層次分析（AHP）法在滑坡地災風險性評價中的應用淺析

張晨

（福建省196地質(zhì)大隊 福建漳州 363000）

0 引言

地質(zhì)災害（以下簡稱“地災”）易發(fā)性評價并不考慮災變的時間尺度，也不考慮災害發(fā)生之后造成的經(jīng)濟損失以及災害威脅對象的災害抵御能力，只是對地災本身自然屬性以及地災活動劇烈程度的體現(xiàn)，同時也是地災風險評價的重要組成部分［1］。本文是在筆者另一篇《基于GIS 的信息量法在滑坡地災易發(fā)性評價中的應用》論文基礎(chǔ)上，以福建浦城滑坡地災風險性評價為例，通過采用層次分析（AHP）法，在滑坡地災易發(fā)性、受災體易損性和地災危險性評價的基礎(chǔ)上，對區(qū)域滑坡地災風險性作出評價，為地災防治管理提供基礎(chǔ)依據(jù)和科技支撐。

1 研究區(qū)地理地質(zhì)簡況

浦城縣位于福建省南平市北端的閩、浙、贛3 省交界處，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，雨量充沛，日照充足。根據(jù)浦城縣截至2019 年近20 a 年降雨量資料，全縣年降雨量在1 222.6～2 498.7 mm 之間，多年平均降雨量1 812.2 mm。全縣戶籍人口約43 萬人，人口密度約127 人/km2，山地面積2 916 km2，森林覆蓋率達76.49%，是福建省重點林業(yè)縣。浦城境區(qū)內(nèi)交通便利，京臺高速（G3）和205 國道由南至北貫通全縣，浦建高速（S0311）東接浙江省龍泉市，與長深高速（G25）相連，省道花崇線橫貫東西，小浦線、古二線連接東北和西北，已基本實現(xiàn)鄉(xiāng)鄉(xiāng)有班車、村村通公路。

研究區(qū)內(nèi)主要地災類型為滑坡，致災體廣泛分布于山前斜坡地帶的殘坡積土層，常處于地下水位以上，因接受降雨補給，雨水下滲，抬升地下水位，增大土體荷重，潤濕土體，導致土體失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡，故降雨時較易誘發(fā)滑坡地災。

2 層次分析（AHP）法概述

層次分析（AHP）法由美國著名運籌學家T.L.Saaty 教授于1970 年代提出的對非定量事件作定量分析的1 種方法。褚洪斌最早將AHP 法引入地災危險性評價領(lǐng)域。它通過將決策者的經(jīng)驗判斷量化，從而為決策者提供定量形式的決策依據(jù)。

由于在地災發(fā)生后，對建筑物、人口、交通設(shè)施、其他生活設(shè)施等產(chǎn)生的直接和間接損失的能力并不相同，因此想要綜合這4 項指標僅僅通過簡單的累加是不科學的，而是有不同的權(quán)重系數(shù)。對于多參數(shù)決策問題中指標權(quán)重的確定有多種方法，在眾多計算方法中，AHP 法詳細分析了各指標之間的關(guān)系，并建立了對比矩陣，從而可以較為合理地確定指標權(quán)重。AHP 法很好地將定性與定量融合起來，它可以以數(shù)量的方式客觀地將評價過程中的人為主觀性表現(xiàn)出來，使評價結(jié)果更加合理科學，避免因個人偏好導致評價指標的權(quán)重預測與實際情況偏離［2-3］。

應用AHP 法進行地災風險性評價，是在易發(fā)性評價成果的基礎(chǔ)上，通過疊加建筑物、人員、交通設(shè)施和其他生活設(shè)施4 個易損性評價因子，對受災體作出易損性評價，再疊加累積降雨量，進行滑坡地災危險性分區(qū)。在危險性和易損性評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用矩陣分析方法疊加運算后，得到地災風險性評價分區(qū)［2-3］。

3 AHP 法評價方法及步驟

3.1 受災體易損性要素選取

受災體的易損性指地災發(fā)生對受災體可能造成的損失程度。對于相同規(guī)模的地災，不同受災對象的易損性往往不同，例如在人跡罕至、經(jīng)濟活動程度低的區(qū)域發(fā)生地災造成的損失遠遠比在城鎮(zhèn)化程度較強，經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)造成的損失要小得多。浦城滑坡地災易發(fā)性評價結(jié)果表明研究區(qū)大部分為低易發(fā)和中易發(fā)區(qū)，占總面積的76.15%，而極高和高易發(fā)區(qū)占總面積的23.85%，多為人口密集區(qū)，表明人類工程活動對研究區(qū)的地災影響較大。

受災體的易損性與區(qū)域社會經(jīng)濟現(xiàn)狀及發(fā)展等諸多要素有關(guān)，歸納起來主要為建筑物易損性、人員易損性、交通設(shè)施易損性和其他生活設(shè)施易損性4 種。通常情況下，地災的發(fā)生對受災體的破壞都可以由以上4 個要素表征，因此，區(qū)域受災體的易損性評價可以由以上4 個要素進行疊加綜合評估。

