作品简介
一、设计背景
随着我国经济社会的发展，居民的生活水平逐步提高，人们在生命安全和生存环境等方面提出了更高的要求。据新闻媒体报道，2019年8月10日凌晨，台风利奇马登陆浙江，导致浙江省温州市永嘉县岩坦镇山早村发生山体滑坡，滑坡后堵塞河道，由于降雨量大，溪水上涨快，导致堰塞湖决堤，致使27人死亡，5人失联。事实上，每年夏季，我国东南沿海地区普遍受到台风的侵扰，台风带来的短时强降水，导致山区的滑坡灾害尤为频发，严重影响到人民群众生命财产安全。
2021年7月28日，国务院新闻办公室举行防汛救灾工作情况发布会。据介绍，今年以来气候异常，极端天气事件多发频发。面对严重的汛情灾情，自然资源部开展全国33万处地质灾害隐患点监测预警，成功预报地灾70起，有效避免1800多人伤亡。因此精准的灾害预测能在最大程度上保障居民的生命财产安全。
二、设计思想
本项目以浙江省楠溪江流域为例，以斜坡单元为评价单元，实现对该地区的山体滑坡的易发性、危险性、易损性和风险评价。
1.易发性评价
以斜坡单元为评价单元，选取坡度、坡向、高差、曲率、距离河流距离、地层岩性、距断层距离和NDVI这8项因子，采用信息量法进行易发性评价，并进行精度检验。
图 1 易发性评价流程图
2.危险性评价
在易发性评价的基础上，显示台风路径，并增加降水工况指标，与易发性叠加分析并归一化得到流域滑坡危险性等级分布图。
3.易损性评价
在自然要素的基础上添加社会经济类要素，该评价由社会易损性、经济易损性和环境易损性构成，使用AHP法完成对三类易损性归一化后的加权整合得到。
4.风险评价
在危险性评价和易损性评价基础上，完成对整个区域滑坡灾害的风险评价，最后得到风险评价图。
三、主要功能
1.自然因素导致的滑坡易发性的评估
在易发性评价中，结合117个历史滑坡灾害点数据，计算因子各等级的信息量，公式如下:
为因素所占单元中发生滑坡灾害的单位面积之和；
为因素所占单位总面积；
为已经发生滑坡的单位面积之和；
A为区域内单元总面积。
信息量叠加完成对区域内滑坡灾害的易发性评估，可以根据4个等级：极高易发、高易发、中易发、低易发，直观地判断滑坡灾害的易发情况。
图2 易发性评价图
2.滑坡发生原因分析
对8个因子的分级结合历史滑坡灾害数据，从个数和面积两个方面来分析滑坡灾害的易发性条件并制作统计图，得到以下结论：
1)该流域的滑坡灾害主要发生在坡度15—25°，高差350—850米的地区，这些地区落差大，为滑坡的发生提供了较大的动能。
2)岩性上，砂岩、泥岩夹火山岩或以酸性、中性火山岩为主夹中基性火山岩的地层易发生滑坡灾害；而距离断层线越近的地区，由于地质运动活跃，也更容易发生滑坡。
3)滑坡易发点的坡向主要集中在南坡和东南坡，且距离河流越近也越易发生滑坡。这与当地夏季盛行东南季风的气候有关，再加上台风天气，迎风坡处往往多暴雨，而沿河地区河水流量暴涨从而诱使滑坡发生。
4)值得一提的是，本次项目的潜在滑坡点多分布在植被指数0.6—0.7的植被覆盖较高地区。按照一般经验，植被指数越低，滑坡越易发生。初步推测是由于该地区多山地丘陵，加上较湿润的亚热带季风气候，山区植被覆盖度较高而地势地平地区多建筑用地造成的。
3.提供在台风天气下的易损性评估
使用AHP法并基于单位面积人口、GDP和土地利用完成社会、经济和环境的易损性评估。AHP法使用MATLAB代码实现，得到土地利用、GDP和人口密度指标权重分别为0.7147，0.2185，0.0668。土地利用价值依据《地质灾害风险区划研究》完成并归一化，GDP和人口的转换函数如下：
式中，
为财产指标的转换函数，为财产指标（万元），为人口指标的转换函数，为人口指标。
4.全流域的危险性评价与风险评价
危险性评价是在易发性评价上添加了2019年利奇马台风过境时8月9日的24小时降水量数据，具体计算公式如下：
式中，
为第i个评价单元的危险性系数；
为第i个评价单元的信息量；
为流域内单元最大信息量，为流域内单元最小信息量；
为某种工况下第i个评价单元给定时间内的失稳概率；
为第i个评价单元24小时降水量，为单元24小时最大降水量。
风险评价是对基于自然要素的危险性评价和基于社会经济要素的易损性评价整合，结果如图：
图 3 风险评价图
四、设计特点
1.将斜坡单元作为评价单元
斜坡单元是地质灾害评价中常用到的评价单元，它是由山脊线和山谷线联合构成的，与地质环境、力学条件有明显联系。划分的具体步骤如下：
图4 斜坡单元划分步骤
为简化操作，对斜坡单元的初步划分方法进行了模型构建，使其更加便捷高效。
2.因子相关性检验与易发性精度检验
为检验各因子之间是否独立，按信息量大小对因子各等级赋值（1~5），再进行相关性分析，结果如下：
图 5 易发性指标相关性检验图
各个因子之间的相关性都小于0.3，可看作因子基本相互独立。
易发性精度检验使用两种方法：
本项目中，历史滑坡灾害点在极高易发区、高易发区、中易发区占总数的96.32%，超过了《浙江省县（市、区）地质灾害风险普查与乡镇（街道）地质灾害风险调查评价工作方案》中原则上的80%；在极高易发区、高易发区占总数的73.68%，大大超过了原则上的40%。
ROC曲线检验使用Python代码实现，结果如图：
图6 ROC曲线
同样计算得到AUC（即曲线下面积）=0.815，AUC越接近1则效果越好，因此本项目效果较好。
3.实现台风风圈的估算和路径的时序显示
本项目要研究的是2019年台风利奇马对流域降水的影响，由于缺乏风圈半径数据，将1980—2016年内2000个记录点的台风最大风速和风圈半径做线性回归，得到2019年利奇马台风风圈半径。根据其最佳路径和时间数据，制作了台风的运行路径的时序展示。
线性回归得到公式如下：
最大风圈半径=2.738*最大风速+106.763
4.涉及4大评价方向，内容完整度高
本项目涉及地质、水文、气候、社会经济等诸多要素，并针对不同的指标按社会规范进行不同方面的评价，为滑坡灾害的预测预警、防震减灾提供参考。
五、展望
1.本项目所用数据大多为免费公开数据，精度较差。而完整的滑坡灾害评价需要使用大量精度较高的数据，以提高对灾害的监测、人员财产损失的估算准确度。另外，高精度数据的支持可以进一步制作人员避灾安置点和避灾路线等功能。
2.本项目的危险性评价仅仅使用了台风24小时的降水数据，较为单一。而降水数据其具有时态性的特点，政府部门可以开发相关的防灾系统，将它与气象站搭建接口，实现动态实时的危险性评价及显示。
3.在上述系统的基础上，政府部门可加强与基层的联系。在防灾过程中使用APP登记制度等，让减灾避灾更加高效、快捷。