王高峰，郭寧，鄧兵，田運(yùn)濤，葉振南,3，*，陳宗良，呂鳳蘭，高幼龍

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北 保定 071051；2.自然資源部三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警野外科學(xué)觀測(cè)基地，重慶 404100；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

滑坡易發(fā)性是指一定區(qū)域內(nèi)由孕災(zāi)地質(zhì)條件控制的滑坡發(fā)生的可能性，而滑坡易發(fā)性不同于危險(xiǎn)性，不考慮地震、降水等誘發(fā)因素。從研究區(qū)域分析，中國(guó)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)研究主要分布在三峽庫(kù)區(qū)、汶川地震區(qū)及西北黃土區(qū)等西部山區(qū)，并形成了較為詳細(xì)的評(píng)價(jià)方法體系(許沖等，2010；唐亞明等，2011；張俊等，2016；張茂省等，2019)。有學(xué)者針對(duì)白龍江流域開(kāi)展了滑坡、泥石流發(fā)育環(huán)境、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等方面的研究(張帆宇等，2012；陳冠等，2013；齊識(shí)等，2014；王高峰等，2019)，研究對(duì)象多集中在白龍江干流或中游某一重要區(qū)段或國(guó)道212沿線。而關(guān)于整個(gè)流域尺度(甘肅段)的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)研究甚少，目前仍然缺乏區(qū)域性國(guó)土空間用途管制規(guī)劃必需的滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)成果地圖，特別是針對(duì)評(píng)價(jià)模型的適用性和精度評(píng)價(jià)方法的對(duì)比研究鮮有案例。

目前，區(qū)域滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)主要依靠啟發(fā)式推斷法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法和非線性方法等，后2類(lèi)評(píng)價(jià)方法具有運(yùn)算效率高和因子權(quán)重客觀獲取的優(yōu)勢(shì)而被廣泛運(yùn)用(沈玲玲等，2016)。其中，數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法包括基于原始數(shù)據(jù)，對(duì)其規(guī)律進(jìn)行基礎(chǔ)處理的信息量模型、確定性系數(shù)模型、證據(jù)權(quán)法模型等(范強(qiáng)等，2014；樊芷吟等，2018；田春山等，2016；楊光等，2019)；非線性方法包括基于人工智能學(xué)習(xí)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、決策樹(shù)模型、支持向量機(jī)模型及邏輯回歸模型等(馮杭建等，2016；劉堅(jiān)等，2018；張茂省等，2019)。但由于單一的評(píng)價(jià)模型方法存在對(duì)參評(píng)因子不能客觀地確定其權(quán)重、模型運(yùn)算過(guò)程中因主觀干擾而無(wú)法消除評(píng)價(jià)因子之間的相關(guān)性等問(wèn)題，難以客觀、準(zhǔn)確、定量地進(jìn)行區(qū)域滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)。為獲得吻合實(shí)際的評(píng)價(jià)結(jié)果，有學(xué)者開(kāi)展了多種模型組合對(duì)滑坡易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)分析了模型的優(yōu)劣(邱海軍等，2014；張曉東等，2018)。此外，評(píng)價(jià)因子選取不當(dāng)或彼此相關(guān)性強(qiáng)或個(gè)數(shù)較多，及評(píng)價(jià)因子狀態(tài)分級(jí)方面客觀性影響較高，沒(méi)有科學(xué)合理的劃分依據(jù)，評(píng)價(jià)過(guò)程不僅繁瑣，而且會(huì)影響模型評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性。然而在評(píng)價(jià)結(jié)果分析方面很少有人關(guān)注這些評(píng)價(jià)模型和方法評(píng)價(jià)精度的對(duì)比與檢驗(yàn)，事實(shí)上評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性、分析精度及與實(shí)際情況的吻合程度是使用者最關(guān)注的問(wèn)題，在數(shù)據(jù)有限條件下的評(píng)價(jià)結(jié)果更需要對(duì)精度進(jìn)行分析。

筆者在研究白龍江流域滑坡發(fā)育特征及孕災(zāi)環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)源的可獲取性，選取了坡度、地形起伏度、距斷層距離、地層巖性、流域溝壑密度、植被指數(shù)等6個(gè)影響滑坡災(zāi)害發(fā)生的致災(zāi)因素作為參評(píng)因子。首先，結(jié)合2 093處滑坡災(zāi)害及隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)各指標(biāo)條件下的信息量值、確定性系數(shù)值和證據(jù)權(quán)重值曲線突變規(guī)律、滑坡面積及分級(jí)面積頻率比曲線對(duì)各評(píng)價(jià)因子的狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)；然后通過(guò)應(yīng)用信息量模型、確定性系數(shù)模型和證據(jù)權(quán)模型分別與邏輯回歸模型進(jìn)行滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)，最后采用4種不同方法進(jìn)一步檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，并開(kāi)展研究區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性及結(jié)果精度評(píng)價(jià)分析。力求從模型適用性和預(yù)測(cè)精度2方面選擇適合于該流域的最優(yōu)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方法，真實(shí)地反映出滑坡易發(fā)性的空間分布特征，以期為地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)、多發(fā)的白龍江流域地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警決策提供參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

