基于AHP及GIS平臺的黎川縣地質災害易發性評價

聶智強 許少清 崔 杰

(江西省地質礦產勘查開發局九一二大隊，江西 鷹潭 335001)

基于AHP及GIS平臺的黎川縣地質災害易發性評價

聶智強 許少清 崔 杰

(江西省地質礦產勘查開發局九一二大隊，江西 鷹潭 335001)

黎川縣地質災害易發性評價以區內地質環境條件為基礎，甄選出與地質災害發育密切相關的地形地貌、巖土類型、地質災害頻率等9大因子，基于AHP及GIS平臺，確定各因子權重，建立了黎川縣地質災害易發性分析評價模型，通過定性和定量相結合的系統化、層次化的疊加分析統計，指出評價結果較為科學合理、切合實際，表明該方法具有較高的實用性和有效性。

AHP，GIS，地質災害，易發性評價

0 引言

江西省是全國12個地質災害易發、多發的省份之一，黎川縣位于該省8個地質災害重點防治區內。

黎川縣地處江西省中偏東部，撫州市東南部，武夷山脈中段西麓。由于復雜的地質環境條件，黎川縣地質災害具有突發、頻發、群發、點多面廣等特點。歷年來，黎川縣已發生地質災害472處，其中災情等級為特大型、大型的各1個，中型的2個；各類地質災害均造成人員傷亡，直接經濟損失815.60萬元；現有地質災害隱患點663處，共威脅人口4 316人，潛在經濟損失9 955.98萬元，地質災害防治形勢十分嚴峻。

本文以黎川縣地質環境條件為基礎，采用基于AHP與GIS平臺相結合的方法，對黎川縣地質災害易發性進行分析評價，為黎川縣防災減災提供科學依據。

1 研究區地質環境背景

1.1 地形地貌

黎川縣區域上處于武夷斷塊隆升區與撫河谷地上升區的交接部位，武夷山呈“弓”形環繞縣域東部、南部，黎灘河由東向西橫貫全區，形成了東南高，西北低，三面環山，西北開口的“撮斗”形。區內地形起伏、河谷深切，最低標高95 m，最高標高為1 514 m，最大高差1 419 m。根據研究區的地形形態特征及成因，劃分為侵蝕構造中低山、剝蝕構造高丘陵、構造剝蝕低丘陵、侵蝕堆積河谷平原等四個地貌單元。

1.2 氣象水文

黎川縣屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候濕潤溫和、雨量充沛、光照充足、四季分明。多年平均氣溫18.1 ℃，極端最高氣溫42.2 ℃，極端最低氣溫-12.3 ℃。多年年均降雨量1 829.9 mm，最大年份降雨量2 462.6 mm，最小年份降雨量1 242.5 mm；最大日降雨量320.0 mm，最大時降雨量70.4 mm，最大10 min降雨量26.4 mm；年均暴雨日數5.0 d，最長連續降雨天數21 d，過程雨量678.2 mm。降雨量在空間分布上受地形作用明顯，呈現東多西少，山區多平原少的特點。

研究區隸屬撫河流域，地表水系發育，河道密布，共有大小河流84條，總長946.6 km。主要河流有黎灘河、龍安河、資福河。

1.3 地層巖性及其特征

區內出露的地層自老至新有震旦系、侏羅系、白堊系及第四系，出露面積共656.13 km2，占全區面積的38.39%。區內巖漿巖分布廣泛，主要有加里東、印支、燕山、喜山四期的巖漿活動，其中以加里東和燕山期最為強烈，形成以中～酸性、酸性花崗巖巖類為主的巖石。巖漿巖出露面積1 053.01 km2，占全區面積的61.61%。

根據巖土的巖性組合、物理力學性質、抗風化能力等，將區內巖土類型劃分為碎屑巖類、變質巖類、巖漿巖類和松散土類，其中巖漿巖類和變質巖類區全～強風化層厚3 m～20 m，殘坡積層厚1 m～5 m，崩滑流地質災害尤為發育。

