基于GIS與AHP的旺蒼縣滑坡災害危險性評價

邱利平

摘要 利用2016年旺蒼縣地質災害詳查數據，結合旺蒼基礎地理數據和DEM數據，選取坡度、地貌、地層巖性、多年平均降雨量、河流以及道路等因子，通過GIS與AHP對旺蒼縣滑坡進行危險性分區與評價。結果表明：旺蒼縣滑坡災害高度危險性區分布在東部和南部，占總面積的19.5%；中度危險區占總面積的27.3%；低度危險區占總面積的32.4%；安全區占總面積的20.8%。旺蒼縣滑坡災害的危險性分區可為當地防災減災工作提供決策參考。

關鍵詞 GIS；層次分析法；滑坡；危險性評價

中圖分類號 S429 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）02-0051-04

Abstract Using the data of geological disasters in Wangcang County in 2016，combined with Wangcang basic geographic data and DEM data，selecting slope， geomorphology， lithology， average rainfall， rivers， roads and other factors， risk zoning and evaluation of landslide in Wangcang County were conducted based on GIS and AHP.The results showed that the highest risk areas of landslides account for 1.3% of the total area； moderate risk areas account for 30.6% of the total area； low danger zone account for 39.1% of the total area； safe areas account for 29.0% of the total area.Zoning of risk areas of landslide can provide reference for decisionmaking in local disaster prevention and mitigation work.

Key words GIS；Analytic hierarchy process；Landslide；Risk assessment

根據2016年四川省旺蒼縣地質災害調查，旺蒼縣337處地質災害隱患點，滑坡共有212處，占總地質災害的62.9%，以小型滑坡為主，共198處，沒有大型滑坡。旺蒼縣滑坡威脅到879戶5 419人的生命安全，多為分散農戶，潛在財產威脅27 069萬元。滑坡危險性評價是在滑坡易發性評價的基礎上，考慮降雨、地震、人類工程活動等誘發因素的作用下，滑坡發生的空間位置、時間概率、強度及其影響范圍的定性或定量評價[1]。

目前滑坡災害危險性的研究方法很多[2-14]。李文盛等[2]采用層次分析法對湖北省巴東縣新城區的黃土坡進行了滑坡危險性評價。毛偉等[3]采用層次分析法，利用GIS技術對金沙江烏東德庫區金坪子滑坡進行了單體滑坡危險性評價。劉麗娜等[4]采用層次分析法和GIS技術對蘆山震區進行了滑坡危險性評價。邢秋菊等[5]利用邏輯回歸模型和GIS技術對萬州地區進行了滑坡危險性評價研究。許沖等[6]將邏輯回歸模型用于玉樹地震區的滑坡危險性評價中，并進行了檢驗。

筆者以旺蒼縣為研究對象，在科學性和系統性原則指導下，根據文獻資料、ARCGIS自然間斷點分級法分類、區域實際情況以及影響因子與歷史滑坡災害點的相關性來確定指標分級標準，采用AHP確定因子權重，借助于ARCGIS技術強大的空間數據分析處理能力，完成旺蒼縣滑坡災害危險性評價及其危險性分區制圖，以期為旺蒼縣滑坡災害的防治、預測預警提供數據支持。

1 研究區域概況

旺蒼縣地處大巴山西脈米倉山山地與四川盆地接合地區，地理坐標為105°58′24″～106°46′02″ E，31°58′45″～32°42′24″ N，面積約2 986 km2。縣域內地勢特點總體北部高陡，南部低緩，河谷深切，地形起伏大，最大相對高差為1 816 m。旺蒼縣東北部為構造侵蝕溶蝕中山，中部為構造侵蝕中山，南部為構造剝蝕低山，還有少量分布侵蝕堆積河谷平壩；整個地形以山地為主，占旺蒼縣總面積的97.3%，谷地及平壩僅占2.7%。旺蒼縣地層屬揚子地層區，地層出露較齊全。巖性區域分布特征明顯，中部主要分布古生界至中生界三疊系的碳酸巖夾碎屑巖和二疊系的塊狀碳酸巖。北部地區主要分布元古界的變質巖，巖性主要為變質砂巖和板巖。東北部地區集中分布著元古界晉寧期巖漿巖。南部地區分布中生界侏羅系和白堊系的碎屑巖，巖性為砂巖、泥質粉砂巖、泥巖及砂巖和泥巖互層。新生界第四系集中分布于中部河谷平壩地帶。旺蒼縣屬亞熱帶濕潤季風氣候類型， 年平均氣溫13.7 ℃，年降雨量1 021.7 mm，雨量充沛集中，降雨量季節分配不均勻，降雨主要集中在7—9月，這3個月的降雨量占全年降雨量的50%以上。縣境內溝谷發育，水網密布，溝谷較短小，溝床坡降較大，河流主要有東河、木門河和寨巴河。旺蒼縣滑坡點分布情況見圖1。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

