基于AHP和信息量模型的煙臺市福山區(qū)地質災害風險評價

摘要：本文在地質災害詳細調查和資料收集的基礎上，選取坡向、高程、坡度、巖土體、距斷層距離、距河流距離、距道路距離及降雨量8個影響因子作為研究區(qū)危險性評價指標，運用層次分析法構建了評價體系。基于ArcGIS平臺，結合加權信息量模型對福山區(qū)地質災害的易發(fā)性、危險性、易損性和風險進行了評價分區(qū)。結果表明，福山區(qū)危險性評價可分為高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)，無極高危險區(qū)，面積分別為75.89km2、192.7km2和668.11km2，并通過ROC曲線對該評價結果進行驗證，AUC值為89.9%，表明該評價具有較好的準確性。在此基礎上對風險性進行評價，劃分為高、中、低3級風險區(qū)，面積分別為12.06km2、222.75km2、701.89km2。該研究可為煙臺市地質災害防治和生態(tài)環(huán)境保護提供重要的參考依據(jù)。

關鍵詞：AHP；信息量模型；地質災害；風險評價；福山區(qū)

中圖分類號：P694""" 文獻標識碼：A""" doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.10.007

收稿日期：20240103；修訂日期：20240201；編輯：王敏

基金項目：山東省地質災害風險普查項目（37000021P14000310076E），2021年山東省財政廳（魯財預指〔2021〕1號）

作者簡介：張永強（1978—），男，山東平度人，工程師，主要從事工程地質等工作；Email：77209759@qq.com

*通訊作者：王曉輝（1990—），女，山東青島人，工程師，主要從事地質勘查等工作；Email：350171306@qq.com

引文格式：張永強，宋國梁，劉學友，等.基于AHP和信息量模型的煙臺市福山區(qū)地質災害風險評價［J］.山東國土資源，2024，40（10）：5359. ZHANG Yongqiang， SONG Guoliang， LIU Xueyou， et al. Geological Disasters Risk Assessment in Fushan District" in Yantai City Based on AHP Information Method［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（10）：5359.

0" 引言

地質災害發(fā)生具有突發(fā)性、不可控性與強破壞性，給人民生命財產(chǎn)安全造成較大威脅。開展地質災害風險評價，掌握重點風險隱患情況，預測和識別地質災害的發(fā)生，對早期預警防治和風險管理提供科學依據(jù)［1］，也是有效化解災害風險的方法之一［2］。

地質災害風險評價的研究正處于發(fā)展階段，分為定性、定量以及定性定量相結合的評價方法。定性評價方法有如層次分析法（AHP）、綜合指標法等［3］，這些方法主要依靠專家的經(jīng)驗，它們具有主觀性，人為干擾顯著。定量評價方法是基于數(shù)據(jù)，可以更客觀地推斷地質災害發(fā)生的可能性，主要包括邏輯回歸分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、隨機森林法、信息量模型法等［46］。邏輯回歸分析法雖然不受主觀因素的影響，但在植被覆蓋率較高的地區(qū)易造成數(shù)據(jù)的不確定性；神經(jīng)網(wǎng)絡法在處理不完全或不完整的數(shù)據(jù)等復雜問題具有顯著的能力，但在選擇樣本數(shù)據(jù)、迭代步驟多等方面都存在缺點；隨機森林法具有較高的預測能力，但研究中需要大量的地質災害數(shù)據(jù)作為支撐，不適用于地質災害較少的區(qū)域；信息量模型法基于已知的地質災害點和影響因素，計算各因素貢獻的信息值，建立預測模型，與其他方法相比此方法不需要大量的數(shù)據(jù)，但只反映在不同影響因素的特定組合下地質災害發(fā)生的可能性，各因素的影響程度之間的差異并不能反映?；诖?，定量和定性相結合的評價方法，更有助于提高地質災害評價結果的準確性。