根據(jù)甘肅省白龍江流域滑坡發(fā)育特征及現(xiàn)有滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)，選取白龍江流域受滑坡災(zāi)害影響最嚴(yán)重的白龍江中游及岷江支流段作為本文的研究區(qū)域。地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°42′55.1″～105°19′00.7″，北緯33°01′17.5″～34°22′37.6″，面積約為6 128 km2，圖1為研究區(qū)地理概況及位置示意圖。

該區(qū)位于青藏高原東部、秦嶺山地西緣，中國(guó)縱橫向地震帶在此交匯穿過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育一系列活動(dòng)的逆沖斷裂和走滑斷裂，且局部次級(jí)斷裂和小型褶皺集中發(fā)育，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈和地震活動(dòng)頻繁。該區(qū)滑坡災(zāi)害密布于軟弱淺變質(zhì)巖地層區(qū)，尤其在志留系、泥盆系等軟弱千枚巖區(qū)域最為突出，滑坡災(zāi)害密度達(dá)0.48個(gè)/km2，是區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害易發(fā)多發(fā)巖組。白龍江中游及其岷江支流貫穿整個(gè)區(qū)域，地貌類(lèi)型復(fù)雜，屬中深切割中高山地貌區(qū)，地形海拔高度為768～4 244 m，相對(duì)高差為3 476 m。該區(qū)屬于亞熱帶向北溫帶的過(guò)渡區(qū)，氣候垂向上隨海拔變化具有差異性，在時(shí)空分布上降水分布不均勻 (王高峰等，2019)。受以上條件的影響使得該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率高、規(guī)模大、種類(lèi)多、范圍廣，且具有“群發(fā)性、突發(fā)性、隱蔽性、疊加性”的特點(diǎn)，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，其中滑坡災(zāi)害的嚴(yán)重性亦是眾所周知。例如，鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、江頂崖滑坡等。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Geographical location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)源

本研究開(kāi)展滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)源(表1)主要包括：①滑坡災(zāi)害點(diǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)自隴南白龍江流域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果數(shù)據(jù)。②研究區(qū)1∶50 000地形圖和30m×30m分辨率DEM數(shù)據(jù)，用于提取坡度、地形起伏度、流域溝壑密度等信息。③1∶100 000構(gòu)造地質(zhì)圖，用于提取地層、距斷層距離等信息。④2016年獲取的精度為0.5m的Pléiades衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和2014年30m×30m的landsat8 OLI，用于提取歸一化植被指數(shù)。

研究區(qū)滑坡共2 093處，總面積224.54km2，約占整個(gè)研究區(qū)面積的3.66%。圖2為根據(jù)野外調(diào)查和已有滑坡資料整理得到的白龍江中游段滑坡發(fā)育面積分布曲線圖。可以看出，滑坡面積與滑坡分布個(gè)數(shù)呈雙峰曲線規(guī)律，整體上滑坡面積越大，分布個(gè)數(shù)越少。研究區(qū)最大滑坡面積為4.36 km2，最小為210 m2，在滑坡面積為0.001～0.015 km2和0.035～0.153 km2范圍內(nèi)滑坡共有1 258處，占研究區(qū)滑坡總數(shù)和滑坡總面積的比例分別為60.11%和25.64%。

表1 數(shù)據(jù)類(lèi)型及數(shù)據(jù)來(lái)源表Tab.1 Sources and types of data

圖2 滑坡發(fā)育面積分布曲線圖Fig.2 Distribution curve of landslide development area

1.3 研究方法

目前，較為常用的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)模型均具有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足(表2)。但滑坡災(zāi)害孕育過(guò)程是一個(gè)非線性系統(tǒng)，線性的數(shù)理統(tǒng)計(jì)很難精確地對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。為了提升評(píng)估成功率或準(zhǔn)確性，可綜合各自模型的優(yōu)點(diǎn)對(duì)研究區(qū)的滑坡易發(fā)性進(jìn)行建模，不僅能在GIS平臺(tái)的支持下快速得出評(píng)價(jià)結(jié)果，而且較理想地解決采用單一模型在滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)中的不足，使評(píng)價(jià)結(jié)果更滿足實(shí)踐和應(yīng)用需求。

