分析存在的缺陷：需要许多地质调查数据和地形、地貌等资料，操作麻烦，工期长、投入大，并且操作中存在人为主观因素，可信度较低。

发明内容

为了克服已有滑坡敏感度图制作方法受资料条件限制大、操作麻烦、工期长、投入大、可信度较低的不足，本发明提供一种快速高效、操作简单、投入少、可信度高的基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，所述滑坡敏感度测量方法包括以下步骤：

1)、利用已有的一批带地理或测量坐标参数的滑坡数据建立滑坡的空间分布函数，并编制滑坡分布图；

2)、把滑坡视为空间上的一个点集，将整个工作区域划分成尺度为r的几何单元进行统计，采用数盒子法建立滑坡的空间丛集分布关系，即用尺度为r的几何单元覆盖研究区，当几何单元的尺度变化时，将含有滑坡的单元数N(r)与几何单元尺度r投在双对数坐标图上，通过对数据点拟合得到的直线的斜率；

3)、计算几何单元尺度为r_i时含有滑坡的单元数占不同尺度几何单元下含滑坡单元总数的百分比，并记为P_i，则得到P_i与r_i的关系为：

$P_i={\mathrm{Cr}}_i^{-\mathrm{\α}}---\left(2\right)$

其中，C为比例常数；

4)、利用地理信息系统(GIS)的缓冲区功能，以每个滑坡点为中心作Buffer分析，形成对应于不同r(r＝1，...，n)的Buf(r)文件，并且分别赋以P(r)的值；

并对Buf(r)文件作GIS的区相交，取各区的P(r)最大值，得到一个maxbuff(r)，对maxbuff(r)进行光滑处理；

用最小方差法对经光滑处理后的maxbuff(r)进行分区，确定滑坡易发程度分区界限值，确定滑坡敏感度。

进一步，所述界限值为区分非易发域与低易发域的界限值、区分低易发域与中易发域的界限值、区分中易发域与高易发域的界限值；所述滑坡敏感度分为四个等级：非易发区I、低易发区II、中易发区III和高易发区IV，如检测区域的界限值小于所述区分非易发域与低易发域的界限值，则检测区域属于非易发区I；如检测区域的界限值大于等于所述区分非易发域与低易发域的界限值，且小于所述区分低易发域与中易发域的界限值，则检测区域属于低易发区II；如检测区域的界限值大于等于所述区分低易发域与中易发域的界限值，且小于所述区分中易发域与高易发域的界限值，则检测区域属于中易发区III；如检测区域的界限值大于等于所述区分中易发域与高易发域的界限值，则检测区域属于高易发区IV。

再进一步，如果工作区域内存在已知的约束条件：面积较大的水域或地势平坦的平原，在操作中剔除不可能发生滑坡的区域。

对制作的滑坡敏感度图进行检验：将检验组的滑坡点投在滑坡敏感度图上，并统计落在各区的滑坡点数。根据各分区的滑坡命中率(命中的滑坡占检验组滑坡总数的比率，以A表示)和分区面积占总面积的比率(以B表示)对滑坡敏感度图进行检验。如果A_I/B_I<A_II/B_II<A_III/B_III<A_IV/B_IV成立，其中，A_I表示非易发区I的滑坡命中率，B_J表示非易发区I的面积占总面积的比例；A_II表示低易发区II的滑坡命中率，B_II表示低易发区II的面积占总面积的比例；A_III表示中易发区III的滑坡命中率，B_III表示中易发区III的面积占总面积的比例；A_IV表示高易发区IV的滑坡命中率，B_IV表示高易发区IV的面积占总面积的比例；则说明编制的滑坡敏感度图是合理，可以提供使用。

更进一步，所述几何单元为边长为r的正方形或半径为r的圆。当然，所述几何单元也可以为三角形、菱形等其他任意形状。

本发明的技术构思为：对任何一个有滑坡编目或建立滑坡数据库的地区，从中获取有坐标参数的滑坡数据，将其按时段分为两组，以前一时段组为模型样本，用来建立滑坡的空间分布函数的，以后一时段组为检验样本。

数盒子法(box-counting method)是分形统计学(Mandelbrot，1985)中一种常用的方法，我们对该方法进行改进，用于建立滑坡的空间丛集分布关系。把滑坡视为空间上的一个点集，将整个工作区域划分成边长为r的若干正方形单元进行统计(图1)。通常是从数大格子开始，依次减小格子的尺度。当格子的大小不同时，分别统计出有滑坡的格子数N(r)，即只计算那些含滑坡的格子数。N(r)显然与r有关。当r足够小时，则所需最少格子数N(r)与r之间的关系，可以表示为：

N(r)∝r^-α                        (1)

图1滑坡空间分布统计的数盒子法(box-counting method)图解。用边长为r的正方形格子覆盖研究区，当格子大小变化时，将含有滑坡的格子数N(r)与格子边长r投在双对数坐标图上，通过对数据点拟合得到的直线的斜率。

