蘆山地震后雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

岳　海，王　鷹，劉民生

（1.四川省地礦局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，四川 眉山 620010；2.西南交通大學(xué)，成都 610031；3.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734）

蘆山地震后雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

岳海1，2，王鷹2，劉民生1，3

（1.四川省地礦局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，四川 眉山 620010；2.西南交通大學(xué)，成都 610031；3.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734）

本文通過調(diào)查和收集“4·20”蘆山地震后雅安市雨城區(qū)區(qū)域地形、地質(zhì)、水文條件及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況等資料，分析雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律、發(fā)育特征和災(zāi)害特點(diǎn)，選用層次分析法的理論進(jìn)行權(quán)重確定，采用地質(zhì)構(gòu)造、地震烈度、地形坡度、高程、河流、降雨6個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將危險(xiǎn)性劃分為高、中和低三個(gè)等級(jí)。

地質(zhì)災(zāi)害；危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)；層次分析；雨城區(qū)

1 雨城區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況[1-2]

雅安市雨城區(qū)地處四川盆地西緣與青藏高原的過渡地帶，屬盆周山地地貌區(qū)。地勢(shì)特點(diǎn)總體呈南、北、西三面高陡，中部和東部低緩，河谷深切，地形起伏大。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，受龍門山北東向構(gòu)造帶和川滇南北向構(gòu)造帶的影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為北部的北東向構(gòu)造和南部的南北向構(gòu)造。

通過2013年度強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查，雨城區(qū)共有地質(zhì)災(zāi)害338處（僅比4.20地震后多3個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)[2]），其中滑坡202處，占總數(shù)的59.8%，不穩(wěn)定斜坡69處，占總數(shù)的20.4%，崩塌（危巖）58處，占總數(shù)的17.2%，泥石流5處，占總數(shù)的1.5%，地面塌陷4處，占總數(shù)的1.2%?；率侵饕牡刭|(zhì)災(zāi)害類型，其次是不穩(wěn)定斜坡和崩塌（危巖）。由自然因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害為242處，人類活動(dòng)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害規(guī)為96處，分別占總數(shù)的71.6%和28.4%。

圖1　雨城區(qū)地質(zhì)略圖

2 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

2.1評(píng)價(jià)步驟

目前地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)較為成熟的方法為層次分析法[3]，本文通過統(tǒng)計(jì)分析雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征，對(duì)影響災(zāi)害發(fā)生的主要因素進(jìn)行定量并進(jìn)行危險(xiǎn)度賦值，然后利用層次分析法確定各影響因子間權(quán)重系數(shù)。主要步驟為四個(gè)方面[4-7]:

1）建立層次結(jié)構(gòu)模型：根據(jù)要研究的對(duì)象的各個(gè)條件和范圍等，明確處要提取的因素，并根據(jù)所提取的因素建立多個(gè)層次并按一定的隸屬關(guān)系進(jìn)行排列，建立層次結(jié)構(gòu)模型。

2）元素歸類：通過問題的整理，采用分門別類的方法提取出問題中的主要元素，并依此以框架結(jié)果進(jìn)行分層和整理，表述出各個(gè)元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。

表1　判斷矩陣表

3）構(gòu)造判斷矩陣：通過前面的元素整理歸類得到了各個(gè)層次的元素之間的差異性，采用對(duì)比方法得到元素差異程度數(shù)值判斷矩陣，對(duì)矩陣進(jìn)行運(yùn)算得到分?jǐn)?shù)，整個(gè)過程還可以利用專家分析法作為輔助進(jìn)行校正，最終得到重要性分?jǐn)?shù)。

4）結(jié)果檢驗(yàn)：對(duì)于可能有差異的元素，根據(jù)專家的建議和分析進(jìn)行修正，并重新計(jì)算分?jǐn)?shù)。

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣的構(gòu)建

層次分析法首先需要獲取大量的相關(guān)信息，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的層次分析，則需要獲取地質(zhì)災(zāi)害中各個(gè)導(dǎo)致災(zāi)害的重要因素，即基本元素，通過一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，并最終量化采用數(shù)學(xué)方法來建立，從而根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算得出各個(gè)因素之間的區(qū)別以及重要性差異。假設(shè)結(jié)構(gòu)層次中某一層B有多個(gè)元素Bi，Bj……并且各個(gè)元素都與層次A中的元素相關(guān)，則可通過判斷矩陣表示，如表1所示。

表中bij表示定量化的相對(duì)重要程度分值，它是由單個(gè)元素Bi與另一元素Bj進(jìn)行相對(duì)比較得到的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。bij的賦值則需要進(jìn)行標(biāo)度，根據(jù)表2中的標(biāo)度特征和含義對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的賦值，確定出對(duì)應(yīng)的含義。

