基于層次分析的閩江口地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)

秦艷珊，寧 彬，徐 凱，谷 瓊,3

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基于層次分析的閩江口地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)

秦艷珊1,2，寧 彬1，徐 凱2，谷 瓊1,3

(1.湖北文理學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北襄陽441053；2.中國地質(zhì)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北武漢430074；3.西南大學(xué)邏輯與智能研究中心，重慶400715)

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)是區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)的重要基礎(chǔ)工作之一. 以閩江口地區(qū)已有地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)為樣本，選取地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)、區(qū)域地殼穩(wěn)定程度、降雨量分布以及人口密度四個(gè)影響因子，對每個(gè)影響因子劃分評價(jià)指標(biāo)及評價(jià)子指標(biāo)并賦權(quán)值，建立了基于層次分析的評價(jià)模型. 利用QuantyView二維GIS平臺對閩江口地區(qū)劃分100m×100m單元區(qū)，疊加分析每個(gè)單元的地質(zhì)災(zāi)害影響因子，生成了閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)圖. 結(jié)果顯示，閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大區(qū)共約543.225 6km2、危險(xiǎn)性中等區(qū)約2 410.174 7 km2、危險(xiǎn)性較小區(qū)約2 286.599 8 km2，它們所占評估區(qū)總面積比例分別是10.377%、45.996%、43.637%. 評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況有較好的吻合性，可為防災(zāi)減災(zāi)工作提供一定的科學(xué)依據(jù).

閩江口；地質(zhì)災(zāi)害；層次分析法；地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)是在相對不易發(fā)生改變的地質(zhì)環(huán)境，如地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等地質(zhì)條件的作用下發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率評估. 危險(xiǎn)性評價(jià)是以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)為基礎(chǔ)，考慮外在易發(fā)生改變的誘發(fā)因素，更具體更準(zhǔn)確地對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性進(jìn)行預(yù)測[1-3]. 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)是在易發(fā)性評價(jià)基礎(chǔ)上開展的.

近年來關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)的研究成果越來越多，許沖的GIS支持下基于層次分析法的汶川地震區(qū)滑坡易發(fā)性評價(jià)[4]，殷坤龍的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與綜合防治對策[5]，范強(qiáng)等關(guān)于證據(jù)權(quán)法在滑坡易發(fā)性分區(qū)中的應(yīng)用[6]，向喜瓊關(guān)于區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理[3]，甘建軍關(guān)于地震次生地質(zhì)災(zāi)害主要特征和形成機(jī)理[7]，杜軍基于GIS與信息量模型的汶川次生地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)[8]等，這些成果為研究閩江口地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)提供了參考和借鑒. 處于沿海地帶的閩江口地區(qū)，由于較多的臺風(fēng)暴雨、復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境、風(fēng)化強(qiáng)烈的巖石以及綿延不絕、土層過厚的山坡等特點(diǎn)而成為全國地質(zhì)災(zāi)害隱患較多地區(qū)之一[9]. 本文在對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，開展閩江口地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)工作，建立閩江口地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害參數(shù)、空間分布等并分析其規(guī)律，在考慮相對穩(wěn)定的影響因子下，即在地災(zāi)易發(fā)分區(qū)的基礎(chǔ)上綜合選取了地殼穩(wěn)定性、降雨量、人口密度等外在動態(tài)影響因子，利用QuantyView二維GIS平臺，基于層次分析法對閩江口地區(qū)未來可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性評價(jià)，在此基礎(chǔ)上為福建省地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃工作提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征

“閩江口”是指閩江口金三角經(jīng)濟(jì)圈，它包含福州市的“南北兩翼”，即郊區(qū)、閩侯、連江三縣(區(qū))構(gòu)成北翼，福清、長樂、平潭三縣(市)構(gòu)成南翼，再以羅源、閩清、永泰三縣為后衛(wèi)，以閩江流域和閩東北地區(qū)為腹地而形成的全方位多層次的區(qū)域經(jīng)濟(jì)圈. 閩江口地區(qū)涵蓋了平原、山地、丘陵、島嶼與臺地，地質(zhì)地貌多樣化，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜. 由于山多地少，山區(qū)多削坡建房，加上工程建設(shè)形成了許多高陡邊坡，所以在大量臺風(fēng)暴雨的條件下誘發(fā)了崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害.