采用表2中公式(1)、(2)、(3)信息量模型、確定性系數(shù)模型和證據(jù)權(quán)模型計(jì)算出的各個(gè)評(píng)價(jià)因子等級(jí)的I值、CF值和Wf值作為邏輯回歸模型中的指標(biāo)值，構(gòu)建不同組合回歸方程，得出邏輯回歸系數(shù)βi，以此為依據(jù)開(kāi)展研究區(qū)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)。因此，本研究隨機(jī)選取滑坡災(zāi)害點(diǎn)總樣本的80%作為訓(xùn)練樣本(即1 680個(gè)發(fā)生滑坡災(zāi)害點(diǎn))進(jìn)行建模分析，相應(yīng)的隨機(jī)選取1 680個(gè)未發(fā)生滑坡的樣本點(diǎn)，共計(jì)得到3 360個(gè)具有獨(dú)立屬性的樣本數(shù)據(jù)，并將其作為因變量樣本集。結(jié)合評(píng)價(jià)因子，分別采用信息量模型I+邏輯回歸模型LR(組合1)、確定性系數(shù)模型CF+邏輯回歸模型LR(組合2)和證據(jù)權(quán)模型Wf+邏輯回歸模型LR(組合3)3種組合模型評(píng)價(jià)研究區(qū)的滑坡災(zāi)害易發(fā)性并進(jìn)行分區(qū)，分析3種組合模型得到的研究區(qū)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果。利用20%的滑坡樣本點(diǎn)，采用多種方法檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，結(jié)合滑坡實(shí)際分布規(guī)律及發(fā)育情況討論并比較3種組合模型的適用性和準(zhǔn)確性。

2 評(píng)價(jià)因子篩選與分級(jí)

2.1 因子篩選

滑坡的發(fā)生是孕災(zāi)環(huán)境因子和誘發(fā)環(huán)境條件共同作用的結(jié)果，其中孕災(zāi)環(huán)境因子是指斜坡自身的屬性特征，在經(jīng)過(guò)剝蝕或風(fēng)化等作用逐漸使斜坡趨于變形失穩(wěn)狀態(tài)。誘發(fā)環(huán)境因子是指在降雨、地震、人類(lèi)工程擾動(dòng)等影響下導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)的外界條件。通常，滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)主要考慮對(duì)滑坡發(fā)生發(fā)展起控制性作用的孕災(zāi)環(huán)境因子，來(lái)揭示斜坡未受外界條件影響情況下的失穩(wěn)概率。促使滑坡產(chǎn)生的孕災(zāi)環(huán)境因子主要包含：地形地貌、基礎(chǔ)地質(zhì)、地表覆被和水文環(huán)境因子等4大類(lèi)。在評(píng)價(jià)因子的選取中既要合理靈活又要體現(xiàn)因子對(duì)滑坡的影響，同時(shí)要確保各因子之間互不影響且不具有強(qiáng)相關(guān)性。因此，基于野外實(shí)地調(diào)查及收集到的數(shù)據(jù)庫(kù)與前人研究成果，選取地形起伏度、坡度、地層巖性、距斷層距離、溝壑密度、植被指數(shù)(NDVI)等6個(gè)孕災(zāi)環(huán)境因子，采用30 m×30 m分辨率的柵格單元作為研究區(qū)滑坡易發(fā)性的基本評(píng)價(jià)單元。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行滑坡指標(biāo)因子的狀態(tài)分級(jí)及易發(fā)性評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)因子狀態(tài)分級(jí)

影響指標(biāo)因子狀態(tài)分級(jí)是指數(shù)據(jù)類(lèi)型為離散型和連續(xù)型的單因子指標(biāo)遵循一定的劃分標(biāo)準(zhǔn)分為多個(gè)不同范圍的二級(jí)狀態(tài)。其中，離散型數(shù)據(jù)主要根據(jù)野外調(diào)查滑坡孕災(zāi)工程地質(zhì)條件類(lèi)比制定劃分標(biāo)準(zhǔn)。而連續(xù)型數(shù)據(jù)是以一定步長(zhǎng)的因子信息與預(yù)測(cè)單元個(gè)數(shù)分布曲線和綜合表2中式(1)、式(2)及式(3)計(jì)算各步長(zhǎng)在各因子中的I值、CF值、Wf值分布曲線為依據(jù)。對(duì)比2類(lèi)曲線的分布規(guī)律，確定分布曲線的突變點(diǎn)為等級(jí)劃分的界限值，突變點(diǎn)范圍內(nèi)的數(shù)值不僅體現(xiàn)了預(yù)測(cè)單元空間上的各等級(jí)之間的差異性，也體現(xiàn)了評(píng)價(jià)單元預(yù)測(cè)的相對(duì)集中性。

