基于AHP-信息量法的懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

杜銀山 王雅寧

摘? 要：該文通過建立坡度、地形起伏度、工程地質(zhì)巖組、距斷層距離、距道路距離和降雨量6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用層次分析法與信息量模型得到各指標(biāo)權(quán)重值及信息量值，對(duì)懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)進(jìn)行危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)和分區(qū)，劃分出低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)4類分區(qū)。分析結(jié)果得出，琉璃廟鎮(zhèn)的低危險(xiǎn)區(qū)面積13.32 km2，占全鎮(zhèn)總面積的6.46%，琉璃廟鎮(zhèn)的中危險(xiǎn)區(qū)面積73.44 km2，占全鎮(zhèn)總面積的35.60%，琉璃廟鎮(zhèn)的高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)面積119.54 km2，占全鎮(zhèn)總面積的57.94%；人類活動(dòng)密集程度和構(gòu)造發(fā)育程度是影響研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成的主要因素。評(píng)價(jià)結(jié)果可為懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害的防范與治理提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)；層次分析法；GIS；評(píng)價(jià)因子

中圖分類號(hào)：P694? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）19-0103-04

Abstract： In this paper， six evaluation indexes such as slope， topographic fluctuation， engineering geological rock group， distance from fault， distance from road and rainfall are established， and the weight value and information value of each index are obtained using analytic hierarchy process（AHP） and information model. Liulimiao Town in Huairou District is comprehensively evaluated and divided into four types： low risk area， medium risk area， high risk area and very high risk area. The analysis results show that the low risk area 13.32 km2 of Liulimiao town accounts for 6.46% of the total area of the town， the medium risk area 73.44 km2 of Liulimiao Town accounts for 35.60% of the total area of the town， and the high risk area and extremely high risk area 119.54 km2 of Liulimiao town accounts for 57.94% of the total area of the town. The intensity of human activities and the degree of tectonic development are the main factors affecting the formation of geological disasters in the study area. The evaluation results can provide a certain reference basis for the prevention and control of geological disasters in Liulimiao Town， Huairou District.

Keywords： geological hazard; risk assessment; analytic hierarchy process （AHP）; GIS; evaluation factor

懷柔區(qū)位于北京市東北部中低山地區(qū)，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，這使得懷柔區(qū)自然環(huán)境中的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，此外，降水時(shí)空分布的不均勻性也對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生起到了推波助瀾的作用，懷柔區(qū)存在較多的地質(zhì)災(zāi)害及隱患，地質(zhì)災(zāi)害主要包括泥石流、崩塌、滑坡等。局部地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)、交通水利、旅游設(shè)施和植被景觀等造成了一定的破壞，是北京地區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害較多、災(zāi)害后果較嚴(yán)重的地區(qū)之一。位于懷柔區(qū)北部的琉璃廟鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)占懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患總數(shù)的27.67%，是懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育最多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一。因此對(duì)琉璃廟鎮(zhèn)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，從而為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和治理提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和治理提供一定的理論指導(dǎo)。

1? 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1? 研究區(qū)概況

琉璃廟鎮(zhèn)是北京市懷柔區(qū)下轄鎮(zhèn)，介于東經(jīng)116°27'17″～116°42′32″，北緯40°30′09″～40°41′17″之間。地處懷柔區(qū)北部，東與密云區(qū)石城鎮(zhèn)接壤，南與懷北鎮(zhèn)毗鄰，西南與渤海鎮(zhèn)為鄰，西與延慶區(qū)四海鎮(zhèn)、珍珠泉鄉(xiāng)交界，西北與寶山鎮(zhèn)接壤，北與湯河口鎮(zhèn)相鄰。鎮(zhèn)域面積206.3 km2。

