基于AHP及GIS平臺(tái)的黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

聶智強(qiáng) 許少清 崔 杰

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西 鷹潭 335001)

基于AHP及GIS平臺(tái)的黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

聶智強(qiáng) 許少清 崔 杰

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西 鷹潭 335001)

黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)以區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件為基礎(chǔ)，甄選出與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密切相關(guān)的地形地貌、巖土類型、地質(zhì)災(zāi)害頻率等9大因子，基于AHP及GIS平臺(tái)，確定各因子權(quán)重，建立了黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分析評(píng)價(jià)模型，通過定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化的疊加分析統(tǒng)計(jì)，指出評(píng)價(jià)結(jié)果較為科學(xué)合理、切合實(shí)際，表明該方法具有較高的實(shí)用性和有效性。

AHP，GIS，地質(zhì)災(zāi)害，易發(fā)性評(píng)價(jià)

0 引言

江西省是全國12個(gè)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)的省份之一，黎川縣位于該省8個(gè)地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)防治區(qū)內(nèi)。

黎川縣地處江西省中偏東部，撫州市東南部，武夷山脈中段西麓。由于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件，黎川縣地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)、頻發(fā)、群發(fā)、點(diǎn)多面廣等特點(diǎn)。歷年來，黎川縣已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害472處，其中災(zāi)情等級(jí)為特大型、大型的各1個(gè)，中型的2個(gè)；各類地質(zhì)災(zāi)害均造成人員傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失815.60萬元；現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)663處，共威脅人口4 316人，潛在經(jīng)濟(jì)損失9 955.98萬元，地質(zhì)災(zāi)害防治形勢十分嚴(yán)峻。

本文以黎川縣地質(zhì)環(huán)境條件為基礎(chǔ)，采用基于AHP與GIS平臺(tái)相結(jié)合的方法，對(duì)黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為黎川縣防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

黎川縣區(qū)域上處于武夷斷塊隆升區(qū)與撫河谷地上升區(qū)的交接部位，武夷山呈“弓”形環(huán)繞縣域東部、南部，黎灘河由東向西橫貫全區(qū)，形成了東南高，西北低，三面環(huán)山，西北開口的“撮斗”形。區(qū)內(nèi)地形起伏、河谷深切，最低標(biāo)高95 m，最高標(biāo)高為1 514 m，最大高差1 419 m。根據(jù)研究區(qū)的地形形態(tài)特征及成因，劃分為侵蝕構(gòu)造中低山、剝蝕構(gòu)造高丘陵、構(gòu)造剝蝕低丘陵、侵蝕堆積河谷平原等四個(gè)地貌單元。

1.2 氣象水文

黎川縣屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候濕潤溫和、雨量充沛、光照充足、四季分明。多年平均氣溫18.1 ℃，極端最高氣溫42.2 ℃，極端最低氣溫-12.3 ℃。多年年均降雨量1 829.9 mm，最大年份降雨量2 462.6 mm，最小年份降雨量1 242.5 mm；最大日降雨量320.0 mm，最大時(shí)降雨量70.4 mm，最大10 min降雨量26.4 mm；年均暴雨日數(shù)5.0 d，最長連續(xù)降雨天數(shù)21 d，過程雨量678.2 mm。降雨量在空間分布上受地形作用明顯，呈現(xiàn)東多西少，山區(qū)多平原少的特點(diǎn)。

研究區(qū)隸屬撫河流域，地表水系發(fā)育，河道密布，共有大小河流84條，總長946.6 km。主要河流有黎灘河、龍安河、資福河。

1.3 地層巖性及其特征

區(qū)內(nèi)出露的地層自老至新有震旦系、侏羅系、白堊系及第四系，出露面積共656.13 km2，占全區(qū)面積的38.39%。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，主要有加里東、印支、燕山、喜山四期的巖漿活動(dòng)，其中以加里東和燕山期最為強(qiáng)烈，形成以中～酸性、酸性花崗巖巖類為主的巖石。巖漿巖出露面積1 053.01 km2，占全區(qū)面積的61.61%。

