地質(zhì)災(zāi)害危險性評價因子與權(quán)重分析研究

中國國土資源航空物探遙感中心 汪 潔 李 麗 荊青青 姚維嶺

方正國際軟件（北京）有限公司 王斌

地質(zhì)災(zāi)害危險性評價因子與權(quán)重分析研究

Evaluation factors and weight analysis of geological disaster risk

中國國土資源航空物探遙感中心 汪 潔 李 麗 荊青青 姚維嶺

方正國際軟件（北京）有限公司 王斌

多年來我國在空間技術(shù)減災(zāi)領(lǐng)域做了大量的研究和應(yīng)用工作，在自然災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害監(jiān)測以及評估等方面取得了可觀的進步。地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究正逐漸形成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警和預(yù)報系統(tǒng)研究的組成部分。地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究中一項重要的工作就是因子選取和權(quán)重確定。控制地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素主要分為主控因子和觸發(fā)因子兩類。主控因子為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的基礎(chǔ)條件，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、發(fā)生、發(fā)展提供了物質(zhì)條件；觸發(fā)因子為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、發(fā)生、發(fā)展提供了動力。本文利用遙感技術(shù)，通過解譯地質(zhì)災(zāi)害點，并結(jié)合研究區(qū)域的實際特點，采用層次分析法，從地形、地質(zhì)、地貌、統(tǒng)計數(shù)據(jù)四方面因素進行分析，確定評價因子和權(quán)重，并通過權(quán)重值分析各個因子對危險性評價的貢獻率，以求掌握各個因子在地質(zhì)災(zāi)害中的作用，為地質(zhì)災(zāi)害危險性評價提供數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支持。通過各因子貢獻率可以為地質(zhì)災(zāi)害的防治與治理提供參考。

研究區(qū)概況

汶川，因汶水得名，位于四川盆地西北部邊緣，是中國四個羌族聚居縣之一，有“西羌門戶”和“川西鎖匙”之稱。地圖坐標為北緯30°45′～31°43′與東經(jīng)102°51′～103°44′之間，居阿壩藏族羌族自治州東南部，東鄰彭州市、都江堰市，南靠崇州市、大邑縣，西接寶興、小金縣，西北和東北分別與理縣、茂縣相連，如圖1?？h城位于威州鎮(zhèn)，在北部岷江與雜谷腦河交匯處，海拔1325米，有茶坪山、邛崍山等山脈圍繞，縣區(qū)東西寬84千米，南北長105千米，總面積4084平方千米。

2008年5月12日，汶川縣發(fā)生8.0級強烈地震。災(zāi)后汶川的地質(zhì)災(zāi)害呈數(shù)量多、規(guī)模大、范圍廣、密度高、衍生性、成群性特點。震后引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害以崩滑體為主，而且震后的崩滑體規(guī)模都呈大型趨勢。地震對泥石流形成的地質(zhì)條件和地質(zhì)環(huán)境造成重大影響，對崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的形成產(chǎn)生巨大作用。

圖1 汶川縣地理位置

研究方法

通常情況下，地質(zhì)災(zāi)害評價因子權(quán)重計算是建立在一定的評價方法和評價指標之上。但是評價指標和評價方法到現(xiàn)在還無統(tǒng)一的標準。前人在研究自然和社會現(xiàn)象的時候主要使用統(tǒng)計分析法和機理分析法兩種。系統(tǒng)分析法是近年來發(fā)展起來的一種分析方法，層次分析法就是系統(tǒng)分析法的數(shù)據(jù)工具之一。美國運籌學專家匹茲堡大學運疇學家薩蒂于1973年提出的層次排序法，即層次分析法（簡稱AHP），其原理簡單，有較嚴格的數(shù)學依據(jù)。它采用適當?shù)臄?shù)學模型進行定量分析，并結(jié)合專家打分法定性分析的優(yōu)點，彌補了定性與定量方法的不足，適合于既具有定量指標又具有定性指標的評價領(lǐng)域，經(jīng)過多年發(fā)展已成為一種較為成熟的方法。

層次分析法的過程大致為：把復(fù)雜問題簡單化，分解成遞階層次結(jié)構(gòu)，請專家對下一層的各個因素相對上一層次的各個因素兩兩進行比較；然后通過求合法對矩陣進行計算、單層次排序、一致性檢驗，得到每個層次中的各個因素的權(quán)重組合，最后通過結(jié)構(gòu)排序分析解決問題。