琉璃廟鎮(zhèn)位于我國(guó)溫帶半濕潤(rùn)地區(qū)，其氣候類型屬于大陸性季風(fēng)氣候。這種氣候的特點(diǎn)在于季風(fēng)影響明顯，四季變化分明，且雨熱同期。春季氣候干旱少雨，夏季則呈現(xiàn)暖熱濕潤(rùn)的特點(diǎn)，秋季氣候涼爽干燥，而冬季則較為寒冷，雪量較少。琉璃廟鎮(zhèn)的多年平均氣溫為9 ℃，其中1月份的平均氣溫降至-10.1 ℃。而在極端情況下，最低氣溫可達(dá)-16 ℃。到了7月份，平均氣溫升高至22.42℃，極端最高氣溫甚至可達(dá)36 ℃。月平均氣溫的年較差達(dá)到32 ℃，最大日較差可達(dá)13 ℃。在降水方面，琉璃廟鎮(zhèn)的年平均降水量為450 mm，年平均降雨日數(shù)為60 d。降雨天數(shù)最多可達(dá)80 d，最少則為30 d。極端年份中，最多降雨量達(dá)到850 mm，最少降雨量?jī)H為290 mm。值得注意的是，降雨主要集中在每年的6—8月，其中7月份的降雨量最大。

琉璃廟鎮(zhèn)境內(nèi)河道屬海河流域，其中琉璃河流域面積180 km2，占90%。白河流域面積20 km2，占10%。主要河道有一級(jí)河琉璃河、白河等8條，總長(zhǎng)100 km。二級(jí)河南小河，總長(zhǎng)25 km。河流總長(zhǎng)度205 km，河網(wǎng)密度0.9 km/km2。境內(nèi)最大的河流為白河，從狼虎哨村至青石嶺村流經(jīng)境內(nèi)雙文鋪村、白河北村，長(zhǎng)10 km，流域面積20 km2。

琉璃廟鎮(zhèn)位于我國(guó)燕山山脈腳下，擁有豐富的自然資源和優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境。全鎮(zhèn)地貌類型主要為中山及低山，地勢(shì)西北高、東南低，呈現(xiàn)出一種獨(dú)特的地理景觀。境內(nèi)最高峰云蒙山位于密云與懷柔交界處，海拔1 414 m，最低點(diǎn)青石嶺位于云蒙山北側(cè)與密云交界點(diǎn)，海拔246 m。

琉璃廟鎮(zhèn)斷裂構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模較大，均以破碎帶、摩棱巖帶、擠壓片理帶和動(dòng)力變質(zhì)帶的形式出現(xiàn)。

根據(jù)2021年北京市懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)臺(tái)賬、北京市泥石流溝精細(xì)調(diào)查與評(píng)價(jià)項(xiàng)目、北京市山區(qū)道路沿線崩塌滑坡災(zāi)害隱患精細(xì)化調(diào)查項(xiàng)目數(shù)據(jù)顯示，琉璃廟鎮(zhèn)域范圍內(nèi)共有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)267處，其中崩塌191處、滑坡4處、泥石流72處。

1.2? 數(shù)據(jù)來源

本論文所用地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)來源于2021年北京市懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)臺(tái)賬、北京市泥石流溝精細(xì)調(diào)查與評(píng)價(jià)項(xiàng)目及北京市山區(qū)道路沿線崩塌滑坡災(zāi)害隱患精細(xì)化調(diào)查項(xiàng)目；地質(zhì)數(shù)據(jù)來自于全國(guó)地質(zhì)資料館；地理數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用像元大小為30 m的空間柵格數(shù)據(jù)；降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象網(wǎng)。

2? 研究方法

2.1? 評(píng)價(jià)因子的選取

本文對(duì)琉璃廟鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的研究，是基于對(duì)該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律以及地質(zhì)環(huán)境條件的深入研究。通過借鑒國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)的指標(biāo)，選取坡度、地形起伏度、工程地質(zhì)巖組、距斷層距離、距道路距離和降雨量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了一套符合該地區(qū)的全面的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系[1-2]。

1）坡度。本文采用了數(shù)字高程圖形（Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱DEM）對(duì)琉璃廟鎮(zhèn)的地形坡度進(jìn)行分析，并根據(jù)地形坡度，將研究區(qū)分為坡度小于15°、坡度15～35°、坡度35～60°、坡度大于60° 4類坡度等級(jí)，如圖1（a）所示。

2）地形起伏度。本次評(píng)價(jià)選取的是30 s×30 s的網(wǎng)格分析窗口來計(jì)算評(píng)價(jià)網(wǎng)格內(nèi)的起伏度。將地形起伏度分成4類，即平坦（0～30 m）、小起伏（30～50 m）、中起伏（50～100 m）和大起伏（大于100 m），如圖1（b）所示。