根據(jù)巖土的巖性組合、物理力學(xué)性質(zhì)、抗風(fēng)化能力等，將區(qū)內(nèi)巖土類型劃分為碎屑巖類、變質(zhì)巖類、巖漿巖類和松散土類，其中巖漿巖類和變質(zhì)巖類區(qū)全～強(qiáng)風(fēng)化層厚3 m～20 m，殘坡積層厚1 m～5 m，崩滑流地質(zhì)災(zāi)害尤為發(fā)育。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)大地構(gòu)造單元為華南褶皺系(Ⅰ2)贛中南褶隆(Ⅱ3)武夷隆起(Ⅲ8)的中段，武夷山隆斷束(Ⅳ21)的東側(cè)。在漫長的地質(zhì)年代里，經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。按構(gòu)造形跡方向，區(qū)內(nèi)主要為北東向構(gòu)造、北北東向構(gòu)造、北西向構(gòu)造及東西向構(gòu)造，其中以北東向構(gòu)造、北北東向構(gòu)造最為發(fā)育。

1.5 水文地質(zhì)

根據(jù)含水層的巖性組合、地下水的賦存條件及水力特征，將縣內(nèi)地下水類型劃分為：松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂隙水。

松散巖類孔隙水可分為沖積層孔隙水和殘坡積層孔隙水，其中殘坡積孔隙水與滑坡發(fā)育關(guān)系密切，多為上層滯水，受降雨補(bǔ)給；碎屑巖類裂隙孔隙水賦存于裂隙孔隙中，水量貧乏；基巖裂隙水分為風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和構(gòu)造裂隙水，風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水賦存于風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙中，水量較貧乏，構(gòu)造裂隙水賦存于構(gòu)造裂隙中，水量中等。

1.6 人類工程活動(dòng)

由于黎川縣是個(gè)山地縣，全縣77%的人口居住于中低山、丘陵地帶，房屋建筑多有挖山、切坡現(xiàn)象，因缺乏專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)和受地形條件的限制，在強(qiáng)降雨等因素的誘發(fā)下易導(dǎo)致崩滑災(zāi)害的發(fā)生。公路在穿越中低山、高丘陵時(shí)，由于地形坡度較大，傍山筑路較多，在修建公路過程中，常有大量的人工切坡現(xiàn)象，存在多區(qū)段不穩(wěn)定邊坡，常有崩滑現(xiàn)象發(fā)生。

1.7 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀

根據(jù)黎川縣1/5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，縣內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡、崩塌為主，泥石流次之。共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)472處，其中滑坡393處，崩塌69處，泥石流10處；另有不穩(wěn)定斜坡397處，其潛在災(zāi)種為滑坡和崩塌。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌以土質(zhì)為主，以丘陵區(qū)分布最多，多發(fā)育于巖漿巖區(qū)和變質(zhì)巖區(qū)，誘發(fā)因素主要為降雨、切坡。

2 評(píng)價(jià)思路與方法

2.1 評(píng)價(jià)思路

本次工作采用基于AHP(層次分析法)和GIS(地理信息系統(tǒng))空間分析統(tǒng)計(jì)方法相結(jié)合的工作方法對(duì)黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1)擬定評(píng)價(jià)單元與評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用AHP確定各因子及要素的權(quán)值。2)量化各評(píng)價(jià)因子指標(biāo)，并進(jìn)行歸一化處理，統(tǒng)一量綱。3)運(yùn)用GIS對(duì)歸一化處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析、疊加和統(tǒng)計(jì)。4)分析確定易發(fā)程度分區(qū)的分界閾值，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分級(jí)。5)結(jié)合各種因素，對(duì)GIS分析圖進(jìn)行修改完善，將黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果編制成圖。

2.2 評(píng)價(jià)方法

AHP(層次分析法)是一種以層次權(quán)重決策的系統(tǒng)分析方法，由美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂于20世紀(jì)70年代提出。AHP基本原理是將與決策相關(guān)的系統(tǒng)元素進(jìn)行層次分解，劃分成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等，并進(jìn)行定性分析與定量分析，形成多準(zhǔn)則的系統(tǒng)分析決策。主要分析步驟與方法如下。

2.2.1 AHP層次結(jié)構(gòu)建模

綜合分析與決策相關(guān)的系統(tǒng)元素，確定各指標(biāo)的隸屬層次關(guān)系，進(jìn)行系統(tǒng)目標(biāo)、范圍、準(zhǔn)則的層次分解，并上下分層排列，建立易發(fā)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型。

2.2.2 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣

信息是系統(tǒng)分析最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，層次分析法的信息主要為不同層次的系統(tǒng)元素及相互間的重要性比較與判斷。以數(shù)值的形式，進(jìn)行兩兩比較對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析標(biāo)度，形成判斷矩陣。判斷矩陣見表1，判斷矩陣標(biāo)度見表2。