數據源包括旺蒼縣的基礎地理數據（行政邊界、河流水系、道路交通數據等），2016年旺蒼縣地質災害點詳細調查、30 m×30 mDEM數據（地理空間數據云下載），統計數據，遙感解譯和實地調查獲取的滑坡地質災害點數據，降水量觀測數據等。旺蒼縣境內無孕育地震的斷裂，地震活動弱，按《中國地震動參數區劃圖》分區，地震基本烈度為Ⅵ度，區域地殼較穩定，因此不考慮地震因子對滑坡災害的影響。

2.2 研究方法

層次分析法（AHP）是由美國運籌學家Saaty于20世紀70年代提出的多準則目標決策方法，是將定性和定量相結合、層次化、系統化的決策方法[15]。層次分析法的主要思想：分析問題包含的影響因素及因素間的關系，將影響因素分層，在每一層次下建立準則，對該層次下影響因素進行兩兩比較并建立判斷矩陣，得出該層準則下的權重，由此計算各目標因素對總體目標的組合權重[16]。

層次分析法主要步驟：①建立評價指標體系；②構建判斷矩陣；③計算最大特征值和特征向量；④一致性檢驗。

評估指標選取主要遵循科學系統性原則、突出重點原則和綜合性原則。指標體系的選取主要根據文獻查詢和項目實際情況進行選取。各指標滑坡災害危險性分級和不同級別賦值，根據相關文獻資料、ARCGIS自然間斷點分級法分類及區域實際情況。

GIS空間疊加法根據ARCGIS將所有影響因子進行空間表達和量化賦值，得到各因子的柵格圖層；再利用柵格計算器將所有影響因子乘以層次分析法計算得到的相應權重，再將乘積相加，劃分得到滑坡地質災害危險性分區。

3 數據處理

3.1 坡度因子提取

30 m×30 m DEM數據經過掩膜提取、鑲嵌得到旺蒼縣DEM影像數據。利用ARCGIS中的“Spatial Analyst”工具中的“Surface Analysis”（表面分析）可以直接提取到旺蒼縣坡度。根據指標因子的賦值將旺蒼縣坡度進行重分類，結果得到旺蒼縣坡度重分類圖（圖2）。

3.2 地層巖性因子提取

地層巖性是影響滑坡發育的基礎因素，為滑坡產生提供物質基礎。將旺蒼縣地層巖性圖掃描，并在ARCGIS中進行配準矢量化，根據指標因子的賦值將旺蒼縣巖性進行重分類，結果得到旺蒼縣巖性分級賦值（圖3）。

3.3 地貌因子提取

斜坡是滑坡發生的條件，不同坡形和斜坡結構影響滑坡的發育。將旺蒼縣地貌圖掃描，在ARCGIS中進行配準并且矢量化，根據指標因子的賦值將旺蒼縣地貌進行重分類，結果得到旺蒼縣地貌分級賦值（圖4）。

3.4 河流因子提取

利用旺蒼縣DEM影像數據，根據ARCGIS中的“Spatial Analyst”工具中的“Hydrology”（水文分析）。提取河網時，匯流累積量閾值為3 000時得到比較理想河網，刪除一些偽溝谷，可以提取到旺蒼縣河流網。將旺蒼縣河流進行緩沖區分析，根據指標因子的賦值，將旺蒼縣河流緩沖區進行重分類，得到旺蒼縣河流分級賦值（圖5）。

3.5 道路影響因子提取

人類工程活動影響滑坡的種類很多，該研究主要選擇道路。道路修建，開挖坡腳，形成高陡邊坡，有利于滑坡發育。將旺蒼縣道路圖層進行緩沖區分析，根據指標因子的賦值將旺蒼縣道路緩沖區進行重分類，結果得到旺蒼縣道路分級賦值（圖6）。

3.6 降水因子提取

旺蒼縣滑坡分布范圍廣，但暴發時間集中，主要發生在5—9月雨季，暴雨和持續降雨都是誘發滑坡的重要條件，旺蒼滑坡是典型的降雨誘發型滑坡。年均降水量分布根據區域內氣象站點觀測資料，通過ARCGIS樣條函數插值法獲取。根據指標因子的賦值將旺蒼縣多年平均降水量進行重分類，得到旺蒼縣多年平均降水量分級賦值（圖7）。