閩江口地質(zhì)災(zāi)害分布特點(diǎn)如下：

1)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率高. 受降雨影響十分明顯，每年汛期受暴雨、洪災(zāi)引發(fā)的大規(guī)模山體滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害明顯增多.

2)地質(zhì)災(zāi)害種類多. 泥石流、滑坡、崩塌、地面沉降、地面塌陷等災(zāi)害均有發(fā)生，其中滑坡分布面積最廣，這5類較常見并具較大破壞性[10].

3)自然地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害空間分布不均，地質(zhì)區(qū)域變化比較明顯，局部差異比較強(qiáng)烈.

4)地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模主要是小型地質(zhì)滑坡，具突發(fā)性強(qiáng)、危害性大的特點(diǎn).

5)閩江口地區(qū)道路工程、水利水電工程等人類工程活動頻繁，絕大部分地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害因人類工程活動而引發(fā).

2 研究方法

采用層次模型進(jìn)行閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)研究. 層次分析法作為一種多指標(biāo)分析評價(jià)方法，通過定性和定量相結(jié)合，以及系統(tǒng)化、層次化的多目標(biāo)決策，將數(shù)據(jù)、專家意見和分析者的客觀判斷直接而有效地結(jié)合起來，就每一層次的相對重要性給予定量表示[4,11].

層次分析法的基本思想是根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害各一級影響因子的特點(diǎn)以及研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境劃分等級，確定其二級評價(jià)子集及權(quán)重. 其中條件復(fù)雜的二級評價(jià)因子可進(jìn)一步劃分，逐步提高地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的評價(jià)精度. 通過各個(gè)子因子等級劃分及分值情況來評價(jià)上一級影響因子與研究對象關(guān)系的密切程度. 實(shí)際是通過對已有造成地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)實(shí)情況的調(diào)查，根據(jù)影響性從下向上逐級將反映各種地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性因素的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化為確定數(shù)值，最后對研究區(qū)域進(jìn)行柵格劃分，計(jì)算每個(gè)柵格的總體分值并作最后分級，從而確定地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級. 其評價(jià)模型為·=1,2,3…；為單元柵格的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度總分值，為地質(zhì)災(zāi)害一級影響因子個(gè)數(shù)，為第個(gè)影響因子級值，為第個(gè)影響因子權(quán)重.

3 評價(jià)因子分析與選擇

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析指標(biāo)的選取，主要是從歷史致災(zāi)地質(zhì)因素的影響情況和致災(zāi)的各地質(zhì)因素發(fā)育條件中析取. 導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的條件很多，考慮研究區(qū)特殊的地理?xiàng)l件，通過調(diào)查分析研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等748個(gè)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的演變，并同時(shí)根據(jù)國內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)研究的相關(guān)文獻(xiàn)[3-8]，本文選取對區(qū)域性規(guī)律影響比較明顯，可代表地質(zhì)災(zāi)害形成條件的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、降雨量以及人口密度等四個(gè)評價(jià)因子對閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性開展評價(jià).

3.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)

參考地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)研究文獻(xiàn)[12-14]，筆者將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)評價(jià)因子分為地層巖性分類、地表形態(tài)分類、高差、距水系影響距離、高程以及坡度. 根據(jù)各因子評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示，對每個(gè)單元格評判打分，計(jì)算每個(gè)單元格的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)值(E). 根據(jù)分值將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)等級分為四個(gè)級別：地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)Ⅳ、地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)Ⅲ、地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)Ⅱ、地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)Ⅰ，如表2所示.

表1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)影響因子等級

表2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)等級

3.2 區(qū)域地殼穩(wěn)定程度

地殼穩(wěn)定性涉及地殼表層結(jié)構(gòu)與巖土力學(xué)性質(zhì)、地塊升降與現(xiàn)今地殼活動速率、斷裂及活動性等，與地震崩塌滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān). 影響地殼的穩(wěn)定性因素主要包括地殼表層結(jié)構(gòu)與巖土力學(xué)性質(zhì)、深部地殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造與深斷裂、地塊升降與現(xiàn)今地殼活動速率、斷裂及其活動性、現(xiàn)今地應(yīng)力與能量集中程度和主要內(nèi)動力地質(zhì)災(zāi)害.