公路被山體滑坡掩埋

因子的選取

人類對地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)的認識具有局限性和不確定性。研究需要盡可能地減小這種不確定性。雖然我們所研究的地質(zhì)災(zāi)害在其演變上具有不確定性，但是影響其變化的控制因子具有共同性。因此，只要我們掌握了地質(zhì)災(zāi)害的控制因子，從而獲得因子直接的影響及其權(quán)重，就可以預(yù)測災(zāi)害運動系統(tǒng)運動的變化和規(guī)律，從而可以為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測和防治工作提供依據(jù)。

影響地質(zhì)災(zāi)害形成的自然因素眾多，其因子的選取借鑒了前人的研究成果，并結(jié)合研究區(qū)域的實際特點。本研究主要分析了與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量、范圍、規(guī)模有關(guān)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、植被覆蓋、水系發(fā)育、道路修建、海拔高程等影響因素，并進行歸類。

地形類因子

從統(tǒng)計學角度分析，山地、丘陵地帶是滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率與海拔和坡度在一定程度上呈線性相關(guān)。海拔和地形坡度數(shù)值越大，越容易形成地質(zhì)災(zāi)害的臨界面，對地質(zhì)災(zāi)害的孕育產(chǎn)生直接影響。

（1）山地坡度

坡度是指水平面和山地平面之間的夾角，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育受山地坡度的陡緩程度的制約。一般，坡度在15°范圍內(nèi)對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生產(chǎn)生的影響小，在15°～40°的斜坡地帶，尤其是在20°～30°的軟弱巖性區(qū)，容易形成滑坡、泥石流發(fā)育的剪切滑動面。在坡度大于40°的地區(qū)，容易發(fā)生崩塌類地質(zhì)災(zāi)害。

（2）山地坡向

山地坡向是指山坡平面上的法線在水面上的投影的指向，不同坡向的光照強度和光照時間不盡相同。因此，不同坡向的山地影響著植被類型和植被覆蓋度的差異，進而決定了山地的侵蝕程度，對山地巖體的穩(wěn)定性有相關(guān)性。

（3）山地高差

地形高低起伏的明顯程度為重力提供的勢能就越大，發(fā)育滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的動力條件越成熟。高程的不同決定了植被類型和植被覆蓋度的差異，加之人類活動局限于一定的高程范圍之間，所以海拔高程和相對高差在一定范圍內(nèi)對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育存在相關(guān)性。

（4）山地河流

河流對地面的切割程度是控制泥石流發(fā)育的重要因素。距離主河道越近，控制泥石流和滑坡的臨空條件越充足。震后的地質(zhì)災(zāi)害如泥石流一般都集中在溝谷附近，沿河谷兩岸分布。地震時，河谷兩側(cè)發(fā)生了大量滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，并形成堰塞湖，為泥石流的發(fā)育提供了大量的物質(zhì)來源。河流本身又為泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了動力來源。

地質(zhì)類因子

（1）地層巖性

汶川縣區(qū)域內(nèi)片巖、片麻巖、混合花崗巖、板巖、千枚巖等變質(zhì)巖系及頁巖、泥灰?guī)r、泥巖、煤系等軟弱巖系和第四系堆積物分布廣泛。膠結(jié)成巖作用差的巖性層、軟弱巖性層和軟弱相間的巖性層易遭受破壞，容易形成松散物質(zhì)，因而此地區(qū)更容易發(fā)生滑坡、泥石流災(zāi)害。

（2）褶皺斷裂帶分布

褶皺斷裂帶沿線附近區(qū)域更容易發(fā)育滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。地震激發(fā)的滑坡、崩塌、滾石等大大增加了溝谷之間松散固體物質(zhì)儲量，隨著時間的推移和雨水的侵蝕，增加了滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險性。

（3）道路分布

山區(qū)的道路建設(shè)過程中，人工開挖邊坡、爆破等現(xiàn)象時有發(fā)生。這些工程的進行松動了沿路的山地巖體，破壞了巖體之前的穩(wěn)定性，使巖體的抗剪程度降低而形成滑坡或崩塌，并積累的大量的松散破碎物質(zhì)，如遇暴雨則容易形成泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

地貌類因子

地表的植被覆蓋與土地利用類型對地質(zhì)災(zāi)害存在嚴重影響。不同植被、土地利用類型對防沙固沙、保土固土、減緩徑流、截留降雨等功能存在差異。滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于植被覆蓋度低的區(qū)域，和人類的墾殖嚴重程度和水土流失嚴重程度成線性相關(guān)。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)

