層次分析（AHP）法在滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用淺析

張晨

（福建省196地質(zhì)大隊(duì) 福建漳州 363000）

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害（以下簡(jiǎn)稱“地災(zāi)”）易發(fā)性評(píng)價(jià)并不考慮災(zāi)變的時(shí)間尺度，也不考慮災(zāi)害發(fā)生之后造成的經(jīng)濟(jì)損失以及災(zāi)害威脅對(duì)象的災(zāi)害抵御能力，只是對(duì)地災(zāi)本身自然屬性以及地災(zāi)活動(dòng)劇烈程度的體現(xiàn)，同時(shí)也是地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要組成部分［1］。本文是在筆者另一篇《基于GIS 的信息量法在滑坡地災(zāi)易發(fā)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用》論文基礎(chǔ)上，以福建浦城滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)為例，通過(guò)采用層次分析（AHP）法，在滑坡地災(zāi)易發(fā)性、受災(zāi)體易損性和地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性作出評(píng)價(jià)，為地災(zāi)防治管理提供基礎(chǔ)依據(jù)和科技支撐。

1 研究區(qū)地理地質(zhì)簡(jiǎn)況

浦城縣位于福建省南平市北端的閩、浙、贛3 省交界處，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，雨量充沛，日照充足。根據(jù)浦城縣截至2019 年近20 a 年降雨量資料，全縣年降雨量在1 222.6～2 498.7 mm 之間，多年平均降雨量1 812.2 mm。全縣戶籍人口約43 萬(wàn)人，人口密度約127 人/km2，山地面積2 916 km2，森林覆蓋率達(dá)76.49%，是福建省重點(diǎn)林業(yè)縣。浦城境區(qū)內(nèi)交通便利，京臺(tái)高速（G3）和205 國(guó)道由南至北貫通全縣，浦建高速（S0311）東接浙江省龍泉市，與長(zhǎng)深高速（G25）相連，省道花崇線橫貫東西，小浦線、古二線連接?xùn)|北和西北，已基本實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)鄉(xiāng)有班車、村村通公路。

研究區(qū)內(nèi)主要地災(zāi)類型為滑坡，致災(zāi)體廣泛分布于山前斜坡地帶的殘坡積土層，常處于地下水位以上，因接受降雨補(bǔ)給，雨水下滲，抬升地下水位，增大土體荷重，潤(rùn)濕土體，導(dǎo)致土體失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡，故降雨時(shí)較易誘發(fā)滑坡地災(zāi)。

2 層次分析（AHP）法概述

層次分析（AHP）法由美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty 教授于1970 年代提出的對(duì)非定量事件作定量分析的1 種方法。褚洪斌最早將AHP 法引入地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)領(lǐng)域。它通過(guò)將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷量化，從而為決策者提供定量形式的決策依據(jù)。

由于在地災(zāi)發(fā)生后，對(duì)建筑物、人口、交通設(shè)施、其他生活設(shè)施等產(chǎn)生的直接和間接損失的能力并不相同，因此想要綜合這4 項(xiàng)指標(biāo)僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的累加是不科學(xué)的，而是有不同的權(quán)重系數(shù)。對(duì)于多參數(shù)決策問(wèn)題中指標(biāo)權(quán)重的確定有多種方法，在眾多計(jì)算方法中，AHP 法詳細(xì)分析了各指標(biāo)之間的關(guān)系，并建立了對(duì)比矩陣，從而可以較為合理地確定指標(biāo)權(quán)重。AHP 法很好地將定性與定量融合起來(lái)，它可以以數(shù)量的方式客觀地將評(píng)價(jià)過(guò)程中的人為主觀性表現(xiàn)出來(lái)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理科學(xué)，避免因個(gè)人偏好導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重預(yù)測(cè)與實(shí)際情況偏離［2-3］。

