層次分析法在區域地質災害危險性評估中的應用
——以夏甸風電場為例

王雪瓊，曲萬隆

(1.山東科技大學，山東 青島　266590；2.青島地質工程勘察院，山東 青島　266100)

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層次分析法在區域地質災害危險性評估中的應用
——以夏甸風電場為例

王雪瓊1,2，曲萬隆2

(1.山東科技大學，山東 青島266590；2.青島地質工程勘察院，山東 青島266100)

摘要：將該項目區域視為一個小型區域，以此作為一個區域模型，并分為38個評估單元，結合野外調查數據及地質分析法進行評估，針對風電場區域大，地質環境條件多變，考慮了多個影響因素的綜合作用，運用基于層次分析法對風電場區域地質環境、地質災害進行綜合評估。將38個單元逐個進行計算后，劃分出了危險性中等區和危險性小區，層次分析法的評估結論與地質分析法的結論基本一致，層次分析法確定的危險性中等區涵蓋地質分析法確定的危險性中等區。推廣到類似區域進行合理、定量地劃定區域危險性等級，給城市新區建設選址提供參考依據。

關鍵詞：地質災害；危險性評估；層次分析法；夏甸風電場

引文格式：王雪瓊，曲萬隆.層次分析法在區域地質災害危險性評估中的應用——以夏甸風電場為例[J].山東國土資源，2016,32(6)：79-82.WANG Xueqiong,QU Wanlong. Application of Regional Geological Hazards Assessment by Using Analytic Hierarchy Process——Setting Xiadian Wind Farm as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(6)：79-82.

0引言

區域地質災害危險性評估是城市新區選址的一項重要的前期基礎性工作[1]。合理、定量地劃定區域危險性等級將給城市新區建設選址[2]、巖土工程勘察提供參考依據。近年來，隨著城市發展、新區建設及線型[3]、面型、點型工程的不斷開發建設[4]，地質災害危險性評估尤為重要。地質災害危險性評估有很多方法[5]，如地質分析法[6]，工程類比法等[7]。目前開始嘗試運用層次分析法進行地質災害危險性評估[8]，并對評價因子、權重進行了多次改進[9]，但層次分析法與地質分析法等方法評估結果的一致性尚未確認。

該文選取夏甸風電場作為一個區域模型，場址東西長約6km，南北寬約2km，區域面積12km2，可視為一個小型區域，以此作為一個區域模型，結合野外調查數據及地質分析法進行評估，并運用層次分析法進行評估，對評估結果進行對比，驗證幾種評估方法的一致性。

1地質災害類型與特征

1.1 區域地質環境條件

夏甸鎮位于招遠市的南部，屬暖溫帶季風型大陸性半濕潤氣候，四季分明，氣候溫和。多年平均降水量633.5mm，最大1267.6mm，最小為410.3mm。

區域地表水系主要包括大沽河的支流留仙莊河、薄家河以及夏甸水庫。留仙莊河發源于青龍夼水庫，自西北向東南流經夏甸鎮，流域面積約30km2，流經18km后在萊西市匯入大沽河中。夏甸水庫位于招遠市勾山東麓，大沽河支流薄家河的中游，控制流域面積約100km2，總庫容約3920萬m3。

夏甸風電場周邊區域的總體地勢是東北高，西南低。區域的東北側為丘陵區，最高峰為勾山，海拔約243m，山谷間分布有山前溝谷殘破積坡地，坡度一般在10°～20°。出露地層主要為新生界第四系臨沂組、沂河組的殘破積堆積物。區內大面積分布巖漿巖，主要為形成于中生代燕山早期的玲瓏序列及新太古代的棲霞序列、馬連莊序列。

區域內構造以斷裂構造為主，招平斷裂帶中段的芝下-姜家窯斷裂帶橫貫全區，北起留仙莊，南至張格莊，全長約8km，寬150～300m，總體走向45°，傾向SE，傾角35°～50°，無論在走向上還是在傾向上均呈舒緩波狀，主裂面發育于膠東群老地層和玲瓏花崗巖的接觸帶，斷層泥厚幾米至十幾米，兩側構造巖極為發育，尤其下盤，寬達數百米，該斷裂為區域內的主要控礦斷裂。在該斷裂下盤，發育有NEE方向的次級構造，其下盤次級構造發育，有近SN，NE及NEE向3組構造，成礦前及成礦期的次級構造非常發育。

區域內地下水類型為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。基巖裂隙水涌水量為30～120m3/d，松散巖類孔隙水涌水量在100～500m3/d，水質較好。

1.2地質災害類型與特征

該區主要地質災害類型為崩塌和泥(渣)石流[10]。區內有兩處由于露天開采形成的陡崖，一處長約32m， 平均高度約6m，坡度近于直立。另一處是一個廢棄采石場，大小約63m×14m，平均高度約4m，坡度為70°～80°，部分近于直立。巖質邊坡坡面表層巖石較破碎，邊坡穩定性較差。夏甸鎮最高峰勾山附近山坡坡度較大，種植有大量松樹，山頂有大量廢石堆積，碎石體積約為4000m3，西南側山腳下新開通一條環山公路，長約900m，也有大量碎石堆積在路旁，碎石體積約為720m3。

2評估模型

2.1模型的建立

夏甸風力發電場由33個風力發電機組和1個110kV變電站組成，風機基礎上部結構為圓柱體，高1.6m，直徑4.8m，下部結構為18.2m×18.2m的正方形，埋深2.5m。每個風機單獨征地，各風機間跨度較大。將各風機的征地范圍連線后，外擴500m作為評估范圍，并根據地質災害影響、地形地貌等條件進行調整。以500m×500m為一個單元，將評估區劃分為38個有效的單元，不足0.5個單元的，歸入相鄰單元。