表1 判斷矩陣

表2 判斷矩陣元1-9標(biāo)度法

由表1可看出，C層次中的元素與上一層次A的關(guān)系，可用判斷矩陣表示，即在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性因素上，bij為Ci和Cj兩因子相對(duì)重要程度的數(shù)值表示，bij的取值采取判斷矩陣1-9標(biāo)度法來確定。

2.2.3 判斷矩陣特征值及特征向量計(jì)算

運(yùn)用線性代數(shù)方法，可精確求出判斷矩陣最大特征根及其特征向量，經(jīng)歸一化處理，得出本層次各因子對(duì)于上一層某因子的重要性的排序權(quán)值。采用和積法計(jì)算求解。

1)將矩陣各列歸一化處理，即:

2)對(duì)各列歸一化的矩陣按行相加，即:

依次求出特征向量，即A=(a1，a2，Λ，am)T。

4)計(jì)算矩陣的最大特征根，即：

2.2.4 一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣的一致性指不同準(zhǔn)則方案層判斷的邏輯一致性，即各因子比較重要性之間的協(xié)調(diào)性。

1)一致性指標(biāo)，即:

其中，n為兩兩比較因子的個(gè)數(shù)。當(dāng)CI=0時(shí)，表明判斷矩陣的一致性程度高；當(dāng)CI值越大，表明判斷矩陣偏離一致性程度越大。

2)隨機(jī)一致性指標(biāo)。用RI表示，指標(biāo)值可查表確定，見表3。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)

3)一致性比例，即：

當(dāng)CR<0.10時(shí)，判斷矩陣的一致性程度可以接受，否則需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正，直至具有滿意的一致性。

3 黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

3.1 層次分析法建模

3.1.1 建立易發(fā)性層次結(jié)構(gòu)

本次評(píng)價(jià)以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性作為目標(biāo)層，以地質(zhì)背景、自然地理和人類活動(dòng)等作為要素層即二級(jí)評(píng)判因子，根據(jù)黎川縣地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育頻率及其控災(zāi)因子定性與定量分析比較，選取了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性有較為明顯影響作用的9個(gè)因子(巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造、坡度及坡度變率、坡向及坡形變率、海拔高程、溝壑密度及水系、降雨量、人類工程活動(dòng)和地質(zhì)災(zāi)害頻率等)構(gòu)成基礎(chǔ)指標(biāo)層即三級(jí)評(píng)判因子，并對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系綜合分析比較，確定黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)，見圖1。

3.1.2 構(gòu)造判斷矩陣

1)根據(jù)黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)體系層次結(jié)構(gòu)，按層次對(duì)各因子進(jìn)行兩兩比較，得出其相對(duì)重要程度，并標(biāo)度定量化，構(gòu)成矩陣形式，即判斷矩陣；判斷矩陣中，各因子的數(shù)值及其相對(duì)重要性根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)經(jīng)評(píng)估打分和反復(fù)驗(yàn)算確定。

2)根據(jù)上述基本原理，采用選取的9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立判斷矩陣，并標(biāo)度各個(gè)指標(biāo)間的相對(duì)重要程度。二級(jí)要素為：地質(zhì)背景、自然地理和人類活動(dòng)，三級(jí)評(píng)價(jià)因子為：巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造、坡度及坡度變率、坡向及坡形變率、海拔高程、溝壑密度及水系、降雨量、人類工程活動(dòng)和地質(zhì)災(zāi)害頻率。根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)各因子評(píng)估打分和反復(fù)驗(yàn)算，并進(jìn)行敏感性分析，最終構(gòu)建判斷矩陣，其標(biāo)度層次見圖2。

3)求特征根。運(yùn)用和積法計(jì)算出矩陣特征向量，經(jīng)歸一化處理后，得出各因子權(quán)值，即：

W=[0.217 6，0.043 5，0.085 5，0.039 9，

0.138 6，0.040 8，0.106 3，0.109 3，0.218 5]T。

再求出最大特征根，即:

λmax=9.598 6。

4)一致性檢驗(yàn)。

RI=1.45。

可見，判斷矩陣具有較好的一致性。

3.2 易發(fā)性評(píng)價(jià)建模

以判斷矩陣的構(gòu)建及評(píng)價(jià)指標(biāo)各因子的分析為基礎(chǔ)，基于層次分析法確定的各因子在評(píng)價(jià)體系中的權(quán)值，利用GIS的多因子與多圖層疊加處理等空間分析功能，按最小評(píng)價(jià)單元，建立黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型，即:

