層次分析法在閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)評價中的應(yīng)用

李 景

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

閩江口地區(qū)范圍主要包括福州市區(qū)及其所轄的沿?？h市，面積為6 131 km2。該地區(qū)背山面海，地貌類型復(fù)雜多樣。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育在空間分布上受地形(地貌)的控制[1]，不同區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害的危險性不同，為了更好地給地質(zhì)災(zāi)害防治及群測群防工作提供合理建議，有必要對地質(zhì)災(zāi)害危險性進(jìn)行分區(qū)評價。在地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)評價中，國內(nèi)外相關(guān)研究常采用層次分析法、模糊綜合評判法、多元回歸分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、事件樹分析法及熵值賦權(quán)法等[2-4]。以往影響地質(zhì)災(zāi)害危險性的各要素權(quán)重是依據(jù)專家經(jīng)驗，其結(jié)果受到人為因素的干擾，如果運用層次分析法，可以有效地減少人為因素干擾，科學(xué)合理地確定權(quán)重，更適用于決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計量的情況，更能解決可靠度與效率、定性與定量之間的矛盾[5]。因此筆者通過比選，確定采用層次分析法來進(jìn)行危險性評價。

1 層次分析法原理

層次分析法(AHP)根據(jù)對問題的了解和初步分析，把復(fù)雜問題按特定的目標(biāo)、準(zhǔn)則和約束條件等分解成被稱為因素的各個組成部分，把這些因素作不同分層排列[6]?？梢詫?fù)雜問題的決策思維過程進(jìn)行定量化，為決策的優(yōu)化提供依據(jù)，它適用于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜性宏觀問題的決策與分析[7]。

各評價要素與指標(biāo)兩兩比較的判斷矩陣：

對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗：

CR=CI/RI

(2)

CI=(λmax-n)/n-1

(3)

式中：CI為所求判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)；CR為一致性比率；當(dāng)CR<0.1時，判斷矩陣具有滿意的一致性；RI為隨機一致性指標(biāo)。

地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合指數(shù)(R)的數(shù)學(xué)模型：

R=∑Fij·Wij

(4)

式中：Fij為第i個要素的第j個指標(biāo)的分值。Wij分別為第i個要素的第j個指標(biāo)的權(quán)值，根據(jù)實際情況分配。

2 地質(zhì)災(zāi)害分布特征

截至2015年，根據(jù)收集與調(diào)查的數(shù)據(jù)表明閩江口地區(qū)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害達(dá)564處*福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州城市地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)調(diào)查與成災(zāi)機理研究成果報告，2014。，但各類地質(zhì)災(zāi)害的分布不均，塌岸主要分布的閩侯縣的江岸與連江縣、羅源縣的海岸；滑坡與崩塌分布較廣，特別是在閩侯、福州市區(qū)北側(cè)以及福清的丘陵山區(qū)；不穩(wěn)定斜坡主要分布在閩侯、羅源、福州市區(qū)北側(cè)的丘陵山區(qū)；泥石流發(fā)育較少，僅在閩侯、永泰及市區(qū)北測丘陵地區(qū)少量分布；地面沉降主要分布在福州市主城區(qū)。

3 地質(zhì)災(zāi)害影響因素分析

3.1 地形(地貌)

地形(地貌)對地質(zhì)災(zāi)害的影響主要體現(xiàn)在坡度與高程上。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，該地區(qū)的滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡以及塌岸主要發(fā)生于大于25°的陡坡區(qū)(占災(zāi)害總數(shù)的88.3%)。而區(qū)內(nèi)坡度25°以下的緩坡區(qū)則極少發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 降雨量

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與年降雨量、月平均降雨量以及過程降雨量有關(guān)。據(jù)近30年來月平均降雨量與災(zāi)害現(xiàn)狀關(guān)系分析，該地區(qū)6月份月平均降雨量最大，達(dá)199.9 mm，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害最多，達(dá)160處，地質(zhì)災(zāi)害點的個數(shù)隨著月平均降雨量的升高而增大。7月至8月是臺風(fēng)的高發(fā)期，月平均降雨量均大于100 mm，較大的過程降雨也誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，其中1月、11月、12月的月均降雨量均低于50 mm，因此，無地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