2.2.1 地形地貌因子

研究區(qū)地形地貌因子主要包括地形起伏度、坡度，均是應(yīng)用ArcGIS的空間分析工具從DEM中提取的柵格數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)地形起伏度、坡度2個(gè)影響因子不同區(qū)間內(nèi)的滑坡面積比和分級(jí)面積比(圖3)，可以看出發(fā)生滑坡的坡度主要集中在[25°，45°]區(qū)間，研究區(qū)坡度從15°～40°內(nèi)的面積最大，且在[10°，35°]區(qū)間滑坡面積比大于分級(jí)面積比，表明滑坡的相對(duì)面密度較大。地形起伏度在100～200 m時(shí)，滑坡發(fā)育較多，在75～175 m對(duì)滑坡影響較大。

2.2.2 水文環(huán)境和地表覆被因子

(1)水文環(huán)境因子。流域溝壑在一定程度上反映了該地區(qū)地形切割程度、起伏程度和巖土體松散程度，亦能反映土壤侵蝕的嚴(yán)重程度，同時(shí)也能反映地貌的演化階段。水系發(fā)育程度和分布密度越高對(duì)地表侵蝕能力就越強(qiáng)，就越易于發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。在對(duì)區(qū)域滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)研究中，很難揭示地下水對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響。因此，筆者以任一單元內(nèi)溝壑密度大小來(lái)表達(dá)水系對(duì)區(qū)域滑坡發(fā)育的影響。根據(jù)研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)提取出的水系分布圖，采用ArcGIS的空間分析工具，制作研究區(qū)流域溝壑密度柵格圖層，分別對(duì)其影響范圍內(nèi)的滑坡頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖3)。結(jié)果顯示隨著流域溝壑密度的增大，滑坡面積及滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度呈現(xiàn)先增大后急劇降低，最后以微弱趨勢(shì)遞減?；旅娣e在0.8～1.6 km/km2范圍內(nèi)相對(duì)較大，在([0.8，2.2]、[2.4，3.2]) km/km2區(qū)間對(duì)滑坡影響較大。根據(jù)曲線規(guī)律將流域溝壑密度分為<0.8 km/km2、0.8～1.2 km/km2、1.2～2.4 km/km2、2.4～3.2 km/km2、3.2～3.489 km/km2等5個(gè)狀態(tài)。

(2)地表覆被因子。植被覆蓋度的變化主要影響地表水對(duì)巖土體的入滲侵蝕程度，造成斜坡穩(wěn)定性降低，進(jìn)而導(dǎo)致滑坡變形失穩(wěn)概率增加，因此筆者采用植被指數(shù)(NDVI)來(lái)表征地表覆被。

從圖3中滑坡面積比和分級(jí)面積比曲線可以看出，發(fā)生滑坡的NDVI主要集中在[0.25，0.40]區(qū)間，研究區(qū)NDVI從0.18～0.45內(nèi)的面積最大，且在[0.10，0.35]區(qū)間滑坡面積比大于分級(jí)面積比。根據(jù)圖3模型頻率值曲線分析可知，隨著NDVI的增大，滑坡面積呈現(xiàn)先急劇增大后逐漸較小的趨勢(shì)，NDVI在 [0.1，0.3]區(qū)間對(duì)滑坡影響最大。根據(jù)曲線規(guī)律，將NDVI分為<0.1、0.1～0.3、0.3～0.45、0.45～0.5、>0.5等5個(gè)狀態(tài)。

2.2.3 基礎(chǔ)地質(zhì)因子

通常認(rèn)為地層巖性與斷裂構(gòu)造是影響滑坡孕育的2個(gè)重要基礎(chǔ)地質(zhì)因子。以往研究成果認(rèn)為，白龍江流域滑坡主要沿?cái)嗔褞С扇撼蓭Х植?，在區(qū)域性活動(dòng)斷裂帶一般發(fā)育大型或巨型滑坡，據(jù)統(tǒng)計(jì)70.6%的滑坡分布在距斷裂2.5 km范圍內(nèi)，在距離斷層小于5.0 km范圍分布有90%以上的大型滑坡(孟興民等，2013；楊為民等，2014；李淑貞等，2015)。而在地層巖性軟弱區(qū)或軟硬相間巖層區(qū)內(nèi)滑坡成片發(fā)育，此次調(diào)查共有1 132處滑坡發(fā)育于軟弱巖層區(qū)，441處滑坡發(fā)育于軟硬相間巖層區(qū)，占滑坡總數(shù)的75.2%。故選取巖性與構(gòu)造活動(dòng)作為滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)地質(zhì)條件。