為定量研究地殼穩(wěn)定性，根據(jù)文獻(xiàn)[15]中各因子權(quán)重分配原則對區(qū)域穩(wěn)定性影響的重要程度進(jìn)行不同因子權(quán)重分配. 6大因子U1、U2、U3、U4、U5、U6的權(quán)重分別為17%、13%、10%、20%、15%、25%. 將6大影響因子評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照現(xiàn)今地殼穩(wěn)定性綜合標(biāo)準(zhǔn)劃分其子指標(biāo)并相應(yīng)評判打分，如表3所示，最終計(jì)算出每個(gè)單元地殼穩(wěn)定性分值(S). 其計(jì)算公式為；.為地殼穩(wěn)定性的一級影響因子分值，為地殼穩(wěn)定性各影響因子的權(quán)值，為一級影響因子總個(gè)數(shù)，為第幾個(gè)影響因子，為第個(gè)影響因子的二級影響因子，為二級影響因子總個(gè)數(shù)，為第個(gè)影響因子的第個(gè)二級影響因子的分值. 依照分值(S)將地殼穩(wěn)定性影響程度劃分為四個(gè)等級，分級標(biāo)準(zhǔn)如表4所示.

表3地殼穩(wěn)定性影響因素評價(jià)指標(biāo)

表4 地殼穩(wěn)定性等級

3.3 降雨分布

研究區(qū)域?yàn)檠睾５貐^(qū). 降水是誘發(fā)崩塌滑坡泥石流災(zāi)害的直接因素，突發(fā)性臺風(fēng)及降雨偏多，多年平均降水量與崩塌滑坡泥石流的發(fā)生有十分密切的統(tǒng)計(jì)和相關(guān)關(guān)系. 本文根據(jù)閩江口地區(qū)各個(gè)縣市歷史降雨量將其分為四級，分級如表5所示.

表5 降雨量等級表

3.4 人口密度

人口分布越密，人類工程活動就越多，區(qū)域道路設(shè)施易損性就越大. 人類工程活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的趨勢正在加劇，大規(guī)模施工使發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性增大. 根據(jù)研究區(qū)域人口密度分布情況分為四個(gè)級別，如表6所示.

表6 人口密度等級

4 評價(jià)結(jié)果與討論

數(shù)據(jù)庫建設(shè) 建設(shè)閩江口地區(qū)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)包括福清、連江、羅源、馬尾、閩侯、四城區(qū)以及閔泰7個(gè)地方2000年到2012年的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，整理748歷史個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、7個(gè)地區(qū)的降雨量、坡度分布點(diǎn)、地質(zhì)情況以及人口密度分布，對地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫. 根據(jù)數(shù)據(jù)庫中各種影響地質(zhì)災(zāi)害的因子及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分區(qū)，從而對地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行空間評估.

區(qū)域圖柵格劃分 研究區(qū)域共5 240km2，按照100m×100m對全部面積柵格化，便于后續(xù)對均質(zhì)較為單一的單元格進(jìn)行計(jì)算.

確定影響因子權(quán)重 基于福建省地質(zhì)調(diào)查研究院專家組的討論與分析，根據(jù)評價(jià)因子之間的相互關(guān)系，通過Saaty[16]將各個(gè)因素的重要程度給予評定構(gòu)造判斷矩陣的方法，將4個(gè)影響因子地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)、區(qū)域地殼穩(wěn)定程度、降雨量分布以及人口密度的權(quán)重分別設(shè)定為0.36、0.18、0.21、0.25.

疊加分析計(jì)算單元柵格總分值 根據(jù)對災(zāi)害點(diǎn)的分析，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，把地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分為三個(gè)等級，依次為危險(xiǎn)性較大區(qū)，危險(xiǎn)性中等區(qū)和危險(xiǎn)性較小區(qū)，如表7所示，根據(jù)閩江口地區(qū)1∶100 000地形資料和災(zāi)害點(diǎn)、降雨量、坡地質(zhì)情況、人口密度資料，繪制出各因子空間分布等級狀況，利用疊加分析功能，將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)、地殼穩(wěn)定性、降雨分布、人口密度影響因子按權(quán)重計(jì)算各柵格地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性總分值，并按等級由高到低用三種不同填充圖案代表，繪制了閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害綜合評估圖，如圖1所示.

