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滑坡地质灾害论文2篇

2015/04/30 阅读:

第一篇

1粗糙集及其算法基本原理

粗糙集(RoughSets),又称粗集,是波兰数学家Z.Pawlak于1982年提出的一种数据分析理论[6]。粗糙集为处理不确定性问题或模糊信息系统提供了一种新型数学工具,其核心就是在保持分类能力不变的原则下,进行知识约简,从而导出问题的决策或分类规则[7]。在粗糙集理论中,关于U的一个知识库可以认为是一个关系系统,其中U为论域,R是U上的一簇等价关系。决策表是一类特殊的知识表达系统,表示当满足某些条件时决策应当如何进行。决策表是一张二维表格,每一列描述对象的一种属性,每一行描述一个对象。属性包括条件属性与决策属性,论域中的对象根据其条件属性的不同,被划分到不同决策属性的决策类[8]。

1.1知识库与不可区分关系设U≠Φ,是我们感兴趣的对象组成的有限集合,称作论域或对象空间。设任何子集XU,称作U的一个概念或范畴。设R是U上的其中一个等价关系,U/R表示R所有等价类构成的集合,[x]R表示包含元素x∈U的R等价类,则一个知识库即可看作一个关系系统K=(U,R)。如果PR,且P≠Φ,则P中所有等价关系的交集∩P,称作P上的不可区分关系,记为ind(P)。

1.2粗糙集与近似集令XU,R为U上的一个等价关系,当X能表示成某些R基本范畴的并时,则X是R可定义的,称作R精确集;否则X是R不可定义的,称作R粗糙集。

1.3知识约简与属性依赖知识约简定义为在保持知识库的分类能力不发生改变的前提下,删除知识库中次要的或不相关的知识。

1.4知识表达系统与决策表对于知识表达系统S=(U,A,V,f),若A中的属性又可分为两个不相交的子集,即条件属性集C和决策属性集D,且满足:A=C∪D,C∩D=,则该知识表达系统称为决策表。当决策表中A中的决策属性D的所有属性值唯一地由条件属性C中的属性值决定,则称D完全依赖于C;若D中仅有一些值由C中的属性值决定,则称D部分依赖于C。在决策表中,不同的属性可能具有不同的重要性,为了找出各种属性的重要性,方法是从表中去掉某一属性,然后考察没有该属性后的分类情况。假如去掉某属性后,决策表的等价分类变化较大,说明该属性在表中具有较高的重要性;否则,说明该属性在表中具有较低的重要性。

2滑坡地质灾害风险评估预处理

2.1研究区地质灾害概况研究区为广西梧州市,该市是以丘陵为主的地区,山多平地少,加上气候湿热,降雨量较大,各类工程建设切坡现象普遍。在地层岩性、地质构造、降雨和人类工程活动等诸多因素的影响下,地质灾害十分发育。根据野外调查工作和地质环境监测站的数据,历年来地质灾害种类有滑坡、崩塌、不稳定斜坡和泥石流,以滑坡和崩塌为主,占灾害总数的95%左右。从规模上看,该市的地质灾害均为小型,无中型与大型地质灾害,但由于梧州市人口密集,且多聚居于斜坡坡脚或沟谷下游,地质灾害的发生曾一度造成了严重的人员伤亡与财产损失。近年来,随着城市规模的不断扩大和各类工程的兴建,在地质环境遭受影响较强烈的地段,滑坡等地质灾害的发生次数不断增多,分布面积明显扩大,对人民的生命和财产构成日益严重的威胁,直接影响社会安定和城市经济持续发展。

2.2地质灾害风险评估内容体系根据灾害风险的定义,目前,国内地质灾害风险评估主要包括危险性分析、易损性分析和期望损失分析三方面内容。其中危险性分析与易损性分析是地质灾害风险评估的基础,通过危险性与易损性分析,确定地质灾害风险区位置、范围及地质灾害活动分布密度和时间概率,进一步确定可能遭受地质灾害的人口、财产、工程、资源、环境的空间分布和破坏损失率;期望损失分析则是预测地质灾害可能导致的人口伤亡、经济损失和资源、环境的破坏损失程度,可综合反映地质灾害的风险水平[12]。风险评估的内容体系见图1。

2.3评估单元划分按照国土资源部地质环境司《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》实施细则,结合梧州市具体情况和原始数据精度,利用GIS网格剖分技术,将梧州市按1km×1km划分单元网格,部分边界区不足1km×1km的单元进行适当合并或划归邻近单元,研究区共划分出1087个评估单元格。

