層次分析法在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估中的應(yīng)用
——以夏甸風(fēng)電場(chǎng)為例

王雪瓊，曲萬隆

(1.山東科技大學(xué)，山東 青島　266590；2.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島　266100)

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層次分析法在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估中的應(yīng)用
——以夏甸風(fēng)電場(chǎng)為例

王雪瓊1,2，曲萬隆2

(1.山東科技大學(xué)，山東 青島266590；2.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島266100)

摘要：將該項(xiàng)目區(qū)域視為一個(gè)小型區(qū)域，以此作為一個(gè)區(qū)域模型，并分為38個(gè)評(píng)估單元，結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)及地質(zhì)分析法進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域大，地質(zhì)環(huán)境條件多變，考慮了多個(gè)影響因素的綜合作用，運(yùn)用基于層次分析法對(duì)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行綜合評(píng)估。將38個(gè)單元逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算后，劃分出了危險(xiǎn)性中等區(qū)和危險(xiǎn)性小區(qū)，層次分析法的評(píng)估結(jié)論與地質(zhì)分析法的結(jié)論基本一致，層次分析法確定的危險(xiǎn)性中等區(qū)涵蓋地質(zhì)分析法確定的危險(xiǎn)性中等區(qū)。推廣到類似區(qū)域進(jìn)行合理、定量地劃定區(qū)域危險(xiǎn)性等級(jí)，給城市新區(qū)建設(shè)選址提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；危險(xiǎn)性評(píng)估；層次分析法；夏甸風(fēng)電場(chǎng)

引文格式：王雪瓊，曲萬隆.層次分析法在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估中的應(yīng)用——以夏甸風(fēng)電場(chǎng)為例[J].山東國(guó)土資源，2016,32(6)：79-82.WANG Xueqiong,QU Wanlong. Application of Regional Geological Hazards Assessment by Using Analytic Hierarchy Process——Setting Xiadian Wind Farm as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(6)：79-82.

0引言

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估是城市新區(qū)選址的一項(xiàng)重要的前期基礎(chǔ)性工作[1]。合理、定量地劃定區(qū)域危險(xiǎn)性等級(jí)將給城市新區(qū)建設(shè)選址[2]、巖土工程勘察提供參考依據(jù)。近年來，隨著城市發(fā)展、新區(qū)建設(shè)及線型[3]、面型、點(diǎn)型工程的不斷開發(fā)建設(shè)[4]，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估尤為重要。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估有很多方法[5]，如地質(zhì)分析法[6]，工程類比法等[7]。目前開始嘗試運(yùn)用層次分析法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估[8]，并對(duì)評(píng)價(jià)因子、權(quán)重進(jìn)行了多次改進(jìn)[9]，但層次分析法與地質(zhì)分析法等方法評(píng)估結(jié)果的一致性尚未確認(rèn)。

該文選取夏甸風(fēng)電場(chǎng)作為一個(gè)區(qū)域模型，場(chǎng)址東西長(zhǎng)約6km，南北寬約2km，區(qū)域面積12km2，可視為一個(gè)小型區(qū)域，以此作為一個(gè)區(qū)域模型，結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)及地質(zhì)分析法進(jìn)行評(píng)估，并運(yùn)用層次分析法進(jìn)行評(píng)估，對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證幾種評(píng)估方法的一致性。

1地質(zhì)災(zāi)害類型與特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

夏甸鎮(zhèn)位于招遠(yuǎn)市的南部，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性半濕潤(rùn)氣候，四季分明，氣候溫和。多年平均降水量633.5mm，最大1267.6mm，最小為410.3mm。

區(qū)域地表水系主要包括大沽河的支流留仙莊河、薄家河以及夏甸水庫(kù)。留仙莊河發(fā)源于青龍夼水庫(kù)，自西北向東南流經(jīng)夏甸鎮(zhèn)，流域面積約30km2，流經(jīng)18km后在萊西市匯入大沽河中。夏甸水庫(kù)位于招遠(yuǎn)市勾山東麓，大沽河支流薄家河的中游，控制流域面積約100km2，總庫(kù)容約3920萬m3。

夏甸風(fēng)電場(chǎng)周邊區(qū)域的總體地勢(shì)是東北高，西南低。區(qū)域的東北側(cè)為丘陵區(qū)，最高峰為勾山，海拔約243m，山谷間分布有山前溝谷殘破積坡地，坡度一般在10°～20°。出露地層主要為新生界第四系臨沂組、沂河組的殘破積堆積物。區(qū)內(nèi)大面積分布巖漿巖，主要為形成于中生代燕山早期的玲瓏序列及新太古代的棲霞序列、馬連莊序列。