Z=∑Si×Wij=0.217 6×W1j+0.043 5×W2j+

0.085 5×W3j+0.039 9×W4j+0.138 6×W5j+0.040 8×

W6j+0.106 3×W7j+0.109 3×W8j+0.218 5×W9j。

其中，Z為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)；Si為第i個(gè)指標(biāo)的敏感性權(quán)值；Wij為第i個(gè)指標(biāo)屬性j的賦值(i為1～9的整數(shù)；j為1～4的整數(shù))。

3.3 易發(fā)性評(píng)價(jià)

對(duì)黎川縣按500 m×500 m進(jìn)行離散，形成7 148個(gè)空間離散網(wǎng)格，每一網(wǎng)格即為評(píng)價(jià)模型的運(yùn)算單元，依據(jù)參與評(píng)價(jià)的各因子在評(píng)價(jià)單元上的分布，基于AHP模型計(jì)算的各因子的權(quán)值，進(jìn)行GIS的圖形疊加分析計(jì)算，即得出各評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)。

對(duì)全縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)反復(fù)運(yùn)算，并進(jìn)行分級(jí)處理。參照相關(guān)規(guī)范要求，將黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為四級(jí)，即高易發(fā)區(qū)(Z≥0.40)、中易發(fā)區(qū)(Z=0.40～0.35)、低易發(fā)區(qū)(Z=0.35～0.25)和不易發(fā)區(qū)(Z<0.25)，形成易發(fā)程度分析圖；考慮區(qū)內(nèi)相似、區(qū)間相異等原則，對(duì)易發(fā)程度分析圖進(jìn)行修改完善，最終形成評(píng)價(jià)結(jié)果，即黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)，詳見圖3和表4。

通過對(duì)黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果與黎川縣地質(zhì)災(zāi)害頻率及發(fā)育區(qū)進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其擬合率為90%以上。因此，采用基于AHP及GIS平臺(tái)的黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果總體較為科學(xué)合理、真實(shí)可靠。

表4 黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)表

4 結(jié)論及建議

1)基于AHP和GIS平臺(tái)，以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性作為目標(biāo)層，以地質(zhì)背景、自然地理和人類活動(dòng)等作為要素層即二級(jí)評(píng)判因子，甄選出與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密切相關(guān)的地形地貌、巖土類型、地質(zhì)災(zāi)害頻率等9大因子構(gòu)成基礎(chǔ)指標(biāo)層即三級(jí)評(píng)判因子，建立了黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分析評(píng)價(jià)模型，并確定了各基礎(chǔ)指標(biāo)層的因子對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重。

2)根據(jù)黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型，對(duì)評(píng)價(jià)單元疊加分析計(jì)算及調(diào)試，將黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分為四個(gè)等級(jí)：高易發(fā)區(qū)不小于0.40，中易發(fā)區(qū)0.40～0.35,低易發(fā)區(qū)0.35～0.25,不易發(fā)區(qū)小于0.25；經(jīng)修改完善，可將黎川縣分為4個(gè)大區(qū)，15個(gè)塊段，即：高易發(fā)區(qū)2個(gè)，中易發(fā)區(qū)4個(gè)，低易發(fā)區(qū)1個(gè)，不易發(fā)區(qū)8個(gè)。

3)采用基于AHP和GIS平臺(tái)建立的黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)擬合率達(dá)90%以上，表明該方法總體較為科學(xué)合理、真實(shí)可靠，可為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)方法提供參考。

4)黎川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)為地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)性區(qū)劃和防治規(guī)劃奠定了良好的基礎(chǔ)，為地方防災(zāi)減災(zāi)提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

[1] 許樹柏.層次分析法原理[M].天津:天津大學(xué)出版社，1988：1-6.

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[3] 姚玉增.層次分析法在山地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37(2)：130-134.

The proneness evaluation of Lichuan county geological disaster based on AHP and GIS platform

Nie Zhiqiang Xu Shaoqing Cui Jie

(JiangxiGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopmentBureau912Brigade,Yingtan335001,China)

Based on the geological environment condition in the area of Lichuan county geological disaster proneness evaluation, this paper selected the topography, rock and soil type, geological hazards frequency and so on nine big factors closely related to the development of geological disasters, based on AHP and GIS platform, determined the weights of each factor, established the Lichuan county geological disaster proneness evaluation model, through the systematic, hierarchical overlay analysis combination of qualitative and quantitative, pointed out that the evaluation result more scientific and reasonable, practical, showed that the method had high practicability and validity.

AHP, GIS, geological disaster, proneness evaluation

2015-08-28

聶智強(qiáng)(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0073-04

P694

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