基于信息量模型-層次分析法的縣域地質(zhì)災(zāi)害風險評價

摘" "要：在研究烏恰縣孕災(zāi)地質(zhì)條件及承災(zāi)體特征基礎(chǔ)上，基于ArcGIS平臺采用信息量模型與層次分析法相結(jié)合，對烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害風險進行評價。選取9類崩塌、滑坡評價因子和5類泥石流評價因子，進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，并疊加降雨量數(shù)據(jù)得到危險性評價結(jié)果。根據(jù)人口、道路、建筑物和其他生活設(shè)施等承災(zāi)體易損性，按照一定權(quán)重疊加構(gòu)建了綜合易損性評價，結(jié)合承災(zāi)體易損性評價結(jié)果，采用矩陣分析方法疊加運算，得到縣域單元風險評價結(jié)果，實地核查結(jié)果表明，評價結(jié)果與實際相符。為烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害風險管控和防治管理提供了科學(xué)依據(jù)，同時為新疆類似地區(qū)開展地質(zhì)災(zāi)害風險評價提供參考。

關(guān)鍵詞：烏恰縣；地質(zhì)災(zāi)害；風險評價；信息量模型-層次分析法

烏恰縣隸屬新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州，地處天山南脈與喀喇昆侖山兩大山系接合部。新生代以來，受印度板塊向亞歐板塊擠壓碰撞作用，新構(gòu)造運動十分強烈，是中國大陸強震活動地區(qū)之一[1]。受構(gòu)造活動影響，縣域內(nèi)構(gòu)造及風化裂隙較為發(fā)育，河谷切割強烈，特殊的地質(zhì)環(huán)境條件導(dǎo)致災(zāi)害頻發(fā)[2-3]。此外，兩條口岸通商省道多數(shù)為劈山修建，人工切坡過陡，增加了崩塌和滑坡風險，部分地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患較大。因此，開展地質(zhì)災(zāi)害風險評價對烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害防治管理、國土空間規(guī)劃具有重要意義。

近年來，眾多學(xué)者對新疆地質(zhì)災(zāi)害評價問題開展了一系列研究工作[4-6]。關(guān)穎對新疆地質(zhì)災(zāi)害危險因子評估與模型進行研究[7]，李崇博等用信息量法對烏魯木齊市區(qū)開展了易發(fā)性評價[8]，王敏用定性和定量結(jié)合的方法，對烏什縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進行了評價[9]，王偉中等基于ArcGIS信息量模型對伊寧縣滑坡易發(fā)性開展了研究[10]?？梢娦畔⒘磕Ｐ褪禽^為常用的方法，但其評價指標的信息量值僅表示該事件發(fā)生的可能性大小，并未考慮評價指標在評價體系中的影響和重要性。本次評價采取信息量模型-層次分析法相結(jié)合，避免了單模型的缺點，提高了評價的針對性和準確性。

1" 研究區(qū)概況

烏恰縣地處亞歐大陸腹地，屬典型中溫帶大陸性氣候，地貌類型以侵蝕剝蝕高中山為主。地層出露較全面，除寒武系、奧陶系、三疊系缺失外，其余時代的地層均有分布。縣域內(nèi)存在眾多縱橫交錯的斷裂，地震活動較頻繁。區(qū)內(nèi)現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點426處（圖1），其中：崩塌291處，泥石流123處，滑坡9處，地面塌陷2處，地裂縫1處。地質(zhì)災(zāi)害在山區(qū)分布廣泛，縣域中部、西北部、東北部的高山及西北部、中部、東南部的中山區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育，主要沿河谷分布，崩塌、泥石流災(zāi)害主要集中在坡度較大的溝道及修建公路切坡形成的高陡邊坡區(qū)域。

2" 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

2.1" 建立信息量模型

信息量模型是基于信息論的風險評估方法，反映了一定地質(zhì)環(huán)境下最易致災(zāi)因素及其細分區(qū)間的組合。它是用地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過程中熵的減少來表征地質(zhì)災(zāi)害事件產(chǎn)生的可能性[11]，近年來該模型在地災(zāi)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對應(yīng)某種因素特定狀態(tài)下的地質(zhì)災(zāi)害信息量公式如下：

[I=i=1nInNiNSiS]" " " （1）

式（1）中：I為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的總信息量；Ni為評價因子第i狀態(tài)（或區(qū)間）下的地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)；Si為評價因子第i狀態(tài)（或區(qū)間）的分布面積；N為研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害總點數(shù)；S為研究區(qū)面積。

2.2" 評價單元的確定

評價單元主要有子流域單元、斜坡單元及柵格單元[12]。其中，子流域單元一般適用于泥石流災(zāi)害的評價，斜坡單元未考慮災(zāi)害對斜坡的影響，具局限性；柵格單元由于獲取簡單且便于計算，被廣泛使用。綜合考慮選擇柵格單元作為崩塌、滑坡災(zāi)害的基礎(chǔ)評價單元。采用25 m×25 m精度標準柵格共劃分出30 473 209個柵格單元。另據(jù)野外調(diào)查結(jié)果，劃分了123個泥石流流域評價單元。

