基于層次分析法的梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃

張寧，萬忠梅

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061

基于層次分析法的梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃

張寧，萬忠梅*

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061

基于層次分析法的基本原理，本文使用YAAHP軟件建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的層次分析結(jié)構(gòu)模型及判斷矩陣，通過矩陣求解確定影響地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度因子的權(quán)重。結(jié)合GIS技術(shù)，將梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分為高、中、低3個區(qū)，以期為工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

層次分析法；梅河口市；地質(zhì)災(zāi)害；易發(fā)性區(qū)劃

地質(zhì)災(zāi)害是指自然因素或者人為活動引發(fā)的巖土體變形移位現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與區(qū)域地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)［1］，這些地質(zhì)環(huán)境因素主要包括地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地形地貌、巖土體參數(shù)、氣象水文、人類工程活動等。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃［2］就是在綜合考慮區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，確定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率，為當(dāng)?shù)氐姆罏?zāi)減災(zāi)、工程建設(shè)規(guī)劃提供參考。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃的方法歸根到底有兩個：一是以地質(zhì)災(zāi)害分布圖和基礎(chǔ)地質(zhì)圖件為基準(zhǔn)，通過數(shù)字化確定地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指標(biāo)，然后對各易發(fā)性指標(biāo)進行疊加處理；二是對引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的影響因子進行理論分析，通過打分或評級的方法賦予各影響因子以權(quán)重系數(shù)，再對各權(quán)重系數(shù)進行數(shù)學(xué)處理［3］。具體包括信息量法［4］、綜合危險性指數(shù)法［5］、層次分析法［6］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［7］等。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是20世紀(jì)70年代中期美國匹茲堡薩蒂教授提出的一種層次權(quán)重決策分析方法，具有實用性、系統(tǒng)性、簡潔性等優(yōu)點，通常在目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)時使用，是將定性問題轉(zhuǎn)換為定量問題的方法［8］。

梅河口市位于吉林省南部，是東北地區(qū)重要交通樞紐之一，交通十分方便。地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差，由于人類工程經(jīng)濟活動影響，亦有崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，截止到2010年底，全市地質(zhì)災(zāi)害已累計毀房795間，毀壞農(nóng)田2.711×106m2，造成直接經(jīng)濟損失2.418×107元。地質(zhì)災(zāi)害已成為影響著全市經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素，是梅河口市防災(zāi)減災(zāi)工作中需要解決的突出問題。因此，對梅河口市開展地質(zhì)災(zāi)害綜合調(diào)查研究十分必要。

1　層次分析法基本原理及步驟

層次分析法本質(zhì)上是將決策目標(biāo)分解，并根據(jù)各因素間的相互關(guān)聯(lián)以及隸屬關(guān)系將因素層次化，形成一個遞歸階層結(jié)構(gòu)。根據(jù)決策目標(biāo)的特點，對每一層的因素進行兩兩對比，通過引入比例標(biāo)度的方法實現(xiàn)數(shù)量化，即構(gòu)造判斷矩陣。該矩陣的最大特征根及其特征向量歸一化后即為各因素的相對權(quán)重。層次分析法具體操作方法詳見文獻［6］。

2　基于YAAHP的層次分析法實現(xiàn)過程

用來實現(xiàn)層次分析法的軟件很多，本文使用YAAHP6.0層次分析法軟件進行。該軟件靈活易用，提供方便的遞階層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造、判斷矩陣數(shù)據(jù)錄入、排序權(quán)重計算以及計算數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。更重要的是，在判斷矩陣輸入的時候可以即時顯示一致性比例，方便矩陣的調(diào)整。

2.1選取評價因子，建立層次模型

評價因子的選擇應(yīng)當(dāng)遵循科學(xué)、實用、可操作性原則。結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況，參考專家意見，確立梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃評價指標(biāo)體系，該體系包含三個層次（圖1），即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層。其中準(zhǔn)則層包括地形地貌、工程地質(zhì)、氣象水文、人類活動四個方面，要素層包括相對高差、巖土體類型、采礦活動等10個評價因子。

