先通过信息量法将9个因子特定属性段的值,结合ArcGIS的数据处理模块,将属性值转化为影响因子的信息量,再将其转换为数值矩阵后加载至Matlab R2013。参与运算的影响因子作为9个输入层,影响因子的贡献率作为9个输出层,结合公式(3),设置隐含层神经元数为8,输出节点为1,迭代次数为104次,目标误差为10-7,构建BP神经网络进行训练。最后基于训练结束时BP神经网络的输出结果,求得各影响因子对土质滑坡的贡献比例(图2—3)。
(1)高程。高程是土质滑坡发生的基础条件,不同的高程对滑坡运动的影响也存在差异。根据研究尺度与土质滑坡点的实际情况,从350 m起,以300 m为步长,根据ArcGIS中的自然断点法进行分级,得到土质滑坡的栅格比例与信息量值。发生土质滑坡的高程多为350~650 m。
(2)坡度。坡度反映了地表单元的陡缓程度,是分析土质滑坡形成条件、易发性的重要基础数据。利用ArcGIS中Surface Analysis的坡度工具Slope提取研究区的坡度数据,最容易发生土质滑坡的坡度为10°~20°。
(3)地形起伏度。地形起伏度是定量描述地貌形态的重要参数,起源于前苏联科学院地理所提出的“地形切割深度”概念,目前已成为划分地貌类型的重要指标。地形起伏度可在宏观上描述地表起伏,由研究区内海拔最高处与最低处之差确定[22],计算公式为:
H=Hmax-Hmin(3)
式中:H为地形起伏度; Hmax为最高海拔; Hmin为最低海拔。
(4)岩石坚硬程度。研究区出露地层自中元古界冷家溪群至新生界第四系,缺失石炭系、新近系、古近系。在一个区域内,可供滑坡形成的固体物质量首先取决于地质因素,软弱或软硬均有分布的岩层易遭到破坏与侵蚀,有利于滑坡的形成[23]。根据湖南省1:250万地质图和《岩土工程勘察规范》[24],对研究区的岩石坚硬程度进行划分(表2),在较硬岩间发生土质滑坡的比例最高,次为软岩。
(5)沟谷密度。作为描述地表被水道切割破碎程度的重要因素,沟谷密度与地面破碎程度成正比,在地表径流易形成的情况下,土壤侵蚀逐渐加剧并不断诱发滑坡[25]。沟谷密度的计算公式为:
Ds=(∑L)/A(4)
式中:Ds为沟谷密度; ∑L为研究区内的沟谷长度; A为研究区面积。
经ArcGIS提取沟谷、矢量化、剔除伪沟谷后,得到研究区的沟谷密度。
(6)年降雨量。在降雨期间或者降雨过后,岩土体内的空隙水压力升高,降雨入渗在裂隙处形成局部饱水带[26],使得潜在滑动面上的有效应力与抗剪强度降低[27],诱发岩土体失稳与变形[28]。年降雨量越集中,对土壤黏性、含水量、抗剪强度等性质的影响越显著,年降雨量在1 370~1 420 mm所引发的土质滑坡最多。
(7)地貌类型。研究区地貌类型分为侵蚀溶蚀型中山峰丛洼地地貌(I)、侵蚀溶蚀型低山溶丘谷地地貌(Ⅱ)、河谷侵蚀型堆积地貌(Ⅲ)、侵蚀构造型中低山地貌(Ⅳ)和溶蚀构造型高山台地峡谷地貌(Ⅴ),侵蚀构造型中低山地貌中最易发生土质滑坡。
(8)土壤类型。研究区地带性土壤、耕作土壤均有分布(表3),成土母质复杂。粗骨土分布于沟深坡陡的丘陵地带,土层浅薄,岩石碎屑或砾石含量高; 红壤呈带状分布于研究区东部和北部,范围较广; 酸性紫色土作为初育土壤,母岩疏松,易于崩解。
(9)土壤侵蚀强度。根据目前我国土壤侵蚀强度的划分标准[29](表4)和区内强烈的岩溶发育程度,水力侵蚀为研究区土壤侵蚀最主要的类型。强度水力侵蚀最易诱发土质滑坡。