2.3" 評價因子的選取

評價因子是衡量評價對象某種特性的基本尺度，通過分析烏恰縣多年地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果及孕災(zāi)特點表明，地形地貌條件、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型等為烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害的主控因素，水文地質(zhì)條件、植被為地質(zhì)災(zāi)害的影響因素，人類工程活動、降水、地震為地質(zhì)災(zāi)害的觸發(fā)因素。各因素對災(zāi)害形成的影響不同，基于以往研究及各因素對烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響強度（表1），確定崩塌、滑坡評價因子為：坡度、起伏度、工程巖組、斜坡結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造影響距離、人類工程活動的影響距離、與水系的距離、平面曲率、剖面曲率。泥石流評價因子為：流域內(nèi)平均坡度、流域內(nèi)平均Melton比率、流域內(nèi)平均侵蝕力指數(shù)SPI、流域內(nèi)地震動峰值加速度、流域內(nèi)崩滑核密度。地面塌陷、地裂縫則據(jù)收集資料及野外現(xiàn)場調(diào)查情況進行定性評價。

2.4" 層次分析法確定指標權(quán)重

層次分析法是將研究對象作為一個系統(tǒng)，將決策問題分解為不同層次結(jié)構(gòu)，再構(gòu)造各相鄰層次間的判斷矩陣，求取其最大特征根及對應(yīng)的特征向量，最后加權(quán)求和得到評價因素相對于目標層的權(quán)重值，具體步驟見圖2。

首先建立遞階層次結(jié)構(gòu)，將問題進行分解，形成若干層次，隨后構(gòu)建兩兩判斷矩陣，對評價因子的重要性打分。最后求解判斷矩陣以獲取評價因素相對于目標層的權(quán)重值，采用隨機一致性比率（CR）來評價判斷矩陣一致性，保證計算結(jié)果的合理性。計算公式如下：

[CI=λmax-nn-1]" "（2）

[CR=CIRI]" " （3）

式（2）中：[λmax]為判斷矩陣最大值；[n]為判斷階數(shù)；式（3）中：RI為同階平均隨機一致性指標。從上式可看出，當[λmax=n]時，[CI=0]，即為判斷矩陣具完全一致性。[λmax-n]的值越大，[CI]值越大，判斷矩陣一致性越差。當[CRlt;0.1]時，判斷矩陣通過一致性檢驗；當[CRgt;0.1]時，判斷矩陣無法通過一致性檢驗，須調(diào)整判斷矩陣元素，直至通過一致性檢驗。1～10階的判斷矩陣RI值見表2。

2.5" 評價結(jié)果

通過信息量模型將各因子圖層分級，計算分級面積和災(zāi)害點數(shù)量，將各數(shù)據(jù)代入信息量公式，得到各因子分級的信息值（表3，4），利用層次分析法計算各因子權(quán)重，將兩者加權(quán)疊加得到總信息量，采用自然間斷法將計算結(jié)果分為4個等級。分別對應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害非易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)及高易發(fā)區(qū)，獲取全區(qū)綜合易發(fā)性評價圖（圖3）。從圖3可看出，烏恰縣高易發(fā)區(qū)面積2 670.1 km2，占全區(qū)面積14.22%；中易發(fā)區(qū)面積12 556 km2，占66.86%；低易發(fā)區(qū)面積2 736.4 km2，占比14.57%；非易發(fā)區(qū)面積814.5 km2，占4.33%。

3" 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價的基礎(chǔ)上，據(jù)烏恰縣多年累計平均降雨量數(shù)據(jù)，劃分為5個降雨量等級：lt;100 mm、100～150 mm、150～200 mm、200～250 mm、gt;250 mm，并建立降雨量圖層，與易發(fā)性評價結(jié)果進行加權(quán)疊加分析，采用自然斷點法將烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害危險性分為3個等級：高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)。其中高危險區(qū)2 693.2 km2，占全區(qū)面積14.34%；中危險區(qū)15 469.8 km2，占80.37%；低危險區(qū)992.6 km2，占5.29%（圖4）。

4" 地質(zhì)災(zāi)害易損性評價

為評估在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，承災(zāi)體可能遭受的損害程度。選取受威脅人口數(shù)量、建筑物面積、道路及其他生活設(shè)施作為易損評價指標，據(jù)1∶5萬地形圖數(shù)據(jù)、三調(diào)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)資源，對每個評價指標賦予相應(yīng)權(quán)重，進行加權(quán)疊加后得到易損性值（表5），采用自然間斷法將全區(qū)易損性分為3個等級：低易損、中易損和高易損，形成綜合易損性評價圖（圖5）。

