4.2 山地公路沿线地质灾害危险性评价指标体系
前文已述及危险性评价是风险评价的基础，因此，山地公路地质灾害危险性评价在评价原理、方法上遵循地质灾害风险评价系统的总体原则，具体分析评价的流程可概述如下，首先确定危险性评价指标体系构建方法与原则，分析降雨因素、孕育环境中导致边坡发生灾变的主要影响因子、历史及潜在灾害点发育规则等，进而结合分析结果确定具有层次性的评价指标体系并进行分级，然后采用综合集成的分析方法进行评价。为更好地进行结果释义与表达，本书借助ARCGIS地理信息系统的软件平台实现分析方法的概化数学模型，最后通过其强大的运算功能和图显功能实现易发性分区的直观性描述。
4.2.1 指标体系的构建方法与原则
山地公路地质灾害危险性评价指标体系的构建必须建立在野外地质调查的基础上，只有深入分析研究山地公路沿线地质灾害的类型、分布、发育规律、成因机理及发展演化的趋势，才能确定孕育环境构成要素中哪些是主要控制性指标，即初选的评价指标，进而分门别类形成具有层次性的评价指标体系。
确定了指标体系的构建方法之后将会发现，山地公路地质灾害孕育系统异常复杂，如果试图将所有反映地质灾害形成条件的要素都纳入危险性评价指标体系内是不可能的，所以，要想构建一个能够全面反映孕育环境中地质灾害危险性的评价指标体系，则必须有所取舍，应该遵循某些具有一定假设性的基本原则。分述如下：
1）系统性原则
山地公路地质灾害孕育环境是一个庞大的复杂系统，对其进行分析评价不仅需要考虑自然的地质环境因素，而且要考虑历史灾害因素。因此，评价指标体系应尽可能全面、系统地反映研究区段自然环境地质情况，同时又要避免各评价指标之间出现重叠现象，即理想的评价指标体系要达到评价指标与预定目标有机联系，最终系统地组成一个层次性的整体。
2）主次分明原则
对于一个完整的地质灾害危险性评价体系而言，不同的指标对系统的影响和作用不同，因此建立评价指标体系时要分清主次，对地质灾害易发性具有重要作用或直接关系的要素指标纳入评价体系，其他次要的、间接要素指标应予以舍弃，以便提高评价效率。分清主次关系的另一层内涵在于对选定的评价指标必须通过赋予差异性的权重来区分各自对评价目标的贡献度。由此，可使分析评价过程更加科学，评价结果更为可信。
3）区域差异性原则
山地公路地质灾害发生、发展及演化过程存在明显的区域差异性，这由各地自然地理环境的差异性决定。因此，构建评价指标体系必须在区域地质灾害调查的基础上进行，只有通过深入探求评价区域地质灾害的发育规律，才能提取有价值的评价指标，而不能盲目套用其他地区的既定成果。
4）可操作性原则
评价指标体系的简明及可操作性相当重要，首先应确保提取的各个评价指标简明、准确且具有代表性，这是工作的基础，它决定了后续工作的难易程度和可操作性。可操作性主要体现在提取的评价指标在调查、勘察工作过程中能够获取，同时要求对其量化分级时便于实现。
4.2.2 评价指标优选及数量化标准
1）危险性评价指标的优选
基于对地质灾害发生机理的普遍认识，表征基本地质特征和灾害点分布特征的指标可用于评价各种地质灾害的危险性问题，因此，针对山地公路地质灾害问题，前面对相关孕育环境地质特征和历史及潜在地质灾害点分布特征进行了详细分析。然而，山地公路地质灾害危险性评价的众多因子带有一定的普遍性，特别是针对特定区域山地公路地质灾害问题，常因客观条件的限制，很难完全按照此体系收集齐全数据，或者某些因子在整个地区不具备分异性，而且对单灾种地质灾害的发生所起的作用甚微，故而实际评价中通常仅采用其中部分指标，即有必要对评价指标进行筛选，选取主要指标，剔除关联度较大或评价目标贡献较小的指标［103］。
关于评价指标筛选的方法，国内外众多文献进行了比较全面的总结，普遍认为可采用的方法主要是地质经验法、主成分分析法、两两比较法3种［104］，分述如下：
（1）地质经验法
地质经验法是最基本的评价指标筛选方法。地质灾害危险性评价是一项实践性很强的工作，前人积累的研究成果和评价实施者的工程经验对评价结果的准确性影响重大。因此，通过查阅文献资料来归纳和总结前人所采用的评价指标，并与研究区进行对比研究，不失为筛选评价指标的一种快捷有效的方法［105］。值得注意的是，只有应用较准确的地质判断才能获取评价指标的筛选范围，即其他筛选方法运用的前提仍是地质经验法。
（2）主成分分析法
主成分分析也称主分量分析，旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标。在地质灾害危险性评价问题研究中，为了全面、系统地分析问题，我们必须考虑众多地质灾害影响因子。这些涉及的因素被称为评价指标，在多元统计分析中也称为变量。因每个变量都在不同程度上反映了其影响地质灾害危险性的某些信息，并且指标之间彼此有一定的相关性，因而所得的统计数据反映的信息在一定程度上有重叠。在用统计方法研究多变量问题时，变量太多会增加计算量和增加分析问题的复杂性，人们希望在进行定量分析的过程中，涉及的变量较少，得到的信息量较多。基于这一目的，主成分分析可在保证数据信息损失最小的前提下，经线性变换并舍弃一小部分信息，获得新的综合变量，取代原始多维变量。
