城鎮(zhèn)地質(zhì)災害風險調(diào)查評價斜坡單元劃分方法研究

中圖分類號：P642 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）19-0144-05

Abstract：Throughtheivestigationofslopeunitdivisionmethodsandaplication，wecolecteddataonthequalityandeicincyof slopeunitdivisionfrom15projectgroups，andanalyedthatthemainreasonsforthepoorqualityandloweficiencyofslopeunitdivision are DEM data accuracy，division method，and threshold setting.Aiming at the above reasons： ① 5，8，and 12.5 m precision DEM data are used respectively; ② Global Mapper software optimizes the slope unit division method; ③ Compare the countermeasures for dividing the 1000，2000，Oo4，O00，ndotresldvluesinhsmearea.nalltatisticalalysisasedoutby comparingtheareadistributionof slopeunits，perimetersquareandarearatio.Atthesametime，therationalityandtimeconsumptionof 15projectgroups todivideslopeunitswerecounted.Theresultsshowthattheimprovementofslopenitdivisionmethodissimpleand easytooperate，andhasgoodqualityandeconomicbenefits.Itcanmettherequirementsofurbangeologicaldisasterisksurveyand evaluationprojectsfurterimproveteaccuracyofevaluatiosultsndbeerprovidesupportforgologicaldisasterskautio.

Keywords：slope unit; geological disaster;ArcGIS；Global Mapper;risk investigation and evaluation

城鎮(zhèn)地質(zhì)災害風險調(diào)查評價通常為選取某種評價單元，對某一特定區(qū)域，在某種特定條件下發(fā)生地質(zhì)災害時造成的人員、經(jīng)濟等損失的可能性預測。評價單元指地質(zhì)災害風險性評價過程中，基于評價方法和評價目的的需要，將研究區(qū)劃分為規(guī)則或不規(guī)則、有限的、確定范圍的評價單元，評價單元的劃分對地質(zhì)災害風險性具有一定的影響。常用的地質(zhì)災害風險性評價單元劃分主要有：網(wǎng)格單元、獨特條件單元、斜坡單元和地域單元。大多數(shù)項目均選取斜坡單元為地質(zhì)災害風險性評價的基礎單元，斜坡是滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害孕育的最基本單元。斜坡單元劃分主要依靠人機交互共同完善，在項目開展過程中斜坡單元劃分質(zhì)量、效率較低。近年來陜西省下發(fā)數(shù)個城鎮(zhèn)地質(zhì)災害風險調(diào)查評價項目，由于陜西省不同地區(qū)地形地貌復雜，自然斜坡的邊界變化較大，目前的方法主要為人機交互方法和人工勾畫，存在的問題主要為斜坡單元劃分精度差、效率低，難以滿足同時開展項目的時間要求和城鎮(zhèn)風險調(diào)查評價工作的質(zhì)量要求。

本次以陜西省15個項目為研究對象，通過篩選DEM數(shù)據(jù)精度、優(yōu)化劃分方法、調(diào)整閾值設置3個方面進行研究，以提升城鎮(zhèn)地質(zhì)災害風險調(diào)查評價項目斜坡單元劃分質(zhì)量及效率。

1斜坡單元劃分方法及應用情況

斜坡單元劃分是指對自然地形中的斜坡進行分段處理，以便進行斜坡風險評價。常見的劃分方法主要包括地形分界法、網(wǎng)格劃分法、接縫線劃分法和人工圈定等。常規(guī)方法依賴于水系提取和流域分割，基于DEM數(shù)據(jù)子流域界定提取山脊線，反轉(zhuǎn)DEM同樣方式操作提取山谷線，通過山脊線與山谷線相交劃分斜坡單元（圖1）。后續(xù)結(jié)合遙感影像、DEM數(shù)據(jù)、野外驗證對斜坡單元劃分進行校核，該方法效率低下。

對15個項目組劃分斜坡單元方法進行調(diào)查訪問，均為上述常規(guī)方法，目視檢查斜坡單元與地形圖契合度，現(xiàn)狀斜坡單元劃分質(zhì)量參差不齊，野外校核數(shù)量占斜坡單元總數(shù)平均值為 51.78% ，給野外調(diào)查過程增加了較大的工作量（圖2）。統(tǒng)計各項目組斜坡單元劃分、校核消耗時間，每個項目平均耗時為 13.03d 平均每個斜坡單元耗時為 0.14h （圖3、圖4）。

2 原因分析

收集上述斜坡單元劃分數(shù)據(jù)，斜坡單元劃分不合 理主要表現(xiàn)為坡體中部不合理切割（圖5（a））同一坡 面切割過于碎片化（圖5（b））斜坡單元周界混亂（圖 5（c））。

對現(xiàn)狀3個問題進行了逐項原因分析（圖6），共查找原因8條，并根據(jù)每條原因分別對應人、機、料、法和環(huán)集中類型進行歸類分析，其中斜坡單元劃分方法復雜對應5條原因，斜坡單元劃分與地形吻合度低對應7條原因，斜坡單元劃分效率低對應5條原因。

綜上所述，影響斜坡單元劃分地形吻合度、效率的主要原因有數(shù)據(jù)源精度、斜坡單元劃分方法、水系匯水閾值設置3個方面，本次分別對不同DEM高程數(shù)據(jù)、斜坡單元劃分方法、集水面積閾值設置進行試驗對比分析。

3 制定對策

針對上述原因，分別對比： ① 收集不同精度DEM

數(shù)據(jù)； ② 劃分方法調(diào)整； ③ 對比相同數(shù)據(jù)精度不同閾值結(jié)果，對斜坡單元劃分結(jié)果進行驗證校核（圖7）。

