基于層次分析法的重慶山區(qū)礦山泥石流潛勢度評價

文光菊，鄧文杰，楊 樂，彭海游，謝曉彤(1.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院),重慶 400042；2.重慶市地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測工程技術(shù)研究中心(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院)，重慶 400042；.重慶川東南地質(zhì)工程勘察設(shè)計院，重慶 40008)

基于層次分析法的重慶山區(qū)礦山泥石流潛勢度評價

文光菊1,2，鄧文杰3，楊 樂1,2，彭海游1,2，謝曉彤1,2
(1.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院),重慶 400042；2.重慶市地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測工程技術(shù)研究中心(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院)，重慶 400042；3.重慶川東南地質(zhì)工程勘察設(shè)計院，重慶 400038)

重慶是典型的山地城市，礦產(chǎn)資源豐富，降水充沛，為礦山泥石流災(zāi)害較為嚴(yán)重的城市。為分析重慶山區(qū)孕育礦山泥石流災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境特征，本文選取渣堆坡角、渣堆高度、渣堆堆積時間等13個因子構(gòu)建了礦山泥石流潛勢度評價指標(biāo)體系，利用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，建立了礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)評價模型，并以秀山溪口礦山泥石流為研究對象，通過計算得到研究區(qū)礦山泥石流潛勢度指數(shù)為8.51，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境孕育礦山泥石流的潛在能力高，評價結(jié)果與實(shí)際情況吻合。

礦山泥石流；潛勢度；層次分析法；重慶

重慶是典型的山地城市，地形陡峭，礦產(chǎn)資源豐富，降水充沛，具備礦山泥石流形成的基本條件。隨著山區(qū)工程建設(shè)活動的逐年增加，礦山環(huán)境不合理破壞；加之以往忽略對礦山環(huán)境的有效保護(hù)，使得礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境惡化，以至于此類災(zāi)害的比例也逐年上升，并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。因此，如何早期警示礦山泥石流災(zāi)害，有效避免災(zāi)害的發(fā)生是礦山泥石流研究領(lǐng)域亟需解決的一項(xiàng)課題。

潛勢度[1-2]源于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害四度分析理論，它是指某一區(qū)域在沒有任何外界誘發(fā)因素(如降雨、地震和人類活動)的影響下地質(zhì)環(huán)境自身孕育地質(zhì)災(zāi)害的潛在能力，代表著一個地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的特征，是礦山泥石流災(zāi)害趨勢預(yù)測的基礎(chǔ)。我國礦山泥石流研究起步晚，是我國泥石流研究領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)。目前，針對礦山泥石流潛勢度的研究更是欠缺，尚未形成體系，僅徐友寧、莫時雄、方茜娟等分別對陜西、廣西、豫西的欒川地區(qū)的金屬礦山進(jìn)行了研究[3-7]。為有效的進(jìn)行礦山泥石流減災(zāi)防災(zāi)，礦山泥石流潛勢度研究仍需加強(qiáng)。本文在已有成果的基礎(chǔ)上，將評價指標(biāo)細(xì)化，構(gòu)建了適用于重慶山區(qū)礦山泥石流潛勢度的評價體系，以期掌握重慶市礦山泥石流的發(fā)育程度，并對預(yù)防、減輕礦山泥石流災(zāi)害奠定基礎(chǔ)。

1 重慶山區(qū)礦山泥石流概況

1.1 物源條件

重慶市礦產(chǎn)資源較豐富，已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)68種，并且其中17種資源儲量位于全國前10位[8]。豐富的礦產(chǎn)資源，開采過程中勢必會形成大量的礦渣。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，僅奉節(jié)汾河流域，流域面積約130 km2，存在31座不同規(guī)模的矸石山，礦渣總量達(dá)3.7057×106m3；位于秀山縣溪口鎮(zhèn)境內(nèi)的汞礦，經(jīng)多年開采，礦渣堆最高達(dá)93 m，堆積方量近1.45×106m3；萬盛區(qū)東林煤礦，矸石山于1958年開始堆積，堆放量約4×106m3，總占地面積0.288 km2，已形成一、二、三級矸石山最大坡高達(dá)73.1 m。在一個小流域內(nèi)存在如此大量的松散礦渣，為礦山泥石流的形成提供了豐富的物源。

