基于GIS和AHP的邊坡穩定性分析方法研究★

袁曉萍 秦淑文 何 濤 孫曉娟 權赫春

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

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·巖土工程·地基基礎·

基于GIS和AHP的邊坡穩定性分析方法研究★

袁曉萍 秦淑文 何 濤 孫曉娟 權赫春*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

以延邊大學美術學院后的某一邊坡為例，通過實驗以及測量的方法得出相關數據，繼而使用AHP法對致災因子進行權重分析，并利用GIS技術對滑坡的易發程度進行劃分，通過柵格數據重疊法研究得出最不穩定區域，為該邊坡穩定分析及防治提供科學依據。

AHP，GIS，斜坡穩定性，致災因子

滑坡災害是近年來我國多遇的一種自然災害，每一次的滑坡都對國民的安全以及經濟造成嚴重損害，所以邊坡的穩定性分析是我們必須進行的工作，AHP和GIS相結合能夠很好的通過對致災因子(高程、坡度、坡向、含水率、塑性指數)的分析，合理的對邊坡進行滑坡易發程度劃分，以便做出相應的應對措施。GIS技術是以地理空間為基礎采用地理模型分析方法，實時的提供多種空間和動態的地理信息，基本功能是將表格型數據轉換為地理圖形顯示，黃波林等人基于GIS技術進行滑坡涌浪災害的分析，并通過三峽庫區巫峽茅草坡滑坡實例，分析滑坡涌災危害，涌浪爬高，并提出建議[1]；張云豐等也利用GIS技術對長白山地區的滑坡易發程度進行研究分析，且通過AHP進行權重分析，得出長白山地區滑坡影響較大的致災因子為坡度、地質和土壤，進一步確定最危險區域[2]。本文采用的柵格數據疊置分析法就是GIS技術中的一種常用方法，可以將不同主題的各個數據層面進行疊置產生一個新的數據層面，疊置產生的結果綜合了原來兩個或多個層面要素所具有的屬性，本文中是五個層面要素(致災因子)所具有的性質。AHP也就是層次分析法，它是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活實用的多準則決策方法，利用AHP法能夠得出致災因子的權重，進而分析各致災因子對邊坡穩定性的影響。

1 研究區狀況

本文研究的邊坡位于吉林延邊大學美術學院后，此坡的坡度較大，橫跨長度十幾米以上，平均高度約為7 m，若發生滑坡現象會影響一條主干線路的正常通行。該邊坡的土質分樣可以分為五類，分別為表層土、二層泥土、堆積土、黃沙及紅土，但是隨著海拔的提高邊坡的土層類型逐漸減少。每層土樣的含水率都有明顯降低，且逐漸為大顆粒石塊狀，為預防滑坡災害的發生，學校采用擋土墻及種植植被的方式。

2 邊坡穩定性分析相關因子

2.1 高程

高程是某點沿鉛垂線方向到絕對基面的距離。數字高程模型也就是DEM，是通過有限的地形高程數據實現對地形曲面數字化模擬(即地形表面形態的數字化表達)，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，是數字地形模型(Digital Terrain Model，簡稱DTM)的一個分支，能夠很清晰的反映一個地區的高程信息。高程圖見圖1。

2.2 坡度

坡度表示的是地表單元陡緩的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距離的比值叫做坡度，坡度越大的邊坡越容易發生滑坡現象。坡度圖見圖2。

2.3 坡向

坡向是坡面法線在水平面上的投影方向。坡向會對一個邊坡的日照、降水量有影響，也就會間接的影響滑坡的易發程度。坡向圖見圖3。

2.4 含水率

含水率是指土壤中水分的質量與干土質量的比值，是土的基本性質，一般情況下含水率越高的地方越容易發生滑坡。含水率分布圖見圖4。

2.5 塑性指數

塑性是表征細粒土物理性能的一個重要特征，一般用塑性指數來表示；液限與塑限的差值稱為塑性指數。塑性指數能反映土的很多重要性質，現在經常用塑性指數對黏性土進行分類，塑性指數越大說明該土樣的黏性越高，也就越不容易發生滑坡現象。塑性指數圖見圖5。

