基于層次分析法、GIS系統(tǒng)的休寧縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)性分析評價

方斌

【摘 要】：根據(jù)休寧縣地質(zhì)環(huán)境特征、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作程度，采用層次分析法（AHP）、GIS系統(tǒng)對休寧縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行評價。

【關(guān)鍵詞】：層次分析法；GIS系統(tǒng)；地質(zhì)災(zāi)害；

1 引言

區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評估作為地質(zhì)災(zāi)害防治的基礎(chǔ)性工作之一，其評估方法已由以往的工作經(jīng)驗定性評價發(fā)展至評估參數(shù)的半定量、定量評估，其方法主要有模糊綜合評價、灰色系統(tǒng)評價、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、層次分析法等，時間隨著計算機(jī)、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中得到充分應(yīng)用。本文根據(jù)休寧縣地質(zhì)環(huán)境特征、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作程度，擬采用層次分析法（AHP）、GIS系統(tǒng)對休寧縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行評價。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 氣象

本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，多年平均降雨量1697.6mm，年降雨量最大為2358.8mm，主要集中在春、夏汛期（3--7月），該期間的降雨量約占全年的70%以上，其間每年一般有兩次以上的大暴雨發(fā)生。

2.2 地形地貌

休寧縣境內(nèi)根據(jù)地理分布位置、地形地貌等特點可將休寧縣劃分為北部山區(qū)、南部山區(qū)、中部平原丘陵區(qū)，南部山區(qū)最高海拔為1629.8m，北部山區(qū)山峰最高達(dá)800--850m，中部休寧盆地最低處高程為130m。整個地勢表現(xiàn)為南北高、中間低的特點，縣內(nèi)最大高差達(dá)1500m，山地、丘陵面積約占全縣總面積的76.70%。

2.3 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

休寧縣境內(nèi)地層屬下?lián)P子地層區(qū)江南地層分區(qū)，出露有中元古代薊縣紀(jì)—長城紀(jì)、晚元古代青白口紀(jì)、震旦紀(jì)、早古生代寒武紀(jì)、晚古生代石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、中生代侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)地層，現(xiàn)代溝谷部分地段分布有第四紀(jì)松散沉積物。

休寧縣地處揚(yáng)子陸塊東南部的江南隆起帶，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，經(jīng)歷了皖南、印支和燕山多期次構(gòu)造活動，形成一系列的褶皺、斷裂和巖漿侵入活動。

區(qū)內(nèi)巖漿活動主要是薊縣紀(jì)、青白口紀(jì)和晚侏羅世三個時期，共形成大小巖體20多個，集中分布于縣境南北兩側(cè)，巖體呈巖株、巖瘤、巖脈產(chǎn)出，主要有蓮花山巖體、休寧巖體。

3地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及引發(fā)因素分析

3.1地質(zhì)災(zāi)害類型與發(fā)育規(guī)模

休寧縣主要發(fā)育崩塌、滑坡、泥石流、不穩(wěn)定斜坡等山地型地質(zhì)災(zāi)害。截止2014年，休寧縣全縣發(fā)育有滑坡82處、崩塌150處、不穩(wěn)定斜坡156處、泥石流3處，合計共391處。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

3.2.1 滑坡：休寧縣境內(nèi)82處滑坡面積合計為5.9萬m2、滑坡體體積合計為10.175?106 m3，其中大型滑坡1處、中型滑坡3處、小型滑坡78處。

按滑坡物質(zhì)成可分為巖質(zhì)滑坡9處，殘坡積層滑坡71處，崩滑堆積體滑坡2處；按按發(fā)生原因分類：工程滑坡發(fā)育達(dá)66年，自然滑坡發(fā)育僅16處。

3.2.2 崩塌：共發(fā)育崩塌150處，合計規(guī)模達(dá)13.56?104m3，其中中型崩塌1處、小型崩塌149處。按構(gòu)成崩塌物質(zhì)可分為巖質(zhì)崩塌120處、土質(zhì)崩塌30處

3.2.3 泥石流：休寧縣境內(nèi)共曾發(fā)育3處泥石流地質(zhì)災(zāi)害，2處屬中型泥石流，1處屬小型泥石流。

3.2.4 不穩(wěn)定斜坡：休寧縣發(fā)育的156處中有中型2處、小型154處；其中人工斜坡151處為公路、房屋修建而進(jìn)行所引發(fā)，僅5處為自然斜坡。穩(wěn)定性較差的斜坡有58處、穩(wěn)定性差的有98處，發(fā)展變形趨勢多以崩塌為主、達(dá)135處，其余21處不穩(wěn)定斜坡的發(fā)展趨勢為滑坡。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害形成條件分析