3）工程地質(zhì)巖組。根據(jù)地層出露情況及工程地質(zhì)特征，本文將懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)山區(qū)巖石劃分為4大類：堅(jiān)硬巖組（如花崗巖、片麻巖等）、較堅(jiān)硬巖組（如灰?guī)r、白云巖、砂巖等）、較軟巖組（頁巖、泥巖等）及松散巖組（第四系地層），如圖1（c）所示。

4）距斷層距離。指處于斷層結(jié)構(gòu)且正處于發(fā)育狀態(tài)，這種情況下巖體穩(wěn)定性較差，容易被破壞，而后引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。一般而言，特殊結(jié)構(gòu)、斷層發(fā)育部位容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)斷層發(fā)育情況，按照距斷層距離遠(yuǎn)近劃分為4個(gè)分區(qū)，分別是小于等于100 m、100～300 m、300～500 m、大于500 m，如圖1（d）所示。

5）距道路距離。距離道路的遠(yuǎn)近不同，誘發(fā)各類地質(zhì)災(zāi)害的程度也就不同。依據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，按照距道路遠(yuǎn)近劃分為4個(gè)級(jí)別，分別為小于等于500 m、500～1 000 m、1 000～1 500 m、大于1 500 m，如圖1（e）所示。

6）降雨量。降雨一方面加快了對(duì)坡面的沖刷侵蝕，另一方面增加了巖土的孔隙水壓力，從而加劇了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。選取懷柔區(qū)琉璃廟鎮(zhèn)2017—2021年時(shí)間范圍內(nèi)每年6—8月的月累計(jì)降雨量，利用Arcgis的空間分析功能，生成6—8月的月降雨等值線圖，并將其依照自然間斷法劃分為4類，如圖1（f）所示。

2.2? 層次分析法

層次分析法（AHP）是指將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。其本質(zhì)是一種分解復(fù)雜問題的過程。該過程結(jié)合了人類決策時(shí)的基本步驟，即分解、判斷、綜合。在一定程度上減少了決策者的主觀性。層次分析法對(duì)于解決受多因素影響的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性具有較強(qiáng)的適用性和可操作性，且方法簡(jiǎn)便，能夠較好地表現(xiàn)各個(gè)因素以及其之間的相互關(guān)聯(lián)程度[3]。

2.2.1? 步驟

層次分析法四步驟如圖2所示。

2.2.2? 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算

在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，我們首先需要構(gòu)建一個(gè)層次分析模型，以明確各個(gè)層次之間的關(guān)系。該模型從高層次到低層次分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和要素層。目標(biāo)層，即地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，是我們?cè)u(píng)估的核心目標(biāo)。在權(quán)重分配過程中，我們采用1—9標(biāo)度法，結(jié)合專家咨詢法和相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)同一準(zhǔn)則層下的各個(gè)要素進(jìn)行兩兩對(duì)比，構(gòu)建判斷矩陣。判斷矩陣能幫助我們確定各要素之間的相對(duì)重要性，從而為后續(xù)的權(quán)重計(jì)算提供依據(jù)。在計(jì)算出各要素層與準(zhǔn)則層的權(quán)重后，我們需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)的目的是確保判斷矩陣的合理性，避免權(quán)重分配的不合理現(xiàn)象。檢驗(yàn)過程采用CR值（一致性比率）作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。若CR≤0.1，則說明判斷矩陣的一致性良好，通過檢驗(yàn)。若CR>0.1，則說明檢驗(yàn)不通過，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。判斷矩陣調(diào)整后，我們?cè)俅芜M(jìn)行權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)。這一過程需要反復(fù)進(jìn)行，直至判斷矩陣通過檢驗(yàn)為止。這樣，我們就能得到一個(gè)合理且可靠的權(quán)重分配方案，為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供有力支持。判斷矩陣調(diào)整后，我們?cè)俅芜M(jìn)行權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)。這一過程需要反復(fù)進(jìn)行，直至判斷矩陣通過檢驗(yàn)為止[4]，評(píng)價(jià)因子及權(quán)重見表1。一致性檢驗(yàn)計(jì)算公式為