(1)地層巖性。地層巖性對(duì)滑坡孕育起著重要的影響作用，主要是通過(guò)影響堆積體和基巖的物理力學(xué)性質(zhì)及其滲透性來(lái)促使滑坡變形失穩(wěn)。同時(shí)，它決定了滑坡發(fā)育的規(guī)模、類(lèi)型特征。研究區(qū)地層巖性極為復(fù)雜，屬西秦嶺地層區(qū)，從前震旦系到第四系均有出露，共出露30套地層。

圖3 因子狀態(tài)分級(jí)圖Fig.3 Statistical map of factors classification

(2)地質(zhì)構(gòu)造條件?；掳l(fā)育和發(fā)生與斷裂構(gòu)造活動(dòng)有著密切的關(guān)系，距斷層的距離是滑坡易發(fā)性分析的一個(gè)重要影響因子(陳明等，2018)。研究區(qū)滑坡的發(fā)育主要受到活動(dòng)斷裂控制，最為典型的是坪定-化馬活動(dòng)斷裂(帶)，沿該斷裂破碎帶發(fā)育一系列特大型滑坡，呈現(xiàn)出滑坡后壁至分水嶺的長(zhǎng)條狀、“背滑”、“對(duì)滑”相間線狀分布特征，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、成因復(fù)雜，次級(jí)斷裂發(fā)育。

研究區(qū)內(nèi)滑坡沿?cái)嗔殉蕩罘植嫉奶卣鞣浅Ｃ黠@，通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡的分布隨距斷層的距離統(tǒng)計(jì)表明：滑坡災(zāi)害的分布隨其距斷層距離呈急劇衰減的趨勢(shì)，滑坡災(zāi)害個(gè)數(shù)與斷裂的地表破裂面的垂直距離滿足以下關(guān)系式(5)。式(5)中N為滑坡個(gè)數(shù)(處)；Dr為距斷層距離(km)。

N=1 062e-0.365Dr(R2=0.883 9)

(5)

圖4與式(5)說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)滑坡分布與斷層有著顯著的關(guān)系，即：距斷層越近，斷層活動(dòng)對(duì)斜坡的作用越強(qiáng)烈，就越容易誘發(fā)滑坡；反之，隨著距斷層距離增大，斷層活動(dòng)對(duì)斜坡作用迅速減弱。在統(tǒng)計(jì)的2 093處滑坡中有1 220個(gè)分布在距斷層距離小于1.0 km范圍內(nèi)，約占滑坡總數(shù)的58.29%。

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)498條斷層利用距斷層的歐氏距離來(lái)表示地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)對(duì)滑坡的影響，分別對(duì)各緩沖區(qū)內(nèi)的滑坡進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖3所示，可以得出在距斷層[0，1.0 km]區(qū)間滑坡面積比大于分級(jí)面積比，且滑坡主要發(fā)育在距斷層距離小于2.2 km范圍內(nèi)。利用與地層巖性影響因子相同的分級(jí)方法將研究區(qū)斷層影響帶劃分為4個(gè)級(jí)別，因?yàn)樵谶@4個(gè)構(gòu)造影響帶之外仍有滑坡發(fā)育，故將該范圍定義為第5級(jí)影響帶，分級(jí)結(jié)果見(jiàn)表4。

2.3 評(píng)價(jià)因子I值、CF值和Wf值計(jì)算及其共線性診斷

首先，根據(jù)2 093個(gè)滑坡樣本點(diǎn)在各評(píng)價(jià)因子分級(jí)狀態(tài)中的分布情況，分別采用表2中公式(1)—公式(3)計(jì)算各分類(lèi)級(jí)別在各評(píng)價(jià)因子中的I值、CF值和Wf值(表5)。上述數(shù)值不僅可以進(jìn)行各個(gè)評(píng)價(jià)因子的分類(lèi)級(jí)別之間比較，而且可揭示同一評(píng)價(jià)因子內(nèi)各分類(lèi)級(jí)別的相對(duì)重要性。

表3 地層巖性分級(jí)表Tab.3 Classification of stratum lithology

圖4 研究區(qū)滑坡個(gè)數(shù)與斷層距離關(guān)系圖Fig.4 The relation map of landslides amount and fault distance

