層次分析法在爐霍縣泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

付 奇，何政偉，薛東劍

（1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；2.成都理工大學(xué) 地質(zhì)調(diào)查研究院，四川 成都610059；3.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,四川成都610059）

層次分析法在爐霍縣泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

付 奇1,3，何政偉1,2，薛東劍1

（1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；2.成都理工大學(xué) 地質(zhì)調(diào)查研究院，四川 成都610059；3.成都理工大學(xué)旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,四川成都610059）

在深入研究爐霍縣泥石流災(zāi)害的基礎(chǔ)上，以實(shí)地考察數(shù)據(jù)為依據(jù)，以層次分析法為技術(shù)方法，對(duì)爐霍縣泥石流易發(fā)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。選取高程、坡度等 8個(gè)指標(biāo)作為影響泥石流易發(fā)性的評(píng)價(jià)因子，通過(guò)建立系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建判斷矩陣，從而求出各因子的權(quán)重，建立泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型。實(shí)踐證明，基于層次分析法的泥石流災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)是有效和實(shí)用的。

泥石流；易發(fā)性；層次分析法；爐霍縣

泥石流是山區(qū)特有的一種不良地質(zhì)災(zāi)害,是由暴雨或上游冰雪消融形成的攜帶有大量泥砂和石塊的間歇性洪流。它具有暴發(fā)突然、來(lái)勢(shì)兇猛、歷時(shí)短暫、破壞力強(qiáng)的特點(diǎn)，常在瞬間淹沒(méi)農(nóng)田、沖毀道路橋梁等建筑物，對(duì)山區(qū)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)巨大的破壞。泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)是將產(chǎn)生泥石流的基本條件、引發(fā)泥石流的外界因素以及泥石流的綜合特征通過(guò)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，定量或半定量地評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)泥石流溝道的危險(xiǎn)度等級(jí)。隨著泥石流理論研究的不斷深入，泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)越來(lái)越多地引起了人們的重視[1]。目前，在國(guó)內(nèi)外有關(guān)泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的研究中，常采用模糊綜合評(píng)判法、灰色系統(tǒng)理論、多元回歸分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和GIS技術(shù)等[2-6]。綜合考慮各方面的因素，本文采用層次分析法來(lái)對(duì)影響泥石流災(zāi)害的因子進(jìn)行評(píng)估，從而得出爐霍縣泥石流災(zāi)害易發(fā)分區(qū)。

1 爐霍縣泥石流災(zāi)害發(fā)育概況

在空間分布上，新都鎮(zhèn)（含縣城）、仁達(dá)鄉(xiāng)、朱倭鄉(xiāng)和旦都鄉(xiāng)的泥石流災(zāi)害（見(jiàn)圖1、圖2)最為嚴(yán)重。從這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分布來(lái)看，大都屬鮮水河、達(dá)曲、泥曲及其支流兩岸，而河谷谷坡及山麓坡腳地帶往往是本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布最為集中的區(qū)域。統(tǒng)計(jì)資料表明，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育密度和地形地貌切割程度密切相關(guān)，鮮水河沿岸區(qū)域泥石流災(zāi)害密度最大，危害性較大；充古鄉(xiāng)、卡娘鄉(xiāng)、宗塔鄉(xiāng)、宗麥鄉(xiāng)、下羅柯馬鄉(xiāng)和洛秋鄉(xiāng)泥石流災(zāi)害數(shù)量較少，危害相對(duì)較小，為弱發(fā)育區(qū)域（見(jiàn)表1）。

表1 爐霍縣泥石流空間分布表

在時(shí)間上分布，縣內(nèi)1950～1980年為泥石流災(zāi)害少發(fā)期，1980～2000年為泥石流災(zāi)害多發(fā)期，2000年以來(lái)為泥石流災(zāi)害高峰期。2000年以來(lái)人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈，忽視了地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)，成為區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害的集中發(fā)育時(shí)間段，主要有1998年、2000年、2003年和2004年4個(gè)高峰年，也是區(qū)內(nèi)有史以來(lái)的4個(gè)災(zāi)害集中發(fā)育的年份，且有逐年增強(qiáng)的趨勢(shì)。

圖1 沙灣泥石流

圖2 瓦角村泥石流

2 層次分析法的原理

層次分析法 (AHP)是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家 A.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。它將人的思維過(guò)程層次化、數(shù)量化，將決策問(wèn)題的有關(guān)元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種定性和定量分析相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策。應(yīng)用這種方法,決策者通過(guò)將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干層次和若干因素,在各因素之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較和計(jì)算,就可以得出不同方案的權(quán)重,為最佳方案的選擇提供依據(jù)[7]。