1.2 地形地貌

重慶市地處四川盆地東部，東側(cè)與秦巴山、武陵山相連，西側(cè)逐漸向川中丘陵過渡，區(qū)內(nèi)地貌明顯受地質(zhì)構(gòu)造控制，西部多為低山丘陵地貌，海拔標(biāo)高在500～900 m，往東逐漸變化為低山、中山地貌，海拔標(biāo)高一般在1 000～2 500 m。全市地形起伏變化較大，東部以深丘、低中山、中山地貌為主，溝谷發(fā)育，地形切割強(qiáng)烈，多形成峽谷；西部多為低山丘陵地貌。陡峭的地形為礦渣的起動和搬運(yùn)創(chuàng)造了有利的條件。

1.3 水動力條件

重慶市屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，雨量充沛。據(jù)春早夏熱，秋雨連綿，無霜期長、光照少、濕度大、氣候溫和、四季分明、春夏多旱，冬暖多霧的特點(diǎn)。年降水量為955.4～1 519.1 mm，降水量主要集中在5～10月，為年降雨量70%左右，降水量具有東部山區(qū)高于西部地區(qū)，長江南岸比北岸多的特點(diǎn)。充沛的降雨，為重慶市礦山泥石流的發(fā)生提供了足夠的水動力條件。

1.4 災(zāi)害情況

隨著采礦活動的加強(qiáng)，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重惡化，重慶成為全國礦山泥石流災(zāi)害較為嚴(yán)重的城市之一，較典型的一次災(zāi)害為南桐東林煤礦礦山泥石流。東林煤礦矸石山于1958年開始堆積，堆放量約4×106m3，形成一、二、三級矸石山，一般邊坡高度為20～40 m，最大坡高達(dá)73.1 m(圖1)。2004年6月5日矸石山南坡發(fā)生突然垮塌，造成11人死亡，2005年10月25日，該矸石山南坡新堆放的矸石再次垮塌，造成1人死亡，并嚴(yán)重惡化了礦地關(guān)系。

圖1 東林煤礦矸石山Fig.1 Gangue hill from the coal mine of Donglin

2 潛勢度評價體系

2.1 評價指標(biāo)

目前，已有的評價指標(biāo)主要從物質(zhì)來源和地形地貌條件兩方面建立，具體可為松散物質(zhì)儲量、沿程補(bǔ)給物質(zhì)量、巖石類型、流域面積、相對高差、溝谷縱坡比降、溝岸山坡坡角、坡面形態(tài)、堵塞系數(shù)、坡耕地面積比、渣堆穩(wěn)定性和歷史上有無泥石流發(fā)生等等[3-7]。但描述物質(zhì)來源的指標(biāo)較少、較粗略。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有調(diào)查資料及其可行性，將物源條件進(jìn)行細(xì)化，得到重慶市礦山泥石流潛勢度評價指標(biāo)體系(表1)。

2.2 指標(biāo)量化賦值

礦山泥石流潛勢度評價指標(biāo)有定性的也有定量的，且定量的指標(biāo)具有不同量綱。因此，需要將定性指標(biāo)和定量指標(biāo)量化，以滿足評價數(shù)據(jù)統(tǒng)一規(guī)范量化的要求。本文將各評價指標(biāo)分值采用具體數(shù)值1、5、10為標(biāo)度分值。其中1代表潛勢度低，5代表潛勢度中，10代表潛勢度高。

