Оценка оползневых процессов на территории г. Томска c использованием ГИС-технологий
Аннотация
Введение: В настоящее время в городе Томске увеличивается площадь застройки, появляются новые микрорайоны на ранее неосвоенных землях (например, на левобережье р. Томь), происходит перепланировка и реконструкция центральной части города. Без учета динамики, механизмов, факторов и закономерностей развития опасных природных и техно-природных процессов, прогноза их развития, невозможно качественное развитие территории. Цель работы – установить закономерности распространения оползней, оценить интенсивность их развития и спрогнозировать вероятность их проявления в пределах новых границ города. Методы исследований: Оценка и прогноз развития оползней выполнялись с использованием ГИС-технологий, которые являются важным инструментом в процессе управления городом благодаря их возможности обрабатывать и анализировать многомерные данные о геологической среде. Для определения «веса» факторов, обусловливающих развитие оползней, использовались два метода: анализа иерархий (analytical hierarchical process, AHP) и соотношения частотностей (frequency ratio, FR). Для валидации карт восприимчивости использовался анализ кривых рабочей характеристики приемника (Receiver Operating Characteristics, ROC). Результаты и обсуждение: Составлена карта распространения оползней на территории города, включающаяся 25 полигонов. Затем эти полигоны были случайным образом разбиты на две части: 17 полигонов (70%) для обучения модели и 8 полигонов (30%) для валидации модели. Для анализа пространственных закономерностей, обусловливающих развитие оползней, выбрано семь факторов: уклон поверхности, экспозиция склона, кривизна, абсолютные отметки поверхности, геологическое строение территории; типы фильтрационных разрезов, расстояние до реки. Используя обучающий набор данных, были построены прогнозные карты восприимчивости на основе проведенного ранжирования факторов двумя методами. Пространственная корреляция между местоположением оползней и обусловливающими их факторами была выявлена с помощью статистических моделей, на основе ГИС. Качество моделей оценивалось с помощью анализа ROC-кривых. Площадь под кривой (составила 0.750 для AHP-модели и 0.844 для FR-модели, что говорит о высоком качестве прогнозных карт. Итак, оба методы оказались пригодными в оценке восприимчивости территории к оползням. Выводы: Впервые построены карты восприимчивости территории к оползням в новых границах города, проверено качество моделей. Построенные карты рекомендуется использовать для контроля и оперативного управления состоянием геологической среды, при оценке стоимости земель городской территории, в учебной работе при преподавании дисциплины «Инженерная геодинамика».
Скачивания
Литература
2. Olkhovatenko V.E., Lazarev V.M., Filimonova I.S. Geojekologicheskie problemy zastrojki territorii Tomsk i meroprijatija po ee inzhenernoj zashhite [Geoecological problems of development of the territory of Tomsk and measures for its engineering protection]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'- nogo universiteta = Bulletin of the Tomsk state University of architecture and construction, 2012, no. 1, pp. 141–150. (In Russ.)
3. Leonova A. V., Lomakina K. M., Dmitrieva S. A., Baranova A. V. Geotechnical properties of gullying in Tomsk oblast. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2016, vol. 43. Article number 012037. DOI
4. Leonova A. V. Faktory ovragoobrazovanija v rajone stroitel'stva Severskoj AJeS v Tomskoj oblasti [Factors of gulley formation in the area of construction of the Seversk NPP in the Tomsk region]. A. V. Leonova; scientific adviser T. Ja. Emel'janova. Problemy geologii i osvoenija nedr: trudy XIII Mezhdunarodnogo simpoziuma imeni akademika M. A. Usova studentov i molodyh uchenyh, posvjashhennogo 110-letiju so dnja rozhdenija K. V. Radugina [Problems of Geology and development of mineral resources: Proceedings of the XIII international Symposium named after academician M. A. Usov students and young scientists], Tomsk Polytechnic University. Tomsk, TPU Publishing house, 2009. pp. 206–207. (In Russ.)
