基于ARCGIS平臺采用層次分析的綜合指數法地質災害易發性評價
——以泰和縣為例

陳祚偉

（江西省地質局第三地質大隊 江西九江 332000）

泰和縣地處吉泰盆地中部，縣域地勢總體為東部和西部高、中部低，地形以低山、丘陵為主，面積1789.07km2，占全縣總面積的67.12%，縣域內地層巖性復雜，巖土體工程力學性質較差，斷層褶皺等地質構造較發育，區內降雨集中，切坡筑路、切坡建房、礦山開采、水利水電建設等人類工程活動強烈［1］。受上述因素的綜合影響，導致區內環境地質問題較嚴重。地質災害類型主要為滑坡、崩塌、地面塌陷，存在滑坡隱患和崩塌隱患，已成為贛中地質災害高易發縣之一，每年因地質災害造成的經濟損失較嚴重。

1 評價原則與方法

1.1 評價原則

工作區內自然地質環境條件復雜，切坡建房、工程建設等人類活動差異大，導致地質災害造成的影響和危害方式存在一定差異性。為此，在充分認識區內孕災地質環境條件和地質災害形成機理的基礎上，進行地質災害易發性評價時，需首先遵循以反映該區地質災害分布規律與成因機理為主，并且在突出重要誘發因素的原則下，圍繞“以人為本”的基本原則，同時，應兼顧為地質災害防災減災服務的原則，以及對全區進行綜合性評價與分析等5 個評價原則［2-3］。通過對區內已查明的災害與之災害成因進行關聯性分析，總結地質災害發育特征及分布規律，選擇適當的定量孕災因子指標，體現地質災害孕災地質環境條件，再采取分析類比法，定性分析區內地質災害易發程度，最終采用定性、定量結合進行地質災害易發性評價。

1.2 評價方法

由于地質災害的孕災因素很多，既包括孕災體的地質作用，也包括外部降雨等誘發作用，還會受到人類工程活動的影響，因此地質災害易發程度分區評價是一個復雜的多元評價系統。本次運用地質災害綜合危險性指數法對地質災害易發性評價，評價流程如圖1所示，總體思路如下。

圖1 地質災害易發評價流程圖

（1）首先，確定控制和影響地質災害發生的主要孕災因素，以專家定性打分的評價方法，確定各種孕災因素的權重。

（2）將研究區整體進行單元網格化，然后將每個單元內地質災害影響因素進行分類定性評價，根據所等的定性評價結果，采用重分類對每個單元進行量化。

（3）將量化后的每個單元格在GIS 平臺上進行各類地質災害信息量疊加分析。同時，根據個別影響因子進行合理的修正，最終得出較為合理的易發性評價分區結果。

2 評價模型的建立與影響因子選取

2.1 評價單元網格劃分

根據泰和縣的孕災地質環境條件與地質災害分布發育特征，采用1cm×1cm（實際大小500m×500m）規則化單元方格進行網格化地質災害易發性評價，全縣共劃分出11 187個計算單元格，其中，有災害點的單元格數為1289個。

2.2 分析計算方法

地質災害綜合危險性指數的計算方法：

式中：Z表示地質災害綜合指數；Zq表示孕災條件強度指數；r1表示孕災條件強度權值，取值0.65；Zx表示現狀地質災害發育強度指數；r2表示現狀地質災害發育強度權值，取值0.35。

2.3 孕災地質環境條件強度指數計算

地質災害孕災地質環境條件強度指數（Zq）按以下公式計算：

式中，Ti分別為控制評價單元地質災害孕災地質條件（D）、地形地貌條件（X）、人類工程活動條件（R）的強度表征值，Ai分別為各孕災地質環境條件的權重值。

2.3.1 孕災因素的確定

根據泰和縣地質災害的分布特征與發育規律，確定其基本孕災條件因子有微地貌地形坡度、地貌類型、工程地質巖組、地質構造等；誘發因素有大氣降雨、地震、孕災的人類工程活動等［4-5］。因全區位于地震烈度小于Ⅵ度區內，大氣降雨則具有隨機性、變動性及不確定性等因素，故本次評價將降雨、地震兩項因素予以剔除。

2.3.2 評價孕災因子權重的確定

Ai分別為各孕災條件的權重值，孕災因子有工程地質條件（G）、地形地貌條件（D）和人類工程活動條件（R），然后，采用層次分析法，確定各個孕災因子的權重。

首先，建立準則層各要素，即工程地質條件、地形地貌條件、人類工程活動條件對目標層的判別矩陣A。

計算該矩陣中各要素的特征向量并進行歸一化處理后，得到各評價因子對孕災地質條件強度指數的權重向量，通過計算，得到權重向量Ab值，與其對應的CI、CR值，再通過一致性檢驗，得出判斷矩陣A為有效。

在構建A矩陣后，再分別進行構建底層要素矩陣B，各要素要求一一對應并歸一化處理后，分別得出底層要素權重向量BG、D、R，因人類工程活動只進行范圍影響分析，單獨為1個因素。