2.3 指標(biāo)權(quán)重

多指標(biāo)綜合評價時權(quán)重分配不同會直接導(dǎo)致評價對象優(yōu)劣順序的改變，因而權(quán)重值的合理性、準(zhǔn)確性直接影響評價結(jié)果的可靠性[9-10]。確定權(quán)重的方法很多如專家咨詢法、層次分析法、主成分分析法、因子分析法等等。其中，層次分析法是將整個評價系統(tǒng)按各因素間的隸屬關(guān)系和相互間的影響劃分為多個不同的層次，通過逐層比較各種關(guān)聯(lián)因素，確定各層指標(biāo)因子的相對重要性權(quán)值，進(jìn)而將人的思維過程和經(jīng)驗(yàn)判斷定量化為數(shù)學(xué)求解，再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[11]。該方法是一種客觀方法，它綜合整理了人們的主觀判斷，易于運(yùn)用掌握。本文基于20位專家的意見，按照層次分析法的操作過程，獲取了礦山泥石流潛勢度評價指標(biāo)的權(quán)重(表2)。

表2 指標(biāo)權(quán)重Table 2 Weight of each index

3 綜合評價模型

礦山泥石流潛勢度采用多因素綜合指數(shù)法[12-13]進(jìn)行計算，得到的潛勢度綜合指數(shù)是潛勢度評價的綜合量化值，可用以評價潛勢度的分級，并可根據(jù)該值的大小設(shè)定閾值對潛勢度進(jìn)行綜合分級。礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)通過各評價指標(biāo)的加權(quán)疊加計算獲取，其計算模型為：

(1)

式中：Z——礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)；Wi——第i評價指標(biāo)的權(quán)重值；Fi——第i評價指標(biāo)的賦值。

依據(jù)礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)方法提出的潛勢度綜合分級方案見表3。

表3 礦山泥石流潛勢度等級Table 3 Potentiality degree grades of mine debris flow

4 實(shí)例

溪口鎮(zhèn)位于重慶市秀山縣西北角，為構(gòu)造剝蝕丘陵-中低山地貌，地形復(fù)雜，最大海撥高程915 m，山勢陡峭，兩岸谷坡坡度30°～60°，谷底狹窄溝床縱坡7°～22°，為“V”型峽谷。山脊多呈棱角狀；谷坡區(qū)植被發(fā)育，覆蓋率60%以上，從山頂至溝底谷坡大部有殘坡積物覆蓋，表層為角礫夾粉土，下部為松散碎石土，谷坡堆積物中塊石、巨塊石含量很少，僅溝底局部可見。

泥石流溝位于溶溪河左岸，流域面積8.95 m2，主溝長1.98 km，平均縱坡15°，主溝兩岸呈“V”型峽谷，兩岸谷坡坡度35°～70°，相對高差100 m以下的兩岸谷坡有大量的殘坡積堆積，厚度2～15 m，溝道兩岸植被發(fā)育，在溝的源頭區(qū)地形呈圈椅狀，殘坡積物較發(fā)育，溝內(nèi)水系較為發(fā)育，呈樹枝狀分布，各支流與主溝呈銳角交匯。

泥石流物源主要為秀山縣溪口國營水銀廠歷史開采多年堆渣形成，該渣堆已經(jīng)嚴(yán)重改變了溝谷地貌，呈現(xiàn)堵溝現(xiàn)狀，堆填高度最高達(dá)93 m，堆積體積近1.45×106m3(圖2)，由于矸石堆積體較松散，粘性差，且堆積量大，為泥石流的主要物源區(qū)，上緣的匯水區(qū)和中段的物源區(qū)構(gòu)成了該泥石流的形成區(qū)；該溝的中下段為泥石流的通區(qū)，該溝山口段及溝口段為泥石流的堆積區(qū)。溝的形成區(qū)主溝段，溝底僅中上段有松散層分布，大部分溝段溝底見基巖，流通區(qū)溝底主要為基巖，堆積區(qū)溝底為泥石流堆積。

圖2 溪口矸石山Fig.2 Gangue hill of Xikou

根據(jù)前述指標(biāo)量化方法，研究區(qū)各評價指標(biāo)量化結(jié)果見表4。利用式(1)求得研究區(qū)礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)為8.11。根據(jù)表3可知，研究區(qū)潛勢度等級為高，即內(nèi)內(nèi)孕育礦山泥石流的條件充足，形成礦山泥石流災(zāi)害的潛力為高。

