基于ARCGIS平臺采用層次分析的綜合指數(shù)法地質(zhì)災害易發(fā)性評價
——以泰和縣為例

陳祚偉

（江西省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊 江西九江 332000）

泰和縣地處吉泰盆地中部，縣域地勢總體為東部和西部高、中部低，地形以低山、丘陵為主，面積1789.07km2，占全縣總面積的67.12%，縣域內(nèi)地層巖性復雜，巖土體工程力學性質(zhì)較差，斷層褶皺等地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，區(qū)內(nèi)降雨集中，切坡筑路、切坡建房、礦山開采、水利水電建設等人類工程活動強烈［1］。受上述因素的綜合影響，導致區(qū)內(nèi)環(huán)境地質(zhì)問題較嚴重。地質(zhì)災害類型主要為滑坡、崩塌、地面塌陷，存在滑坡隱患和崩塌隱患，已成為贛中地質(zhì)災害高易發(fā)縣之一，每年因地質(zhì)災害造成的經(jīng)濟損失較嚴重。

1 評價原則與方法

1.1 評價原則

工作區(qū)內(nèi)自然地質(zhì)環(huán)境條件復雜，切坡建房、工程建設等人類活動差異大，導致地質(zhì)災害造成的影響和危害方式存在一定差異性。為此，在充分認識區(qū)內(nèi)孕災地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災害形成機理的基礎上，進行地質(zhì)災害易發(fā)性評價時，需首先遵循以反映該區(qū)地質(zhì)災害分布規(guī)律與成因機理為主，并且在突出重要誘發(fā)因素的原則下，圍繞“以人為本”的基本原則，同時，應兼顧為地質(zhì)災害防災減災服務的原則，以及對全區(qū)進行綜合性評價與分析等5 個評價原則［2-3］。通過對區(qū)內(nèi)已查明的災害與之災害成因進行關聯(lián)性分析，總結(jié)地質(zhì)災害發(fā)育特征及分布規(guī)律，選擇適當?shù)亩吭袨囊蜃又笜?，體現(xiàn)地質(zhì)災害孕災地質(zhì)環(huán)境條件，再采取分析類比法，定性分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害易發(fā)程度，最終采用定性、定量結(jié)合進行地質(zhì)災害易發(fā)性評價。

1.2 評價方法

由于地質(zhì)災害的孕災因素很多，既包括孕災體的地質(zhì)作用，也包括外部降雨等誘發(fā)作用，還會受到人類工程活動的影響，因此地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)評價是一個復雜的多元評價系統(tǒng)。本次運用地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)法對地質(zhì)災害易發(fā)性評價，評價流程如圖1所示，總體思路如下。

圖1 地質(zhì)災害易發(fā)評價流程圖

（1）首先，確定控制和影響地質(zhì)災害發(fā)生的主要孕災因素，以專家定性打分的評價方法，確定各種孕災因素的權(quán)重。

（2）將研究區(qū)整體進行單元網(wǎng)格化，然后將每個單元內(nèi)地質(zhì)災害影響因素進行分類定性評價，根據(jù)所等的定性評價結(jié)果，采用重分類對每個單元進行量化。

（3）將量化后的每個單元格在GIS 平臺上進行各類地質(zhì)災害信息量疊加分析。同時，根據(jù)個別影響因子進行合理的修正，最終得出較為合理的易發(fā)性評價分區(qū)結(jié)果。

2 評價模型的建立與影響因子選取

2.1 評價單元網(wǎng)格劃分

根據(jù)泰和縣的孕災地質(zhì)環(huán)境條件與地質(zhì)災害分布發(fā)育特征，采用1cm×1cm（實際大小500m×500m）規(guī)則化單元方格進行網(wǎng)格化地質(zhì)災害易發(fā)性評價，全縣共劃分出11 187個計算單元格，其中，有災害點的單元格數(shù)為1289個。

2.2 分析計算方法

地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)的計算方法：

式中：Z表示地質(zhì)災害綜合指數(shù)；Zq表示孕災條件強度指數(shù)；r1表示孕災條件強度權(quán)值，取值0.65；Zx表示現(xiàn)狀地質(zhì)災害發(fā)育強度指數(shù)；r2表示現(xiàn)狀地質(zhì)災害發(fā)育強度權(quán)值，取值0.35。

