基于AHP與GIS耦合的安寧區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分

劉振華　王寶清甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院　蘭州　730000

基于AHP與GIS耦合的安寧區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分

劉振華王寶清
甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院蘭州730000

本文以安寧區(qū)作為研究對象，采用基于層次分析法（AHP）和GIS空間分析統(tǒng)計方法相結(jié)合的工作方法對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進行評價和區(qū)劃，對研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進行分析評價。安寧區(qū)境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡四種類型。易發(fā)性分區(qū)評價結(jié)果表明：安寧區(qū)城區(qū)不存在地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)；中易發(fā)區(qū)面積27.59km2，占評價區(qū)面積的35.3%，低易發(fā)區(qū)面積14.75km2，占評價區(qū)面積的18.9%，不易發(fā)區(qū)面積35.76km2，占評價區(qū)面積的45.9%。評價結(jié)果為安寧區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)體系和社會發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展提供了參考依據(jù)。

層次分析法；地理信息系統(tǒng)；地質(zhì)災(zāi)害；易發(fā)區(qū)劃分

1.引言

地質(zhì)災(zāi)害是在內(nèi)外地質(zhì)引力作用下，由于地質(zhì)自然環(huán)境惡化，造成人類生命財產(chǎn)損毀，人類賴以生存與發(fā)展的資源和環(huán)境發(fā)生嚴重破壞和損失的過程或現(xiàn)象，是對人類生命財產(chǎn)和生存環(huán)境產(chǎn)生損毀的地質(zhì)事件，具有突發(fā)性、多發(fā)性、群發(fā)性和多變性的特點。因此，系統(tǒng)、深入地開展地質(zhì)災(zāi)害研究，揭示人類工程活動在環(huán)境災(zāi)害發(fā)生中的作用，對保持地質(zhì)環(huán)境與人類活動的協(xié)調(diào)發(fā)展，保護居民生命財產(chǎn)安全，減輕地質(zhì)災(zāi)害的直接、間接損失，實現(xiàn)經(jīng)濟與社會的持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

2.研究區(qū)概況

圖1　安寧區(qū)城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布圖

本次研究區(qū)范圍為安寧區(qū)城區(qū)規(guī)劃區(qū)。安寧區(qū)為蘭州市轄區(qū)，位于市區(qū)北部。安寧區(qū)出露地層較少，主要為前寒武系、白堊系、古近系、新近系及第四系地層。蘭州市安寧區(qū)地處祁呂賀山字型構(gòu)造體系前弧西翼與河西系武威—蘭州構(gòu)造帶的復(fù)合部位，不同構(gòu)造體系的相互干擾或改造，使本區(qū)構(gòu)造形跡十分復(fù)雜。安寧區(qū)境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡四種類型。地質(zhì)災(zāi)害隱患點39處，其中，泥石流溝16條，不穩(wěn)定斜坡19處、滑坡2處、崩塌2處，從圖3-1看出，不穩(wěn)定斜坡（潛在滑坡、崩塌災(zāi)害隱患點），占總隱患點的49%，泥石流占總隱患點的41%，崩塌和滑坡分別占總隱患點的5%、5%（圖1）。

3.地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分

3.1評價思路與方法

本文采用基于層次分析法（AHP）和GIS空間分析統(tǒng)計方法相結(jié)合的工作方法對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進行評價和區(qū)劃。首先選取評價因子量化分級，然后確定評價因子，計算各要素的權(quán)值，并進行數(shù)據(jù)的空間疊加統(tǒng)計與分析易發(fā)性區(qū)劃的分界點，將結(jié)果分級，最后編制安寧區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖。

3.2斜坡評價因子量化

不穩(wěn)定斜坡（潛在崩塌、滑坡）地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評價主要是預(yù)測在什么樣的地質(zhì)環(huán)境條件下發(fā)生的可能性最大。根據(jù)安寧區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境背景，選擇了地層巖性、斜坡結(jié)構(gòu)類型、坡度、坡高和斜坡變形破壞特征5項因子作為評價因子，根據(jù)每一類因素的具體情況進行量化分級。

