基于GIS與AHP的旺蒼縣滑坡災(zāi)害危險性評價

邱利平

摘要 利用2016年旺蒼縣地質(zhì)災(zāi)害詳查數(shù)據(jù)，結(jié)合旺蒼基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，選取坡度、地貌、地層巖性、多年平均降雨量、河流以及道路等因子，通過GIS與AHP對旺蒼縣滑坡進行危險性分區(qū)與評價。結(jié)果表明：旺蒼縣滑坡災(zāi)害高度危險性區(qū)分布在東部和南部，占總面積的19.5%；中度危險區(qū)占總面積的27.3%；低度危險區(qū)占總面積的32.4%；安全區(qū)占總面積的20.8%。旺蒼縣滑坡災(zāi)害的危險性分區(qū)可為當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)工作提供決策參考。

關(guān)鍵詞 GIS；層次分析法；滑坡；危險性評價

中圖分類號 S429 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）02-0051-04

Abstract Using the data of geological disasters in Wangcang County in 2016，combined with Wangcang basic geographic data and DEM data，selecting slope， geomorphology， lithology， average rainfall， rivers， roads and other factors， risk zoning and evaluation of landslide in Wangcang County were conducted based on GIS and AHP.The results showed that the highest risk areas of landslides account for 1.3% of the total area； moderate risk areas account for 30.6% of the total area； low danger zone account for 39.1% of the total area； safe areas account for 29.0% of the total area.Zoning of risk areas of landslide can provide reference for decisionmaking in local disaster prevention and mitigation work.

Key words GIS；Analytic hierarchy process；Landslide；Risk assessment

根據(jù)2016年四川省旺蒼縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，旺蒼縣337處地質(zhì)災(zāi)害隱患點，滑坡共有212處，占總地質(zhì)災(zāi)害的62.9%，以小型滑坡為主，共198處，沒有大型滑坡。旺蒼縣滑坡威脅到879戶5 419人的生命安全，多為分散農(nóng)戶，潛在財產(chǎn)威脅27 069萬元。滑坡危險性評價是在滑坡易發(fā)性評價的基礎(chǔ)上，考慮降雨、地震、人類工程活動等誘發(fā)因素的作用下，滑坡發(fā)生的空間位置、時間概率、強度及其影響范圍的定性或定量評價[1]。

目前滑坡災(zāi)害危險性的研究方法很多[2-14]。李文盛等[2]采用層次分析法對湖北省巴東縣新城區(qū)的黃土坡進行了滑坡危險性評價。毛偉等[3]采用層次分析法，利用GIS技術(shù)對金沙江烏東德庫區(qū)金坪子滑坡進行了單體滑坡危險性評價。劉麗娜等[4]采用層次分析法和GIS技術(shù)對蘆山震區(qū)進行了滑坡危險性評價。邢秋菊等[5]利用邏輯回歸模型和GIS技術(shù)對萬州地區(qū)進行了滑坡危險性評價研究。許沖等[6]將邏輯回歸模型用于玉樹地震區(qū)的滑坡危險性評價中，并進行了檢驗。

筆者以旺蒼縣為研究對象，在科學(xué)性和系統(tǒng)性原則指導(dǎo)下，根據(jù)文獻資料、ARCGIS自然間斷點分級法分類、區(qū)域?qū)嶋H情況以及影響因子與歷史滑坡災(zāi)害點的相關(guān)性來確定指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，采用AHP確定因子權(quán)重，借助于ARCGIS技術(shù)強大的空間數(shù)據(jù)分析處理能力，完成旺蒼縣滑坡災(zāi)害危險性評價及其危險性分區(qū)制圖，以期為旺蒼縣滑坡災(zāi)害的防治、預(yù)測預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)域概況