本次評價采取25 m×25 m 網(wǎng)格作為評價單元，選取并量化建筑物、人員、交通設(shè)施和其他生活設(shè)施這4 個評價因子，采取AHP 法對4 個評價因子進行權(quán)重賦值，按照加權(quán)求和的方法得到最終的易損值并進行易損性分區(qū)。

3.2 易損性評價指標量化

（1）建筑物易損性。建筑物為人口分布的基礎(chǔ)載體，同時又具有自身的經(jīng)濟價值。采用對建筑物面積歸一化處理的方法取歸一值作為浦城縣的建筑物易損性。建筑物（和下文的交通設(shè)施）數(shù)據(jù)為提取1∶5 萬地形圖中的建筑物信息，對建筑物面積進行歸一化處理，歸一化處理公式如式（1）。

式中：Ci為第i 個因子歸一化后的值；C0為第i 個因子的原始值；Ci-max與Ci-min分別為第i 個因子的最大值與最小值。

（2）人員易損性。統(tǒng)計浦城縣每個行政村的人口數(shù)，通過計算得到每個行政村的人口密度，從而以行政村為單位對研究區(qū)進行人員易損性的評定，其中每個行政村的人口數(shù)據(jù)來源于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計。人員易損性賦值采用人口密度歸一化處理。

（3）交通設(shè)施易損性。修建大量的交通設(shè)施，一方面形成了眾多的人工開挖邊坡，另一方面交通設(shè)施也具有自身經(jīng)濟價值。不同的交通設(shè)施級別不一樣，在災害發(fā)生時搶救的人力物力不一樣，受損程度也不一樣，因此易損性也不一樣，交通設(shè)施易損性賦值也不一樣。交通設(shè)施數(shù)據(jù)提取1∶1 萬地形圖中的道路信息。

（4）其他設(shè)施易損性。除了以上方面，城市中還有油氣線路、輸水線路、輸電線路、通訊線路等生活設(shè)施，亦有他們自身的經(jīng)濟價值。同樣的，不同的設(shè)施具有不同的易損性，因此其他生活設(shè)施易損性賦值參考《1∶5 萬地災風險調(diào)查評價技術(shù)要求》（試行版）附錄M.1。

3.3 易損性指標權(quán)重計算

由于地災在發(fā)生后，對建筑物、人口、交通設(shè)施、其他生活設(shè)施等產(chǎn)生的直接和間接損失的能力并不相同，因此想要綜合這4 項指標僅僅通過簡單的累加是不科學的，而是有不同的權(quán)重系數(shù)。前述AHP 法可以通過詳細分析各指標之間的關(guān)系，并建立對比矩陣，將定性與定量融合起來，用數(shù)量的方式客觀地將評價過程中的人為主觀性表現(xiàn)出來，可以較為合理地確定指標權(quán)重，使評價結(jié)果更加科學合理［4］。

權(quán)重計算的基本步驟如下：

（1）結(jié)合實際情況對各易損性指標之間的相對重要性做出標度判斷，判斷結(jié)果以1～9 的標度進行量化，量化標度含義及構(gòu)造的判斷矩陣A-B 矩陣如表1 所示。

表1 指標相對重要性量化標度／ A－B 判斷矩陣

將判斷矩陣的每一列元素做歸一化處理，其元素一般項表示為式（2）。

（2）將每一列經(jīng)歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為式（3）。

（3）對向量α=（α1，…，αn）T歸一化處理，得到屬性權(quán)重向量，見式（4）。

（4）計算判斷矩陣最大特征根，見式（5）。

（5）一致性檢驗，即判斷矩陣的可靠性。

①計算一致性指標，見式（6）。

②查找相應的平均一致性指標RI。對n=1，2…，Saaty 給出了RI 值。

③計算一致性比例，見式（7）。

具體的計算由yaahp 軟件實現(xiàn)。當CR＜0.1 時，認為該判斷矩陣通過一致性檢驗。經(jīng)計算判斷矩陣A-B 的CR 值為0.018 1，＜0.1，該矩陣的一致性可以接受，確定各指標的權(quán)重W總=（0.124 9，0.305 9，0.077 7，0.491 5）T。最終，得到浦城縣地災易損性評價指標的各權(quán)重見表2。

表2 易損性各評價指標的權(quán)重值

3.4 易損性指數(shù)分類

根據(jù)前文確定的評價指標及其權(quán)重值，最終量化地災不同評價單元內(nèi)的易損性指數(shù)V，見式（8）。

式中：wi為各影響因子權(quán)重系數(shù)；ci為各評價指標的評價單元賦值。

由前文給出的評價因子以及評價方法，最終基于ArcGIS計算得到浦城縣易損性指數(shù)V，并采用自然間斷點分級法將研究區(qū)易損性分為4 級：低易損性、中易損性、高易損性，極高易損性。依據(jù)以上分級，得到浦城縣滑坡地災易損性分區(qū)圖（圖1）。