1.4 地質構造

研究區大地構造單元為華南褶皺系(Ⅰ2)贛中南褶隆(Ⅱ3)武夷隆起(Ⅲ8)的中段，武夷山隆斷束(Ⅳ21)的東側。在漫長的地質年代里，經歷了多期的構造運動，褶皺構造和斷裂構造發育，地質構造復雜。按構造形跡方向，區內主要為北東向構造、北北東向構造、北西向構造及東西向構造，其中以北東向構造、北北東向構造最為發育。

1.5 水文地質

根據含水層的巖性組合、地下水的賦存條件及水力特征，將縣內地下水類型劃分為：松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂隙水。

松散巖類孔隙水可分為沖積層孔隙水和殘坡積層孔隙水，其中殘坡積孔隙水與滑坡發育關系密切，多為上層滯水，受降雨補給；碎屑巖類裂隙孔隙水賦存于裂隙孔隙中，水量貧乏；基巖裂隙水分為風化帶網狀裂隙水和構造裂隙水，風化帶網狀裂隙水賦存于風化帶網狀裂隙中，水量較貧乏，構造裂隙水賦存于構造裂隙中，水量中等。

1.6 人類工程活動

由于黎川縣是個山地縣，全縣77%的人口居住于中低山、丘陵地帶，房屋建筑多有挖山、切坡現象，因缺乏專業技術人員指導和受地形條件的限制，在強降雨等因素的誘發下易導致崩滑災害的發生。公路在穿越中低山、高丘陵時，由于地形坡度較大，傍山筑路較多，在修建公路過程中，常有大量的人工切坡現象，存在多區段不穩定邊坡，常有崩滑現象發生。

1.7 地質災害發育現狀

根據黎川縣1/5萬地質災害調查，縣內發育的地質災害類型以滑坡、崩塌為主，泥石流次之。共有地質災害點472處，其中滑坡393處，崩塌69處，泥石流10處；另有不穩定斜坡397處，其潛在災種為滑坡和崩塌。

根據統計，區內滑坡、崩塌以土質為主，以丘陵區分布最多，多發育于巖漿巖區和變質巖區，誘發因素主要為降雨、切坡。

2 評價思路與方法

2.1 評價思路

本次工作采用基于AHP(層次分析法)和GIS(地理信息系統)空間分析統計方法相結合的工作方法對黎川縣地質災害易發性進行評價。

1)擬定評價單元與評價因子，運用AHP確定各因子及要素的權值。2)量化各評價因子指標，并進行歸一化處理，統一量綱。3)運用GIS對歸一化處理的數據進行空間分析、疊加和統計。4)分析確定易發程度分區的分界閾值，對評價結果進行分級。5)結合各種因素，對GIS分析圖進行修改完善，將黎川縣地質災害易發性分區評價結果編制成圖。

2.2 評價方法

AHP(層次分析法)是一種以層次權重決策的系統分析方法，由美國運籌學家薩蒂于20世紀70年代提出。AHP基本原理是將與決策相關的系統元素進行層次分解，劃分成目標、準則、方案等，并進行定性分析與定量分析，形成多準則的系統分析決策。主要分析步驟與方法如下。

2.2.1 AHP層次結構建模

綜合分析與決策相關的系統元素，確定各指標的隸屬層次關系，進行系統目標、范圍、準則的層次分解，并上下分層排列，建立易發性評價系統層次結構模型。

2.2.2 構建評價指標判斷矩陣

信息是系統分析最基礎的數據，層次分析法的信息主要為不同層次的系統元素及相互間的重要性比較與判斷。以數值的形式，進行兩兩比較對評價指標進行分析標度，形成判斷矩陣。判斷矩陣見表1，判斷矩陣標度見表2。

