地质灾害风险评估中GIS技术的应用分析
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作者: 黎立 张黎健
摘 要：本文在简述地质灾害风险概念和评价方法模型的基础上，比较系统的讨论了GIS(地理信息系统)技术在地质灾害风险评估中应用的基本框架、方法步骤和基于GIS技术的地质灾害风险评估系统的建立，从而为更有效的减少各类地质灾害对人类造成的损害提供更为科学合理的依据。
关键词：地质灾害；风险评估；GIS
中图分类号：F416.1 文献标识码：A
1概述
地质灾害是在地质作用下，地质自然环境恶化，造成人类生命财产损毁或人类赖以生存与发展的资源、环境发生严重破坏的过程或现象，是对人类生命财产和生存环境产生损毁的地质事件。因而，从该意义上来讲，地质灾害不仅是一种自然现象，而且带有明显的社会经济属性。
在以往工程地质领域对于地质灾害的研究中， 多考虑地质灾害的自然属性，评价预测也多从其内外影响因素入手，把地质灾害仅作为一种地质动力活动，着力于灾害形成机制与诱发条件、发展规律等自然特征的分析，度量的指标多为稳定性程度等。而对地质灾害的社会属性和与之密切相关当破坏效应等注意的不够。这种状况越来越不适应社会经济发展对减灾研究的需要。诚然，对于单体地质灾害而言，地质灾害自然属性研究必不可少，但如果从一个更深的层次来看，这显然没有考虑到地质灾害的社会经济属性。人类防治地质灾害的最终目的并不是杜绝引起地质灾害的地质现象或地质事件的发生，而是确保这些地质现象或地质事件不对人类造成不可接受的危害。所以从社会减灾防灾意义上讲，除了考虑其自然因素，更应该考虑其社会属性因素，由此才有了地质灾害风除评价的概念的产生。
2 对地质灾害风险概念的认识
目前对灾害风险和地质灾害风险还没有统一的认识。在联合国教科文组织的一项研究计划中，Varnes（1984年)提出了自然灾害及风险的术语定义，随后得到了国际地质灾害研究领域的普遍认同，成为了对地质灾害危险性、易损性和风险评估的基本模式。地质灾害的风险可定义为：在一定的区域时间限度内，特定的地质灾害现象对生命财产、经济活动等可能造成的损失，即地质灾害风险是潜在地质灾害危险性和社会经济易损性的函数，它可表示为：
式中：R(Risk)：地质灾害的风险，指特定的地质灾害现象可能造成的损失；H(Hazard)：一定地区范围内某种潜在的地质灾害现象在一定的时间内发生的概率，即地质灾害的危险性；E(Element)：给定区域内受特定地质灾害威胁的对象，包括人口、财产、基础设施、经济活动等；v(Vulnerability)：特定的地质灾害以一定的强度发生而对受威胁对象所造成的损失程度，即受威胁对象的易损性，它用0～1来表示，0表示无损失，1表示完全损失。
综上所述我们可以看出，地震灾害的危险性(H)和受威胁对象(E)的易损性(v)共同决定了地质灾害的损失大小，是控制地质灾害风险的（R）的基本条件。因此，地质灾害风验评价应从下述两方面进行：(1)地质灾害的危险性评价，其与历史地质灾害活动强度和周期性规律(即灾害发生的频次、规模、分布强度)以及地质灾害孕育的环境与形成条件(即地形地貌、地质背景、水文气象、植被和人类工程活动等影响因素)密切相关；(2)区域社会经济易损性评价，包括了直接易损性评价(受威胁对象分布与抗灾能力)和间接易损性评价(地区社会经济与防灾能力)2个方面内容。
由于实际情况的复杂性，在地质灾害风险评估中很难对H、E、V等进行精确的定量表示。在这种情况下，可以采用“等级”的概念，先对地质灾害的危险性、社会经济易损性进行分级，然后再采用适当的方法进行最终的风险评估。
3 地质灾害风险评价模型
目前有关地质灾害风险评价的模型有信息量模型、层次分析等模型，在这里简述信息量模型。
根据实际情况，将影响地质灾害风险因素的实测值转化为信息量值，并用信息量来表征地质灾害风险影响因素的“贡献”大小，进而评价地质灾害的风险程度。信息量用条件概率计算：
I(X，A)=lg(P(X/A)/P(X)) (3)
式中：I(X，A)为单因素(指标)X影响地质灾害风险A的信息量；
P(X/A)为地质灾害风险恶化条件下出现X的概率；
P(X)为研究区影响因素X出现的概率。具体运算时，总体概率用样本频率计算，即：
式中：I为某一单元P种因素组合情况下地质灾害风险恶化的总信息量；
S为样本区总单元数：
N为该区己知地质灾害风险恶化的单元总数；
S1为含有影响因素X的单元个数；
N1为含有影响因素X的地质灾害风险恶化单元个数。