表4 指標(biāo)量化結(jié)果Table 4 Quantizing result of each index

5 結(jié)論

(1)從物質(zhì)來源、地形地貌條件和水動力作用三方面分析了重慶地區(qū)礦山泥石流的發(fā)育條件，得到重慶市礦產(chǎn)資源豐富，礦渣儲量大，地形地貌較陡峭，境內(nèi)地下水資源豐富及降雨充沛，為礦山泥石流的形成提供了充足條件。

(2)選取渣堆坡角、渣堆高度、渣堆堆積時間等13個因子構(gòu)建了礦山泥石流潛勢度評價指標(biāo)體系，利用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，建立了礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)評價模型。

(3)以秀山溪口礦山泥石流為研究對象，根據(jù)礦山泥石流潛勢度綜合評價方法得到，研究礦山泥石流潛勢度綜合指數(shù)為8.51，則區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境孕育礦山泥石流的潛在能力高。

[1] 劉傳正,李鐵峰,程凌鵬，等.區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害評價預(yù)警的遞進(jìn)分析理論與方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2004,31(1):1-8. LIU Chuanzheng, LI Tiefeng, CHENG Lingpeng, et al. A method by to analyse four parameters for assessment and early warning on the regional geo-hazards[J].Hydrogeology and Engineering Geology,2004,31(1):1-8.

[2] 劉傳正,李鐵峰,溫銘生,等.三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害空間評價預(yù)警研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2004,31(4):9-19. LIU Chuanzheng, LI Tiefeng, WEN Mingsheng, et al. Assessment and early warning on geo-hazards in the Three Gorges Reservoir region of Changjiang River[J].Hydrogeology and Engineering Geology,2004,31(4):9-19.

[3] 徐友寧,陳社斌,李育敬，等.陜西潼關(guān)金礦區(qū)泥石流潛勢度評價[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2006,33(2):89-92. XU Youning, CHEN Shebin, LI Yujing, et al. Potentiality degree assessment of slag mudslide geo-hazard on the gold mine area in Tongguan, Shaanxi Province[J].Hydrogeology and Engineering Geology, 2006,33(2):89-92.

[4] 徐友寧,陳社斌,袁漢春，等.潼關(guān)金礦區(qū)礦渣型泥石流熵權(quán)評價[J].地質(zhì)科技情報,2006,25(5):101-104. XU Youning, CHEN Shebin, YUAN Hanchun, et al. Entropy weight assessment on slag mudslide potentiality parameter in tongguan gold mine area[J]. GeoIogicaI Science and TechnoIogy Information,2006,25(5):101-104.

[5] 方茜娟.礦山泥石流形成條件及其潛勢度綜合評判研究——以欒川大練溝為例[D].桂林：桂林工學(xué)院,2007. FANG Xijuan. The study of forming conditions of mine debris flow and its potentiality degree assessment -taking the Dalian Valley as an example[D].Gui Lin: Guilin University of Technoligy,2007.

[6] 莫時雄,程峰,王杰光，等.典型金屬礦山泥石流潛勢度的模糊層次綜合評判[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2009,20(2):41-45. MO Shixiong, CHENG Feng, WANG Jieguang, et al. Fuzzy hierarchic evaluation for debrits flow potential of typical metal mine[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2009,20(2):41-45.

[7] 莫時雄,蘇夏征,程峰,等.模糊綜合評判法在金屬礦山泥石流潛勢度評價中的應(yīng)用[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā),2009,29(2):30-32,59. MO Shixiong, SU Xiazheng, CHENG Feng， et al. Application of fuzzy comprehensive evaluation method in the potential degree assessment of debris flow in metal mine[J].Ming Research and Development,2009,29(2):30-32,59.