5. Olkhovatenko V. E., Chernyshova N. A., Kraevskij A. A. Geojekologicheskaja ocenka i prognoz osadok gruntovyh tolshh pri dlitel'nom vodoponizhenii na opolzneopasnoj territorii Lagernij Sad Tomsk [Geoecological assessment and forecast of soil sediments during long-term water supply in the landslideprone territory of the Lagerny Garden of Tomsk], TGASU publ., 2013, 127 p. (In Russ.)
6. Sostojanie geologicheskoj sredy (nedr) territorii Sibirskogo federal'nogo okruga v 2015 [State of the geological environment (subsurface) of the territory of the Siberian Federal District in 2015]. Newsletter, vol. 12, AO «Tomskgeomonitoring», Tomsk, OOO «D-print» publ., 2016, 160 p. (In Russ.)
7. Ghorbanzadeh O., Feizizadeh B., Blaschke T. An interval matrix method used to optimize the decision matrix in AHP technique for land subsidence susceptibility mapping. Environmental Earth Sciences, 2018, vol. 77, Article number 584. DOI
8. Gudiyangada Nachappa T., Tavakkoli Piralilou S., Ghorbanzadeh O., Shahabi H., Blaschke T. Landslide Susceptibility Mapping for Austria Using Geons and Optimization with the Dempster-Shafer Theory. Applied Sciences, 2019, vol. 9 (24). Article number 5393. DOI
9. Gudiyangada Nachappa T., Kienberger S., Meena S.R., Hölbling D., Blaschke T. Comparison and validation of per-pixel and object-based approaches for landslide susceptibility mapping. Geomatics, Natural Hazards and Risk. 2020, vol, 11, no. 1, pp. 572–600 DOI
10. Guzzetti F., Reichenbach P., Ardizzone F., Cardinali M., Galli M. Estimating the quality of landslide susceptibility models. Geomorphology, 2006, vol. 81, pp. 166–184. DOI
11. Ivanova E. Landslide Susceptibility Mapping using Frequency Ratio and Analytic Hierarchy Process (AHP): Comparative study of two areas in Bulgaria. Proceedings of the International Conference Analysis and Management of Changing Risk for Natural Hazards, 18-19 November, 2014, Padua, Italy. 2014. pp. AP23-1–AP23-9, URL
12. Rasyid A. R., Bhandary N. P., Yatabe R. Performance of frequency ratio and logistic regression model in creating GIS based landslides susceptibility map at Lompobattang Mountain, Indonesia. Geoenvironmental Disasters, 2016, vol. 3, Article number 19. DOI
13. Zhang Y. X., Lan H. X., Li L. P., Wu Y., Chen J., Tian N. Optimizing the frequency ratio method for landslide susceptibility assessment: A case study of the Caiyuan Basin in the southeast mountainous area of China. Journal of Mountain Science, 2020, vol. 17. Article number 2. DOI
14. Zhuang J., Peng J., Zhu X., Li W., Ma P., Liu T. Spatial distribution and susceptibility zoning of geohazards along the Silk Road, Xian-Lanzhou. Environmental Earth Sciences, 2016, vol. 75. Article number 711. DOI
15. Pokrovsky D. S., Kuzevanov K. I. Gidrogeologicheskie problemy stroitel'nogo osvoenija territorii Tomska [Hydrogeological problems of construction development of the territory of Tomsk]. Obskoy vestnik – Obskoy Bulletin, 1999, vol. 1-2, pp.96–104. (In Russ.)
16. Lee S., Thalib J. A. Probabilistic landslide susceptibility and factor effect analysis. Environmental Geology, 2005, vol. 47, pp. 982–990. DOI
17. Saaty T. L. The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation, Mcgraw-Hill, New York, NY. 1980.
18. Linden A. Measuring diagnostic and predictive accuracy in disease management: An introduction to receiver operating characteristic (ROC) analysis. Journal of Evaluation in Clinical Practice. 2006, vol. 12, pp.132–139. DOI