CR=CI/RI，

CI=（λmax-N）/（N-1）。

2.3? 信息量法

通過對(duì)已變形或破壞區(qū)域的實(shí)際情況和提供的信息，將反映區(qū)域穩(wěn)定性因素的實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化為信息量值，從而評(píng)價(jià)區(qū)域穩(wěn)定性。此方法基于研究對(duì)象信息量的計(jì)算，通過信息量大小評(píng)估影響因素與研究對(duì)象關(guān)系的密切程度。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可用頻率估計(jì)條件概率來估算信息量，其中信息量用條件概率表示[5]

即

在對(duì)研究區(qū)內(nèi)各種災(zāi)害點(diǎn)的空間分布情況進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，對(duì)6個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行了詳細(xì)的分級(jí)，為了更好地理解這些評(píng)價(jià)因子對(duì)災(zāi)害點(diǎn)分布的影響程度，我們分別對(duì)這6個(gè)因子進(jìn)行了試解，以獲取它們所對(duì)應(yīng)的信息量值。根據(jù)試解的結(jié)果，得到了各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)的信息量值。結(jié)果見表2。

3? 結(jié)果與分析

通過運(yùn)用GIS軟件的空間分析、柵格計(jì)算功能，在確定評(píng)價(jià)因子所屬的分級(jí)后，利用信息量法求算出各分級(jí)單元信息量以及層次分析法獲得的各評(píng)價(jià)因子權(quán)重，將兩者進(jìn)行耦合運(yùn)算，得出研究區(qū)危險(xiǎn)性分為低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)4類，如圖3所示。其中低危險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)總面積的6.46%，主要分布在研究區(qū)的西北角及東南角，原因是是由于這些區(qū)域人類活動(dòng)少，植被覆蓋率高，不易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害；中危險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)總面積的35.60%，主要分布在人類活動(dòng)區(qū)周邊地帶，原因是是由于這些區(qū)域人類活動(dòng)較多；高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)總面積的57.94%，主要分布在人類活動(dòng)密集區(qū)以及構(gòu)造發(fā)育區(qū)，原因是這些區(qū)域構(gòu)造發(fā)育，人類的切坡修路及其對(duì)山體破壞更容易造成地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

4? 結(jié)論

本文基于臺(tái)賬數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇并提取6個(gè)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)影響因子，采用層次分析法與信息量法綜合評(píng)價(jià)，對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)和分區(qū)，得出如下結(jié)論：

1）層次分析法需要熟悉地質(zhì)災(zāi)害的專家來構(gòu)建判斷矩陣，從而解決目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)情況下的分析與決策；信息量法廣泛在地質(zhì)領(lǐng)域使用，是人工干預(yù)少、自動(dòng)化程度很高的統(tǒng)計(jì)方法，但結(jié)果偏差較大。2種方法的結(jié)合，使危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)更加科學(xué)可靠。

2）研究區(qū)危險(xiǎn)性分為低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)4類。其中低危險(xiǎn)區(qū)面積13.32 km2，占研究區(qū)總面積的6.46%；中危險(xiǎn)區(qū)面積73.44 km2，占研究區(qū)總面積的35.60%；高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)面積119.54 km2，占研究區(qū)總面積的57.94%。

3）人類活動(dòng)密集程度和構(gòu)造發(fā)育程度是影響研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成的主要因素。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李萍，葉輝，談樹成.基于層次分析法的永德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)[J].水土保持研究，2021，28（5）：394-399，406.

[2] 蔣德明，李益敏，鮑華姝.瀘水縣滑坡孕災(zāi)環(huán)境因素敏感性研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2016，25（4）：109-119.

[3] 張曉東，劉湘南，趙志鵬，等.基于層次分析法的鹽池縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].國(guó)土資源遙感，2019，31（3）：183-192.

[4] 范詩鈴，劉漢湖，李金豪.AHP-信息量法在古城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].宜賓學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，22（6）：60-66.

[5] 劉洋，唐川，馮毅.基于AHP-信息量法的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].宜賓學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，41（2）：173-179.