3.3建立評價指標體系

（1）建立模型

在地質(zhì)災(zāi)害容易發(fā)區(qū)域選取評價因子的時候，應(yīng)盡可能反映安寧區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征。本文評價是以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)作為最終目標層，劃分選取地形地貌、工程巖組、斜坡結(jié)構(gòu)與類型、坡度及斜坡變形破壞5個方面為措施層，層次結(jié)構(gòu)圖（見圖2）。

圖2　地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價模型

（2）構(gòu)造矩陣

在層次結(jié)構(gòu)建立過程中，對于從屬于，或影響上一層的每個因素的同一層諸因素進行相互比較，判斷其對于準則層的權(quán)重值。運用T.L.Saaty的1～9標度，比較得到以下對安寧區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分析模型構(gòu)造判斷矩陣B。

（3）計算權(quán)向量、一致檢驗

利用線性代數(shù)相關(guān)知識，精確求出T的最大特征根時所對應(yīng)的特征向量。所求特征向量就是各個評價因子的重要性，并歸一化，就是同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。本次評價CI：為一致性指標，按下式計算：

根據(jù)上述公式，計算權(quán)重并檢驗一致性，結(jié)果見表1。

表1　矩陣B權(quán)重計算結(jié)果

4.易發(fā)程度評價

綜合指數(shù)法是一種綜合衡量方法。對各項指標的實際數(shù)值進行計算，具有客觀、準確的特點。本次研究以斜坡發(fā)生域為評價單元，采用綜合指數(shù)法作為評價方法，對發(fā)生域內(nèi)評價指標進行量級劃分。各量級取定量值，然后根據(jù)各項指標之和，得出綜合指數(shù)；根據(jù)綜合指數(shù)大小，確定危險等級。指數(shù)越大，危險程度越大。通過上述分析建立多種因子綜合評價模型：

式中：E：每一評價單元的指數(shù)和；Eij：第i個因素中第j個等級分值；：為第i個因素的權(quán)重值；n：評價因素的指標個數(shù)。

（1）滑坡易發(fā)區(qū)評價

根據(jù)滑坡形成的地層巖性、斜坡結(jié)構(gòu)類型、坡度、坡高和斜坡變形破壞特征等5項影響因素進行滑坡易發(fā)程度綜合評判。

式中：Xi：滑坡易發(fā)性的影響因素；ai：Xi的權(quán)重根據(jù)E滑值，分為以下四級：E滑＞25：滑坡高易發(fā)區(qū)；E滑=20-25：滑坡中易發(fā)區(qū)；E滑=15-19：滑坡低易發(fā)區(qū)；E滑＜15：滑坡不易發(fā)區(qū)。

（2）崩塌易發(fā)區(qū)評價

根據(jù)崩塌形成的地形坡度、坡高、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及發(fā)生頻率等5項影響因素進行崩塌易發(fā)程度綜合評判。

式中：Xi：崩塌易發(fā)性的影響因素；ai：Xi的權(quán)重。根據(jù)E滑值，分為以下四級：E滑＞25：崩塌高易發(fā)區(qū)；E滑=20-25：崩塌中易發(fā)區(qū)；E滑= 15-19：崩塌低易發(fā)區(qū)；E滑＜15：崩塌不易發(fā)區(qū)。（3）泥石流易發(fā)程度量化分區(qū)

泥石流易發(fā)性評價的依據(jù)是影響泥石流發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件，根據(jù)“基本要求”中的“溝谷泥石流易發(fā)程度數(shù)量化表”進行評價。根據(jù)影響泥石流發(fā)育的十五項因子逐個打分，然后綜合其評分結(jié)果，劃分泥石流的易發(fā)性。

式中：Xi—泥石流易發(fā)的影響因素。

根據(jù)E泥值，分為以下四級：E泥≥114：高易發(fā)；E泥=84-114：中易發(fā)；E泥=40-83：低易發(fā)；E泥＜40：不易發(fā)。根據(jù)以上原則、依據(jù)和方法對區(qū)內(nèi)16條泥石流溝隱患點進行易發(fā)性評價及區(qū)劃，評價所得的結(jié)果：4條泥石流溝為低易發(fā)，12條為中易發(fā)。

5.易發(fā)程度分區(qū)