根據(jù)休寧縣地質(zhì)災(zāi)害、地質(zhì)環(huán)境條件調(diào)查成果，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要地質(zhì)環(huán)境條件有降雨、地形地貌、地層巖性與巖土體工程地質(zhì)條件、人類工程活動等因素。

3.3.1 地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害

（a）地貌單元地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量以低山區(qū)為最多，其次為中山區(qū)，兩個地貌單元內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量占全縣的93.37%，沖積平原區(qū)僅發(fā)育1處地質(zhì)災(zāi)害。從地質(zhì)發(fā)育模數(shù)分析，低山區(qū)為最高、達(dá)24.9個/100K㎡，中山區(qū)略低于低山區(qū)；高丘區(qū)明顯高于低丘區(qū)，低丘區(qū)與沖積平原基本相近。

（b）坡度與地質(zhì)災(zāi)害

休寧縣地質(zhì)災(zāi)害總體上隨著坡度的增加地質(zhì)呈增加趨勢，其中41°--50°坡度段為最發(fā)育，至60°以上的坡度則滑坡不發(fā)育；崩塌災(zāi)害在坡度40°以下坡度段不發(fā)育、至45°--50°區(qū)間段最為發(fā)育；不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育總體隨著坡度的增加而增多，在坡度40°--45°段、65°--80°段最為發(fā)育。

3.3.2 地層巖性及巖土體類型與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

休寧縣滑坡主要發(fā)生在中元古代上溪群地層中，在巖漿巖分布區(qū)滑坡也有一定的分布，在侏羅紀(jì)——白堊紀(jì)的紅色地層分布區(qū)內(nèi)亦發(fā)育有滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

崩塌、不穩(wěn)定斜坡主要發(fā)生在上溪群地層中，流紋巖、巖漿巖分布區(qū)亦多發(fā)崩塌、不穩(wěn)定斜坡，休寧組地層巖性為中厚層砂巖，建房、修路形成的切坡段為崩塌、不穩(wěn)定斜坡的多發(fā)區(qū)。

3.3.3 降水對地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

大氣降水是山地災(zāi)害的主要引發(fā)因素之一，6月是休寧縣多發(fā)暴雨，該月發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害占全年的68.54%，地質(zhì)災(zāi)害與降雨量呈正相關(guān)性。

3.3.4 人類工程活動對地質(zhì)災(zāi)害的影響

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的形成受人類工程活動影響明顯，公路建設(shè)、居民建房的切坡及礦山露天不合理開采等對地質(zhì)環(huán)境的破壞日益加劇，引發(fā)大量的地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)分類統(tǒng)計，休寧縣境內(nèi)因建房切坡引發(fā)災(zāi)害140處、修路切坡引發(fā)228處。

4 評價方法

層次分析法（AHP）的邏輯性、系統(tǒng)性、簡潔性及操作性強(qiáng) ，現(xiàn)階段運(yùn)用較為成熟，GIS具有較強(qiáng)大的空間分析功能，為分區(qū)成圖提供了良好的平臺。因此，基于層次分析法、應(yīng)用GIS系統(tǒng)進(jìn)行休寧縣的地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)評價。

4.1建立遞階層次模型

休寧縣地質(zhì)災(zāi)害主要引發(fā)因素包括地貌、山體坡度、巖土體工程地質(zhì)條件、降雨、人類工程活動等；地質(zhì)構(gòu)造、特別是線型構(gòu)造（斷裂）對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育影響甚微；現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的多次活動也是本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的重要因素。以此選取評價因子，并建立層次模型。

4.2 構(gòu)造判斷矩陣及一致性檢驗

根據(jù)前述休寧縣地質(zhì)災(zāi)害的各類引發(fā)因素中，降雨特別是強(qiáng)降雨是本縣重要的激發(fā)因素，人類活動（公路建設(shè)、建房切坡）強(qiáng)烈破壞地質(zhì)環(huán)境、是重要的引發(fā)因素，各工程地質(zhì)巖組與地貌單元中，坡度與災(zāi)害的發(fā)育具有正相關(guān)性，即坡度越大、災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)度越大，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的多次復(fù)發(fā)是休寧縣地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、易發(fā)的主要因素。

因此中間層對目標(biāo)層的判斷矩陣如表1所示。

表1 中間層因子重要性比較判斷表

地貌 坡度 工程地質(zhì)巖組 人類工程活動 降雨 現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害