主成分分析法的基本思路是：设某个总体样本X具有p个特征变量，即X =（x1，x…，x）T，其均值向量为μ ，协方差阵为V，使得这p个特征向量x，x…，x组成尽
2p12p可能少的q个综合变量y1，y2…，yq，而且要求这些新的综合变量y1，y2…，yq，既能反映原变量x1，x2…，xp所反映的信息，同时又能使新的q个y1，y2…，yq综合变量互不相关［105，106］。求主成分的步骤可概括为：
①从协方差阵V出发，首先求出V的一切非零特征根，并以大小顺行排列成λ1≥λ2≥…≥λk≥0，其余p -k个特征根均为0；
②求出这k个特征根λ，λ…λ相对应的特征向量a，a…，a，取
，即为k个主成分，且互不相关；
③以累积方差贡献率为测度，来确定主成分个数q。
（3）两两比较法
两两比较法在基本思路和分析步骤上类同于层次分析法的单排序，通过两两比较同一层次各指标的重要性程度可构造成判断矩阵，并求取该矩阵的最大特征值，进而通过求解特定模式的齐次方程，然后得到其次方程的解，最终归一化处理后解向量的相对大小表示了各指标的相对重要性程度。
从以上论述不难得出，主成分分析法用特征向量代替原始因素指标向量，虽然从数学上讲可以较好地保证指标之间的线性无关，但是特征向量的物理意义不可避免地变得混淆不清。因此，此法虽然直观、易于操作，但有悖地质灾害危险性评价过程中应始终抓住地质分析这一有力武器的原则。两两比较法符合人脑思维习惯，在指标众多而且地质过程尚不是十分清楚的情况下，采用此法确实是较为有效的，而且数学上较严格，不得已时不失为可取之法。地质经验法虽然操作起来困难较大，而且带有较大的人为随意性，但只要前期地质分析具有足够的深度，评价结果的可靠性与合理性就有望得到保证。
本书将结合地质经验法和两两比较法进行指标的优选，操作上首先保留第2章和第3章分析的特征指标，然后通过层次分析法对各种危险性影响因子赋予不同的权重，以此来定量化描述不同指标对地质灾害易发性评价系统的贡献度。
2）危险性评价指标的分级量化
评价指标在评价预测模型中作为地质变量，必须赋予量化的值。通常情况下，从数值特征上，指标可分为两类，一类是连续型指标（定量指标）；另一类是离散型指标（定性指标）。同一评价指标体系内存在两种不同的指标类型必然会对评价过程中的建模计算造成困难，故此，必须设法按照某一合理的原则将半定量或定性指标通过赋予合理化数值转化为定量指标，以此来实现评价指标类型的统一化。
基于各单灾种地质灾害发生、演化机理分析，参照重庆市国省干线公路地质灾害孕育环境特征和历史及潜在地质灾害分布特征，本书对各单灾种地质灾害危险性评价指标按表4.1、表4.2进行定量化分级。
3）危险性评价指标数值标准化
表4.1、表4.2列出了各评价指标数值与危险性等级之间的二元关系及分级标准。由于各变量的测量单位不一致，每个变量的表现力则不同，有时某些变量有被夸大的现象，因此要消除变量的量纲效应。这就是评价指标的标准化处理。标准化处理可采用极差化方法，处理公式如下：
对于越大越有利的指标采用
对于越小越有利的指标采用
式中 xij——极差后的数据；
xij——原始数据；
ximin，ximax——i行数据的最小值和最大值。
特别要注意的是指标体系内有效降雨量、高程、地质构造、河流切割等指标都存在无最大值的情况，以滑坡灾害有效降雨量为例，对极高度危险性等级应大于190 mm，但是为了便于数据标准化，我们限定一个区间范围为［190，250］，其他几个指标做类似处理。如果在后续计算中评价指标的实际值超过了该限制范围，则在标准化处理过程中按照区间最大值进行计算。另外，分级标准内还存在某些离散型指标，如岩土体结构和斜坡体类型两个指标，对于这两种指标我们按照危险性等级由低到高依次对其进行赋值处理，分别为［0，0.2）、［0.2，0.4）、［0.4，0.6）、［0.6，0.8）、［0.8，1.0）。
经标准化处理后的分级标准如表4.3、表4.4所示。
表4.3 滑坡灾害危险性评价指标分级标准化（无量纲）
续表
表4.4 崩塌灾害危险性评价指标分级标准化（无量纲）
4.2.3 层次性评价指标体系图解
通过前述分析可知，评价山地公路地质灾害的危险性可从孕育环境地质特征和历史及潜在地质灾害特征两方面着手，这两方面的特征又包括众多的二级因子和三级因子，即评价指标具有一定的层次性，于是可初步建立山地公路单灾种地质灾害危险性评价的指标体系，如图4.1所示。
图4.1 山地公路地质灾害危险性评价指标体系
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