如果将式(1)的N(r)以百分比表示，亦即计算格子边长为r_i时含有滑坡的格子数占不同尺度(格子)下含滑坡格子总数的百分比，并记为P_i，则可得到P_i与r_i的关系为

$P_i={\mathrm{Cr}}_i^{-\mathrm{\&alpha;}}---\left(2\right)$

这里，C为比例常数。式(2)的含义是距离某已知滑坡的r范围内发生的滑坡占滑坡总数的百分比。根据这个关系式，基于一个被广泛接受的原理“过去和现在是打开将来之门的钥匙”，即过去和现在导致斜坡不稳定性的条件也是将来最可能引发滑坡的条件，在进行滑坡敏感度评价时，就可以根据已知的滑坡对其周围不同距离内可能发生滑坡的危险等级进行评价。

GIS是地理信息系统(Geographical Information System)的英文缩写。它是由计算机硬件与软件以不同方法组成的系统，是用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以及解决复杂的规划和管理等问题的一种计算机技术。目前，GIS在国内外各个行业的生产、管理和科研等方面都已得到十分广泛的应用。

在GIS的各种功能中，空间分析是最基本的功能，主要包括：基于空间关系的查询功能、空间量算功能、缓冲区分析功能、叠加分析功能、网络分析功能、空间统计分类分析功能等等。目前软件市场提供的各种GIS产品一般都具有这些功能。

所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。缓冲区分析功能是解决邻近度问题的空间分析工具之一。

本项发明中列的缓冲区是指以滑坡点为中心，以半径为r的范围内的一个区域，用Buf(r)标记，出现Buf，Buff，Buffer均是指同一概念。

Buffer分析是以不同的半径r，对一系列的滑坡点做缓冲区的逻辑乘分析。逻辑乘是指对一组元素取最大值的操作。

Buf(r)文件是指以各滑坡点为圆心，以半径r为长度，所得到的一个缓冲区文件，记为Buf(r)文件。

区相交是指对不同的buf(r)文件，取其最小值。

maxbuff(r)，是指对不同的r长度，所得到的一系列的buf(r)文件，然后取其最大值，所得到的一个操作结果。

本发明的有益效果主要表现在：该方法仅使用滑坡编目资料，从滑坡敏感度分析到成图以及结果检验，全部过程均由计算机自动实现，最大限度避免操作中的人为主观性，编制的滑坡敏感度图可信度高，不因人而异，能够真正在技术标准和编图方法上实现统一，而且快速高效、操作简便，投入也很少。

附图说明

图1是滑坡空间分布统计的数盒子法的图解示意图。

图2是实施例的距离某已知滑坡的r范围内发生的滑坡占滑坡总数的百分比示意图。

图3是本发明的滑坡易发程度示意图。

图4是现有技术的滑坡易发程度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，所述滑坡敏感度测量方法包括以下步骤：

1)、利用已有的带坐标参数的滑坡数据建立滑坡的空间分布函数，并编制滑坡分布图；

2)、把滑坡视为空间上的一个点集，将整个工作区域划分成尺度为r的几何单元进行统计，采用数盒子法建立滑坡的空间丛集分布关系，即用尺度为r的几何单元覆盖研究区，当几何单元的尺度变化时，将含有滑坡的单元数N(r)与几何单元尺度r投在双对数坐标图上，通过对数据点拟合得到的直线的斜率；

3)、计算几何单元尺度为r_i时含有滑坡的单元数占不同尺度几何单元下含滑坡单元总数的百分比，并记为P_i，则得到P_i与r_i的关系为：

$P_i={\mathrm{Cr}}_i^{-\mathrm{\&alpha;}}---\left(2\right)$

其中，C为比例常数；

4)、利用地理信息系统(GIS)的缓冲区功能，以每个滑坡点为中心作Buffer分析，形成对应于不同r(r＝1，...，n)的Buf(r)文件，并且分别赋以P(r)的值；

并对Buf(r)文件作GIS的区相交，取各区的P(r)最大值，得到一个maxbuff(r)，对maxbuff(r)进行光滑处理；

用最小方差法对经光滑处理后的maxbuff(r)进行分区，确定滑坡易发程度分区界限值，确定滑坡敏感度。

所述界限值包括区分非易发域与低易发域的界限值、区分低易发域与中易发域的界限值、区分中易发域与高易发域的界限值；所述滑坡敏感度分为四个等级：非易发区、低易发区、中易发区和高易发区。

所述几何单元为边长为r的正方形或半径为r的圆。当然，所述几何单元也可以为三角形、菱形等其他任意形状。

如果工作区域内存在已知的约束条件：面积较大的水域或地势平坦的平原，在操作中剔除不可能发生滑坡的区域。

本实施例以浙江乐清市在1990—2003年期间由降雨引发并且有坐标记录的滑坡为例，总共为156个，对这些滑坡以25×25m的网格作为数盒子统计的最小盒子，按式(2)得到的统计结果如图2所示，对图中数据点按式(2)按拟合，得到