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，招平斷裂帶中段的芝下-姜家窯斷裂帶橫貫全區(qū)，北起留仙莊，南至張格莊，全長(zhǎng)約8km，寬150～300m，總體走向45°，傾向SE，傾角35°～50°，無論在走向上還是在傾向上均呈舒緩波狀，主裂面發(fā)育于膠東群老地層和玲瓏花崗巖的接觸帶，斷層泥厚幾米至十幾米，兩側(cè)構(gòu)造巖極為發(fā)育，尤其下盤，寬達(dá)數(shù)百米，該斷裂為區(qū)域內(nèi)的主要控礦斷裂。在該斷裂下盤，發(fā)育有NEE方向的次級(jí)構(gòu)造，其下盤次級(jí)構(gòu)造發(fā)育，有近SN，NE及NEE向3組構(gòu)造，成礦前及成礦期的次級(jí)構(gòu)造非常發(fā)育。

區(qū)域內(nèi)地下水類型為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。基巖裂隙水涌水量為30～120m3/d，松散巖類孔隙水涌水量在100～500m3/d，水質(zhì)較好。

1.2地質(zhì)災(zāi)害類型與特征

該區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌和泥(渣)石流[10]。區(qū)內(nèi)有兩處由于露天開采形成的陡崖，一處長(zhǎng)約32m， 平均高度約6m，坡度近于直立。另一處是一個(gè)廢棄采石場(chǎng)，大小約63m×14m，平均高度約4m，坡度為70°～80°，部分近于直立。巖質(zhì)邊坡坡面表層巖石較破碎，邊坡穩(wěn)定性較差。夏甸鎮(zhèn)最高峰勾山附近山坡坡度較大，種植有大量松樹，山頂有大量廢石堆積，碎石體積約為4000m3，西南側(cè)山腳下新開通一條環(huán)山公路，長(zhǎng)約900m，也有大量碎石堆積在路旁，碎石體積約為720m3。

2評(píng)估模型

2.1模型的建立

夏甸風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)由33個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和1個(gè)110kV變電站組成，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)為圓柱體，高1.6m，直徑4.8m，下部結(jié)構(gòu)為18.2m×18.2m的正方形，埋深2.5m。每個(gè)風(fēng)機(jī)單獨(dú)征地，各風(fēng)機(jī)間跨度較大。將各風(fēng)機(jī)的征地范圍連線后，外擴(kuò)500m作為評(píng)估范圍，并根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害影響、地形地貌等條件進(jìn)行調(diào)整。以500m×500m為一個(gè)單元，將評(píng)估區(qū)劃分為38個(gè)有效的單元，不足0.5個(gè)單元的，歸入相鄰單元。

2.2評(píng)估方法的選擇

在評(píng)估過程中，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、氣象、區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域水文、人文等條件[11]，按照精簡(jiǎn)、操作性強(qiáng)、數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確為原則構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)，形成層次結(jié)構(gòu)，將各項(xiàng)指標(biāo)量化[12]，形成評(píng)估系統(tǒng)。針對(duì)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，定量定性相結(jié)合，選用專家打分與層次分析相結(jié)合的定權(quán)法確定各項(xiàng)評(píng)估因子的權(quán)重。將選擇的因子構(gòu)建成矩陣，請(qǐng)地質(zhì)、水利、農(nóng)業(yè)、建設(shè)等類別的專家分別進(jìn)行評(píng)分，得到符合實(shí)際的有操作性的權(quán)重值。

2.3區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

采用四級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)劃分為無危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)，公式如下：

式中：Ⅰ—無危險(xiǎn)區(qū)；Ⅱ—低危險(xiǎn)區(qū)；Ⅲ—中危險(xiǎn)區(qū)；Ⅳ—高危險(xiǎn)區(qū)。

根據(jù)夏甸風(fēng)電場(chǎng)周邊區(qū)域，確定了4個(gè)相關(guān)的參評(píng)要素，即地質(zhì)條件、地形地貌、氣候植被和人為活動(dòng)。

U={u1,u2,u3,u4}

式中：u1—地質(zhì)條件；u2—地形地貌；u3—?dú)夂蛑脖唬籾4—人為活動(dòng)。

每個(gè)參評(píng)要素組成評(píng)價(jià)因子集：

c(u1)={c1,c2,c3}

c(u2) ={c4,c5,c6}

c(u3) ={c7,c8}

c(u4) ={c9}。

式中：c1—巖土體結(jié)構(gòu)類型；c2—斷裂分布密度；c3—地震烈度；c4—單元內(nèi)坡度；c5—單元內(nèi)相對(duì)高差；c6—單元內(nèi)地貌類型；c7—多年的平均降雨量；c8—周邊植被覆蓋率；c9—人為活動(dòng)。

根據(jù)表1的標(biāo)度，結(jié)合專家意見，對(duì)選取的因素進(jìn)行比較，得到模糊判斷矩陣(表2～表5),所得模糊矩陣都要滿足rij+rji=1，即滿足一致性要求，計(jì)算權(quán)重值如表6。

采用模糊變換算子進(jìn)行模糊變換，一級(jí)綜合評(píng)價(jià)