應(yīng)用AHP 法進(jìn)行地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，是在易發(fā)性評(píng)價(jià)成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)疊加建筑物、人員、交通設(shè)施和其他生活設(shè)施4 個(gè)易損性評(píng)價(jià)因子，對(duì)受災(zāi)體作出易損性評(píng)價(jià)，再疊加累積降雨量，進(jìn)行滑坡地災(zāi)危險(xiǎn)性分區(qū)。在危險(xiǎn)性和易損性評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用矩陣分析方法疊加運(yùn)算后，得到地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)［2-3］。

3 AHP 法評(píng)價(jià)方法及步驟

3.1 受災(zāi)體易損性要素選取

受災(zāi)體的易損性指地災(zāi)發(fā)生對(duì)受災(zāi)體可能造成的損失程度。對(duì)于相同規(guī)模的地災(zāi)，不同受災(zāi)對(duì)象的易損性往往不同，例如在人跡罕至、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)程度低的區(qū)域發(fā)生地災(zāi)造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在城鎮(zhèn)化程度較強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)造成的損失要小得多。浦城滑坡地災(zāi)易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果表明研究區(qū)大部分為低易發(fā)和中易發(fā)區(qū)，占總面積的76.15%，而極高和高易發(fā)區(qū)占總面積的23.85%，多為人口密集區(qū)，表明人類工程活動(dòng)對(duì)研究區(qū)的地災(zāi)影響較大。

受災(zāi)體的易損性與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展等諸多要素有關(guān)，歸納起來(lái)主要為建筑物易損性、人員易損性、交通設(shè)施易損性和其他生活設(shè)施易損性4 種。通常情況下，地災(zāi)的發(fā)生對(duì)受災(zāi)體的破壞都可以由以上4 個(gè)要素表征，因此，區(qū)域受災(zāi)體的易損性評(píng)價(jià)可以由以上4 個(gè)要素進(jìn)行疊加綜合評(píng)估。

本次評(píng)價(jià)采取25 m×25 m 網(wǎng)格作為評(píng)價(jià)單元，選取并量化建筑物、人員、交通設(shè)施和其他生活設(shè)施這4 個(gè)評(píng)價(jià)因子，采取AHP 法對(duì)4 個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行權(quán)重賦值，按照加權(quán)求和的方法得到最終的易損值并進(jìn)行易損性分區(qū)。

3.2 易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

（1）建筑物易損性。建筑物為人口分布的基礎(chǔ)載體，同時(shí)又具有自身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。采用對(duì)建筑物面積歸一化處理的方法取歸一值作為浦城縣的建筑物易損性。建筑物（和下文的交通設(shè)施）數(shù)據(jù)為提取1∶5 萬(wàn)地形圖中的建筑物信息，對(duì)建筑物面積進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理公式如式（1）。

式中：Ci為第i 個(gè)因子歸一化后的值；C0為第i 個(gè)因子的原始值；Ci-max與Ci-min分別為第i 個(gè)因子的最大值與最小值。

（2）人員易損性。統(tǒng)計(jì)浦城縣每個(gè)行政村的人口數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到每個(gè)行政村的人口密度，從而以行政村為單位對(duì)研究區(qū)進(jìn)行人員易損性的評(píng)定，其中每個(gè)行政村的人口數(shù)據(jù)來(lái)源于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計(jì)。人員易損性賦值采用人口密度歸一化處理。

（3）交通設(shè)施易損性。修建大量的交通設(shè)施，一方面形成了眾多的人工開(kāi)挖邊坡，另一方面交通設(shè)施也具有自身經(jīng)濟(jì)價(jià)值。不同的交通設(shè)施級(jí)別不一樣，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)搶救的人力物力不一樣，受損程度也不一樣，因此易損性也不一樣，交通設(shè)施易損性賦值也不一樣。交通設(shè)施數(shù)據(jù)提取1∶1 萬(wàn)地形圖中的道路信息。

（4）其他設(shè)施易損性。除了以上方面，城市中還有油氣線路、輸水線路、輸電線路、通訊線路等生活設(shè)施，亦有他們自身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同樣的，不同的設(shè)施具有不同的易損性，因此其他生活設(shè)施易損性賦值參考《1∶5 萬(wàn)地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求》（試行版）附錄M.1。