同時(shí)為了確保各參評(píng)因子互不影響和達(dá)到評(píng)價(jià)模型輸入?yún)?shù)準(zhǔn)確性的要求，需對(duì)所選各指標(biāo)因子進(jìn)行篩選。筆者首先選取滑坡災(zāi)害點(diǎn)總樣本的80%(即1 680個(gè)發(fā)生滑坡點(diǎn))和1 680個(gè)未發(fā)生滑坡的樣本點(diǎn)作為訓(xùn)練樣本。然后提取每個(gè)樣本的各分級(jí)后因子等級(jí)值，采用SPSS軟件中進(jìn)行多重共線性診斷，獲取其方差膨脹系數(shù)VIF和相關(guān)性系數(shù)R。計(jì)算結(jié)果顯示分級(jí)后確定的6個(gè)指標(biāo)因子VIF值基本接近，其中信息量模型VIF值范圍為[1.033，1.188]，確定性系數(shù)模型VIF值范圍為[1.067，1.139]，證據(jù)權(quán)模型VIF值范圍為[1.035，1.168]，表明因子之間存在共線性的可能性較小。同時(shí)各因子之間的相關(guān)矩陣R≤0.3，可以認(rèn)為所選各因子之間相關(guān)性微弱或不相關(guān)。因此，這6個(gè)指標(biāo)因子滿足相互獨(dú)立的要求，均可參與模型評(píng)價(jià)。

表4 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造帶滑坡影響距離表Tab.4 The distances of geologic structure and landslide in the study area

表5 各評(píng)價(jià)因子分類(lèi)級(jí)別I值、CF值和Wf值計(jì)算結(jié)果表Tab.5 Calculation Results of I Value、CF Value and Wf Value for Classification Level of each evaluation factor

2.4 評(píng)價(jià)因子權(quán)重值計(jì)算

通過(guò)GIS分析計(jì)算工具中的柵格計(jì)算器將所得的各評(píng)價(jià)因子I值、CF值和Wf值賦予各圖層，獲得18張新評(píng)價(jià)因子的模型值圖。然后提取3 360個(gè)訓(xùn)練樣本各賦值后因子等級(jí)值作為自變量，是否發(fā)生滑坡災(zāi)害作為因變量(0代表未發(fā)生滑坡災(zāi)害，1代表滑坡災(zāi)害點(diǎn))，分別輸入SPSS軟件中進(jìn)行多項(xiàng)邏輯回歸分析。把分析結(jié)果得到的各因子的回歸系數(shù)B作為該因子的權(quán)重，各個(gè)變量在方程中的重要程度通過(guò)sig值(或wals值)來(lái)體現(xiàn)，sig值小者(或wals值大者)變量的顯著性就越高，在方程中貢獻(xiàn)就越大，當(dāng)sig值小于0.05時(shí)才具有統(tǒng)計(jì)意義。

回歸結(jié)果顯示，3種組合模型計(jì)算出的各因子sig值均小于0.05，說(shuō)明選取的6個(gè)因子都是有效的，同時(shí)各因子之間的相關(guān)系數(shù)都小于0.3，表明所選因子是合理的。組合1模型計(jì)算出的因子權(quán)重大小依次為植被指數(shù)、地層巖性、地形起伏度、流域溝壑密度、坡度、距斷層距離，其相應(yīng)的回歸系數(shù)B為(1.021、0.989、0.878、0.864、0.808、0.891)。組合2模型計(jì)算出的因子權(quán)重大小依次為植被指數(shù)、地層巖性、地形起伏度、坡度、流域溝壑密度、距斷層距離，其相應(yīng)的回歸系數(shù)B為(1.088、1.001、0.961、0.715、0.744、1.312)。組合3模型計(jì)算出的因子權(quán)重大小依次為植被指數(shù)、地層巖性、地形起伏度、流域溝壑密度、坡度、距斷層距離，其相應(yīng)的回歸系數(shù)B為(0.85、0.871、0.768、0.666、0.683、0.924)。可見(jiàn)3種組合模型中各因子對(duì)模型貢獻(xiàn)大小變化很小。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析及精度評(píng)價(jià)

3.1 易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)與評(píng)價(jià)結(jié)果

從各因子的回歸系數(shù)與不同組合模型得到的各分類(lèi)級(jí)別的I值、CF值和Wf值乘積可以看出，結(jié)果均表現(xiàn)是在以千枚巖、碳質(zhì)板巖為主的淺變質(zhì)巖區(qū)，距離斷層1.5 km內(nèi)，流域溝壑密度在2.4～3.2 km/km2區(qū)段，坡度10°～30°和地形起伏度為75～175 m范圍內(nèi)，植被裸露區(qū)即NDVI為0.1～0.3分布區(qū)是最容易發(fā)生滑坡災(zāi)害的地方。