地貌 1 1 1/2 1/3 6 1/3 3

坡度 2/3 1 1/4 4 1/5 2

工程地質(zhì)巖組 3 4 1 8 1/2 4

人類工程活動 1/6 1/4 1/8 1 1/9 1/2

降雨 3 5 2 9 1 5

現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害 1/3 1/2 1/4 2 1/5 1

依據(jù)上表建立的判斷矩陣（B）為：

B=

各措施層依次建立判斷矩陣進(jìn)行計算，各矩陣均通過一致性檢驗。

休寧縣境內(nèi)年均降雨量較大，南、北山地區(qū)大于1700mm，中部丘陵平原區(qū)降雨量在1600—1700mm間，因此兩者按0.55、0.45的比例計算南北山區(qū)與中部平原區(qū)兩個分區(qū)的權(quán)重，分別為0.213、0.175。

發(fā)育現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)段權(quán)重為0.06，其它區(qū)域則為0。

4.3 網(wǎng)格剖分

利用GIS的空間分析工具對休寧縣境域進(jìn)行網(wǎng)格剖分，基礎(chǔ)底圖是1：50000地形圖，選用網(wǎng)格間距為1 km，按km網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)格剖分編輯基礎(chǔ)網(wǎng)格圖，評價基礎(chǔ)單元面積為1km×1km=1K㎡，調(diào)查區(qū)共剖分為2212個單元。

4.4 屬性賦值疊加與易發(fā)指數(shù)計算

利用MAPGIS的空間分析功能，將各評估因子的權(quán)重與相應(yīng)的評價因子圖對應(yīng)賦值，并逐一對基礎(chǔ)網(wǎng)格圖進(jìn)行疊加分析，使得每個小區(qū)塊都含有評價因子的屬性特征值，最后將各因子的屬性特征值進(jìn)行疊加計算，即為各區(qū)塊的易發(fā)綜合指數(shù)。

根據(jù)對各引發(fā)因素的權(quán)重，對各專題圖的相應(yīng)圖層建立屬性，各按權(quán)重一一對應(yīng)賦值，利用空間分析功能將以上各引發(fā)因子的屬性進(jìn)行疊加，共將休寧全縣分割成27941個區(qū)域，每個區(qū)域均賦有表示地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的屬性值——地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)綜合指數(shù)，其值最大為0.470。

4.5 DTM模型分析

利用MAPGIS的空間分析功能，將上一步驟計算出來的含有易發(fā)綜合指數(shù)的網(wǎng)格圖進(jìn)行DTM模型建立與分析，設(shè)置等值線，形成初步的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)圖。

4.6 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

根據(jù)對休寧縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，將易發(fā)指數(shù)≤0.235的區(qū)域劃為地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)，將易發(fā)指數(shù)在0.236—0.376的區(qū)域劃為地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)，將易發(fā)指數(shù)≥0.376的區(qū)域劃為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，對由GIS系統(tǒng)自動生成的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)圖進(jìn)行人工干預(yù)，經(jīng)過刪除、整合、修飾，編繪成休寧縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖，按高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)為三個大區(qū)、六個亞區(qū)，如表2所示。

表2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)簡表

分區(qū) 分區(qū)名稱

高易發(fā)區(qū)（Ⅰ） 休寧縣北部楊家棚—蘭田—儒村滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)亞區(qū)（Ⅰ1）

休寧縣西南部流口—鶴城—山斗滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)亞區(qū)（Ⅰ2）

休寧縣東南部源芳—龍?zhí)铩纂H滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)亞區(qū)（Ⅰ3）

中易發(fā)區(qū)（Ⅱ） 嶺南——陳霞北部——溪口北部——蘭田西部崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)（Ⅱ）

低易發(fā)區(qū)Ⅲ） 海陽——渭橋——齊云山鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)Ⅲ1）

東臨溪——商山地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)（Ⅲ2）

5 結(jié)論

（1）層次分析法運(yùn)用于地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)評價，能準(zhǔn)確性高于如人為賦值等方法，更能反映評價區(qū)的實際情況。本次選取了影響休寧縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的6類因素、22個因子進(jìn)行分析，按層次分析法確定各類因子的權(quán)重。

（2）GIS系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間分析功能，而且成圖快，效率高。將縣域按1km×1km進(jìn)行柵格化，在柵格圖上按6類因素分別按其所屬因子權(quán)重編制專題圖，利用空間分析功能進(jìn)行各專題圖疊加、計算易發(fā)指數(shù)，繪制等值圖線，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)。