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度判別方法，對安寧區(qū)每個斜坡區(qū)、滑坡區(qū)、泥石流堆積區(qū)等區(qū)域進行評價，并將其劃分為：A級：地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)；B級：地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)；C級：地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)；D級：地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育區(qū)。對上述各個評價單元進行疊加，在評價過程中，有兩種以上地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)重疊時，則取值為5，當有兩種易發(fā)性重疊時，取較高值。依據(jù)表2，對所屬單元進行地質(zhì)災(zāi)害信息提取和數(shù)字化。

表2　地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度取值表

在定性和統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值或統(tǒng)計模型定量預(yù)測評價地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度，劃分出安寧區(qū)城區(qū)易發(fā)程度分區(qū)評價圖（圖3）。易發(fā)性分區(qū)結(jié)果表明，安寧區(qū)城區(qū)不存在地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，中易發(fā)區(qū)占評價區(qū)面積的35.3%，低易發(fā)區(qū)占評價區(qū)面積的18.9%，不易發(fā)區(qū)占評價區(qū)面積的45.9%。

圖3　安寧區(qū)城區(qū)易發(fā)程度區(qū)劃圖

（1）地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)，分布在李麻沙溝溝道，沙井驛磚瓦廠——李黃溝一帶，咸水溝——大沙溝一帶以，主要威脅對象有通往皋蘭縣縣道、廠區(qū)、居民、輸電設(shè)施、公路以及其他基礎(chǔ)設(shè)施；長新電表廠以北—十里店大關(guān)山溝一帶的泥石流流域及山前斜坡帶。其中，沙井驛磚瓦廠——李黃溝一帶主要為新近系泥巖、砂巖軟弱巖組，斜坡高差多在50m～100m之間，坡度30°～45°，局部地段＞45°。人類工程活動強烈，斜坡局部存在變形體；咸水溝—大沙溝主要為前寒武系片巖、石英片巖為主，該段主要影響因素為人類采砂、采石工程活動。該段發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害28個，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的71.8%。該區(qū)總面積27.59km2，占總評價區(qū)的35.3%。

（2）地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)，分布在安寧區(qū)西部，南坪村以西廣大中低山地區(qū)，出露巖性主要為古近系砂巖，地形起伏，相對高差120m～300m；望東山——小峴嶺——峴嶺一帶，出露巖性主要為新近系桔紅色泥巖、砂巖，古近系砂巖；地形起伏，沖溝發(fā)育，相對高差50m～100m，坡度20°～45°，大部分坡體處于自然狀態(tài)。大沙溝溝道以東——石楷溝一帶，出露巖性主要為前寒武系片巖、石英片巖，這些區(qū)域，原始斜坡變形跡象較小，人類工程活動輕微。在該段，主要發(fā)育崩塌地質(zhì)災(zāi)害11個，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的28.2%。該區(qū)總面積14.75km2，占評價區(qū)面積的18.9%。

（3）地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)，主要分布在安寧區(qū)黃河Ⅰ、Ⅱ級階地，海拔1500m～1600m，地形平坦。安寧區(qū)大部分生活、商業(yè)用地都分布在此，無地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。該區(qū)總面積35.76km2，占評價區(qū)面積的45.9%。

6.結(jié)論

本論文以安寧區(qū)作為研究對象，采用定性定量分析相結(jié)合的方法，對研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)成因進行分析評價。安寧區(qū)境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡四種類型。地質(zhì)災(zāi)害隱患點39處，其中，泥石流溝16條（占總隱患點的41%），不穩(wěn)定斜坡19處（占總隱患點的49%）、滑坡2處（占總隱患點的5%）、崩塌2處（占總隱患點的5%）。地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素主要有地震（抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.2g）、降雨和人類工程活動（采石、采砂、棄渣堆放和筑路削坡等）。易發(fā)性分區(qū)評價結(jié)果表明：安寧區(qū)城區(qū)不存在地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)；中易發(fā)區(qū)面積27.59km2，占評價區(qū)面積的35.3%，低易發(fā)區(qū)面積14.75km2，占評價區(qū)面積的18.9%，不易發(fā)區(qū)面積35.76km2，占評價區(qū)面積的45.9%。

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甘國土資環(huán)，201262010502。

劉振華，女（1984年～），碩士研究生，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地質(zhì)工程專業(yè)，工程師，主要從事巖土工程勘察、水文地質(zhì)勘查、地質(zhì)災(zāi)害評估、勘查、設(shè)計和施工工作。