隨著GIS的快速發(fā)展，對于地質災害取得的研究成果也越來越多，對地質災害進行風險性評價的手段和方法也趨于成熟［711］。因此，本文以煙臺市福山區(qū)為研究區(qū)，基于ArcGIS系統(tǒng)的空間分析能力，結合AHP信息量模型，整合福山區(qū)與地質災害相關的地形地貌、坡度、坡向、降雨量等要素，對福山區(qū)孕災地質條件進行了分層，并查明了現(xiàn)存地質災害隱患點，從地質災害的易發(fā)性、危險性、易損性和風險性進行評估，構建了福山區(qū)1∶5萬地質災害風險評價模型。為當?shù)赜行ч_展自然災害防治工作，保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供權威的災害風險信息和科學決策依據(jù)。

1" 研究區(qū)概況

煙臺市福山區(qū)位于膠東半島東北部、黃海之濱，總面積936.7km2。區(qū)內交通發(fā)達，屬北溫帶季風型大陸性氣候，降水量年際變化較大，多年平均降水量為646.1mm，年內分配不均，多集中在6—9月份，也是地質災害的多發(fā)季節(jié)。

福山區(qū)屬低山丘陵區(qū)，地勢西部、南部高，東部、北部低，大致呈簸箕狀分布。地質構造活動頻繁，褶皺構造開闊平緩，斷裂構造多為壓性、壓扭性，導水性差，起阻水作用，使低山丘陵區(qū)為貧水或缺水區(qū)。福山區(qū)主要為元古代和新生代地層，巖性以巖漿巖為主，并有堅硬—半堅硬巖、松散土類廣泛分布。研究區(qū)亦受到人類工程經(jīng)濟活動的影響，對地質災害的形成起到了推動作用。福山區(qū)地質災害隱患為30處，其中崩塌18處，泥石流2處，崩塌10處（表1，圖1）。

2" 評價方法

本次評價采用AHP和信息量模型相結合的方法，基于ArcGIS對福山區(qū)地質災害進行評價分區(qū)。影響和控制地質災害易發(fā)性是各種因素疊加引起的，可概括為基礎因素和誘發(fā)因素，各個因素的貢獻程度有所不同，將福山區(qū)地質災害危險性評價分為3個層，目標層為危險性評價，準則層分為基礎因素圖1" 福山區(qū)地質災害點分布圖和誘發(fā)因素，方案層選取坡向、高程、坡度、巖土體、距斷層距離、距河流距離、距道路距離以及降雨為評價因子，建立層次結構模型。

根據(jù)1～9標度進行量化，構建各級判斷矩陣（表2表4），結合專家意見，對各因子進行打分，最終計算得出各因子的權重值（表5）。

為了消除不同因子對地質災害影響程度的區(qū)別，利用層次分析法得出權重值對不同評價因子的信息量進行賦值，見公式（1）：

I=∑ni=1WiIi=∑ni=1WilnNi/NSi/S（1）

式中：Wi為根據(jù)層次分析法計算得出i評價因子的權重值；Ii為i評價因子地質災害發(fā)生的信息量；Ni為i評價因子地質災害分布的單元數(shù)；N為研究區(qū)已知地質災害分布的單元總數(shù)為30；Si為i評價因子的單元面積；S為研究區(qū)單元總面積，為936.7km2。

3" 地質災害風險評價

3.1" 易發(fā)性評價

選取坡向、高程、坡度、巖土體、距斷層距離、距河流距離以及距道路距離開展易發(fā)性評價，利用ArcGIS空間分析對評價因子信息量進行計算。根據(jù)AHP確定的各因子權重，對各評價因子分級指標加權信息量進行計算（表6），并對各評價因子按照加權信息量進行疊加，得到福山區(qū)地質災害易發(fā)性總信息量，信息量值愈大則表示地質災害易發(fā)生。