圖1　地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃的層次分析模型Fig.1 The model of analytic hierarchy division in incident geological disaster zones

2.2輸入判斷矩陣，求解相對權(quán)重

（1）準(zhǔn)則層B1～B4相對于目標(biāo)層A的判斷矩陣及相對權(quán)重（表1）

表1　A～B層判斷矩陣Table 1 Judgment matrix of A～B

（2）要素層C1～C3相對于準(zhǔn)則層B1的判斷矩陣及相對權(quán)重（表2）

（3）要素層C4～C5相對于準(zhǔn)則層B2的判斷矩陣及相對權(quán)重（表3）

（4）要素層C6～C7相對于準(zhǔn)則層B3的判斷矩陣及相對權(quán)重（表4）

（5）要素層C8～C10相對于準(zhǔn)則層B4的判斷矩陣及相對權(quán)重（表5）

（6）各基礎(chǔ)指標(biāo)相對于目標(biāo)層的綜合權(quán)重見表6

表6　基礎(chǔ)指標(biāo)綜合權(quán)重表Table 6 Comprehensive weight of basic indexes

3　梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃

3.1地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃模型

采用國土資源部頒布的《縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃調(diào)查基本要求實施細則2006》中推薦的模型：

式中：Z為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合指數(shù)；w為評價指標(biāo)的權(quán)重，采用前面層次分析法求得的權(quán)重；D為評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，采用分級賦值的方法實現(xiàn)數(shù)值化（表7）。

表7　評價指標(biāo)分級賦值表Table 7 Classification table of evaluation indexes

3.2數(shù)據(jù)來源

相對高差和坡度：將研究區(qū)1：5萬地形圖在MAPGIS平臺上矢量化生成DEM，在DEM中解算相對高差和坡度；地貌類型：來自梅河口市地貌類型圖；巖土體參數(shù)：來自梅河口市1：5萬工程地質(zhì)圖；斷裂：在梅河口市1：5萬地質(zhì)圖上提取斷裂構(gòu)造并矢量化，做緩沖區(qū)分析；河流沖刷：在1：10萬地理底圖上提取河流水系并矢量化，做緩沖區(qū)分析；降雨量：來自多年降雨量等值線圖；植被覆蓋率：來自梅河口市2010ETM遙感影像；道路修建：在1：10萬政區(qū)圖上提取線性公路并矢量化，做緩沖區(qū)分析；采礦活動：來自梅河口市礦山企業(yè)分布圖。

圖2　梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合分區(qū)圖Fig.2 Comprehensive division of geological hazards evaluation of probability of occurrence in Meihekou city

3.3易發(fā)性區(qū)劃實現(xiàn)過程

利用柵格法處理已經(jīng)數(shù)字化的單基礎(chǔ)評價指標(biāo)圖件，按1 km×1 km網(wǎng)格部分，周邊不足1 km×1 km的合并到相鄰網(wǎng)格中。利用MAPGIS空間分析模塊中區(qū)對區(qū)的合并分析功能，依次將各單指標(biāo)圖件進行區(qū)合并操作，合并后生成的區(qū)文件，通過庫管理模塊的屬性庫管理輸出屬性，按照3.1中Z的計算公式計算各單元格的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合指數(shù)值，最后將“地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)”字段聯(lián)回新區(qū)文件［9］。按照Z＞2.1為高易發(fā)區(qū)，2.1～1.2為中易發(fā)區(qū)，Z＜1.2為低易發(fā)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)進行分區(qū)。

3.4易發(fā)性區(qū)劃結(jié)果

（1）姜家街—進化鎮(zhèn)崩塌、泥石流為主地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)亞區(qū)（A1）

