基于敏感性分析的最优降雨阈值选择

作者：宋宇飞; 范文^*; 左琛; 于宁宇; 陶虹

来源：工程地质学报, 2023, 1-17.

DOI：10.13544/j.cnki.jeg.2022-0054

• 滑坡
• 降雨阈值
• 前期有效降雨量
• 降雨变量
• 相关性分析
• 敏感性分析

降雨变量的选择对于降雨阈值模型的性能至关重要。以秦巴山区2001—2020年2760个降雨型滑坡和日值降雨数据为例，首先对降雨站构建泰森多边形，实现降雨型滑坡和致灾降雨的对应，共获得1053例致灾降雨和283 446例非致灾降雨，以此为数据基础，拟通过当日降雨量(R)和前期有效降雨量(EAR)构建降雨阈值模型；其次，为选择恰当的变量EAR，使用五种有效降雨量模型在不同参数k下生成201种待选的EAR，通过构建直方图获得EAR在致灾和非致灾降雨序列中的概率：P(EAR|L)，P(EAR|NL)，通过贝叶斯公式计算得到降雨致灾的条件概率和先验概率：P(L|EAR)，P(L)；之后分别使用四种降雨变量选择方法确定最优的EAR，其中：基于散度的和基于信息增益的敏感性分析(DGSA，GGSA)通过计算P(EAR|L)和P(EAR|NL)之间的散度和信息增益进行变量选择，基于条件概率的相关性分析通过计算P(L|EAR)和P(L)的曲线下面积差进行降雨变量选择，Pearson相关性分析通过计算EAR和P(L|EAR)之间的相关性系数进行降雨变量选择；为验证四种降雨变量选择方式的合理性，同时使用两种线性分类器和两种非线性分类器直接构建R-EAR型降雨阈值，以平均正确率对降雨变量选择方法进行验证。分析和统计结果表明：1)研究区92.15%的滑坡由降雨诱发，46.59%的降雨型滑坡由暴雨直接诱发，68.95%的降雨型滑坡由暴雨直接或间接诱发，表明暴雨是降雨型滑坡的主要诱因；2)通过DGSA和GGSA计算得到的降雨变量重要性系数与阈值模型的性能之间存在显著的线性递增关系，线性相关性在0.98以上，表明可以通过敏感性分析进行降雨变量选择，达到构建最优降雨阈值模型的目的；3)相较于Pearson相关性分析，在降雨变量与灾害发生频率呈非线性的情况仍可以使用DGSA和GGSA进行降雨变量的选择。

• 单位
  陕西省地质环境监测总站; 长安大学