2.3 孕災地質(zhì)環(huán)境條件強度指數(shù)計算

地質(zhì)災害孕災地質(zhì)環(huán)境條件強度指數(shù)（Zq）按以下公式計算：

式中，Ti分別為控制評價單元地質(zhì)災害孕災地質(zhì)條件（D）、地形地貌條件（X）、人類工程活動條件（R）的強度表征值，Ai分別為各孕災地質(zhì)環(huán)境條件的權(quán)重值。

2.3.1 孕災因素的確定

根據(jù)泰和縣地質(zhì)災害的分布特征與發(fā)育規(guī)律，確定其基本孕災條件因子有微地貌地形坡度、地貌類型、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造等；誘發(fā)因素有大氣降雨、地震、孕災的人類工程活動等［4-5］。因全區(qū)位于地震烈度小于Ⅵ度區(qū)內(nèi)，大氣降雨則具有隨機性、變動性及不確定性等因素，故本次評價將降雨、地震兩項因素予以剔除。

2.3.2 評價孕災因子權(quán)重的確定

Ai分別為各孕災條件的權(quán)重值，孕災因子有工程地質(zhì)條件（G）、地形地貌條件（D）和人類工程活動條件（R），然后，采用層次分析法，確定各個孕災因子的權(quán)重。

首先，建立準則層各要素，即工程地質(zhì)條件、地形地貌條件、人類工程活動條件對目標層的判別矩陣A。

計算該矩陣中各要素的特征向量并進行歸一化處理后，得到各評價因子對孕災地質(zhì)條件強度指數(shù)的權(quán)重向量，通過計算，得到權(quán)重向量Ab值，與其對應的CI、CR值，再通過一致性檢驗，得出判斷矩陣A為有效。

在構(gòu)建A矩陣后，再分別進行構(gòu)建底層要素矩陣B，各要素要求一一對應并歸一化處理后，分別得出底層要素權(quán)重向量BG、D、R，因人類工程活動只進行范圍影響分析，單獨為1個因素。

在得到權(quán)重A、B后，自上而下將單準則下的權(quán)重進行計算，得到底層中工程地質(zhì)巖組類型、地質(zhì)構(gòu)造等各孕災因子對應的強度指數(shù)權(quán)重Ai。

2.3.3 致災因素的指數(shù)化

對每一個含有已發(fā)生地質(zhì)災害的評價單元網(wǎng)格內(nèi)的各類致災地質(zhì)環(huán)境條件因素，按照各自的影響程度賦以與之相匹配的權(quán)重，并對每類致災因素進行分級賦相應值，將致災因素權(quán)重值與相應的分級值作乘法計算，從而得出各孕災因素相應對應的指數(shù)值，再利用ARCGIS，將各因素的指數(shù)值進行疊加分析，得出致災強度指數(shù)，從而判斷出評價單元或該區(qū)域地質(zhì)災害發(fā)生的易發(fā)性［6］。各孕災因子權(quán)重及分級評分值見表1。

表1 各評價因子權(quán)重與分級賦值一覽表

采用ARCGIS 軟件分區(qū)統(tǒng)計工具對網(wǎng)格區(qū)的各評價因子進行屬性賦值，然后，通過對屬性要素加權(quán)疊加計算，得出各網(wǎng)格區(qū)的Zq值，Zq值分布范圍為0.9553～6.3436，Zq值主要集中分布在1.5～4.5。

2.4 現(xiàn)狀地質(zhì)災害強度指數(shù)計算

現(xiàn)狀地質(zhì)災害強度指數(shù)（Zx）可以用已發(fā)生地質(zhì)災害點歸一化處理后的點密度、面密度及體積密度，利用ARCGIS密度分析求得。

首先，將災害點進行歸一化處理并得出災害點數(shù)密度的系數(shù)，即每個單元網(wǎng)格內(nèi)地質(zhì)災害個數(shù)與整個評價區(qū)內(nèi)的災害點個數(shù)之間的比值，同理求出災害點面密度系數(shù)與體積密度系數(shù)。經(jīng)密度分析計算，得出網(wǎng)格內(nèi)有值的為1289個網(wǎng)格，占網(wǎng)格總數(shù)的11.52%，Zx值分布在0～180，單元格內(nèi)Zx值主要集中分布在0～20。

2.5 地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)