表2　判斷矩陣元需Aij的1-9 度標(biāo)度法

2.3計(jì)算特征值和特征向量

第一步 將判斷矩陣每一列歸一化：

第二步 每一列正規(guī)化的判斷矩陣按行相加：

第三步 向量w正規(guī)化處理：

依次所得的A=（a1，a1，….，am）T即為所求的特征向量。

第四步 計(jì)算判斷矩陣最大特征根：

式中（TA）i表示向量TA第i個(gè)元素

2.4評(píng)價(jià)指標(biāo)層次排序及一致性檢驗(yàn)

式中CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；CI為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)，由下式給出：

RI 為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，由實(shí)驗(yàn)給出。對(duì)于低價(jià)判斷矩陣，RI值列于表3中；對(duì)于高于 12 階的判斷矩陣，需進(jìn)一步查資料或采用近似方法。即令：

若CR<0.1，判斷矩陣 B 具有滿意的一致性，所獲得的權(quán)重值比較合理；否則不具有滿意一致性，應(yīng)參照比較矩陣一致性調(diào)整方法修改。

表3　RI值表

3 因子選取及敏感性分析

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是有很多因素共同作用造成的，而各個(gè)因素所起的作用也各不相同，地形、地質(zhì)、降雨等條件都對(duì)地震導(dǎo)致的各種地質(zhì)災(zāi)害起控制性的作用[8]；通過對(duì)雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分析和特征的研究，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、烈度、坡度及降雨等因素與災(zāi)害的發(fā)生密切相關(guān)，其中坡度又可分為表面坡度和地形高程。由于滑坡是最主要的災(zāi)害類型，而雨城區(qū)滑坡主要為淺層土質(zhì)滑坡，與地層巖性關(guān)系較小，因此采用上述這幾個(gè)因子來研究雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況，力求以較少且最主要的影響因子評(píng)價(jià)其危險(xiǎn)性。

對(duì)所有災(zāi)害點(diǎn)按自然引發(fā)和現(xiàn)狀欠穩(wěn)定兩個(gè)條件進(jìn)行篩分，篩選出125個(gè)災(zāi)害點(diǎn)，其中滑坡災(zāi)害點(diǎn)95個(gè)，崩塌災(zāi)害點(diǎn)25個(gè)，泥石流災(zāi)害點(diǎn)5個(gè)。著重對(duì)這125個(gè)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，建立模型（圖2），分析地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性。

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造主要通過斷層、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震區(qū)域的活動(dòng)等影響區(qū)域內(nèi)的巖性分布、物源分布等容易提供地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有利基礎(chǔ)條件。如地貌的發(fā)育程度、巖石的破碎程度等特征，而斷裂構(gòu)造則影響地下水的走向和分布，并與人類活動(dòng)密切相關(guān)，一定程度上影響了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。

對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的量化，主要首先采用GIS統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)斷裂帶與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的關(guān)系，得到了0~1 500，1 500~2 500，>2 500m3個(gè)緩沖區(qū)（圖3），根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)分布圖3統(tǒng)計(jì)可得表4。

圖2　雨城區(qū)災(zāi)害點(diǎn)分布圖

圖3　斷層緩沖區(qū)分級(jí)圖

表4　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與斷裂統(tǒng)計(jì)關(guān)系

表5　雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與地震烈度統(tǒng)計(jì)關(guān)系

斷裂緩沖距離是指指兩側(cè)離斷裂帶中心線的距離，從表4可見，雖然大于2500m范圍內(nèi)分布災(zāi)害點(diǎn)百分比最高，但這并不意味著斷層的影響作用不明顯，因?yàn)橛绊憺?zāi)害發(fā)生的因素不止斷裂帶一個(gè)因素，還有諸如降雨、河流、地形地貌等各種因素的影響。

圖4　地震烈度圖

圖5　坡度分級(jí)圖

3.2地震烈度

震區(qū)烈度是地表搖晃破壞程度的定量化直接指標(biāo)。一般情況下，震區(qū)的巖土體完成程度隨著烈度的增大而減小，烈度的增大導(dǎo)致巖體和土體的損壞，致使崩塌、滑坡、泥石流大量的形成和發(fā)生。當(dāng)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量急劇增加時(shí)，由地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的危險(xiǎn)性也急劇增加。因此，引入地震烈度來進(jìn)行區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。由于蘆山地震的影響，區(qū)域內(nèi)最大烈度達(dá)8度（圖4），受到地震災(zāi)害的影響較為嚴(yán)重，如表4所示，為區(qū)域內(nèi)災(zāi)害數(shù)量與地震烈度的關(guān)系。