3.3 人類工程活動

人類工程活動主要體現(xiàn)在削坡建房與人口密度。據(jù)相關(guān)資料，人工邊坡的高度大多為5～15 m；開挖邊坡坡度多在45°～75°，有的甚至達(dá)80°以上，遇降雨極易產(chǎn)生滑坡或崩塌。

該地區(qū)位于中心的鼓樓區(qū)、臺江區(qū)、倉山區(qū)人口密度大，而處于西北山區(qū)的閩侯縣、永泰縣則人口密度小，同樣?xùn)|部長樂市與北部的連江縣的人口密度也相對較小。

4 閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險程度分區(qū)評價

4.1 層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

通過上述地質(zhì)災(zāi)害影響因素分析，并結(jié)合閩江口地區(qū)特征，選定地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀、人類工程活動、降雨量以及地形(地貌)4個對該區(qū)危險性影響程度大的要素為中間要素層，中間要素層的每個要素都作為一個準(zhǔn)則支配下一層的基礎(chǔ)指標(biāo)，對基礎(chǔ)指標(biāo)層中災(zāi)點密度、災(zāi)害規(guī)模、人口密度、坡度、坡高等指標(biāo)加以歸納分類，以危險性綜合指數(shù)為目標(biāo)層，構(gòu)建了閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性層次結(jié)構(gòu)模型(圖1)。

4.2 構(gòu)建判斷矩陣

首先對中間要素層的各要素進(jìn)行兩兩對比分析，然后對要素的相對重要性打分，構(gòu)建目標(biāo)層與中間層的判斷矩陣(表1)。計算該判斷矩陣的最大特征根及對應(yīng)的特征向量，將特征向量歸一化處理可得各中間要素的權(quán)重WFi，即地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀、人類工程活動、降雨量、地形(地貌)對地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合指數(shù)的權(quán)重：

WFi=(WF1,WF2,WF3,WF4)

=(0.524 4,0.095 7,0.240 8,0.139 0)。

表1 R-F層判斷矩陣(目標(biāo)層與中間層)

注：F1為地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀，F(xiàn)2為人類工程活動，F(xiàn)3為降雨量，F(xiàn)4為地形(地貌)，Wi為各中間要素的權(quán)重，R為地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合指數(shù)。

各中間要素權(quán)重的大小表明對地質(zhì)災(zāi)害危險性影響的重要程度，由R-F層判斷矩陣可見，地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險性影響最大。其次對基礎(chǔ)指標(biāo)層的各指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比分析，同樣用1～9的標(biāo)度，對基礎(chǔ)指標(biāo)的相對重要性打分。

4.3 各指標(biāo)權(quán)重確定與評價指標(biāo)體系建立

綜合可知，危險性綜合指數(shù)指標(biāo)體系的8個基礎(chǔ)指標(biāo)總權(quán)重向量：

Wij=(W11,W12,W21,W22,W31,W32,W41,W42)

=(0.393 3,0.131 1,0.023 9,0.071 8,0.080 3,0.160 5,0.115 9,0.0232)

對閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)指標(biāo)分別進(jìn)行分級賦值(表2)，分級賦值的確定是根據(jù)相關(guān)規(guī)范，并結(jié)合專家意見及文獻(xiàn)。

表2 閩江口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評價因子分級賦值

4.4 地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)計算與危險程度分區(qū)結(jié)果

首先運用柵格數(shù)據(jù)處理方法，將工作區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格剖分，每個單元面積為0.25 km×0.25 km，共剖分為96 229個單元。運用加權(quán)疊加法計算出各單元危險性綜合指數(shù)。將閩江口地區(qū)分為危險性較大區(qū)(Ⅰ)、危險性中等區(qū)(Ⅱ)及危險性較小區(qū)(Ⅲ)三級(圖2)。