旺蒼縣地處大巴山西脈米倉山山地與四川盆地接合地區(qū)，地理坐標(biāo)為105°58′24″～106°46′02″ E，31°58′45″～32°42′24″ N，面積約2 986 km2?？h域內(nèi)地勢特點總體北部高陡，南部低緩，河谷深切，地形起伏大，最大相對高差為1 816 m。旺蒼縣東北部為構(gòu)造侵蝕溶蝕中山，中部為構(gòu)造侵蝕中山，南部為構(gòu)造剝蝕低山，還有少量分布侵蝕堆積河谷平壩；整個地形以山地為主，占旺蒼縣總面積的97.3%，谷地及平壩僅占2.7%。旺蒼縣地層屬揚子地層區(qū)，地層出露較齊全。巖性區(qū)域分布特征明顯，中部主要分布古生界至中生界三疊系的碳酸巖夾碎屑巖和二疊系的塊狀碳酸巖。北部地區(qū)主要分布元古界的變質(zhì)巖，巖性主要為變質(zhì)砂巖和板巖。東北部地區(qū)集中分布著元古界晉寧期巖漿巖。南部地區(qū)分布中生界侏羅系和白堊系的碎屑巖，巖性為砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及砂巖和泥巖互層。新生界第四系集中分布于中部河谷平壩地帶。旺蒼縣屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候類型， 年平均氣溫13.7 ℃，年降雨量1 021.7 mm，雨量充沛集中，降雨量季節(jié)分配不均勻，降雨主要集中在7—9月，這3個月的降雨量占全年降雨量的50%以上。縣境內(nèi)溝谷發(fā)育，水網(wǎng)密布，溝谷較短小，溝床坡降較大，河流主要有東河、木門河和寨巴河。旺蒼縣滑坡點分布情況見圖1。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)源包括旺蒼縣的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)（行政邊界、河流水系、道路交通數(shù)據(jù)等），2016年旺蒼縣地質(zhì)災(zāi)害點詳細調(diào)查、30 m×30 mDEM數(shù)據(jù)（地理空間數(shù)據(jù)云下載），統(tǒng)計數(shù)據(jù)，遙感解譯和實地調(diào)查獲取的滑坡地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)據(jù)，降水量觀測數(shù)據(jù)等。旺蒼縣境內(nèi)無孕育地震的斷裂，地震活動弱，按《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》分區(qū)，地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域地殼較穩(wěn)定，因此不考慮地震因子對滑坡災(zāi)害的影響。

2.2 研究方法

層次分析法（AHP）是由美國運籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代提出的多準(zhǔn)則目標(biāo)決策方法，是將定性和定量相結(jié)合、層次化、系統(tǒng)化的決策方法[15]。層次分析法的主要思想：分析問題包含的影響因素及因素間的關(guān)系，將影響因素分層，在每一層次下建立準(zhǔn)則，對該層次下影響因素進行兩兩比較并建立判斷矩陣，得出該層準(zhǔn)則下的權(quán)重，由此計算各目標(biāo)因素對總體目標(biāo)的組合權(quán)重[16]。

層次分析法主要步驟：①建立評價指標(biāo)體系；②構(gòu)建判斷矩陣；③計算最大特征值和特征向量；④一致性檢驗。

評估指標(biāo)選取主要遵循科學(xué)系統(tǒng)性原則、突出重點原則和綜合性原則。指標(biāo)體系的選取主要根據(jù)文獻查詢和項目實際情況進行選取。各指標(biāo)滑坡災(zāi)害危險性分級和不同級別賦值，根據(jù)相關(guān)文獻資料、ARCGIS自然間斷點分級法分類及區(qū)域?qū)嶋H情況。

GIS空間疊加法根據(jù)ARCGIS將所有影響因子進行空間表達和量化賦值，得到各因子的柵格圖層；再利用柵格計算器將所有影響因子乘以層次分析法計算得到的相應(yīng)權(quán)重，再將乘積相加，劃分得到滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 坡度因子提取

30 m×30 m DEM數(shù)據(jù)經(jīng)過掩膜提取、鑲嵌得到旺蒼縣DEM影像數(shù)據(jù)。利用ARCGIS中的“Spatial Analyst”工具中的“Surface Analysis”（表面分析）可以直接提取到旺蒼縣坡度。根據(jù)指標(biāo)因子的賦值將旺蒼縣坡度進行重分類，結(jié)果得到旺蒼縣坡度重分類圖（圖2）。