3.3地形坡度

地形坡度是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的必備因素，坡度的大小決定了滑坡的臨空面發(fā)育，一定程度上決定了滑坡是否會(huì)發(fā)生。采用GIS獲得了研究區(qū)數(shù)字高程模型和坡度圖，分析過程中，將坡度按照0~10，10~20，20~30，30~45，>45度共5個(gè)坡度段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖5）?？傻媒y(tǒng)計(jì)表6。

表6　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與坡度統(tǒng)計(jì)關(guān)系

表7　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與高程統(tǒng)計(jì)關(guān)系

表6可見，所有災(zāi)害點(diǎn)分布坡度范圍均小于45°，與滑坡通常分布坡度范圍較為一致，但崩塌分布坡度范圍通常集中于40°~60°左右，與本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比有所出入。究其原因可能40°~60°區(qū)域人類居住少，進(jìn)入分析統(tǒng)計(jì)隱患點(diǎn)較少，也有可能是地形圖（1∶5萬）比例尺較小，做出的坡度相對(duì)較粗，無法統(tǒng)計(jì)出局部精細(xì)的坡度，而崩塌往往發(fā)育在部些局部陡坡上。

3.4高程

海拔高程對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生也有明顯的影響，主要原因是海拔高度決定了地下水的特征，隨著高程的增長，地下水越來越少，水對(duì)滑坡的作用也越來越小，同時(shí)隨著高程的增長，人類的活動(dòng)會(huì)越來越困難，一定程度上不容易破壞環(huán)境，造成地質(zhì)災(zāi)害的繼續(xù)發(fā)育。因此，分析研究區(qū)的高程后，將高程分成小于600，600~1 000，1 000~1 500，1 500~2 000，>2 000共五段（圖6）。表7為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與高程統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

圖6　高程分級(jí)圖

圖7　河流緩沖區(qū)分級(jí)圖

圖8　年降雨分布圖

表8　雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與河流統(tǒng)計(jì)關(guān)系

表9　雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與降雨統(tǒng)計(jì)關(guān)系

表10　指標(biāo)判斷矩陣和權(quán)重

3.5河流

由于河流水系的掏蝕、沖刷等促進(jìn)因素，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)在河流兩岸較為密集。因此，水系因素是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的重要控制性因素，分析研究區(qū)后采用GIS空間分析功能對(duì)河流做buffer處理，生成0~500，500~1 000，>1 000，3個(gè)區(qū)（圖7）?？傻媒y(tǒng)計(jì)表8。

3.6降雨

降雨是地質(zhì)災(zāi)害的直接激發(fā)條件。降雨入浸邊坡土體致使孔隙水壓力增大，土體飽和軟化，坑剪強(qiáng)度降低，進(jìn)而促使邊坡失穩(wěn)發(fā)生崩塌、滑坡；同樣，強(qiáng)大的降雨在溝谷流域內(nèi)匯流起動(dòng)溝床物質(zhì)或?qū)е禄伦罱K誘發(fā)泥石流。本文根據(jù)雨城區(qū)年降雨等值線圖，對(duì)其降雨分布劃分為<1 000，1 00~13 00，1 300~1 500，1 500~1 700，>1 700共5個(gè)區(qū)域，如圖8所示，并對(duì)其災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表9）。

4 因子權(quán)重確定

根據(jù)斷矩陣根據(jù)層次分析法的基本原理，用5個(gè)指標(biāo)建立起判斷矩陣，將各個(gè)指標(biāo)間的相對(duì)重要程度表示出來。重要程度的權(quán)重，一定程度上結(jié)合了專家咨詢法獲得的各個(gè)因素重要性評(píng)價(jià)和分值，并結(jié)合了雨城區(qū)本身的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果，構(gòu)建了判斷矩陣，并按上述方法[4-7]計(jì)算各因子權(quán)重，如表10所示：

用所構(gòu)建的判斷矩陣計(jì)算出權(quán)重并代入公式進(jìn)行一致性檢驗(yàn)所得結(jié)果：可得判斷矩陣符合一致性。

圖9　危險(xiǎn)性分區(qū)圖

5 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[9]

5.1評(píng)價(jià)模型建立

通過對(duì)雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因素的單一分析和綜合判斷，并結(jié)合了層次分析法得到了各個(gè)單一因素在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生中所起的重要性作用，得到了雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型：

式中：S為評(píng)價(jià)單元的綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)值；Wi 為第i個(gè)指標(biāo)的敏感度權(quán)重；Bij 為第i個(gè)指標(biāo)屬性j的賦值大小，其中，i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，3。

5.2危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是基于GIS 空間疊加分析。先對(duì)各影響因子作半定量處理，參照前期各因子敏感性分析統(tǒng)計(jì)，對(duì)各因子敏感性大小分級(jí)并賦值（表11），以此代表參與疊加分析各因子敏感性大小，并分別用1，2，3量化，值越大代表其影響作用越顯著。