5" 地質(zhì)災(zāi)害風險評價

據(jù)前述地質(zhì)災(zāi)害危險性和易損性評價結(jié)果，采用矩陣分析方法疊加運算得到烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害風險評價結(jié)果，并劃分為地質(zhì)災(zāi)害高風險區(qū)、中風險區(qū)和低風險區(qū)（圖6）。其中高風險區(qū)面積2 132 km2，占全區(qū)面積11.35%，主要分布于縣域中部克孜勒河及吉根河中上游區(qū)域，縣域東部恰克馬克河、鐵列克河、烏瑞克河及康蘇河等河谷沿岸，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)包括托云鄉(xiāng)、吉根鄉(xiāng)、烏魯克恰提鄉(xiāng)、鐵列克鄉(xiāng)、巴音庫魯提鄉(xiāng)。中風險區(qū)面積2 142.7 km2，占全區(qū)面積11.41%，主要分布于縣域東部恰克馬克河上游及鐵列克河中下游，縣域中部克孜勒河中下游和膘爾托闊依河沿岸，以及縣域東南部低山區(qū)，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)包括托云鄉(xiāng)、鐵列克鄉(xiāng)、巴音庫魯提鎮(zhèn)、康蘇鎮(zhèn)、黑孜葦鄉(xiāng)、波斯坦鐵列克鄉(xiāng)、吾合沙魯鄉(xiāng)。低風險區(qū)面積14 502.3 km2，占全區(qū)面積77.23%，主要分布于無人、少人的中高山山地及地勢平緩的山間盆地、沖洪積平原區(qū)，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)為膘爾托闊依鄉(xiāng)、波斯坦鐵列克鄉(xiāng)、黑孜葦鄉(xiāng)、巴音庫魯提鎮(zhèn)。

通過現(xiàn)場對各風險分區(qū)進行實地核查發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)災(zāi)害分布受地形影響因素較大，高、中風險區(qū)內(nèi)多數(shù)山體基巖裸露，人類工程活動強烈，在切割強烈的溝谷兩側(cè)陡峻山坡上及因人為在溝谷中修路而形成的過高、陡的邊坡上，易發(fā)生崩塌、滑坡災(zāi)害，山區(qū)各大溝谷兩側(cè)支溝多為較典型的泥石流溝。而低風險區(qū)地貌形態(tài)單一，人類工程活動弱，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。由此可見，地質(zhì)災(zāi)害評價結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況較一致。

6" 結(jié)論

（1） 本文利用信息量模型-層次分析法對烏恰縣進行了地質(zhì)災(zāi)害風險評價，選取坡度、起伏度、工程巖組、斜坡結(jié)構(gòu)等評價因子開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，并結(jié)合烏恰縣多年平均降雨量數(shù)據(jù)得到地質(zhì)災(zāi)害危險性評價，將危險性評價結(jié)果與易損性進行矩陣疊加分級，得到地質(zhì)災(zāi)害風險評價。

（2） 烏恰縣地質(zhì)災(zāi)害高風險區(qū)主要位于西部、東部高中山區(qū)及各河谷沿岸，面積2 132 km2，占全區(qū)面積11.35%；中風險區(qū)位于中部中山區(qū)及東南部低山區(qū)，面積2 142.7 km2，占全區(qū)面積11.41%；低風險區(qū)位于中北部的高山區(qū)及地勢平緩的山間盆地、沖洪積平原區(qū)，面積14 502.3 km2，占全區(qū)面積77.23%。風險區(qū)的劃分與地質(zhì)災(zāi)害分布關(guān)系對應(yīng)較好。

（3） 采用柵格作為大面積全縣域的評價單元，易于數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，但會忽視斜坡的整體性，使評價結(jié)果與實際情況存在一定差異，在小面積、大比例尺的重點區(qū)尺度下，可采用斜坡作為基本單元，結(jié)果更加符合實際，可為地質(zhì)災(zāi)害精細化調(diào)查工作的開展提供依據(jù)。

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Geological Hazard Risk Assessment Based on Information Method Analytic Hierarchy Process： An Example From Wuqia County， Xinjiang Autonomous Region

Tian Yinan， Nai Weihua， Shi Deyang， Li Bin， Zhang Chengkai

（NO.2 Hydrogeological and Engineering Geological Team of Xinjiang Bureau of Geology and

Mineral Resources Exploration and Development，Changji，Xinjiang，831100，China）

Abstract： On the basis of fully studying the geological conditions and the characteristics of disaster bearing bodies in Wuqia County， based on ArcGIS platform， the risk assessment of geological hazards in Wuqia County is carried out by combining information method and analytic hierarchy process.Select 9 types of collapse， landslide， and 5 types of debris flow evaluation factors to form a geological hazard susceptibility assessment. Based on the susceptibility， superimpose rainfall data to obtain a hazard assessment. A comprehensive vulnerability assessment was constructed by selecting population， roads， buildings， and other living facilities. Subsequently， the vulnerability and danger were stacked and graded into a matrix to obtain the risk assessment of county-level units. According to the field investigation results， the evaluation results are consistent with the actual situation， providing reference for risk control measures in different regions of Wuqia County and providing a basic basis for geological disaster prevention and control management in Wuqia county.

Key words： Wuqia County; Geological hazards; Risk assessment; Information content-analytic hierarchy process