在ArcGIS軟件中，根據(jù)3種組合得到的各因子回歸系數(shù)結(jié)合表2中公式(4)計(jì)算出研究區(qū)滑坡災(zāi)害發(fā)生的概率P，生成研究區(qū)滑坡發(fā)生概率分布圖。在此基礎(chǔ)上采用似然比模型對(duì)滑坡易發(fā)性概率結(jié)果按P值大小分為4類(lèi)：極低易發(fā)區(qū)(0～0.25)、低易發(fā)區(qū)(0.25～0.45)、中易發(fā)區(qū)(0.45～0.65)和高易發(fā)區(qū)(0.65～1)，最終得到研究區(qū)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)圖(圖5)。結(jié)合滑坡訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各易發(fā)性等級(jí)區(qū)域內(nèi)滑坡災(zāi)害點(diǎn)個(gè)數(shù)(表6)顯示：組合1模型中76.07%的滑坡災(zāi)害落入中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)，落入低易發(fā)以上的滑坡占滑坡總數(shù)的93.69%；而組合2模型和組合3模型滑坡災(zāi)害點(diǎn)劃分到中易發(fā)以上區(qū)域的滑坡比例分別為73.33%、74.76%。大量的滑坡災(zāi)害點(diǎn)集中發(fā)育在易發(fā)性較高的區(qū)域內(nèi)，而易發(fā)性較低的區(qū)段滑坡發(fā)育相對(duì)較少，表明采用3種組合方法所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際滑坡災(zāi)害點(diǎn)的分布情況基本吻合。

從圖5不同組合模型易發(fā)等級(jí)圖分布狀況來(lái)看，研究區(qū)滑坡高易發(fā)區(qū)主要分布白龍江兩岸，尤其分布在兩河口—桔柑鄉(xiāng)段白龍江左岸區(qū)域。易發(fā)性高的區(qū)域滑坡分布有以下特征：①沿活動(dòng)性斷裂呈線狀分布，組合1模型較明顯地揭示坪定-化馬斷裂對(duì)滑坡發(fā)育的控制作用，而在研究區(qū)南部滑坡集中分布在次級(jí)斷裂和小型褶皺密集區(qū)。②受易滑地層控制明顯，易發(fā)程度極高的區(qū)域主要是由軟弱千枚巖、碳質(zhì)板巖組成志留系1段地層及由灰?guī)r、千枚巖互層構(gòu)成泥盆系6、7段易滑地層區(qū)，該類(lèi)巖組受內(nèi)外營(yíng)力影響強(qiáng)烈，在斷裂帶沿線或新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍區(qū)域常形成具有塑性流特性且厚度小于5 m的淺層殘坡積堆積物斜坡，在降水作用下易發(fā)生中小型滑坡。③在流域溝壑密集區(qū)呈串珠狀連片分布。④地表為基巖出露與裸土地帶且坡面侵蝕程度強(qiáng)的區(qū)域，滑坡集中分塊、分區(qū)發(fā)育。

3.2 精度評(píng)價(jià)

模型精度評(píng)價(jià)是檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果精準(zhǔn)性和合理性的重要手段。筆者采用4種方法對(duì)不同組合模型進(jìn)行精度評(píng)價(jià)：一是根據(jù)實(shí)際發(fā)生的滑坡災(zāi)害點(diǎn)在各易發(fā)等級(jí)區(qū)間內(nèi)的分布情況來(lái)檢驗(yàn)其合理性；二是通過(guò)Sridevi Jadi(1997)經(jīng)驗(yàn)概率法、Cohen’s Kappa(1968)系數(shù)法、ROC成功概率法對(duì)模型評(píng)價(jià)的精度進(jìn)行檢驗(yàn)。

a.組合1模型；b.組合2模型；c.組合3模型圖5 不同模型的易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果圖Fig.5 Susceptibility assessment results of different models

表6 不同模型易發(fā)性分區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)個(gè)數(shù)表Tab .6 The number of landslide in the prone zones of different models