2.4评估指标体系构建根据调查结果可知,崩塌、滑坡是梧州市主要的地质灾害类型,且梧州市内滑坡和崩塌灾害的发育条件、分布特征、成灾机理等基本相同,因此将两者合并考虑。基于联合国人道主义事务部公布的自然灾害风险定义,结合梧州市地质灾害现状发育因素、地质环境条件因素、人类工程活动因素和社会经济发展因素,从致灾因子危险性和承灾体易损性两方面,建立梧州市滑坡地质灾害灾害风险评估指标体系。危险性评估指标体系包括历史地质灾害活动程度指标和环境地质条件指标,历史地质灾害活动程度指标主要包括历史灾害的强度或规模、频次、分布密度等,考虑梧州市已发生的地质灾害均为小型规模,且突发性比较明显,因此不计面密度、体积密度及频次指标,以点密度指标代表历史灾害发育强度;环境地质条件指标主要包括地形地貌条件、水文条件、地质条件、植被条件、人类活动条件等控制灾害发育的基本条件。根据研究区地质灾害成灾机理,初步确定地貌类型、坡度、河水侧蚀、地层岩性、残坡积层厚度、断裂发育情况、年降雨量、道路工程活动和建筑工程活动9个因子为地质灾害危险性评估指标。为便于数学模型的统一处理和计算机识别,将单因子定性定量数据按其对地质灾害危险性贡献大小进行标准化处理再量化分级。根据研究区以往对地质灾害损失统计情况、资料的可获取性及损失的可度量性准则,研究区承灾体易损性评估只考虑人口密度、土地资源、交通设施、房屋及其附属价值和抗灾能力5个指标,各评估因子按四个等级进行量化分级[14](见表1)。

2.5地质灾害空间数据库构建基于GIS软件平台,将研究区划分的规则单元网格拓扑构建形成面状要素,并对不足1km×1km的单元网格进行合并处理,然后将合并处理后的单元网格图层分别与研究区灾点图、地形地貌图、坡度图、河流缓冲区图、地层岩性图、地质构造图、降雨量等值线图、交通图、地类图、居民区缓冲区图等进行空间叠置分析,将各图层的相关属性特征赋给规则单元网格图层各网格要素,在此基础上按评估指标分级标准,计算出各单元网格的上述各评估指标对应的分级量化值,构建具备空间与属性特征的滑坡地质灾害单元网格数据库。

3基于粗糙集的滑坡地质灾害风险评估过程

3.1滑坡地质灾害评估决策表建立建立滑坡地质灾害评估决策表旨在通过分析历史地质灾害确定影响潜在地质灾害发生的关键因素及其权重。根据梧州市已有地质灾害发生情况将地质灾害点图层与规则网格单元进行叠加,可建立论域U中共124个单元网格的历史地质灾害强度信息表达系统。

3.2评估指标体系优化与权重确定为确定影响梧州市滑坡地质灾害发生的关键影响因子及其权重,结合粗集属性约简算法对表2所示的决策表进行优化。首先根据式(1)计算决策表中条件属性等价分类U/C、决策属性等价分类U/D及约去某指标后的条件属性等价分类集合式中:m为评估指标总数,对于易损性评估,则将式(8)和(9)中的xi替换为aj(j=1,2…,5)。由式(8)与(9)计算出决策表中各指标权重(见表3)。

3.3滑坡地质灾害风险等级划分与区划根据研究区评估指标体系各因子权重及其评分值,构建研究区滑坡地质灾害危险度及易损度评估分值计算公式:式中:ω(xi)表示各评估因子权重;Vij表示第j个对象的第i个指标对应的单因子分值;m表示评估因子总个数;n表示评估对象的总个数。按式(10),计算研究区各单元网格的危险度及易损度评估分值。通过将实际发生的滑坡地质灾害密度数据与地质灾害危险性分区进行对比分析,极高、高、中、低地质灾害危险区对应的地质灾害密度分别为:2.33处/km2、0.43处/km2、0.26处/km2、0.08处/km2,发现地质灾害危险度越高的地区发生地质灾害的密度相应偏高,与实际情况吻合,说明运用粗糙集开展滑坡地质灾害评估的方法和技术手段是可行的。根据联合国人道主义事务部1992年公布的自然灾害风险计算所采用的表达式:“风险度(R)=危险度(H)×易损度(V)”,研究区滑坡地质灾害风险度可在区内滑坡地质灾害危险性分析和承灾体易损性分析结果的基础上计算得出,将研究区滑坡地质灾害风险评估分值划分为4个等级[18],即极高风险、高风险、中风险和低风险。利用GIS软件制作研究区滑坡地质灾害风险性分级栅格图(图2a),并统计得出各风险等级的单元网格数和面积比(表4)。进一步将研究区滑坡地质灾害风险性分区图与各基础要素图层叠加,根据各分区的滑坡地质灾害主要威胁对象、基础地理要素、地质环境条件等的不同,将各分区进一步划分为若干亚区,得出图像叠加分割后的各亚区分布特征(表5)和滑坡地质灾害风险专题图。