3.3 易損性指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

由于地災(zāi)在發(fā)生后，對(duì)建筑物、人口、交通設(shè)施、其他生活設(shè)施等產(chǎn)生的直接和間接損失的能力并不相同，因此想要綜合這4 項(xiàng)指標(biāo)僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的累加是不科學(xué)的，而是有不同的權(quán)重系數(shù)。前述AHP 法可以通過(guò)詳細(xì)分析各指標(biāo)之間的關(guān)系，并建立對(duì)比矩陣，將定性與定量融合起來(lái)，用數(shù)量的方式客觀地將評(píng)價(jià)過(guò)程中的人為主觀性表現(xiàn)出來(lái)，可以較為合理地確定指標(biāo)權(quán)重，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理［4］。

權(quán)重計(jì)算的基本步驟如下：

（1）結(jié)合實(shí)際情況對(duì)各易損性指標(biāo)之間的相對(duì)重要性做出標(biāo)度判斷，判斷結(jié)果以1～9 的標(biāo)度進(jìn)行量化，量化標(biāo)度含義及構(gòu)造的判斷矩陣A-B 矩陣如表1 所示。

表1 指標(biāo)相對(duì)重要性量化標(biāo)度／ A－B 判斷矩陣

將判斷矩陣的每一列元素做歸一化處理，其元素一般項(xiàng)表示為式（2）。

（2）將每一列經(jīng)歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為式（3）。

（3）對(duì)向量α=（α1，…，αn）T歸一化處理，得到屬性權(quán)重向量，見(jiàn)式（4）。

（4）計(jì)算判斷矩陣最大特征根，見(jiàn)式（5）。

（5）一致性檢驗(yàn)，即判斷矩陣的可靠性。

①計(jì)算一致性指標(biāo)，見(jiàn)式（6）。

②查找相應(yīng)的平均一致性指標(biāo)RI。對(duì)n=1，2…，Saaty 給出了RI 值。

③計(jì)算一致性比例，見(jiàn)式（7）。

具體的計(jì)算由yaahp 軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)CR＜0.1 時(shí)，認(rèn)為該判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算判斷矩陣A-B 的CR 值為0.018 1，＜0.1，該矩陣的一致性可以接受，確定各指標(biāo)的權(quán)重W總=（0.124 9，0.305 9，0.077 7，0.491 5）T。最終，得到浦城縣地災(zāi)易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)的各權(quán)重見(jiàn)表2。

表2 易損性各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值

3.4 易損性指數(shù)分類

根據(jù)前文確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重值，最終量化地災(zāi)不同評(píng)價(jià)單元內(nèi)的易損性指數(shù)V，見(jiàn)式（8）。

式中：wi為各影響因子權(quán)重系數(shù)；ci為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)單元賦值。

由前文給出的評(píng)價(jià)因子以及評(píng)價(jià)方法，最終基于ArcGIS計(jì)算得到浦城縣易損性指數(shù)V，并采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將研究區(qū)易損性分為4 級(jí)：低易損性、中易損性、高易損性，極高易損性。依據(jù)以上分級(jí)，得到浦城縣滑坡地災(zāi)易損性分區(qū)圖（圖1）。

圖1 浦城縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易損性分區(qū)圖

4 滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

4.1 滑坡地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

在滑坡地災(zāi)易發(fā)性和易損性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，疊加歷史月累積降雨量（＞5 a）開(kāi)展滑坡地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。降雨量采用近10 a 浦城縣各雨量站點(diǎn)的月降雨量的最大值，利用克里金插值法生成降雨量等值線圖，再疊加易發(fā)性評(píng)價(jià)圖后，得到浦城縣滑坡地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖（圖2）。從圖中可以得出，極高危險(xiǎn)區(qū)面積為83.16 km2，占全區(qū)面積的2.46%；高危險(xiǎn)區(qū)面積為694.76 km2，占全區(qū)面積的20.54%；中危險(xiǎn)區(qū)面積1 143.66 km2，

圖2 浦城縣滑坡地災(zāi)危險(xiǎn)性分區(qū)圖

4.2 滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)