(1)為了避免主觀因素影響，使得構(gòu)建的不同組合模型具備良好的穩(wěn)定性，選取未參與模型訓(xùn)練的415個(gè)滑坡災(zāi)害點(diǎn)(約占樣本總數(shù)的20%)作為預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)率檢驗(yàn)。滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性需滿足2個(gè)檢驗(yàn)準(zhǔn)則：一是檢驗(yàn)樣本點(diǎn)落在高易發(fā)區(qū)的百分比應(yīng)最大和不易發(fā)區(qū)占整個(gè)研究區(qū)面積的百分比應(yīng)該最??；二是檢驗(yàn)樣本點(diǎn)落在各易發(fā)等級(jí)區(qū)的百分比和各等級(jí)區(qū)的面積占整個(gè)研究區(qū)的總面積的百分比的比值，即頻率比應(yīng)該隨易發(fā)區(qū)等級(jí)的增高而增大。從表7可以看出，3種組合模型計(jì)算結(jié)果都完全滿足上述2個(gè)準(zhǔn)則，說(shuō)明滑坡易發(fā)性程度劃分結(jié)果是合理的。

(2)Sridevi Jadi經(jīng)驗(yàn)概率法是1997年由Sridevi Jadi提出的以經(jīng)驗(yàn)概率形式來(lái)表達(dá)精度評(píng)估的方法，屬于受臨界值約束的準(zhǔn)確性統(tǒng)計(jì)方法，其臨界值不唯一，表達(dá)式如下。

(6)

式中：N為評(píng)價(jià)單元總數(shù)；S為存在滑坡的單元總數(shù)；K是斜坡易發(fā)性為中等和高的單元總數(shù)；KS為存在滑坡的斜坡易發(fā)性為中、高的單元總數(shù)。

(3)Cohen’s Kappa系數(shù)法屬于典型的受臨界值約束的準(zhǔn)確性統(tǒng)計(jì)方法且計(jì)算方法便捷，但臨界值的選取具有較大的隨意性和主觀性，定義式為：

(7)

式中：T為評(píng)價(jià)單元總數(shù)，其他各參數(shù)見(jiàn)表8。其中，當(dāng)K>0.61為精度較好的評(píng)價(jià)模型；0.41≤K≤0.60為中等評(píng)價(jià)模型；K<0.41為精度較差的評(píng)價(jià)模型(張茂省等，2019)。

(4)ROC成功概率曲線法是區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)精度檢驗(yàn)且不受臨界值約束的圖形化方法?？芍庇^準(zhǔn)確地反映易發(fā)性從低到高落在不同易發(fā)性區(qū)間內(nèi)的滑坡數(shù)量(滑坡面積)的變化情況，其曲線下的面積AUC越大，表明模型成功率越高、預(yù)測(cè)效果越準(zhǔn)確，具有很好的客觀性和有效性。

3種評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)顯示(表8)，組合1模型預(yù)測(cè)精度和準(zhǔn)確性要優(yōu)于其他2組模型，主要是因?yàn)樾畔⒘磕Ｐ湍茌^好地處理多因子組合帶來(lái)的復(fù)雜性和解決海量數(shù)據(jù)的差異性，再者研究區(qū)滑坡災(zāi)害點(diǎn)信息資料詳細(xì)，能很好地適用自變量，即可是連續(xù)的亦可是離散的邏輯回歸模型，二者組合的模型評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際吻合度較高。

表7 不同模型易發(fā)性檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Tab .7 Comparison of susceptibility test results of different models

表8 不同模型易發(fā)性檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Tab .8 Comparison of susceptibility test results of different models

4 結(jié)論

(2)在評(píng)價(jià)指標(biāo)狀態(tài)分級(jí)劃分過(guò)程中，根據(jù)各指標(biāo)條件下的I值、CF值和Wf值曲線突變點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合滑坡面積及分級(jí)面積頻率曲線作為等級(jí)劃分的臨界值來(lái)確定因子分級(jí)狀態(tài)。該方法同時(shí)適用于連續(xù)型和離散型2類(lèi)指標(biāo)，其本質(zhì)是將對(duì)滑坡易發(fā)性相近區(qū)間進(jìn)行組合，即充分考慮各因子狀態(tài)對(duì)滑坡的差異性影響，又避免了對(duì)狀態(tài)分級(jí)的主觀性劃分，體現(xiàn)了指標(biāo)狀態(tài)分級(jí)的多樣性和合理性。

(3)通過(guò)對(duì)比3種模型在不同易發(fā)區(qū)內(nèi)滑坡頻率比，利用Sridevi Jadi經(jīng)驗(yàn)概率法、Cohen’s Kappa系數(shù)法和ROC成功預(yù)測(cè)概率曲線法比較，發(fā)現(xiàn)組合1模型預(yù)測(cè)精度和準(zhǔn)確性要優(yōu)于其他2組模型，說(shuō)明采用信息量和邏輯回歸組合模型能夠較為客觀準(zhǔn)確地對(duì)白龍江流域滑坡災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。