3 研究方法

本文先利用AHP法來計算所選取邊坡的5種致災因子的權重數，然后用Arcgis中重分類的功能根據內部相對重要度對5種致災因子的內部因子進行重分類，再利用Arcgis中柵格數據疊加功能，把每種賦予相應權重的致災因子相互疊加，最后得出邊坡穩定性分析圖。

3.1 AHP分析法

層次分析法(AHP)是由美國T.L.Saaty教授提出的對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多指標決策方法。本文通過AHP法確定各個致災因子的權重。

T.L.Saaty教授提出一致矩陣法，為了使各個因素之間相對重要性加以量化，引入的標度方法如表1所示。

表1 AHP法判斷矩陣的標度方法

通過以上的標度，可對因素層中的各個因素的相對重要性做出判斷，從而構建判斷矩陣，并算出權重大小，如表2所示。

3.2 基于GIS技術的滑坡易發程度劃分

用AHP法計算出來的各個致災因子的權重，采用柵格數據疊置分析法對其進行計算和分析，在柵格數據內部，疊加運算是通過像元之間的各種運算來實現的。設x1，x2，…，xn分別為第1層至第n層上同一坐標屬性值，f函數為各層上屬性與用戶需求之間的關系，E為疊置后屬性輸出層的屬性值，則E=f(x1，x2，…，xn)。在Arcgis軟件中打開模型構建器，然后將柵格計算器和重分類功能放入其中，再把數據添加其中后就可以進行柵格數據的重分類和疊置分析，結果如圖6所示。圖6中用黑色表示的部分就是整個研究區域中最為不穩定的區域。

表2 不同因子的判斷矩陣和權重

4 結語

1)致災因子的權重越大，對于滑坡的易發程度的影響也就越大，通過分析可知，權重為0.44的坡度和0.24的塑性指標對于邊坡的穩定性影響較大。2)通過柵格數據疊置分析數據可知，分析得出的最不穩定區域分布與實際地形中的不穩定區域是比較吻合的，說明上述分析方法是可行的。3)坡向的權重在5個致災因子中最小，可以看出坡向對滑坡的發生影響最小，只有日照和降水的間接影響。

[1] 黃波林,殷躍平,王世昌，等.GIS技術支持下的滑坡涌浪災害分析研究[J].巖石力學與工程學報,2013(z2):3844-3851.

[2] 張云豐,金素月,安懷德，等.基于GIS的長白山地區山體滑坡易發程度分析[J].延邊大學學報(自然科學版),2013(4):285-288.

[3] 華國斌,王向東.基于GIS考慮有水作用的土坡穩定性分析[J].西部探礦工程,2007,19(8):206-208.

[4] 蘭恒星,伍法權,周成虎，等.基于GIS的云南小江流域滑坡因子敏感性分析[J].巖石力學與工程學報,2002,21(10):1500-1506.

[5] 單新建,葉 洪,李焯芬，等.基于GIS的區域滑坡危險性預測方法與初步應用[J].巖石力學與工程學報,2002,21(10):1507-1514.

[6] 李 軍,周成虎.基于柵格GIS滑坡風險評價方法中格網大小選取分析[J].遙感學報,2003,7(2):86-92.

[7] 周翠英,林春秀,劉祚秋，等.基于GIS技術的區域性坡發生概率分析[J].巖石力學與工程學報,2004,23(6):911-914.

Slope stability analysis based on GIS and AHP method★

Yuan Xiaoping Qin Shuwen He Tao Sun Xiaojuan Quan Hechun*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Based on a certain slope besides the Yanbian University Academy of Fine Arts as an example,in this paper,we obtained the related data through the experiment and the method of measuring,then we use the AHP method to make an analysis of the weight to the disaster-causing factors,at last we make use of GIS technology to divide the degree of landslide prone,through deleting lattice data overlapping method to study the most unstable regions.The conclusion of this article is to provide scientific basis for prevention and cure of slope stability analysis.

AHP,GIS,slope stability,disaster-causing factors

1009-6825(2016)29-0047-02

2016-08-03★：延邊大學大學生創新創業訓練計劃項目(項目編號：ydbksky2016007)

袁曉萍(1995- )，女，在讀本科生

權赫春(1979- )，男，博士，副教授

P694

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