2021-4-9 | 自然灾害论文
由于灰色系统理论可对一个系统的发展变化态势提供量化的度量，适合进行动态历程分析，而且灰色关联分析还可弥补常用数理统计方法如回归分析、主成分分析和因子分析等方法对数据量要求大的缺点，其对样本量的多少和样本有无规律同样适用，且计算简单、分析结果适用可行，并可揭示因素关系的强弱程度，得到关联度对各比较序列的优劣顺序［８］。因此，本文针对湖北省矿山开发引发的地质灾害，主要包含四类主要的地质灾害———滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷，结合地质灾害引起的人员伤亡人数和直接经济损失数据，运用灰色关联分析模型对引起人员伤亡和直接经济损失的主要地质灾害影响因素进行了分析，以为地质灾害防治提供依据。
研究区域概况
湖北省矿产资源现状湖北省位于长江中游区域，地跨秦岭—大别和扬子准地台两大一级成矿区带，地层发育齐全，地质构造复杂，岩浆活动频繁，变质作用广泛，是我国著名的铁、铜、磷、石膏和岩盐等矿产资源集中区。矿山采掘业的发展，极大地促进了湖北省矿产品加工业及其相关基础工业的发展［６］。湖北省矿产资源开发利用程度总体上较高，截至２００９年，已发现１４９个矿种、１８８个亚矿种，分别占我国已发现１７１个矿种和２３７个亚矿种总数的８７．１３％和７９．３２％。目前湖北省已查明资源储量的矿种共计９２种、亚矿种１０５个，如果按全国统一标准计算，湖北省保有矿产资源储量潜在总值及每平方千米潜在总值分别为１４７２０亿元、７９１．４１万元，均居全国第１４位，而人均矿产资源储量潜在总值达２．４２５万元，居全国第１７位①。
湖北省矿山地质灾害概况湖北省矿产资源的大量开发利用，加之省内地质条件复杂、降雨丰沛、人类工程活动强烈等因素，造成了全省地质灾害发生种类多，既有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、岩溶塌陷和突水等突发性的地质灾害，又有水土流失、地面沉降和地裂缝等缓发性地质灾害，是我国地质灾害多发省份之一［７］，其中，尤以崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷地质灾害发生最为频繁、破坏性最强。已有研究数据显示，２００３年是湖北省突发性地质灾害最为严重的一年，共发生地质灾害５６１起，其中滑坡４０５起、崩塌８８起、地面塌１７陷６２起、泥石流６起，造成２９人死亡、１１人失踪、６人受伤，直接经济损失达４６８５６．２１万元。同时，地质灾害分布还具有区域类型多样、分散发育和局部类型单一、集中发育的特点。湖北省地质灾害分布主要受地形地貌条件控制，其地域分带性明显，崩塌、滑坡、泥石流主要集中分布在西部山区，尤以长江及其支流沿岸最为严重，岩溶地面塌陷、采空区地面沉陷则主要聚集于鄂东南、鄂中地区，全省地质灾害隐患点（段）共５６５７处，分布在６８个县（市、区）内②。
灰色关联分析模型
灰色关联分析模型（ＧｒｅｙＲｅｌａｔｉｏｎａｌＡｎａｌｙｓｉｓ，ＧＲＡ）的基本思想主要是以两个系统之间的数据序列为基础，按其发展趋势的相似或相异程度，根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。若几何曲线的形状越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小，并依此可以判断引起该系统发展的主要因素和次要因素［９］。灰色关联分析的步骤如下：２．１母序列与子序列的确定首先以原始数据为基础，确定因变量序列和自变量序列，并设因变量序列为母序列，即参考序列为Ｙ′（ｔ）＝｛ｙ′（ｋ）｜ｋ＝１，２，…，ｎ｝；设自变量序列为子序列，即比较序列为Ｘ′ｉ（ｔ）＝｛ｘ′ｉ（ｋ）｜ｋ＝１，２，…，ｎ｝（ｉ＝１，２，…，Ｎ）。２．２数据序列的无量纲化处理对原始数据的无量纲化处理一般有标准化、初值化和平均化３种处理方式以保证母序列与子序列数据的量纲统一，同时也保证各变量因素能处在同一比较标准之上，进而消除量纲带来的分析误差。本文采用标准化处理，即Ｙ（ｋ）＝ｙ′（ｋ）－?ｙσ，Ｘｉ（ｋ）＝ｘ′ｉ－?ｘｉｓ′ｉ，则标准化后的母序列和子序列分别为Ｙ（ｋ）和Ｘｉ（ｋ）。２．３差序列的计算差序列是指母序列与其余各子序列对应期的绝对差值：Δｉ（ｋ）＝｜ｙ－ｘｉ（ｋ）｜，可通过比较计算确定最大绝对差值Δｍａｘ和最小绝对差值Δｍｉｎ。２．４关联系数的计算关联系数的计算公式为ξｉ（ｋ）＝ｍｉｎｉｍｉｎｋ｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜＋ρｍａｘｉｍａｘｋ｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜＋ρｍａｘｉｍａｘｋ｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜（１）式中：εｉ（ｋ）为序列Ｙ（ｔ）和Ｘｉ（ｔ）时刻ｋ的关联系数；｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜＝Δｉ（ｋ）为Ｙ（ｔ）和Ｘｉ（ｔ）在时刻ｋ的绝对差值；ｍｉｎｉｍｉｎｋ｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜＝Δｍｉｎ为最小绝对差值；ｍａｘｉｍａｘｋ｜ｙ（ｋ）－ｘｉ（ｋ）｜＝Δｍａｘ为最大绝对差值；ρ为分辨系数，当ρ越小时，分辨率就越大，取值区间为ρ∈［０，１］，一般认为ρ≤０．５４６３时均满足分析要求，具体可根据情况取值在０．５或０．５以下。２．５关联度的计算通过关联系数的计算可以求得母序列与子序列的关联程度，即关联度。关联度的计算可以采用平均值算法，也可以采用加权平均算法，采用平均值算法的关联度计算公式为ｒｉ＝１ｎ∑ｎｋ＝１ξｉ（ｋ）＝１ｎ［ξｉ（１）＋ξｉ（２）＋…＋ξｉ（ｎ）］２．６关联度的排序关联度越大，说明子序列与母序列变化的态势越一致，则表明该序列对母序列的影响也就越大。如若ｒ１＞ｒ２，则Ｙ′（ｔ）与Ｘ′１（ｔ）的关联度大于Ｙ′（ｔ）与Ｘ′２（ｔ）的关联度，认为母序列Ｙ′（ｔ）与子序列Ｘ′１（ｔ）更相似。
湖北省各类地质灾害与伤亡人数及直接经济损失的灰色关联分析
本文选取湖北省１９９９—２０１０年地质灾害中的伤亡人数、造成的直接经济损失以及各类地质灾害（主要包括滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷）发生起数数据，并将地质灾害中的伤亡人数数据序列设为母序列Ｙ′１（ｔ），地质灾害造成的直接经济损失数据序列设为母序列Ｙ′２（ｔ）；各类地质灾害数据序列中的滑坡数据序列设为子序列Ｘ′１（ｔ），崩塌数据序列设为子序 列Ｘ′２（ｔ），泥 石 流 数 据 序 列 设 为 子 序 列Ｘ′３（ｔ），地面塌陷数据序列设为子序列Ｘ′４（ｔ）。具体原始数据如表１所示。