3.2 地層巖性因子提取

地層巖性是影響滑坡發(fā)育的基礎(chǔ)因素，為滑坡產(chǎn)生提供物質(zhì)基礎(chǔ)。將旺蒼縣地層巖性圖掃描，并在ARCGIS中進行配準(zhǔn)矢量化，根據(jù)指標(biāo)因子的賦值將旺蒼縣巖性進行重分類，結(jié)果得到旺蒼縣巖性分級賦值（圖3）。

3.3 地貌因子提取

斜坡是滑坡發(fā)生的條件，不同坡形和斜坡結(jié)構(gòu)影響滑坡的發(fā)育。將旺蒼縣地貌圖掃描，在ARCGIS中進行配準(zhǔn)并且矢量化，根據(jù)指標(biāo)因子的賦值將旺蒼縣地貌進行重分類，結(jié)果得到旺蒼縣地貌分級賦值（圖4）。

3.4 河流因子提取

利用旺蒼縣DEM影像數(shù)據(jù)，根據(jù)ARCGIS中的“Spatial Analyst”工具中的“Hydrology”（水文分析）。提取河網(wǎng)時，匯流累積量閾值為3 000時得到比較理想河網(wǎng)，刪除一些偽溝谷，可以提取到旺蒼縣河流網(wǎng)。將旺蒼縣河流進行緩沖區(qū)分析，根據(jù)指標(biāo)因子的賦值，將旺蒼縣河流緩沖區(qū)進行重分類，得到旺蒼縣河流分級賦值（圖5）。

3.5 道路影響因子提取

人類工程活動影響滑坡的種類很多，該研究主要選擇道路。道路修建，開挖坡腳，形成高陡邊坡，有利于滑坡發(fā)育。將旺蒼縣道路圖層進行緩沖區(qū)分析，根據(jù)指標(biāo)因子的賦值將旺蒼縣道路緩沖區(qū)進行重分類，結(jié)果得到旺蒼縣道路分級賦值（圖6）。

3.6 降水因子提取

旺蒼縣滑坡分布范圍廣，但暴發(fā)時間集中，主要發(fā)生在5—9月雨季，暴雨和持續(xù)降雨都是誘發(fā)滑坡的重要條件，旺蒼滑坡是典型的降雨誘發(fā)型滑坡。年均降水量分布根據(jù)區(qū)域內(nèi)氣象站點觀測資料，通過ARCGIS樣條函數(shù)插值法獲取。根據(jù)指標(biāo)因子的賦值將旺蒼縣多年平均降水量進行重分類，得到旺蒼縣多年平均降水量分級賦值（圖7）。

用Excel數(shù)值分析得到判斷矩陣最大特征根λmax為6.000；一致性指標(biāo)CI為0；RI為平均一致性指標(biāo)，值為1.24；計算隨機一致性比率CR為0，則各因子權(quán)重是具有可接受一致性。

利用ARCGIS 10.1柵格數(shù)據(jù)處理，根據(jù)旺蒼縣DEM影像數(shù)據(jù)，處理得到坡度圖，將旺蒼多年平均降雨量圖、地層巖性圖、地貌圖、道路緩沖區(qū)和河流緩沖區(qū)圖柵格化。將旺蒼多年平均降雨量柵格圖、坡度柵格圖、地層巖性柵格圖、河流柵格圖、道路柵格圖、地貌柵格圖根據(jù)層次分析法計算的權(quán)重，利用ARCGIS柵格計算疊加得到旺蒼縣滑坡危險性綜合分區(qū)圖，將旺蒼縣滑坡危險性綜合分區(qū)圖根據(jù)ARCGIS自然間斷點分級法進行重分類，最終得到旺蒼縣滑坡危險性分區(qū)圖。

4 評價結(jié)果與分析

4.1 指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)層次分析法確定各因子權(quán)重，坡度、地貌、巖性、多年平均降雨量、河流及道路因子的權(quán)重依次為0.226、0.097、0.194、0.290、0.032、0.161（表1），并通過一致性檢驗。

4.2 危險性分區(qū)