[8] 程軍,張麗紅,劉梓萱. 重慶市主要礦產(chǎn)資源分布及賦存特征[J].中國西部科技,2011,10(8):3-5. CHENG Jun, ZHANG Lihong, LIU Zixuan. Distribution of main mineral resources and the orebearing feature in Chongqing[J].Science and Technology of West China,2011,10(8):3-5.

[9] 李克鋼,侯克鵬,李旺.指標(biāo)動態(tài)權(quán)重對邊坡穩(wěn)定性的影響研究[J].巖土力學(xué),2009,30(2):492-497. LI Kegang, HOU Kepeng, LI Wang. Research on influences of factors dynamic weight on slope stability[J].Rock and Soil Mechaincs,2009,30(2):492-497.

[10] 馬榮國,楊申琳.基于物元分析的AHP確定指標(biāo)權(quán)重方法[J].長安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2003,23(5):117-119. MA Rongguo, YANG Shenlin. AHP confirming weight of index by matter element analysis[J]. Journal of Chang′an University( Natural Science Edition) ,2003,23(5):117-119.

[11] 王新民,康虔,秦健春,等.層次分析法—可拓學(xué)模型在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性安全評價中的應(yīng)用[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,44(6):2455-2462. WANG Xinmin, KANG Qian, QIN Jianchun, et al. Application of AHP-extenics model to safety evaluation of rock slope stability[J].Journal of Central South University (Science and Technology) ,2013,44(6):2455-2462.

[12] 朱翔,朱云,翟云波,等.長株潭地區(qū)水環(huán)境生態(tài)安全評價[J].湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,38(1):72-77. ZHU Xiang, ZHU Yun, ZHAI Yunbo, et al. Assessment of the ecological security of water environment in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan district[J]. Journal of Hunan University( Natural Sciences),2011,38(1):72-77.

[13] 李錄娟,鄒勝章.綜合指數(shù)法和模糊綜合法在地下水質(zhì)量評價中的對比—以遵義市為例[J].中國巖溶,2014,33(1):22-30. LI Lujuan, ZOU Shengzhang. Comparison of comprehensive index method and fuzzy comprehensive method in the evaluation of groundwater quality: A case study of Zunyi City[J]. Carsologica Sinica,2014,33(1):22-30.

Based on the AHP of potentiality degree assessment of mine debris flow in mountainous area of Chongqing

WEN Guangju1,2,DENG Wenjie3,YANG Le1,2,PENG Haiyou1,2,XIE Xiaotong1,2
(1.ChongqingKeyLaboratoryofExogenicMineralizationandMineEnvironment,ChongqingInstituteofGeologyandMineralResources,Chongqing400042,China；2.ChongqingEngineeringResearchCenterofAutomaticMonitoringforGeologicalHazards,ChongqingInstituteofGeologyandMineralResources,Chongqing400042,China； 3.ChongqingSoutheastGeologicalEngineeringInvestigationandDesignInstitute,Chongqing400038,China)

Chongqiong is a typical mountain city with rich mineral resources and abundant rainfall, and it’s also a city that the mine debris flow disaster is serious. To analyze the geological environment characteristics of Chongqing mountain area which maybe give birth to mine debris flow, the assessment index system of potentiality degree was constructed with the angle, height, accumulation time of slag heap and other 10 indices, the weight of each index was calculated by the analytic hierarchy process and the comprehensive index model was established. Taking a mine debris flow in Xikou of Xiushan as an example, by calculating, the index of potentiality degree is 8.11, and it means that the potential ability which may induce mine debris flow is high in this area. The assessment result is consistent with the actual situation.

mine debris flow； potentiality degree； analytic hierarchy process(AHP)； Chongqing

2016-09-07

重慶市國土房管局科技項(xiàng)目(CIGMR1102)

文光菊(1987-)，女，重慶人，碩士研究生，主要從事巖土工程災(zāi)害機(jī)理與控制研究。E-mail：wwgj87@163.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.12

P642.23

A

1003-8035(2017)02-0092-05