將以上浦城地災(zāi)危險(xiǎn)性和易損性評(píng)價(jià)結(jié)果采用矩陣分析方法疊加運(yùn)算，地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分矩陣參考《1∶5 萬(wàn)地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求》（試行版）附錄M.3，可以將浦城地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性分成極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)4 個(gè)等級(jí)（圖3）。從圖3 中可以看出，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為14.40 km2，占全區(qū)面積的0.43%；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為124.01 km2，占全區(qū)面積的3.67%，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為705.32 km2，占全區(qū)面積的20.85%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為2538.75 km2，占全區(qū)面積的75.06%。詳細(xì)分區(qū)如下：

圖3 浦城縣滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性分布圖

（1）極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。共劃分了16 個(gè)亞區(qū)，總面積為21.73 km2，占全縣面積的0.64%。極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于山間盆地邊緣與丘陵山地的過(guò)度帶。該區(qū)域共發(fā)育地災(zāi)點(diǎn)16 處，占總災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的23.88%，災(zāi)害點(diǎn)密度為0.736 個(gè)/km2。

（2）高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。共劃分了26 個(gè)亞區(qū)，總面積為97.35km2，占全縣面積的2.88%。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于丘陵山地的過(guò)度帶，該區(qū)共發(fā)育地災(zāi)點(diǎn)14 處，占總地災(zāi)點(diǎn)數(shù)的20.90%，災(zāi)害密度為0.144 個(gè)/km2。

（3）中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。共劃分了13 個(gè)亞區(qū)，該區(qū)面積為913.19 km2，占全縣面積的27.00%。中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于中山～中低山地帶，成南北條帶狀，該區(qū)共發(fā)育地災(zāi)點(diǎn)21 處，占總地災(zāi)點(diǎn)數(shù)的31.34%，災(zāi)害密度為0.023 個(gè)/km2。

（4）低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。共劃分了4 個(gè)亞區(qū)，總面積2 350.21 km2，占全區(qū)面積的33.81%；低危險(xiǎn)區(qū)面積1 460.90 km2，占全區(qū)面積的43.19%。極高和高危險(xiǎn)區(qū)主要集中分布在地形高陡、較堅(jiān)硬至軟弱工程地質(zhì)巖組、降雨集中且降雨量大的山地丘陵區(qū)，如浦城縣城區(qū)周邊，以及仙陽(yáng)、永興、石陂鎮(zhèn)和山下鄉(xiāng)等地區(qū)。占全縣面積的69.48%。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在中低山、丘陵地、山間盆地帶均有分布，由于本區(qū)地形平坦，地災(zāi)不發(fā)育。該區(qū)共發(fā)育地災(zāi)16 處，占總地災(zāi)點(diǎn)數(shù)的23.88%，災(zāi)害點(diǎn)密度為0.007 個(gè)/km2。

綜上，極高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中分布在地形高陡、較堅(jiān)硬至軟弱工程地質(zhì)巖組的山地丘陵，并且遭受人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈影響的人口密集城鎮(zhèn)區(qū)周圍和重要線路區(qū)，如浦城城區(qū)周邊、高速沿線等區(qū)域；中和低風(fēng)險(xiǎn)主要分布在人類工程活動(dòng)低的區(qū)域。

5 結(jié)論

（1）基于GIS 的AHP 法進(jìn)行受災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)，易損性要素選取、評(píng)價(jià)指標(biāo)量化和指標(biāo)權(quán)重計(jì)算是重點(diǎn)。

（2）評(píng)價(jià)結(jié)果表明，AHP 法針對(duì)易損性評(píng)價(jià)因子的權(quán)重分析較為可靠，評(píng)價(jià)方法切實(shí)可行，其易損性評(píng)價(jià)分區(qū)是進(jìn)行滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)用AHP 法進(jìn)行區(qū)域滑坡地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)注意滑坡地災(zāi)易發(fā)性、受災(zāi)體易損性、滑坡地災(zāi)危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性的區(qū)別，前三者是最后對(duì)區(qū)域滑坡地災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和分區(qū)的基礎(chǔ)。

（4）地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的成果才是最終提供給地方作為地災(zāi)防治管理的依據(jù)。