按照旺蒼縣滑坡災(zāi)害危險性影響因子的權(quán)重，對旺蒼縣滑坡災(zāi)害各因子進行疊加分析。根據(jù)ARCGIS自然間斷點分級法對旺蒼縣滑坡災(zāi)害進行危險性分區(qū)，分為高度危險區(qū)、中度危險區(qū)、低度危險區(qū)和安全區(qū)4個等級（表2、3），結(jié)果見圖8。從圖8可見，旺蒼縣滑坡災(zāi)危險性大致由西北向東南遞增。

4.3 對比分析

根據(jù)圖8進行面積統(tǒng)計，得到旺蒼縣滑坡災(zāi)害高度危險性區(qū)主要分布于東部的大德鄉(xiāng)、金溪鎮(zhèn)、五權(quán)鎮(zhèn)部分地區(qū)和南部的九龍鄉(xiāng)、木門鎮(zhèn)部分地區(qū)，占旺蒼縣總面積的19.5%，該地區(qū)道路網(wǎng)密集，修建道路開挖坡腳，形成陡峭邊坡；河網(wǎng)密度大，河流沖刷侵蝕，都為滑坡發(fā)育提供臨空面；主要分布在構(gòu)造侵蝕低山和構(gòu)造侵蝕中山；巖性為軟弱的砂巖、泥巖互層，降雨量為旺蒼最大的區(qū)域，是滑坡發(fā)育良好地區(qū)。中度危險區(qū)主要分布在南部和東北部少部分地區(qū)，占旺蒼縣總面積的27.3%，該地區(qū)道路網(wǎng)與河網(wǎng)密度也很大，也為滑坡發(fā)育提供很好的高陡坡面條件；巖性以砂巖、泥巖和頁巖為主；該地區(qū)降雨量多。低度危險區(qū)主要分布在東北部、中部和西部等地區(qū)，占旺蒼縣總面積的32.4%。安全區(qū)主要分布在西部地區(qū)尤其是西北部和東北部少部分地區(qū)，占旺蒼縣總面積的20.8%，該地區(qū)道路網(wǎng)與河網(wǎng)密度都很小，西部降水量為旺蒼縣最少地區(qū)，該地區(qū)巖性碳酸巖和灰?guī)r等巖石為主，主要地貌類型為構(gòu)造侵蝕溶蝕中山，坡度多在60°以上，有利于崩塌發(fā)育，滑坡發(fā)育反而較少。

5 結(jié)論與建議

（1）滑坡發(fā)育需要適宜的地貌和地形坡度，旺蒼縣北部是構(gòu)造侵蝕溶蝕中山，坡度多在60°以上，該地條件適宜崩塌發(fā)育，滑坡發(fā)育少。旺蒼縣滑坡災(zāi)害高危險區(qū)主要在降雨量1 150 mm以上的地區(qū)，旺蒼縣滑坡多為降雨誘發(fā)。由于旺蒼縣道路與河流有很大相關(guān)性，因此旺蒼縣滑坡危險區(qū)分區(qū)有沿河流和沿道路延伸的特點。

（2）旺蒼縣滑坡災(zāi)害高度危險性區(qū)主要分布于東部和南部地區(qū)，占旺蒼縣總面積的19.5%；中度危險區(qū)主要分布在南部和東北部少部分地區(qū)，占旺蒼縣總面積的27.3%；低度危險區(qū)主要分布在東北部、中部和西部等地區(qū)，占旺蒼縣總面積的32.4%；安全區(qū)主要分布在西部地區(qū)以及東北部的少部分地區(qū)，占旺蒼縣總面積的20.8%。

（3）針對旺蒼縣滑坡體積規(guī)模小、數(shù)量多、分布范圍廣等特點，筆者提出了幾點滑坡災(zāi)害防治措施：①群測群防，旺蒼縣建立了以村組為單位的完善的群測群防系統(tǒng)，時時監(jiān)測滑坡變形情況。②搬遷避讓，當(dāng)滑坡威脅農(nóng)戶較少，農(nóng)戶搬遷安置費用遠小于工程治理費用時，建議搬遷避讓。旺蒼縣已建立20個居民安置點，擬建31個居民安置點，能夠容納搬遷的居民入住。③工程治理，旺蒼縣滑坡多為小型滑坡，體積規(guī)模小，主要采用工程治理措施，即抗滑樁、擋土墻+截排水溝+裂縫夯填等、排水溝等。

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