位于梅河口市東南部，面積472.94 km2，占全市總面積的21.74%。本區(qū)地貌屬中低山區(qū)，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。地質(zhì)災(zāi)害多分布于公路沿線，區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點34處，其中崩塌22處、不穩(wěn)定斜坡8處、泥石流4處。泥石流災(zāi)害主要因森林過度砍伐和陡坡開荒引發(fā)。森林砍伐后降低了碎屑物的固結(jié)能力，同時對水源的含氧能力也大大降低，陡坡開荒，使斜坡上的物質(zhì)更加松散，易激發(fā)泥石流的形成。

（2）紅梅鎮(zhèn)—中和鎮(zhèn)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害為主高易發(fā)亞區(qū)（A2）

位于梅河口市南部，呈條帶狀分布，面積41.13 km2，占全市總面積的1.89%。本區(qū)人類工程活動強烈，是梅河口市集中采煤的區(qū)域，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。區(qū)內(nèi)共有地質(zhì)災(zāi)害點12處，其地面塌陷10處、地裂縫2處。塌陷區(qū)呈單體式或串珠狀群集式產(chǎn)生，塌陷周邊可見開裂痕跡，有疏松狀堆積物，說明地表下沉仍在繼續(xù)，按《縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃調(diào)查基本要求實施細則2006》塌陷體穩(wěn)定性分級，應(yīng)屬不穩(wěn)定級。地裂縫主要分布在煤礦塌陷區(qū)，與地面塌陷相伴生，往往由單列發(fā)展為群列，表層巖性為第四系中更新統(tǒng)沖洪積黃土狀粉質(zhì)粘土。

（3）地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)（B）

位于梅河口市灣龍—牛心頂鎮(zhèn)一帶，面積353.40 km2，占全市總面積的16.25%。本區(qū)地貌單元以丘陵、波狀臺地為主，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差，地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育。區(qū)內(nèi)共有地質(zhì)災(zāi)害點24處，其中崩塌15處、不穩(wěn)定斜坡9處。

（4）地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)（C）

位于梅河口市康大營鎮(zhèn)—新河鎮(zhèn)—曙光鎮(zhèn)廣大區(qū)域，面積1307.53 km2，占全市總面積的60.12%。地貌類型為丘陵河谷平原區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好。

4　結(jié)論

（1）根據(jù)層次分析法基本原理，使用YAAHP軟件建立了用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃的層次結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合專家意見，得到遞階層次的判斷矩陣，通過求解，得到了各基礎(chǔ)指標(biāo)的權(quán)重。

（2）利用GIS技術(shù)，將梅河口市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分為高、中、低三個區(qū)，分區(qū)結(jié)果與實際地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果比較吻合，為本地的防災(zāi)減災(zāi)、建設(shè)項目規(guī)劃選址提供了參考依據(jù)。

［1］殷躍平.中國地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)戰(zhàn)略初步研究［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2004，15（2）：1-8

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Division of Incident Geological Disaster Zone in Meihekou City Based on Analytic Hierarchy Process

ZHANG Ning，WAN Zhong-mei*
College of Earth Sciences/Jilin University，Changchun 130061，China

This paper established the structural model and judgment matrix with a software of YAAHP based on the fundamental principle of Analytic Hierarchy Process（AHP）to solve the weight to influence on the incident geological disaster.Combining GIS，the levels of geological disaster likely occurred in Meihekou City were divided into 3 zones of high-prone，middle-prone and low-prone.The division result could provide a reference for project construction in this district.

Analytic Hierarchy Process（AHP）；Meihekou City；geological disaster；incident division

P694

A

1000-2324（2016）02-0250-04

2014-11-12

2014-12-12-10

國家自然科學(xué)基金：氣溫升高背景下沼澤濕地土壤酶活性與有機碳動態(tài)的關(guān)系研究（41101271）

張寧（1987-），男，吉林省梅河口市人，在讀研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)地球化學(xué)研究.E-mail：wordhello@163.com

Author for correspondence.E-mail：wanzm@jlu.edu.cn