（1）降雨量

汶川縣屬岷江流系，位于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，受西南和東南的季風影響，四季特征明顯，多雨多澇，秋雨危害嚴重，年溫差小，屬山地亞熱帶季風氣候區(qū)。年降雨量528.7 mm～1332.2 mm，平均降雨量1190.9 mm，最大日降雨量269.8 mm。降雨量的大小對誘發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有直接影響。

（2）地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

運用ERDAS9.2對2008年9月的中巴資源2號衛(wèi)星高清遙感影像進行彩色合成、鑲嵌、增強處理后，在ArcGIS10.0軟件平臺三維效果支持下可以清晰的辨認出滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害位置，如下圖。通過目視解譯法，提取地質(zhì)災(zāi)害分布情況。

圖2 GIS支持下地質(zhì)災(zāi)害遙感三維特征

因子的確定

根據(jù)層次分析法的思想，把問題層次化、條理化，把復(fù)雜問題分解成若干個因素，并形成兩個層級，第一級為地質(zhì)、地形、地貌、統(tǒng)計數(shù)據(jù)四個因子。第二層級有11個因子，分屬于第一層級，見表1。

權(quán)重分配

研究中的各個評價因子對地質(zhì)災(zāi)害危險性的影響程度不同。各個評價因子有多個變量或者多種狀態(tài)，其對目標評價的貢獻也不盡相同。因此需要對各個因子影響的貢獻率來分配不同的權(quán)重值，用因子權(quán)重的大小來體現(xiàn)各個因子在地質(zhì)災(zāi)害危險性評價中的重要性。

結(jié)合研究區(qū)域特點，通過專家打分，對各個因子的重要性進行比較，并計算了因子重要性方差評價的離散程度。計算采取0.03為拒絕域進行剔除，只有專家打分取值的方差小于此值的時候才符合要求；并根據(jù)標度值分別對各判斷層級的因子進行兩兩比較，構(gòu)造第一層級和第二層級判斷矩陣。根據(jù)權(quán)向量計算方法，求得判斷矩陣的最大特征值lmax和經(jīng)過歸一化處理的權(quán)重值Wi，并進行一致性檢驗，經(jīng)過對兩層級的因子重要性進行總排序，可以得到各層級因子對危險性評價的貢獻率，見表2。

表1 評價因子

表2 危險性評價體系因子權(quán)重表

初步結(jié)論

（1）本文通過對2008年9月的中巴資源2號衛(wèi)星的高清遙感數(shù)據(jù)進行處理解譯，提取地質(zhì)災(zāi)害點分布，證明中巴資源2號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可用于大范圍地質(zhì)災(zāi)害解譯與評價工作。

（2）結(jié)合研究區(qū)特點，確定了地質(zhì)災(zāi)害危險性評價的因子，主要地質(zhì)類、地形類、地貌類和統(tǒng)計資料類共四類一級指標，并對一級指標進行細化，確定了11個二級因子。采用層次分析法對對震后地質(zhì)災(zāi)害評價體系中的每個因子進行權(quán)重計算，并進行一致性檢驗，最終確定每個評價因子的權(quán)重值。

（3）第一層級因子：地質(zhì)和地形兩因子貢獻率分列第一和第二位，說明地域范圍的先天地質(zhì)條件對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有直接影響；統(tǒng)計數(shù)據(jù)的貢獻率為0.2235，說明地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、泥石流）的發(fā)生多借助于外力，如降雨。第二層級因子：地質(zhì)類因子中，道路分布貢獻率最大，說明人類工程的選址與施工對誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響較大；地形類因子中，坡度的貢獻率最大，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育受山地坡度的陡緩程度的制約；地貌類因子中，植被覆蓋貢獻率最大，豐富植被覆蓋可以有效緩解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生；統(tǒng)計數(shù)據(jù)類因子中，降雨量的貢獻率最大，即在降雨發(fā)生時更容易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

（4）本研究確定了一套可用于地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究的評價因子選取和各因子權(quán)重計算的方法，可以為地質(zhì)災(zāi)害危險性評價、災(zāi)害評估等工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支持。

（5）通過各因子對地質(zhì)災(zāi)害風險的貢獻率可以有針對性的為災(zāi)后應(yīng)急、救災(zāi)提供適當方法和措施。

礦山環(huán)境綜合調(diào)查與評價（1212011120027）