4.4.1 地質(zhì)災(zāi)害危險性較大區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害危險性較大區(qū)以中低山丘陵地貌單元為主，主要分布在宦溪鎮(zhèn)、壽山鄉(xiāng)等高丘區(qū)，以及白沙鎮(zhèn)、竹岐鄉(xiāng)、黃岐鎮(zhèn)、碧里鄉(xiāng)等江海岸，該區(qū)面積約599 km2，約占工作區(qū)總面積的9.1%，該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡、崩塌、塌岸為主。

白沙鎮(zhèn)、竹岐鄉(xiāng)的沿江渡口岸坡及黃岐鎮(zhèn)的岸坡部分未采用有效的護(hù)岸工程措施，在水流侵蝕作用下易形成塌岸；宦溪鎮(zhèn)、壽山鄉(xiāng)等高丘區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點密度大，坡度較陡，通過危險性綜合指數(shù)計算，該區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險性較大區(qū)。建議該區(qū)開展地質(zhì)災(zāi)害核查項目，對地質(zhì)災(zāi)害點進(jìn)行分類處置，加強工程治理的力度，遏制不合理的削坡建房。

4.4.2 地質(zhì)災(zāi)害危險性中等區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害危險性中等區(qū)以丘陵地貌單元為主，分布于葛嶺鎮(zhèn)、塘前鄉(xiāng)、荊溪鎮(zhèn)、鑒江鎮(zhèn)、白塔鄉(xiāng)等地區(qū)，面積約3 629 km2，約占工作區(qū)總面積的59.2%，分布最廣。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型主要為滑坡、崩塌與不穩(wěn)定斜坡。

危險性中等區(qū)的微地貌類型主要為緩坡，山坡坡度一般為10°～25°，少數(shù)地區(qū)大于30°，地質(zhì)災(zāi)害的危害性較大。通過危險性綜合指數(shù)計算，該區(qū)為危險性中等區(qū)。建議該區(qū)落實群測群防工作，加強地災(zāi)知識宣傳動員，相關(guān)部門加強汛前地災(zāi)巡查，應(yīng)急演練。

4.4.3 地質(zhì)災(zāi)害危險性較小區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害危險性較小區(qū)以沖積-海積平原地貌單元為主，主要分布于福州平原及長樂濱海平原，面積約1 943 km2，約占工作區(qū)總面積的31.7%，分布較廣。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡、地面沉降為主。

平原地貌單元的高程多在10m以下，坡度一般0°～10°。通過危險性綜合指數(shù)，該區(qū)為危險性較小區(qū)。建議對金牛山、烏山、于山、屏山等丘陵坡腳地帶開展高陡邊坡排查，將穩(wěn)定性較差、危險性較大的高陡邊坡納入到地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)，作為潛在隱患點予以監(jiān)測。

5 結(jié)語

通過閩江口地區(qū)實例證明，采用層次分析法在地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)評價上的應(yīng)用是可行的，并且對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、危險性評估及防災(zāi)減災(zāi)具有一定的參考價值與借鑒意義。

1 章正高.采用層次分析法對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險性評價——以漢陰縣地質(zhì)災(zāi)害為例.西安科技大學(xué)學(xué)報,2014,34(1).

2 王小江,孫書勤,盧鵬飛.層次分析法在重慶某縣地質(zhì)災(zāi)害危險性評價中的應(yīng)用.地球與環(huán)境,2014,42(3).

3 范遠(yuǎn)芳, 黃俊寶, 王國民，等.降雨型地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險動態(tài)評價方法探討.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報.2015.26(3).

4 劉艷輝, 劉傳正, 唐燦，等. 基于確定性系數(shù)模型的地質(zhì)災(zāi)害多因子權(quán)重計算方法. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報.2015,26(1).

5 廖海吉, 藍(lán)俊康, 黃希明. 層次分析法在地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報中的應(yīng)用?廣西靈山縣為例.桂林理工大學(xué)學(xué)報,2013,33(4).

6 周愛國,周建偉,梁合成，等.地質(zhì)環(huán)境評價.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2008.

7 楊笑男.基于GIS的青藏鐵路拉日段地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評價.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)碩士學(xué)位論文,2014.