2.2評估方法的選擇

在評估過程中，結合當地的氣候、氣象、區域地質、區域水文、人文等條件[11]，按照精簡、操作性強、數據獲取準確為原則構建評估指標，形成層次結構，將各項指標量化[12]，形成評估系統。針對當地實際情況，定量定性相結合，選用專家打分與層次分析相結合的定權法確定各項評估因子的權重。將選擇的因子構建成矩陣，請地質、水利、農業、建設等類別的專家分別進行評分，得到符合實際的有操作性的權重值。

2.3區域地質災害危險性評估

采用四級評價標準，將研究區劃分為無危險區、低危險區、中危險區、高危險區，公式如下：

式中：Ⅰ—無危險區；Ⅱ—低危險區；Ⅲ—中危險區；Ⅳ—高危險區。

根據夏甸風電場周邊區域，確定了4個相關的參評要素，即地質條件、地形地貌、氣候植被和人為活動。

U={u1,u2,u3,u4}

式中：u1—地質條件；u2—地形地貌；u3—氣候植被；u4—人為活動。

每個參評要素組成評價因子集：

c(u1)={c1,c2,c3}

c(u2) ={c4,c5,c6}

c(u3) ={c7,c8}

c(u4) ={c9}。

式中：c1—巖土體結構類型；c2—斷裂分布密度；c3—地震烈度；c4—單元內坡度；c5—單元內相對高差；c6—單元內地貌類型；c7—多年的平均降雨量；c8—周邊植被覆蓋率；c9—人為活動。

根據表1的標度，結合專家意見，對選取的因素進行比較，得到模糊判斷矩陣(表2～表5),所得模糊矩陣都要滿足rij+rji=1，即滿足一致性要求，計算權重值如表6。

采用模糊變換算子進行模糊變換，一級綜合評價

由一級評價結果Bi組成二級綜合評判模糊關系矩陣，進行二級模糊變換B(2)= A(2)R(2)。根據最大隸屬度原則，評判計算單元所屬危險性級別。

根據上述條件，以1#單元為例，利用隸屬函數求得模糊關系矩陣如下：

表1　0.1～0.9數量標度

表2　模糊判斷矩陣A

表3　模糊判斷矩陣u1-c

表4　模糊判斷矩陣u2-c

表5　模糊判斷矩陣u3-c

由表6得一級評判的4個權重集：

A1(1)=(0.5,0.37,0.13)

A2(1)= (0.47,0.3,0.23)

A3(1)= (0.55,0.45)

A4(1)= (1)

進行一級模糊變換后，再按B(2)= A(2)R(2)作二級模糊變換。

B(2)=(0.1920,0.5403,0.7027,0.2471)。

表6　參評要素及評價因子權重值

按最大隸屬原則，隸屬度最大者與評估集中Ⅲ對應，劃入地質災害危險性中等區。按上述步驟依次求出其他37個單元所屬地質災害危險性類別，并投影到圖中。

2.4評估結果分析

將38個單元逐個進行計算后，劃分出了危險性中等區和危險性小區(圖1)。圖中菱形網格區域為地質災害危險性評估中等區，最大山坡坡度約35°，最大相對高差85m，包含崩塌、泥(渣)石流影響范圍，圖中斜紋區域為地質災害危險性評估小區。將用層級分析法與地質分析法得出的評估結果進行對比，認為層次分析法確定的危險性中等區涵蓋地質分析法確定的危險性中等區，兩種方法得出的評估結果基本一致。

圖1　評估單元及區域評估結果示意圖

3討論

通過對各因子權重的專家評分-層次分析，對地質災害的定量化評估，應用GIS軟件，將各單元的危險性或各因子不同級別進行譜色，可以直觀地看出各區域的危險性級別及各影響因子的級別，對區域內不同建設類型的項目所需要的不同因素選擇也將提供更加直觀的參考。該項目所在區域相對較小，選擇的評價因子區別性不是非常明顯，且存在評價因子的側重點及各專業專家對因子的評分差異性，對評估結果有較大影響。建議不同區域建設對權重的確定，應參考相應國家(區域)規范規程、行業標準中的相關取值，并與地方專家的評分相結合，可以更加客觀地反映區域的評估結果。

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Application of Regional Geological Hazards AssessmentbyUsingAnalyticHierarchyProcess——SettingXiadianWindFarmasanExample

WANG Xueqiong1,2,QU Wanlong2

(1.GeoscienceandEnginerringCollegeofShandongUniversityofScienceandTechnology,ShandongQingdao266510,China;2.QingdaoGeo-engineeringExplorationInstitute,ShandongQingdao266100,China)

Abstract:Regarding the project area as a small area and a regional model, 38 evaluation units have been divided. Combining with field survey data and geology analysis method, pointing to large wind farm area and variable geological environment condition, considering comprehensive effect of multiple factors, and using hierarchical analysis method, regional geological environment and geological disasters of the wind electric field have been evaluated comprehensively. After calculating 38 units one by one, medium risk areas and small risk areas have been divided. AHP assessment conclusions and geological analysis conclusions are basically the same. Medium risk areas determined by using hierarchical analysis cover dangerous areas determined by geological analysis method. It will provide some references for rational and quantitative division of regional risk level, and the construction of urban new districts.

Key words:Geological disasters; risk assessment; AHP; Xiadian wind farm

收稿日期：2016-05-02；

修訂日期：2016-05-22；編輯：曹麗麗

作者簡介：王雪瓊(1986—)，女，山東濟寧人，碩士研究生，研究方向巖石學礦物學礦床學、水工環地質；E-mail:qwlwxq@163.com

中圖分類號：P694

文獻標識碼：B

項目來源：山東省招遠市夏甸風力發電場工程項目地質災害危險性評估報告