結合福山區(qū)地質環(huán)境，將福山區(qū)地質災害易發(fā)程度分為高易發(fā)區(qū)（A區(qū)）、中易發(fā)區(qū)（B區(qū)）、低易發(fā)區(qū)（C區(qū)）和非易發(fā)區(qū)（D區(qū)），如圖2a所示。其中高易發(fā)區(qū)面積26.9km2，占比3%；中易發(fā)區(qū)面積173.7km2，占比19%；低易發(fā)區(qū)面積453.2km2，占比49%，非易發(fā)區(qū)面積282.9km2，占比29%。

3.2" 危險性評價

3.2.1" 評價分級

在易發(fā)性的基礎上，根據(jù)降雨量并結合地質災害發(fā)育特征，通過定性和定量方法開展地質災害危險性評價［13］，利用ArcGIS自然間斷點法，將福山區(qū)分為高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)（圖2b）。其中高危險區(qū)面積75.89km2，占比8.2%；中危險區(qū)面積192.7km2，占比20.8%；低危險區(qū)面積668.11km2，占比71%。

3.2.2" 評價結果

根據(jù)福山區(qū)危險性評價結果，分別統(tǒng)計了各分區(qū)面積及地質災害點數(shù)量，結果顯示，大部分地質災害分布于高危險區(qū)和中危險區(qū)，從低危險區(qū)到高危險區(qū)的災害點密度呈增加趨勢，且高危險區(qū)災害點密度最大，說明福山區(qū)危險性分區(qū)較為合理。

此外，根據(jù)ROC曲線對危險性評價結果的準確率進行檢驗［1416］（圖3），計算福山區(qū)AUC值為89.9%，其評價精度具有較好的準確性。結果表明，采用AHP信息量模型相結合的方法獲得的地質災害危險性分區(qū)準確率較高，適用于福山區(qū)地質災害危險性評價。

3.3" 易損性評價

地質災害易損性評價是風險評價中的重要環(huán)節(jié)，是對承災體和人類工程的評價，承災體主要為人口和財產(chǎn)等，人類工程主要為交通設施，對這3個因子分別進行易損性評價，通過專家打分確定各因子的權重分別為0.4、0.4、0.2。根據(jù)權重進行疊加分析得到福山區(qū)易損性評價結果（圖4a），分為高易損性、中易損性和低易損性，無極高易損性。

3.4" 風險評價

1992年聯(lián)合國認為“風險=危險性×易損性”，多數(shù)研究者對地質災害風險評價均采用此定義來刻畫。因此，本研究將該計算模型應用于地質災害風險評價中。利用ArcGIS對福山區(qū)地質災害危險性和易損性進行疊加分析，形成研究區(qū)地質災害風險區(qū)劃，共分為高風險區(qū)（A區(qū)）、中風險區(qū)（B區(qū)）、低風險區(qū)（C區(qū)），并無極高風險區(qū)（圖4b）。且根據(jù)地質災害類型的不同，分為兩個亞區(qū)，地面塌陷亞區(qū)（圖例1）和崩塌、泥石流亞區(qū)。

（1）高風險區(qū)（A區(qū)）

主要位于臧家莊鎮(zhèn)西南部和大季家鎮(zhèn)南部，總面積為12.06km2，占福山區(qū)總面積的1.3%。分為地面塌陷亞區(qū)（A1）和崩塌、泥石流亞區(qū)（A2）。其中A1區(qū)第四系土層較薄，弱酸性地下水，6—9月份集中降水，為巖溶發(fā)育區(qū)，共有7處巖溶塌陷，面積為4.33km2，占高風險區(qū)總面積的36%；A2區(qū)位于低山丘陵區(qū)，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，在降雨、人類工程活動等外在因素作用下易產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象，共有小型崩塌6處，面積為7.73km2，占全區(qū)高風險區(qū)總面積的64%。