由一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Bi組成二級(jí)綜合評(píng)判模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行二級(jí)模糊變換B(2)= A(2)R(2)。根據(jù)最大隸屬度原則，評(píng)判計(jì)算單元所屬危險(xiǎn)性級(jí)別。

根據(jù)上述條件，以1#單元為例，利用隸屬函數(shù)求得模糊關(guān)系矩陣如下：

表1　0.1～0.9數(shù)量標(biāo)度

表2　模糊判斷矩陣A

表3　模糊判斷矩陣u1-c

表4　模糊判斷矩陣u2-c

表5　模糊判斷矩陣u3-c

由表6得一級(jí)評(píng)判的4個(gè)權(quán)重集：

A1(1)=(0.5,0.37,0.13)

A2(1)= (0.47,0.3,0.23)

A3(1)= (0.55,0.45)

A4(1)= (1)

進(jìn)行一級(jí)模糊變換后，再按B(2)= A(2)R(2)作二級(jí)模糊變換。

B(2)=(0.1920,0.5403,0.7027,0.2471)。

表6　參評(píng)要素及評(píng)價(jià)因子權(quán)重值

按最大隸屬原則，隸屬度最大者與評(píng)估集中Ⅲ對(duì)應(yīng)，劃入地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)。按上述步驟依次求出其他37個(gè)單元所屬地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性類別，并投影到圖中。

2.4評(píng)估結(jié)果分析

將38個(gè)單元逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算后，劃分出了危險(xiǎn)性中等區(qū)和危險(xiǎn)性小區(qū)(圖1)。圖中菱形網(wǎng)格區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估中等區(qū)，最大山坡坡度約35°，最大相對(duì)高差85m，包含崩塌、泥(渣)石流影響范圍，圖中斜紋區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估小區(qū)。將用層級(jí)分析法與地質(zhì)分析法得出的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為層次分析法確定的危險(xiǎn)性中等區(qū)涵蓋地質(zhì)分析法確定的危險(xiǎn)性中等區(qū)，兩種方法得出的評(píng)估結(jié)果基本一致。

圖1　評(píng)估單元及區(qū)域評(píng)估結(jié)果示意圖

3討論

通過對(duì)各因子權(quán)重的專家評(píng)分-層次分析，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的定量化評(píng)估，應(yīng)用GIS軟件，將各單元的危險(xiǎn)性或各因子不同級(jí)別進(jìn)行譜色，可以直觀地看出各區(qū)域的危險(xiǎn)性級(jí)別及各影響因子的級(jí)別，對(duì)區(qū)域內(nèi)不同建設(shè)類型的項(xiàng)目所需要的不同因素選擇也將提供更加直觀的參考。該項(xiàng)目所在區(qū)域相對(duì)較小，選擇的評(píng)價(jià)因子區(qū)別性不是非常明顯，且存在評(píng)價(jià)因子的側(cè)重點(diǎn)及各專業(yè)專家對(duì)因子的評(píng)分差異性，對(duì)評(píng)估結(jié)果有較大影響。建議不同區(qū)域建設(shè)對(duì)權(quán)重的確定，應(yīng)參考相應(yīng)國(guó)家(區(qū)域)規(guī)范規(guī)程、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)取值，并與地方專家的評(píng)分相結(jié)合，可以更加客觀地反映區(qū)域的評(píng)估結(jié)果。

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Application of Regional Geological Hazards AssessmentbyUsingAnalyticHierarchyProcess——SettingXiadianWindFarmasanExample

WANG Xueqiong1,2,QU Wanlong2

(1.GeoscienceandEnginerringCollegeofShandongUniversityofScienceandTechnology,ShandongQingdao266510,China;2.QingdaoGeo-engineeringExplorationInstitute,ShandongQingdao266100,China)

Abstract:Regarding the project area as a small area and a regional model, 38 evaluation units have been divided. Combining with field survey data and geology analysis method, pointing to large wind farm area and variable geological environment condition, considering comprehensive effect of multiple factors, and using hierarchical analysis method, regional geological environment and geological disasters of the wind electric field have been evaluated comprehensively. After calculating 38 units one by one, medium risk areas and small risk areas have been divided. AHP assessment conclusions and geological analysis conclusions are basically the same. Medium risk areas determined by using hierarchical analysis cover dangerous areas determined by geological analysis method. It will provide some references for rational and quantitative division of regional risk level, and the construction of urban new districts.

Key words:Geological disasters; risk assessment; AHP; Xiadian wind farm

收稿日期：2016-05-02；

修訂日期：2016-05-22；編輯：曹麗麗

作者簡(jiǎn)介：王雪瓊(1986—)，女，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，研究方向巖石學(xué)礦物學(xué)礦床學(xué)、水工環(huán)地質(zhì)；E-mail:qwlwxq@163.com

中圖分類號(hào)：P694

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

項(xiàng)目來源：山東省招遠(yuǎn)市夏甸風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告