2.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的建立

運(yùn)用AHP法來(lái)解決爐霍縣泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)，在深入分析實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，將各個(gè)影響因素分為 3層：目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）和方案層（C）。同一層的因素受上一層的因素的影響，同時(shí)又支配下一層的各個(gè)因素。

2.2 判斷矩陣的構(gòu)建

在層次分析法中，為了使判斷定量化，關(guān)鍵在于設(shè)法使任意2個(gè)方案對(duì)于某一準(zhǔn)則的相對(duì)優(yōu)越程度得到定量的描述。一般對(duì)單一準(zhǔn)則來(lái)說(shuō)，2個(gè)方案進(jìn)行比較總能判斷出優(yōu)劣，AHP法采用1～9標(biāo)度方法，對(duì)不同情況的評(píng)比給出數(shù)量標(biāo)度[8]。標(biāo)度為1時(shí)，表示2個(gè)元素對(duì)某個(gè)屬性具有同樣的重要性；標(biāo)度為3時(shí)，表示 2個(gè)元素比較，一元素比另一元素稍微重要；標(biāo)度為 5時(shí)，表示一元素比另一元素明顯重要；標(biāo)度為 7時(shí)，表示一元素比另一元素重要得多；標(biāo)度為9時(shí)，表示與另一元素相比這一元素極端重要。其中標(biāo)度為2,4,6,8時(shí)，表示需要在上述2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間折中時(shí)的標(biāo)度。

2.3 特征向量和特征根的求解

求解判斷矩陣的方法一般分為 2種：規(guī)范列平均法（和法）和幾何平均法（根法）。

1）和法[9]。

2）根法[10]。

2.4 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

2）從隨機(jī)一致性指標(biāo)（見(jiàn)表2）里找到相應(yīng)的RI；

表2 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 層次分析模型的確定

本次評(píng)價(jià)的最高目標(biāo)是泥石流危險(xiǎn)性指數(shù)，下一級(jí)目標(biāo)是潛在危險(xiǎn)性和歷史危險(xiǎn)性，再下一級(jí)是以影響泥石流災(zāi)害發(fā)生的各因素為因子的指標(biāo)層（見(jiàn)圖3）。爐霍縣泥石流災(zāi)害的致災(zāi)因子較多，通過(guò)調(diào)查分析，確定地形地貌、巖性組合在諸多因素中占主導(dǎo)地位，它決定了泥石流發(fā)生的動(dòng)力大小和能量的轉(zhuǎn)化條件、松散碎屑物質(zhì)的聚集和成災(zāi)的可能性。降雨量、植被覆蓋率、人類工程活動(dòng)等因子對(duì)泥石流的形成和發(fā)展起著促進(jìn)和激發(fā)作用，選擇高程、坡度、坡向、水系、土地利用現(xiàn)狀、工程巖組、斷裂、災(zāi)害點(diǎn)分布現(xiàn)狀作為泥石流易發(fā)程度的致災(zāi)因子較為合理。

圖3 泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)的層次分析模型

3.2 方案判斷矩陣的構(gòu)建

我們把方案層的致災(zāi)因子表示為：高程C1、坡度C2、坡向C3、水系C4、土地利用分類C5、工程巖組C6、斷裂C7和災(zāi)害點(diǎn)分布現(xiàn)狀C8。根據(jù)泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)，以及20多名常年從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和防治工作專家的討論結(jié)果，采用1～9標(biāo)度法，通過(guò)兩兩比較來(lái)確定判斷矩陣（見(jiàn)表3）。

表3 判斷矩陣B-Ci

3.3 權(quán)向量計(jì)算及矩陣一致性檢驗(yàn)

本次泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，由20余名長(zhǎng)期從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和防治工作的專業(yè)人員參與評(píng)判，輔以前文的計(jì)算方法，最后得出判斷矩陣的權(quán)向量為：

W=（0.135,0.209,0.053,0.214,0.034,0.076,0.048, 0.230）T

查表2知,n=8時(shí),CI=1.41；此時(shí)CR=0.051013<0.10,說(shuō)明該判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)通過(guò)。

3.4 爐霍縣泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)

為了將地質(zhì)災(zāi)害從較大區(qū)域轉(zhuǎn)化到較小的面上進(jìn)行評(píng)述，將爐霍縣行政區(qū)劃圖進(jìn)行網(wǎng)格剖分。運(yùn)用柵格數(shù)據(jù)處理方法對(duì)爐霍縣行政區(qū)進(jìn)行剖分，每個(gè)單元面積為30m×30m，全區(qū)共劃分出計(jì)算單元網(wǎng)格4943780個(gè)。將調(diào)查區(qū)按30 m×30 m進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分后將剖分網(wǎng)格與地質(zhì)災(zāi)害圖件進(jìn)行疊加；根據(jù)單元網(wǎng)格內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子特征，進(jìn)行綜合取值，然后根據(jù)各致災(zāi)因子對(duì)泥石流的影響程度綜合權(quán)重值，計(jì)算出泥石流的不同因子影響值；將泥石流不同的致災(zāi)因子影響值進(jìn)行疊加，得出單元網(wǎng)格內(nèi)該類災(zāi)害的易發(fā)程度評(píng)價(jià)值。