$P=\left\{\begin{array}{cc}128.53r^{-0.07}& (r\&le;0.8\mathrm{km})\\ 15789.0r^{-0.79}& (0.8\mathrm{km}<r\&le;7\mathrm{km})\end{array}\right.---\left(3\right)$

图2中横坐标r表示覆盖工作区的格子尺度。浙江乐清1990至2003年期间发生的156个滑坡。

根据式(3)，按r≤0.8km和0.8km<r≤7km两个区间，分别计算P(r)。以100—7000m为r半径，分别以每个滑坡点为中心，按式(3)依次对所有已知滑坡点进行Buffer分析，形成一系列的对应于不同r的Buffer图，然后得到P(r)分布图。对P(r)图按7×7的网格进行光滑处理后，采用最小方差方法对其进行滑坡敏感度分区，并划分为四个等级，按100×100m网格成图的结果如图3所示。在该图中，各分区的面积占总面积的比率(B)分别为：0.34(I)、0.29(II)、0.30(III)、0.07(IV)。

乐清地区在2004—2007年期间有记载的因降雨引发的滑坡(包括泥石流)总计为149个，以这些滑坡作为检验样本，将它们投在图3，落在各区的滑坡占总数的比率(A)分别为：0.06(I)、0.09(II)、0.28(III)、0.57(IV)。从非易发区→低易发区→中易发区→高易发区，A/B值依次增大，分别为：0.18、0.31、0.93、8.14。高、中、低三个等级的滑坡易发区占总面积的66.22％，落在其中的滑坡数占检验样本总数的93.96％。检验结果表明图3给出的滑坡敏感度分区是合理与可信的。

作为与图3的一个对比，图4是浙江省地质矿产研究所采用传统的分析方法，使用了地质、地形、地貌、植被、年降水量和已知滑坡(包括泥石流)等许多资料，于2005年编制的浙江省乐清市1∶1万滑坡易发程度区划图。在该图中，各分区的面积占总面积的比率(B)分别为：0.18(I)、0.79(II)、0.02(III)、0.01(IV)。同样，将2004—2007年期间发生的149个滑坡(包括泥石流)投在该图上，有8个点落在没有进行滑坡易发程度编图的区域内(见图4中白色区)，其余的141个落在划分出的4个等级区内。剔出了未进行滑坡易发程度编图的区域(白色区)和落在其中的8个点，仅按已划分出的4个等级区进行统计，落在各区的滑坡占总数(141个)的比率(A)分别为：0.13(I)、0.13(II)、0.63(III)、0.10(IV)。从非易发区→低易发区→中易发区→高易发区，A/B值为：0.72、0.16、32.50、10.0。这个结果显然不够合理。高、中、低三个等级的滑坡易发区占了总面积的81.79％，落在其中的滑坡数占检验样本总数的86.62％，其预测能力也比图3要差。

Claims (4)

1、一种基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，其特征在于：所述滑坡敏感度测量方法包括以下步骤：

1)、利用已有的一批带地理或测量坐标参数的滑坡数据建立滑坡的空间分布函数，并编制滑坡分布图；

2)、把滑坡视为空间上的一个点集，将整个工作区域划分成尺度为r的几何单元进行统计，采用数盒子法建立滑坡的空间丛集分布关系，即用尺度为r的几何单元覆盖研究区，当几何单元的尺度变化时，将含有滑坡的单元数N(r)与几何单元尺度r投在双对数坐标图上，通过对数据点拟合得到的直线的斜率；

3)、计算几何单元尺度为r_i时含有滑坡的单元数占不同尺度几何单元下含滑坡单元总数的百分比，并记为P_i，则得到P_i与r_i的关系为

P_i＝Cr_i ^-α   (2)

其中，C为比例常数；

4)、利用地理信息系统GIS的缓冲区功能，以每个滑坡点为中心作Buffer分析，形成对应于不同r(r＝1，...，n)的Buf(r)文件，并且分别赋以P(r)的值；

并对Buf(r)文件作GIS的区相交，取各区的P(r)最大值，得到一个maxbuff(r)，对maxbuff(r)进行光滑处理；

用最小方差法对经光滑处理后的maxbuff(r)进行分区，确定滑坡易发程度分区界限值，确定滑坡敏感度。

2、如权利要求1所述的基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，其特征在于：所述界限值包括区分非易发域与低易发域的界限值、区分低易发域与中易发域的界限值、区分中易发域与高易发域的界限值；所述滑坡敏感度分为四个等级：非易发区、低易发区、中易发区和高易发区。

3、如权利要求1或2所述的基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，其特征在于：如果工作区域内存在已知的约束条件：面积较大的水域或地势平坦的平原，在操作中剔除不可能发生滑坡的区域。

4、如权利要求3所述的基于单一滑坡数据的滑坡敏感度测量方法，其特征在于：所述几何单元为边长为r的正方形或半径为r的圆。

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