4结论

(1)根据地质灾害风险评估内容体系,分别开展梧州市滑坡地质灾害危险性评估与承灾体易损性评估。结合研究区地质灾害发育特征、地形地貌及灾害诱发因素等,选取地貌类型、坡度、河水侧蚀、地层岩性、残坡积层厚度、断裂发育情况、年降雨量、道路工程活动和建筑工程活动9个因子作为滑坡地质灾害危险性评估指标;选取人口密度、土地资源、交通设施、房屋及其附属价值和抗灾能力5个因子作为承灾体易损性评估指标。(2)采用地理信息系统技术与粗糙集相结合的方法开展滑坡地质灾害评估是可行的。此方法在反映地质灾害不确定性的同时,可以通过对数据约简发现最小数据集,排除多余的评估指标,并且可以挖掘评估指标数据中隐藏的模式,使评估因子权重确定具有很好的客观性,并对结果提供直观可视的解释。(3)研究结果表明,研究区滑坡地质灾害极高风险区约占梧州市总面积的6.44%,主要沿傍山而建的城镇和切坡坡度、坡高较大的交通干线分布;地质灾害高风险区约占梧州市总面积的14.36%,主要沿国道等交通干线切坡坡度较大处分布;地质灾害中风险区约占梧州市总面积的30.44%,主要沿县道、乡道及居民点附近切坡坡度较大处呈带状或面状分布;其余地区均为地质灾害低风险区,约占梧州市总面积的48.76%。

作者:刘彦花叶国华单位:广西师范学院国土资源与测绘学院

第二篇

1研究区概况

安康市地处陕西省最南部汉江河流盆地,东与旬阳县为邻,北与宁陕、镇安县相接,南连岚皋、平利,西接汉阴、紫阳。安康市总面积约为23391km2,东西宽约200km,南北长约240km。研究区北依秦岭、南枕巴山,汉江、月河穿过区境,总的地势特点是南北高,中间低,境内最高点为小牛蹄岭,高程651.5m,最低点为汉江下游关庙变电所附近,高程232.1m。地貌类型为山地、侵蚀堆积台地、和河流阶地三种形态类型,山地见于周边,为低山,基岩多为千枚岩组成。台地由洪积作用形成,地形高,呈台状,可分为一、二、三级。汉江及其支流月河、黄洋河、傅家河、冉家河等发育有河漫滩及一、二、三级阶地,巴山弧形的分支断裂贯穿研究区境内,新构造运动十分活跃。区内地层主要由下震旦统、寒武—奥陶系、志留系、泥盆系以及新生界新近系、第四系组成。岩土类型主要有砂砾石、砂、粉土、粘性土(包括粘土、粉质粘土)、中—强膨胀土、弱膨胀土、人工填土(杂填土、素填土)。

2研究方法

2.1AHP方法评价模型层次分析法(AnalyticHierarchyProcess,简称AHP),该方法是美国运筹学家匹茨堡大学教授Saaty[6-8]于20世纪70年代初,提出的一种层次权重决策分析方法。它将复杂的研究目标分为若干个层次,每个层次由实际情况和可实现性选取评价因子,由因子间的重要性进行对比,构建相应的判断矩阵,得到相应各评价因子优先权重,最后由加权和的方法决定最终目标的最终权重。

2.2滑坡危险性分析

2.2.1因子的选取滑坡等地质灾害是在一定的孕灾环境、致灾因子与承灾环境相互作用下的产物。不利的岩性组合、地质结构等地质体内部固有的因素对地质灾害的孕育发生起到主导作用,但暴雨、地震和人类工程活动等外部因素对滑坡、泥石流等地质灾害会起到诱发作用。影响滑坡灾害的因子很多,而各种影响因子对灾害的贡献率不同,但在众多的因子之中,总会找出一种最佳组合,对滑坡的易发性进行定量化分析。在区域滑坡危险性评价时,一般基于地域差异性、分清主次及分清尺度等三个原则确定和选取评价指标,使评价指标能更好地适应区域滑坡危险性评价的需要。根据滑坡灾害危险性评价指标选取的原则,结合研究区的实际情况和数据获取来源情况,确定了研究区滑坡发生的主要影响因子:历史灾害因子、地形因子、地貌类型因子、区域地质环境因子,并对各个因子进行分析,最终拟用历史灾害点密度、坡度、坡向、高程、地貌、地质岩性、断裂构造、河流覆盖等建立滑坡灾害危险性评价指标体系。