表1 判斷矩陣

表2 判斷矩陣元1-9標度法

由表1可看出，C層次中的元素與上一層次A的關系，可用判斷矩陣表示，即在地質災害易發性因素上，bij為Ci和Cj兩因子相對重要程度的數值表示，bij的取值采取判斷矩陣1-9標度法來確定。

2.2.3 判斷矩陣特征值及特征向量計算

運用線性代數方法，可精確求出判斷矩陣最大特征根及其特征向量，經歸一化處理，得出本層次各因子對于上一層某因子的重要性的排序權值。采用和積法計算求解。

1)將矩陣各列歸一化處理，即:

2)對各列歸一化的矩陣按行相加，即:

依次求出特征向量，即A=(a1，a2，Λ，am)T。

4)計算矩陣的最大特征根，即：

2.2.4 一致性檢驗

判斷矩陣的一致性指不同準則方案層判斷的邏輯一致性，即各因子比較重要性之間的協調性。

1)一致性指標，即:

其中，n為兩兩比較因子的個數。當CI=0時，表明判斷矩陣的一致性程度高；當CI值越大，表明判斷矩陣偏離一致性程度越大。

2)隨機一致性指標。用RI表示，指標值可查表確定，見表3。

表3 隨機一致性指標(RI)

3)一致性比例，即：

當CR<0.10時，判斷矩陣的一致性程度可以接受，否則需對判斷矩陣進行修正，直至具有滿意的一致性。

3 黎川縣地質災害易發性評價

3.1 層次分析法建模

3.1.1 建立易發性層次結構

本次評價以地質災害易發性作為目標層，以地質背景、自然地理和人類活動等作為要素層即二級評判因子，根據黎川縣地質環境條件、地質災害發育頻率及其控災因子定性與定量分析比較，選取了對地質災害易發性有較為明顯影響作用的9個因子(巖土類型、地質構造、坡度及坡度變率、坡向及坡形變率、海拔高程、溝壑密度及水系、降雨量、人類工程活動和地質災害頻率等)構成基礎指標層即三級評判因子，并對地質災害易發性評價指標體系綜合分析比較，確定黎川縣地質災害易發性評價體系的層次結構，見圖1。

3.1.2 構造判斷矩陣

1)根據黎川縣地質災害易發性評價體系層次結構，按層次對各因子進行兩兩比較，得出其相對重要程度，并標度定量化，構成矩陣形式，即判斷矩陣；判斷矩陣中，各因子的數值及其相對重要性根據區域經驗經評估打分和反復驗算確定。

2)根據上述基本原理，采用選取的9個評價指標建立判斷矩陣，并標度各個指標間的相對重要程度。二級要素為：地質背景、自然地理和人類活動，三級評價因子為：巖土類型、地質構造、坡度及坡度變率、坡向及坡形變率、海拔高程、溝壑密度及水系、降雨量、人類工程活動和地質災害頻率。根據區域經驗，對評價指標各因子評估打分和反復驗算，并進行敏感性分析，最終構建判斷矩陣，其標度層次見圖2。

3)求特征根。運用和積法計算出矩陣特征向量，經歸一化處理后，得出各因子權值，即：

W=[0.217 6，0.043 5，0.085 5，0.039 9，

0.138 6，0.040 8，0.106 3，0.109 3，0.218 5]T。

再求出最大特征根，即:

λmax=9.598 6。

4)一致性檢驗。

RI=1.45。

可見，判斷矩陣具有較好的一致性。

3.2 易發性評價建模

以判斷矩陣的構建及評價指標各因子的分析為基礎，基于層次分析法確定的各因子在評價體系中的權值，利用GIS的多因子與多圖層疊加處理等空間分析功能，按最小評價單元，建立黎川縣地質災害易發性評價模型，即:

Z=∑Si×Wij=0.217 6×W1j+0.043 5×W2j+

0.085 5×W3j+0.039 9×W4j+0.138 6×W5j+0.040 8×

W6j+0.106 3×W7j+0.109 3×W8j+0.218 5×W9j。

其中，Z為地質災害易發性指數；Si為第i個指標的敏感性權值；Wij為第i個指標屬性j的賦值(i為1～9的整數；j為1～4的整數)。

3.3 易發性評價

對黎川縣按500 m×500 m進行離散，形成7 148個空間離散網格，每一網格即為評價模型的運算單元，依據參與評價的各因子在評價單元上的分布，基于AHP模型計算的各因子的權值，進行GIS的圖形疊加分析計算，即得出各評價單元的地質災害易發性評價指數。

對全縣地質災害易發性指數反復運算，并進行分級處理。參照相關規范要求，將黎川縣地質災害易發性評價結果劃分為四級，即高易發區(Z≥0.40)、中易發區(Z=0.40～0.35)、低易發區(Z=0.35～0.25)和不易發區(Z<0.25)，形成易發程度分析圖；考慮區內相似、區間相異等原則，對易發程度分析圖進行修改完善，最終形成評價結果，即黎川縣地質災害易發程度綜合分區，詳見圖3和表4。

通過對黎川縣地質災害易發程度綜合分區評價結果與黎川縣地質災害頻率及發育區進行分析對比，發現其擬合率為90%以上。因此，采用基于AHP及GIS平臺的黎川縣地質災害易發性評價結果總體較為科學合理、真實可靠。

表4 黎川縣地質災害易發程度綜合分區表

4 結論及建議

1)基于AHP和GIS平臺，以地質災害易發性作為目標層，以地質背景、自然地理和人類活動等作為要素層即二級評判因子，甄選出與地質災害發育密切相關的地形地貌、巖土類型、地質災害頻率等9大因子構成基礎指標層即三級評判因子，建立了黎川縣地質災害易發性分析評價模型，并確定了各基礎指標層的因子對目標層的權重。

2)根據黎川縣地質災害易發性評價模型，對評價單元疊加分析計算及調試，將黎川縣地質災害易發程度分為四個等級：高易發區不小于0.40，中易發區0.40～0.35,低易發區0.35～0.25,不易發區小于0.25；經修改完善，可將黎川縣分為4個大區，15個塊段，即：高易發區2個，中易發區4個，低易發區1個，不易發區8個。

3)采用基于AHP和GIS平臺建立的黎川縣地質災害易發性評價模型和評價結果與現場調查的地質災害發育區擬合率達90%以上，表明該方法總體較為科學合理、真實可靠，可為區域地質災害易發性評價方法提供參考。

4)黎川縣地質災害易發性評價為地質災害易損性評價、危險性區劃和防治規劃奠定了良好的基礎，為地方防災減災提供了可靠的科學依據。

[1] 許樹柏.層次分析法原理[M].天津:天津大學出版社，1988：1-6.

[2] 江西省天久地礦建設工程院.江西省黎川縣1/5萬地質災害調查報告[R].2013.

[3] 姚玉增.層次分析法在山地地質災害危險性評價中的應用[J].水文地質工程地質，2010，37(2)：130-134.

The proneness evaluation of Lichuan county geological disaster based on AHP and GIS platform

Nie Zhiqiang Xu Shaoqing Cui Jie

(JiangxiGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopmentBureau912Brigade,Yingtan335001,China)

Based on the geological environment condition in the area of Lichuan county geological disaster proneness evaluation, this paper selected the topography, rock and soil type, geological hazards frequency and so on nine big factors closely related to the development of geological disasters, based on AHP and GIS platform, determined the weights of each factor, established the Lichuan county geological disaster proneness evaluation model, through the systematic, hierarchical overlay analysis combination of qualitative and quantitative, pointed out that the evaluation result more scientific and reasonable, practical, showed that the method had high practicability and validity.

AHP, GIS, geological disaster, proneness evaluation

2015-08-28

聶智強(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0073-04

P694

A