用总信息量I值作为该单元多种因素共同作用下的地质灾害风险改善的综合指标。对I值进行统计分析(主观判断或聚类分析))找出突变点作为分界点，将区域分成若干个地质灾害风险等级，由此建立的信息量模型，将作为研究区的风险预测模型。只要查明研究区各因素的情况，根据样本区计算出的信息量值，并将各评价单元的诸影响因素的信息量值叠加便可预测地质灾害风险等级。
信息量模型适合于各地质灾害影响要素的信息量比较丰富的地质灾害风险评价，按统计方法对各影响要素进行聚类分析，按照一定的阈值，将评价区域进行地质灾害风险分区。
4 基于GIS技术的地质灾害风险分析
地理信息系统(GIS)是有效表达、处理以及分析与地理分布有关的专业数据的技术，它为人们提供了一种快速展示有关地理信息和分析信息的新的手段和平台。从20世纪80年代以来，GIS在灾害管理中得到逐步深入的应用。
各种地质灾害都是在地球表层一定空间范围和一定时间限度内发生的，尽管不同种类的地质灾害之间、同一种类的地质灾害的不同个体之间大都形态各异，形成机理也是千差万别，但它们都是灾害孕育环境与触发因子共同作用的结果，而这些都与空间信息密切相关，利用GIS技术不仅可以对各种地质灾害及其相关信息进行管理，而且可以从不同空间和时间的尺度上分析地质灾害的发生与环境因素之间的统计关系，评价各种地质灾害的发生概率和可能的灾害后果。
GIS与传统意义上的信息系统的根本差异在于：它不仅可以存储、分析和表达各类对象的属性信息，而且还可以管理空间(图形)信息，可以使用各种空间分析方法，从空间特征和属性特征两个方面对多种不同的信息进行综合分析，寻找空间实体间的相互关系，分析和处理一定区域内分布的现象和过程。GIS软件提供了一些基本的空间分析工具，如区域叠加分析、缓冲分析、矢量栅格数据转换、属性数据查询检索、数字高程模型、数字地面模拟分析等，但仅仅直接利用这些基本的工具进行地质灾害的风险分析显然是不现实的，还需要结合专业地质灾害风险评价模型，如将信息量模型与GIS平台相结合，应用于地质灾害风险评估分析中。
信息量法模拟和层次分析评价模型与GIS的结合可以从以下几个方面考虑：
(1)利用GIS采集数据及进行基础数据处理。GIS具有强大的数据采集与空间分析功能，可以利用它来采集评价所需的数据并进行管理。GIS对数据的预处理一是将定性数据按照一定的原则定量他；二是利用GIS的自动划分功能形成用于评价的图元区域。
(2)应用信息量法模型可扩充GIS的分析评价功能。利用GIS的二次开发功能，选定合适的信息量法模型对GIS进行二次开发，扩充GIS的分析评价功能，实现传统分析方法与GIS的结合。把GIS已经剖分的图元区域的各种信息存入预先确定的数据库，然后通过编写接口，信息量法模型就可以直接调用这部分数据供分析之用。
(3)利用GIS强大的成图功能，将信息量法模型分析结果返还到GIS处理成图，形成最终成果。
这样就可以在建立一个基于GIS技术的地质灾害风险评估系统，首先在建立评估区信息数据库的基础上，结合地质灾害风险评价分析模型(信息量模型)，运用GIS的空间分析功能(缓冲区分析、叠置分析等)、数据融合技术以及高精度计算实现对多种不同类型的地质灾害(如滑坡、泥石流、岩溶塌陷等)进行危险性分析、易损性分析和最终的风险评估。整个地质灾害风险评估工作都是有序进行的，其基本程序见图1所示。
结论
（1）地质灾害风险评估包括地质灾害危险性评价、社会经济易损性评价两大内容。危险性评价应以历史危险性(灾害发生的频率、规模、发布程度)和影响灾害发生的主要因素(基于灾害发育机理研究)的综合分析进行；易损性评价应包括受威胁对象的易损性分析和受威胁对象的价值分析2个方面。
（2） 运用GIS开展地质灾害风险评估是必然趋势，国外已有许多成功的范例。GIS技术为地质灾害在专业评价模型(如信息量模型)条件下的风险评估提供了有效的技术支持。基于GIS技术的地质灾害风险评估系统较好的实现了GIS技术与地质灾害风险评价模型的结合，能够充分利用GIS的图形编辑、属性管理、空间分析、数字高程分析等功能优势，快捷方便的实现一般分析方法与手段难以解决的问题。它可以根据变化了的情况与资料，实时性的进行地质灾害风险分析，进一步缩减风险分析的模糊性与不确定性，具有较强的准确性与客观性，而这正是常规分析手段所难以比拟的。
参考文献
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[2]殷坤龙，朱良峰．滑坡灾害空间区划与GIS应用研究[J]．地学前缘，2001，8(2)：280～284.
[3]戴福秘，张晓晖，李军，等．地理信息系统GIS支持下的城市地质环境评价[J].工程地质学报，2000，8(4)：426～432．
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