根據(jù)各單元的工程地質(zhì)條件、地形地貌及人類工程活動等孕災地質(zhì)環(huán)境條件，利用ARCGIS 中的空間分析功能，取得各評價單元網(wǎng)格內(nèi)的孕災地質(zhì)條件強度指數(shù)與現(xiàn)狀地質(zhì)災害致災強度指數(shù)［7］，根據(jù)公式Z=Zq·0.65+Zx·0.35，將各強度指數(shù)進行疊加換算，從而獲得各評價單元網(wǎng)格內(nèi)地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)（Z值），Z=0.0004～179.7895（統(tǒng)計時排除了Z＞15的值，統(tǒng)計網(wǎng)格為11 058個），最終得出Z值集中分布在0.55～3.98 之間，一共有9763 個單元網(wǎng)格，占統(tǒng)計網(wǎng)格數(shù)的88.29%。

依據(jù)地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)Z值分布特征及曲率圖，取主要拐點相對于的值，再根據(jù)各取值范圍一一對應地質(zhì)災害易發(fā)性等級，從而得出各地質(zhì)災害易發(fā)性等級區(qū)間值。經(jīng)過曲率分析，主要拐點分別為：＜0.9424、0.9424～1.3451、1.3451～1.8702、＞1.8702，將Z值劃分為Ⅳ級。Z＞1.8702 為地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)，有2945 個單元網(wǎng)格，占整個單元網(wǎng)格數(shù)的26.33%；Z值為1.3451～1.8702 為地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)，有單元網(wǎng)格4379個，占整個單元網(wǎng)格數(shù)的39.14%；Z值為0.9424～1.3451 為地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)，有單元網(wǎng)格1944 個，占整個單元網(wǎng)格數(shù)的17.38%；Z＜0.9424為地質(zhì)災害不易發(fā)區(qū)，共有1790 個單元網(wǎng)格，占單元網(wǎng)格總數(shù)的17.15%，如圖2所示。

圖2 泰和縣易發(fā)性指數(shù)值分布單元網(wǎng)格圖

3 地質(zhì)災害易發(fā)性評價結(jié)果

地質(zhì)災害綜合危險指數(shù)Z值得出的易發(fā)分區(qū)結(jié)果在一定程度上較離散，為了更好地反映泰和縣地質(zhì)災害在區(qū)域上的一致性，將全縣劃分為145個流域，再根據(jù)流域內(nèi)各類方格的占比，結(jié)合定性分析，劃分出地質(zhì)災害易發(fā)性分區(qū)。將全縣劃分為20 個地質(zhì)災害易發(fā)性分區(qū)（見圖3），其中，有6個地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)，面積1130.16km2，占全縣面積的42.48%，區(qū)內(nèi)有已發(fā)生地質(zhì)災害點487處，占全縣災害點總數(shù)的80.23%；中易發(fā)區(qū)6個，面積452.73km2，占全縣面積的17.02%，區(qū)內(nèi)有已發(fā)生地質(zhì)災害點49處，占全縣災害點總數(shù)的8.07%；低易發(fā)區(qū)5個，面積628.84km2，占全縣面積的23.64%，區(qū)內(nèi)有已發(fā)生地質(zhì)災害點30處，占全縣災害點總數(shù)的4.94%；不易發(fā)區(qū)3 個，面積448.57km2，占全縣面積的16.86%，區(qū)內(nèi)有已發(fā)生地質(zhì)災害點41 處，占全縣災害點總數(shù)的6.75%。

圖3 泰和縣地質(zhì)災害易發(fā)性評價結(jié)果圖

4 結(jié)論與建議

（1）本次評價工作主要利用收集前人資料與縣域1/50 000 地質(zhì)災害調(diào)查資料，在分析該區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育強度與分布規(guī)律的基礎上，選取地形坡度、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)巖組、人類工程活動等5 項孕災因子，采取層次分析的綜合指數(shù)法進行的地質(zhì)災害易發(fā)程度評價。

（2）本次評價結(jié)果與該區(qū)地質(zhì)災害實際發(fā)生及分布情況基本吻合，反映出層次分析的綜合指數(shù)法適合本區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)性評價，其結(jié)果合理可靠，可作為地質(zhì)災害防治與工程建設的依據(jù)。

（3）建議泰和縣在地質(zhì)災害中、高易發(fā)區(qū)進行工程建設時，必須對場地或線路進行更為詳細的地質(zhì)災害危險性評估工作，以保障人民生命財產(chǎn)不受地質(zhì)災害破壞，避免損失。