2.2.2评价因子的获取与分级研究区的数字高程灰度图DEM空间分辨率为30m,数据获取时间为2009年,数据类型为IMG,投影坐标为UTM/WGS84,由arcgis中arctoolbox3Danalyst模块提取高程等值线,创建tin,再转化成相应的地形因子格栅图。其它图层根据实际野外踏勘和前人收集资料基于Analysttools以100m2为圆心500m为半径绘制滑坡灾害密度图,由1:25000区域地质图提取其他因子格栅图,各评价因子等级划分指标内容详见表1。

2.2.3评价因子判断矩阵及权重计算滑坡受上节所述多个影响因子的控制,各影响因子对滑坡灾害的影响程度不同,为了更准确地评价研究区滑坡灾害危险性,就有必要知道各影响因子的权重系数。专家在综合评价多个因子的权重时会比较困难,但两个因子之间重要性的比较会容易得多。层次分析法(AHP)就是按约定对两两因子之间进行比较并赋值,形成多因子的判断矩阵矩阵[9],计算出相应的规范化特征向量,即可获得因子的权重系数。秦吉等对层次分析法的基本原理和计算方法进行了介绍[10]。以下根据所述方法计算出研究区滑坡危险性评价各因子的权重。

2.2.4评估模型采用灾害评价过程中最常用的分层加权叠加的方法,即为对一级因子与二级因子权重做乘法确定各滑坡因子最终权重系数,最后对相应区块儿内各因子图层进行叠加求和,确定评价模型为。式中:F(u)为滑坡灾害发生的危险度系数,E(d)i为i个因子,W(s)i为i个因子的权重,i为选取的评价因子,n为评价因子的个数。按式2.2计算得出各个区块儿相应的危险度系数。本文按照滑坡的规模、频率分类等级标准,将危险性按危险度系数划分为极度危险、高度危险、中度危险和轻度危险,见表3。

2.2.5评估结果在Arcgis空间分析模块的支持下应用arcgis格栅计算模块执行评价模型,将上述八个基本格栅图层进行空间加权叠加分析,绘制出研究区滑坡危险性区划图,再将其与历史发生的173处滑坡灾害点相叠加进行对比分析,如图2。由这一结果图层分析看出,滑坡灾害易发程度较高的区域主要分布在东部、东南部、南部地区,这部分区域地貌主要是以低山、丘陵为主,部分为不同地貌的分界处,地形起伏较大,其坡度大部分为陡坡和急坡,而且大部分土地都是未开发利用的土地。研究区滑坡灾害的孕育、发生和发展主要受地层岩性、相对高差、植被覆盖系数,土地利用类型、沟谷密度及降雨等因素的控制。在空间分析技术的支持下,通过对滑坡主控因子和诱发因子的综合描述和定量分析,最后绘制出安康市滑坡灾害危险性评价图。该分区与历史滑坡灾害点情况作对比,发现两者的匹配程度较好,说明所选的评价因子基本上符合研究取得基本情况,由滑坡灾害危险性评价图,可以很直观形象的看出研究区的滑坡灾害危险性情况,为以后工程建设及的城市规划提供总要的参考依据。

3结语

地质灾害危险性评估目前还处在探索阶段,在这方面的工作是一个较新的领域,我国在灾害风险评估领域的研究时间不长,滑坡地质灾害风险性评估还未形成系统完善的理论和方法体系[11]。尤其是基于GIS技术开展滑坡地质灾害评估工作起步较晚,并且还没有成熟实用的滑坡地质灾害预测评估的GIS系统。GIS技术在滑坡地质灾害评估中的应用己经从多源数据采集、空间数据管理、数字化输入和绘图输出,到DEM的使用、GIS结合滑坡灾害评估模型的扩展分析、GIS虚拟现实技术的使用,都得到不断的发展和广泛的应用。GIS技术的应用,使滑坡区域危险性评价更准确、直观反映出滑坡的活动现状和发展趋势,间接呈现出滑坡灾害对人类生命安全和财产安全可能造成的损失程度,为指导抗灾救灾与减灾决策提供重要的科学依据。

作者:张伟王建斌单位:西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室

滑坡地质灾害论文2篇

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