第一，提高DEM數(shù)據(jù)精度，分別收集 12.8，8.5m 精度高程數(shù)據(jù)。

第二，引入Global Mapper軟件優(yōu)化斜坡單元劃分方法。

第三，對比同一地區(qū) 1000、2000、3000、4000 5000、7000、10000閾值劃分結(jié)果。

4實施對策

第一，分別截取研究區(qū)相同區(qū)域不同DEM劃分斜坡單元進行對比分析，結(jié)果表明，5mDEM精度高程數(shù)據(jù)劃分斜坡單元合理數(shù)為5個（圖8（c）），8mDEM精度高程數(shù)據(jù)劃分斜坡單元較合理數(shù)為3個（圖8（b）），12.5mDEM 精度高程數(shù)據(jù)劃分斜坡單元均不合理（圖8（c）），同時項目組對斜坡單元劃分結(jié)果與手圖清圖進行對比，發(fā)現(xiàn)5mDEM較 8m，12.5m 數(shù)據(jù)劃分更加精細，故5mDEM精度高程數(shù)據(jù)劃分斜坡單元地形吻合度更高。

第二，本次采用GlobalMapper軟件分析工具中生成水系（水域）命令生成以單元劃分的水域面與水系線相結(jié)合的方法共同劃分斜坡單元（圖9），再結(jié)合ArcGIS軟件以線對面進行分割，最終得到斜坡單元。該方法對比常規(guī)方法綜合考慮坡面溪流匯水情況，并且在上游坡體匯水區(qū)域不做切割，更適合于城鎮(zhèn)地質(zhì)災害風險調(diào)查評價項目。

第三，分別對比常規(guī)方法、本次研究方法不同閾值斜坡單元劃分效果（圖10一圖14），結(jié)合城鎮(zhèn)地質(zhì)災害風險調(diào)查成果野外調(diào)查核實后手圖清圖，最終確定陜南地區(qū)水系匯水閾值設置為3000，同時表明本次劃分方法較合理。

本次分別運用ArcGISGlobal Mapper進行研究區(qū)斜坡單元劃分，最終結(jié)果表明5mDEM高程數(shù)據(jù)源，陜南地區(qū)水系匯水閾值設置為3000，基于GlobalMapper與ArcGIS交互方法劃分斜坡單元，檢查分析后，各項目標均滿足預定目標要求。

5 效果檢查

改進方法和常規(guī)方法的定量差異，可通過2種方法所劃分的單元大小與形態(tài)來表征來檢驗。單元大小對地質(zhì)災害風險調(diào)查評價十分重要，因為描述地質(zhì)環(huán)境因子的各種指標是按單元來提取的，為了使每個單元的環(huán)境因子具有可比性，各個單元所覆蓋的區(qū)域大小應該大體上是相近的，大小均勻性可通過單元面積的分布來反映，因此本次定量效果檢查采取斜坡單元面積分布（圖15）周長平方與面積比（圖16）的方法

以實施對策中 5m 分辨率的高程為數(shù)據(jù)源，統(tǒng)計結(jié)果：改進方法劃分的單元面積集中在 0.1×10⁴～6× 10⁴m² ，超過全區(qū)總單元數(shù)的 90% ，面積在 0.1×10⁴m² 以下和 6×10⁴m² 以上的單元數(shù)量均不足總數(shù)的 10% 常規(guī)法劃分的單元面積在 0.1×10⁴m² 以下和 6×10⁴m² 以上的數(shù)量均超過總數(shù)的 10% 。可見，改進方法劃分的單元大小較為均一，而常規(guī)方法劃分的單元碎塊比較多。

基于前述對策實施，研究區(qū)最終劃分斜坡單元最終劃分斜坡單元1879個，通過野外調(diào)查、等高線、手圖與斜坡單元劃分結(jié)果，目視統(tǒng)計、定量對比最終斜坡單元合理的個數(shù)為1696處，剩余183處斜坡單元尚存在較小問題，需人機交互進行修改，但是斜坡單元地形吻合度已達到 90.26% ;對上述183處斜坡單元劃分進行人機交互修改，修改完成后與實際地形線對比校核，斜坡單元地形吻合度達到 95.2% 。

以佛坪縣袁家莊街道辦為例（圖17），最終劃分斜坡單元470個，室內(nèi)劃分耗時 ^2h ，人機交互耗時 2d 野外校核耗時2d，合計耗時 4.25d ，單個斜坡單元耗時為 0.072h ，對比前述統(tǒng)計時間 0.14h 單項目斜坡單元劃分總耗時縮小至原耗時 51.43% ；現(xiàn)狀調(diào)查15個項目組平均斜坡單元數(shù)為766個，因此單項目耗時為（766/470）×4.25=6.93d ，對比前述統(tǒng)計時間 13.03d ，單項目斜坡單元劃分總耗時縮小至原耗時 53.16% ，分別對比斜坡單元劃分地形吻合度和效率初始值、目標值、目標完成情況對比，如圖18所示。

注：消耗時長單位為單個斜坡單元/h。

6 結(jié)論

第一，在陜西省南部等地形地貌復雜的地區(qū)，選擇5m 及以下精度DEM數(shù)據(jù)進行斜坡單元劃分結(jié)果較好。第二，使用GlobalMapper軟件進行生成水域面與水系線相結(jié)合的方法共同劃分斜坡單元，能夠使斜坡單元的邊界更好地符合自然地形。第三，巴山區(qū)斜坡劃分水系匯水閾值選取3000更接近原始斜坡形態(tài)特征。

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