表7 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級劃分

圖1 閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)

評價(jià)對象涉及閩江口地區(qū)約5 240km2，其地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大區(qū)共約543.225 6 km2、危險(xiǎn)性中等區(qū)共約2 410.174 7km2、危險(xiǎn)性較小區(qū)共約2 286.5998km2，所占比例分別是10.367%、45.996%、43.637%，評價(jià)結(jié)果如表8所示.

表8 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)結(jié)果

研究區(qū)以災(zāi)害中等和較小為主. 主要是由于這些地區(qū)地貌起伏和緩坡度不大，植被覆蓋率較高，風(fēng)化作用不很強(qiáng)烈且斷裂構(gòu)造不發(fā)育，沒有大規(guī)模礦產(chǎn)資源開發(fā)和人類工程活動建設(shè)，對地質(zhì)環(huán)境干擾程度低. 而地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大區(qū)主要分布在一都鎮(zhèn)、宦溪鎮(zhèn)、黃岐鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、南嶺鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、馬尾區(qū)、羅源縣等. 將評價(jià)結(jié)果與以往地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行對比，危險(xiǎn)性較大區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共371個(gè)，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的49.6%，而面積僅占評價(jià)區(qū)面積的10.366 69%，充分說明該評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況具有比較好的吻合性.

5 結(jié)語

1)以往地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)僅僅考慮外在影響因子的作用，而忽略了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性這一重要因子，本文對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的判定條件進(jìn)行了詳細(xì)的分析與歸納，并在其基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域地殼穩(wěn)定程度、降雨量分布以及人口密度進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)，評價(jià)結(jié)果具有較好的預(yù)測性.

2)采用層次分析模型對閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行區(qū)劃研究. 按照100m×100m對研究區(qū)域劃分柵格，通過逐級影響因子評價(jià)值的計(jì)算與疊加分析，生成了閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)圖. 其地質(zhì)災(zāi)害分布與閩江口地區(qū)已有地質(zhì)災(zāi)害分布吻合較好，得到了福州地質(zhì)調(diào)查研究院的肯定，為福建省地質(zhì)災(zāi)害的信息化建設(shè)以及防災(zāi)減災(zāi)工作起到了積極作用.

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Geo-hazards Risk Assessment in Minjiang River Estuary Based on AHP

QIN Yanshan1,2, NING Bin1, XU Kai2, GU Qiong1,3

(1.College of Mathematical and Computer Sciences, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China; 2. School of Computing, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 3. Center for the Study of Logic and Intelligence, Chongqing 400715, China)

Geo-hazard risk assessment is one of the important basic tasks of regional disaster prevention and mitigation .Through investigation and analysis of the existing geological disasters sample, with four factors: disaster-prone district, crustal stability, rainfall distribution and population density selected, and the evaluation index or the evaluation sub-index for each factor divided and weighted, it established an evaluation model based on AHP. Minjiang River estuary is divided into some units with 100 meters multiplied by 100 meters based on QuantyView 2D GIS platform. By overlaying analysis of geological disaster factors on each unit, the geo-hazards risk assessment map is carried out. According to the evaluation results, about 543.2256 square kilometers is the highest risk of geological disasters area, and about 2410.1747 square kilometers is the second, then 2286.5998 square kilometers is the third. The proportion is 10.377%, 45.996% and 43.637%.The evaluation results accord with the actual situation,references for the disaster prevention and mitigation.

Minjiang River estuary; Geo-hazards; AHP; Geo-hazards risk assessment

P642.22；X43

A

2095-4476(2015)11-0050-04

2015-09-28;

2015-11-11

湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BHE029)

秦艷珊(1990— ), 女, 湖北隨州人, 湖北文理學(xué)院和中國地質(zhì)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生.

(責(zé)任編輯：陳 丹)