表11　因子敏感性賦值

表12　危險(xiǎn)性分區(qū)統(tǒng)計(jì)表

然后按評(píng)價(jià)模型，應(yīng)用空間分析模塊下的疊加分析計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果做分級(jí)處理，計(jì)算結(jié)果值最大為3，最小為1。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果將雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)等級(jí)分為三級(jí)：計(jì)算值＞2.35，屬高危險(xiǎn)性區(qū)；1.93＜計(jì)算值＜2.35，屬中危險(xiǎn)性區(qū)；計(jì)算值＜1.93，屬低危險(xiǎn)性區(qū)（圖9、表12）。從表可得出，高易發(fā)區(qū)面積232.01km2，占總面積22.19%，占實(shí)際災(zāi)害點(diǎn)44.8%，點(diǎn)密度約0.24，中易發(fā)區(qū)面積473.96km2，占總面積45.33%，占實(shí)際災(zāi)害點(diǎn)40%，點(diǎn)密度約0.1，低易發(fā)區(qū)面積339.58km2，占總面積32.47%，占實(shí)際災(zāi)害點(diǎn)15.2%，點(diǎn)密度約0.05。結(jié)果與調(diào)查災(zāi)害點(diǎn)分布相似度較高，較準(zhǔn)確。

6 結(jié)論與建議

地質(zhì)構(gòu)造、地震烈度、地形坡度、高程、河流、降雨這幾個(gè)主要的地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性因素對(duì)崩塌、滑坡、泥石流的發(fā)生具有重要的意義，雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與其具有密切的相關(guān)性，分析其中每一個(gè)單一因子的作用和敏感性可得到相應(yīng)的危險(xiǎn)性敏感區(qū)，然后對(duì)各個(gè)單一因子進(jìn)行賦值和危險(xiǎn)性定量組合，利用層次分析法確定各影響因子間權(quán)重系數(shù)，得到了雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性特征，與實(shí)際調(diào)查得到的地質(zhì)災(zāi)害分布較為吻合?？梢?，

采用危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)可以從宏觀上得到地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律和特征，能夠在缺少現(xiàn)場資料的地方采用遙感解譯等方式得到地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性初步分析圖，為后期的地質(zhì)災(zāi)害防治提供有效的資料。但應(yīng)選擇比例尺較大的地形圖作為工作底圖。

[1] 岳海， 周琴，唐小東， 等. 雅安市雨城區(qū)2013年度強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查報(bào)告[R]. 2013.8..

[2] 四川省地礦局九零九地質(zhì)隊(duì)， 四川省地礦局九一五地質(zhì)隊(duì). 四川省“4.20”蘆山地震雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查報(bào)告[R]. 2013.5. .

[3] 趙煥臣， 許樹柏， 和金生. 層次分析法[ M] .北京: 科學(xué)出版社，1986.

[4] 姜琪文. 基于ARCGIS的區(qū)域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[D]. 成都理工大學(xué). 2005.

[5] 熊德清. 四川省理縣5.12汶川地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[D]. 成都理工大學(xué).2009.

[6] 梁京濤. 遙感和GIS在汶川地震災(zāi)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究—以青川縣為例[D]. 成都理工大學(xué). 2009.

[7] 王哲，易發(fā)成. 基于層次分析法的綿陽市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì). 2007，3:93～98.

[8] 李鐵峰. 災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M]. 北京: 北京大學(xué)出版社. 2002.

[9] 岳海.4.20蘆山地震雅安雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征與防治建議[D].西南交通大學(xué).2015.

The Risk Assessment of Geohazards in Yucheng District, Ya’an after the Lushan Earthquake

YUE Hai1,2WANG Ying2LIU Min-sheng1,3

(1-No. 915 Hydrogeological and Engineering Geological Team, BGEEMRSP, Meishan, Sichuan 620010; 2-Southwest Jiaotong University, Chengdu 611734; 3-InstituteofExplorationTechnology, CAGS, Chengdu 611734)

This paper has a discussion on development and distribution regularities of geohazards in Yucheng District, Ya’an after the Lushan Earthquake on Apr. 20, 2013, and assesses risk of the geohazards by means of the theory of analytic hierarchy process (AHP) and 6 evaluation factors such as geological structure, seismic intensity, slope, elevation, rainfall and river. The risk is divided into high, medium and low grades.

Yucheng district; geohazard; risk assessment; analytic hierarchy process

642. 2

A

1006-0995（2016）02-0301-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.029

2015-5-27

岳海（1982-），男，四川西充人，工程師，長期從事水工環(huán)地質(zhì)工作