用Excel數值分析得到判斷矩陣最大特征根λmax為6.000；一致性指標CI為0；RI為平均一致性指標，值為1.24；計算隨機一致性比率CR為0，則各因子權重是具有可接受一致性。

利用ARCGIS 10.1柵格數據處理，根據旺蒼縣DEM影像數據，處理得到坡度圖，將旺蒼多年平均降雨量圖、地層巖性圖、地貌圖、道路緩沖區和河流緩沖區圖柵格化。將旺蒼多年平均降雨量柵格圖、坡度柵格圖、地層巖性柵格圖、河流柵格圖、道路柵格圖、地貌柵格圖根據層次分析法計算的權重，利用ARCGIS柵格計算疊加得到旺蒼縣滑坡危險性綜合分區圖，將旺蒼縣滑坡危險性綜合分區圖根據ARCGIS自然間斷點分級法進行重分類，最終得到旺蒼縣滑坡危險性分區圖。

4 評價結果與分析

4.1 指標權重確定

根據層次分析法確定各因子權重，坡度、地貌、巖性、多年平均降雨量、河流及道路因子的權重依次為0.226、0.097、0.194、0.290、0.032、0.161（表1），并通過一致性檢驗。

4.2 危險性分區

按照旺蒼縣滑坡災害危險性影響因子的權重，對旺蒼縣滑坡災害各因子進行疊加分析。根據ARCGIS自然間斷點分級法對旺蒼縣滑坡災害進行危險性分區，分為高度危險區、中度危險區、低度危險區和安全區4個等級（表2、3），結果見圖8。從圖8可見，旺蒼縣滑坡災危險性大致由西北向東南遞增。

4.3 對比分析

根據圖8進行面積統計，得到旺蒼縣滑坡災害高度危險性區主要分布于東部的大德鄉、金溪鎮、五權鎮部分地區和南部的九龍鄉、木門鎮部分地區，占旺蒼縣總面積的19.5%，該地區道路網密集，修建道路開挖坡腳，形成陡峭邊坡；河網密度大，河流沖刷侵蝕，都為滑坡發育提供臨空面；主要分布在構造侵蝕低山和構造侵蝕中山；巖性為軟弱的砂巖、泥巖互層，降雨量為旺蒼最大的區域，是滑坡發育良好地區。中度危險區主要分布在南部和東北部少部分地區，占旺蒼縣總面積的27.3%，該地區道路網與河網密度也很大，也為滑坡發育提供很好的高陡坡面條件；巖性以砂巖、泥巖和頁巖為主；該地區降雨量多。低度危險區主要分布在東北部、中部和西部等地區，占旺蒼縣總面積的32.4%。安全區主要分布在西部地區尤其是西北部和東北部少部分地區，占旺蒼縣總面積的20.8%，該地區道路網與河網密度都很小，西部降水量為旺蒼縣最少地區，該地區巖性碳酸巖和灰巖等巖石為主，主要地貌類型為構造侵蝕溶蝕中山，坡度多在60°以上，有利于崩塌發育，滑坡發育反而較少。

5 結論與建議

（1）滑坡發育需要適宜的地貌和地形坡度，旺蒼縣北部是構造侵蝕溶蝕中山，坡度多在60°以上，該地條件適宜崩塌發育，滑坡發育少。旺蒼縣滑坡災害高危險區主要在降雨量1 150 mm以上的地區，旺蒼縣滑坡多為降雨誘發。由于旺蒼縣道路與河流有很大相關性，因此旺蒼縣滑坡危險區分區有沿河流和沿道路延伸的特點。

（2）旺蒼縣滑坡災害高度危險性區主要分布于東部和南部地區，占旺蒼縣總面積的19.5%；中度危險區主要分布在南部和東北部少部分地區，占旺蒼縣總面積的27.3%；低度危險區主要分布在東北部、中部和西部等地區，占旺蒼縣總面積的32.4%；安全區主要分布在西部地區以及東北部的少部分地區，占旺蒼縣總面積的20.8%。

（3）針對旺蒼縣滑坡體積規模小、數量多、分布范圍廣等特點，筆者提出了幾點滑坡災害防治措施：①群測群防，旺蒼縣建立了以村組為單位的完善的群測群防系統，時時監測滑坡變形情況。②搬遷避讓，當滑坡威脅農戶較少，農戶搬遷安置費用遠小于工程治理費用時，建議搬遷避讓。旺蒼縣已建立20個居民安置點，擬建31個居民安置點，能夠容納搬遷的居民入住。③工程治理，旺蒼縣滑坡多為小型滑坡，體積規模小，主要采用工程治理措施，即抗滑樁、擋土墻+截排水溝+裂縫夯填等、排水溝等。

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