在得到權重A、B后，自上而下將單準則下的權重進行計算，得到底層中工程地質巖組類型、地質構造等各孕災因子對應的強度指數權重Ai。

2.3.3 致災因素的指數化

對每一個含有已發生地質災害的評價單元網格內的各類致災地質環境條件因素，按照各自的影響程度賦以與之相匹配的權重，并對每類致災因素進行分級賦相應值，將致災因素權重值與相應的分級值作乘法計算，從而得出各孕災因素相應對應的指數值，再利用ARCGIS，將各因素的指數值進行疊加分析，得出致災強度指數，從而判斷出評價單元或該區域地質災害發生的易發性［6］。各孕災因子權重及分級評分值見表1。

表1 各評價因子權重與分級賦值一覽表

采用ARCGIS 軟件分區統計工具對網格區的各評價因子進行屬性賦值，然后，通過對屬性要素加權疊加計算，得出各網格區的Zq值，Zq值分布范圍為0.9553～6.3436，Zq值主要集中分布在1.5～4.5。

2.4 現狀地質災害強度指數計算

現狀地質災害強度指數（Zx）可以用已發生地質災害點歸一化處理后的點密度、面密度及體積密度，利用ARCGIS密度分析求得。

首先，將災害點進行歸一化處理并得出災害點數密度的系數，即每個單元網格內地質災害個數與整個評價區內的災害點個數之間的比值，同理求出災害點面密度系數與體積密度系數。經密度分析計算，得出網格內有值的為1289個網格，占網格總數的11.52%，Zx值分布在0～180，單元格內Zx值主要集中分布在0～20。

2.5 地質災害綜合危險性指數

根據各單元的工程地質條件、地形地貌及人類工程活動等孕災地質環境條件，利用ARCGIS 中的空間分析功能，取得各評價單元網格內的孕災地質條件強度指數與現狀地質災害致災強度指數［7］，根據公式Z=Zq·0.65+Zx·0.35，將各強度指數進行疊加換算，從而獲得各評價單元網格內地質災害綜合危險性指數（Z值），Z=0.0004～179.7895（統計時排除了Z＞15的值，統計網格為11 058個），最終得出Z值集中分布在0.55～3.98 之間，一共有9763 個單元網格，占統計網格數的88.29%。

依據地質災害綜合危險性指數Z值分布特征及曲率圖，取主要拐點相對于的值，再根據各取值范圍一一對應地質災害易發性等級，從而得出各地質災害易發性等級區間值。經過曲率分析，主要拐點分別為：＜0.9424、0.9424～1.3451、1.3451～1.8702、＞1.8702，將Z值劃分為Ⅳ級。Z＞1.8702 為地質災害高易發區，有2945 個單元網格，占整個單元網格數的26.33%；Z值為1.3451～1.8702 為地質災害中易發區，有單元網格4379個，占整個單元網格數的39.14%；Z值為0.9424～1.3451 為地質災害低易發區，有單元網格1944 個，占整個單元網格數的17.38%；Z＜0.9424為地質災害不易發區，共有1790 個單元網格，占單元網格總數的17.15%，如圖2所示。

圖2 泰和縣易發性指數值分布單元網格圖

3 地質災害易發性評價結果

地質災害綜合危險指數Z值得出的易發分區結果在一定程度上較離散，為了更好地反映泰和縣地質災害在區域上的一致性，將全縣劃分為145個流域，再根據流域內各類方格的占比，結合定性分析，劃分出地質災害易發性分區。將全縣劃分為20 個地質災害易發性分區（見圖3），其中，有6個地質災害高易發區，面積1130.16km2，占全縣面積的42.48%，區內有已發生地質災害點487處，占全縣災害點總數的80.23%；中易發區6個，面積452.73km2，占全縣面積的17.02%，區內有已發生地質災害點49處，占全縣災害點總數的8.07%；低易發區5個，面積628.84km2，占全縣面積的23.64%，區內有已發生地質災害點30處，占全縣災害點總數的4.94%；不易發區3 個，面積448.57km2，占全縣面積的16.86%，區內有已發生地質災害點41 處，占全縣災害點總數的6.75%。

圖3 泰和縣地質災害易發性評價結果圖

4 結論與建議

（1）本次評價工作主要利用收集前人資料與縣域1/50 000 地質災害調查資料，在分析該區地質災害發育強度與分布規律的基礎上，選取地形坡度、地形地貌、地質構造、工程地質巖組、人類工程活動等5 項孕災因子，采取層次分析的綜合指數法進行的地質災害易發程度評價。

（2）本次評價結果與該區地質災害實際發生及分布情況基本吻合，反映出層次分析的綜合指數法適合本區地質災害易發性評價，其結果合理可靠，可作為地質災害防治與工程建設的依據。

（3）建議泰和縣在地質災害中、高易發區進行工程建設時，必須對場地或線路進行更為詳細的地質災害危險性評估工作，以保障人民生命財產不受地質災害破壞，避免損失。