依據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件相近劃為同一易發(fā)區(qū)的原則，采用定性的方法，將全區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)、11個(gè)亞區(qū)，其中3個(gè)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、4個(gè)地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)、3個(gè)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)及不易發(fā)區(qū)（見(jiàn)圖4）。

地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)分為3個(gè)易發(fā)亞區(qū)，分別位于鮮水河流域地區(qū)、城關(guān)區(qū)和朱倭鄉(xiāng)地區(qū)，面積為1467.9km2,占全縣總面積的 33%。區(qū)內(nèi)災(zāi)害以泥石流為主，區(qū)內(nèi)共查明地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn) 73處；地質(zhì)災(zāi)害分布密度為4.97處/100km2，是全縣地質(zhì)災(zāi)害平均面密度的2.3倍。鮮水河地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，該區(qū)地處南北向構(gòu)造帶斷裂系統(tǒng)中，鮮水河斷層縱貫整個(gè)區(qū)域，由于區(qū)內(nèi)斷層的南西盤巖層擠壓強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)主要出露的板巖呈片狀或碳化，礫巖、含礫砂巖被碾搓呈碎塊狀；地形坡角為30°～45°，土層厚度為3～4 m，巖土界面傾角為20°～40°；區(qū)內(nèi)主要水系為鮮水河，水源豐富，植被覆蓋率低，約為35%～45%。這種復(fù)雜的地質(zhì)條件導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)泥石流十分發(fā)育。

圖4 基于AHP法的爐霍縣泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

爐霍縣是四川省地質(zhì)災(zāi)害最發(fā)育的縣城之一，境內(nèi)自然環(huán)境復(fù)雜，致災(zāi)因素多。本文在利用AHP法的基礎(chǔ)上，結(jié)合野外調(diào)查實(shí)際情況，通過(guò)建立系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建判斷矩陣等步驟和方法，得到影響泥石流災(zāi)害易發(fā)性的相關(guān)因子的權(quán)重。通過(guò)定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法，降低了人為主觀因素的影響，得出了客觀的分析結(jié)果。研究表明，以AHP法來(lái)構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型可以較好地應(yīng)用于四川省爐霍縣泥石流災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中，該方法是有效和實(shí)用的。

[1] 劉希林.我國(guó)泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)研究:回顧與展望[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2002,11(4):1-8

[2] 劉希林,唐川.泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[M].北京:科學(xué)出版社,1995

[3] 匡樂(lè)紅,徐林榮,劉寶琛.基于可拓方法的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2006,27(5):1-6

[4] 柳金峰,歐國(guó)強(qiáng).泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的新思路[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2004,15(1):5-8

[5] 李闊,唐川.泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].災(zāi)害學(xué),2007,22 (1):106-111

[6] 康志成,馬藹乃,李焯芬.中國(guó)泥石流研究[M].北京:科學(xué)出版社,2004

[7] 付曉剛.土石山區(qū)坡面徑流集散工程效益評(píng)價(jià)體系研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2008

[8] 余海龍.小流域雨水利用環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其應(yīng)用研究[D].咸陽(yáng):西北農(nóng)林科技大學(xué),2004

[9] 趙煥臣.層次分析法[M].北京:科學(xué)出版社,1986

[10]陳俊華,慕長(zhǎng)龍.Excel在物元模型及層次分析法(AHP)中的應(yīng)用[J].四川林業(yè)科技,2009,10(5):60

[11]許樹柏.實(shí)用決策方法——層次分析法原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,1988

Application of Analytic Hierarchy Process in Evaluating the Easy Eruption of Debris Flow Disaster in Luhuo County

by FU Qi

On the foundation of the deep study on debris flow disaster in Luhuo County,this paper evaluated the easy eruption of the debris flow based on the data of the field investigation and the Analytic Hierarchy Process technique.It worked out the weight of each factor and established a evaluation model on the risk of debris flow through selecting eight indexes such as the height,ratio of slop as the influential evaluated factors for the easy eruption of the debris flow and the establishment of system hierarchy structure to construct judgment matrix. Through practices,it had been proved that the evaluation on the easy eruption of the debris disaster based on the AHP is effective and practical.

debris flow；easy eruption；Analytic Hierarchy Process；Luhuo County

2012-04-26

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目（2007AA120306）。

P258

B

1672-4623(2012)06-0139-03

付奇，碩士，研究方向?yàn)閲?guó)土資源信息系統(tǒng)。