圖1 浦城縣滑坡地質(zhì)災害易損性分區(qū)圖

4 滑坡地災風險性評價

4.1 滑坡地災危險性評價

在滑坡地災易發(fā)性和易損性評價的基礎(chǔ)上，疊加歷史月累積降雨量（＞5 a）開展滑坡地災危險性評價。降雨量采用近10 a 浦城縣各雨量站點的月降雨量的最大值，利用克里金插值法生成降雨量等值線圖，再疊加易發(fā)性評價圖后，得到浦城縣滑坡地災危險性評價圖（圖2）。從圖中可以得出，極高危險區(qū)面積為83.16 km2，占全區(qū)面積的2.46%；高危險區(qū)面積為694.76 km2，占全區(qū)面積的20.54%；中危險區(qū)面積1 143.66 km2，

圖2 浦城縣滑坡地災危險性分區(qū)圖

4.2 滑坡地災風險性評價分區(qū)

將以上浦城地災危險性和易損性評價結(jié)果采用矩陣分析方法疊加運算，地災風險等級劃分矩陣參考《1∶5 萬地災風險調(diào)查評價技術(shù)要求》（試行版）附錄M.3，可以將浦城地災風險性分成極高風險區(qū)、高風險區(qū)、中風險區(qū)和低風險區(qū)4 個等級（圖3）。從圖3 中可以看出，極高風險區(qū)面積為14.40 km2，占全區(qū)面積的0.43%；高風險區(qū)面積為124.01 km2，占全區(qū)面積的3.67%，中風險區(qū)面積為705.32 km2，占全區(qū)面積的20.85%，低風險區(qū)面積為2538.75 km2，占全區(qū)面積的75.06%。詳細分區(qū)如下：

圖3 浦城縣滑坡地災風險性分布圖

（1）極高風險區(qū)。共劃分了16 個亞區(qū)，總面積為21.73 km2，占全縣面積的0.64%。極高風險區(qū)主要分布于山間盆地邊緣與丘陵山地的過度帶。該區(qū)域共發(fā)育地災點16 處，占總災害點數(shù)的23.88%，災害點密度為0.736 個/km2。

（2）高風險區(qū)。共劃分了26 個亞區(qū)，總面積為97.35km2，占全縣面積的2.88%。高風險區(qū)主要分布于丘陵山地的過度帶，該區(qū)共發(fā)育地災點14 處，占總地災點數(shù)的20.90%，災害密度為0.144 個/km2。

（3）中風險區(qū)。共劃分了13 個亞區(qū)，該區(qū)面積為913.19 km2，占全縣面積的27.00%。中風險區(qū)主要分布于中山～中低山地帶，成南北條帶狀，該區(qū)共發(fā)育地災點21 處，占總地災點數(shù)的31.34%，災害密度為0.023 個/km2。

（4）低風險區(qū)。共劃分了4 個亞區(qū)，總面積2 350.21 km2，占全區(qū)面積的33.81%；低危險區(qū)面積1 460.90 km2，占全區(qū)面積的43.19%。極高和高危險區(qū)主要集中分布在地形高陡、較堅硬至軟弱工程地質(zhì)巖組、降雨集中且降雨量大的山地丘陵區(qū)，如浦城縣城區(qū)周邊，以及仙陽、永興、石陂鎮(zhèn)和山下鄉(xiāng)等地區(qū)。占全縣面積的69.48%。低風險區(qū)在中低山、丘陵地、山間盆地帶均有分布，由于本區(qū)地形平坦，地災不發(fā)育。該區(qū)共發(fā)育地災16 處，占總地災點數(shù)的23.88%，災害點密度為0.007 個/km2。

綜上，極高和高風險區(qū)主要集中分布在地形高陡、較堅硬至軟弱工程地質(zhì)巖組的山地丘陵，并且遭受人類工程活動強烈影響的人口密集城鎮(zhèn)區(qū)周圍和重要線路區(qū)，如浦城城區(qū)周邊、高速沿線等區(qū)域；中和低風險主要分布在人類工程活動低的區(qū)域。

5 結(jié)論

（1）基于GIS 的AHP 法進行受災體易損性評價，易損性要素選取、評價指標量化和指標權(quán)重計算是重點。

（2）評價結(jié)果表明，AHP 法針對易損性評價因子的權(quán)重分析較為可靠，評價方法切實可行，其易損性評價分區(qū)是進行滑坡地災風險性評價的基礎(chǔ)。

（3）應用AHP 法進行區(qū)域滑坡地災風險性評價時，應注意滑坡地災易發(fā)性、受災體易損性、滑坡地災危險性和風險性的區(qū)別，前三者是最后對區(qū)域滑坡地災進行風險性評價和分區(qū)的基礎(chǔ)。

（4）地災風險性評價的成果才是最終提供給地方作為地災防治管理的依據(jù)。