（2）中風險區(qū)（B區(qū)）

主要位于大季家鎮(zhèn)中南部、古現(xiàn)鎮(zhèn)北部、門樓鎮(zhèn)南部、回里鎮(zhèn)北部及高疃鎮(zhèn)和張格莊鎮(zhèn)大部分區(qū)域，總面積222.75km2，占福山區(qū)總面積的23.7%。可分為地面塌陷亞區(qū)（B1）和崩塌、泥石流亞區(qū)（B2）。B1區(qū)分布于低山丘陵區(qū)的廢棄采礦區(qū)，共有2處采空塌陷，面積46.66km2，占全區(qū)中風險區(qū)總面積的21%；B2區(qū)受地形地貌、水文地質條件、工程地質巖組和人類工程活動的影響，共有地質災害點15處，分別為泥石流災害2處、崩塌災害12處、采空塌陷1處，面積176.09km2，占全區(qū)中風險區(qū)總面積的79%。

（3）低風險區(qū)（C區(qū)）

除去以上兩個風險區(qū)的其他區(qū)域為低風險區(qū)，總面積為701.89km2，占比75%。區(qū)域內災害易發(fā)性低、危險性低。

4" 結論

本文以煙臺市福山區(qū)為研究區(qū)，采用層次分析法和信息量模型相結合的方法，對研究區(qū)進行地質災害風險分區(qū)評價。

（1）選取坡度、高程、坡向、巖土體等8個評價因子，運用層次分析法構建判斷矩陣，建立福山區(qū)地質災害危險性評價體系，確定各因子權重，選取坡向、高程、坡度、巖土體、距斷層距離、距河流距離以及距道路距離開展易發(fā)性評價，利用ArcGIS空間分析對評價因子信息量進行計算，將福山區(qū)地質災害易發(fā)程度分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)。

（2）在易發(fā)性的基礎上，結合降雨量對危險性進行評價，將福山區(qū)分為高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)，無極高危險區(qū)。通過ROC曲線對評價精度進行檢驗，計算AUC值為89.9%，證明采用AHP和信息量模型相結合的方法應用于福山區(qū)地質災害危險性評價較為準確。

a：1—高易損區(qū);2—中易損區(qū);3—低易損區(qū);4—地質災害點；b：1—高危險區(qū)；2—中危險區(qū)；3—低危險區(qū)；4—地質災害點。圖4" 福山區(qū)易損性分區(qū)和風險分區(qū)

（3）綜合分析福山區(qū)遭受地質災害時受到損失的可能性等，進一步開展了福山區(qū)地質災害易損性評價，將其分為高易損性、中易損性和低易損性，無極高易損性。

（4）在易損性區(qū)劃結果的基礎上疊加危險性，得到福山區(qū)地質災害風險評價分區(qū)，分為高風險區(qū)、中風險區(qū)和低風險區(qū)，高風險區(qū)面積為12.06km2，受降水、地層構造等影響，共分布地質災害點13處；中風險區(qū)面積為222.75km2，受地形地貌、水文地質條件、工程地質巖組和人類工程活動等影響，共有地質災害點17處；低風險區(qū)面積為701.89km2，無地質災害發(fā)育。此次評價結果可為煙臺市地質災害管理提供科學依據(jù)。

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Geological Disasters Risk Assessment in Fushan District in Yantai City Based on AHP Information Method

ZHANG Yongqiang， SONG Guoliang， LIU Xueyou， LI Linsen， WANG Xiaohui， XIE Xiaodong， FU Yunxia

（Key Laboratory of Geological Safety of Coastal Urban Underground Space of the Ministry of Natural Resources， Qingdao Geoengineering Exploration Institute（Qingdao Geological Exploration Development Bureau）， Shandong Qingdao 266100， China）

Abstract：On the basis of detailed geological disaster investigation and data collection， selecting the slope elevation， slope， engineering geological rock group， distance to fault， distance to river and distance to road as the evaluation factors in the study area， by using Analytic Hierarchy Process， an evaluation system has been set up." Based on ArcGIS， combining with weighted information model， the susceptibility， hazard， vulnerability and risk assessment of geological disasters in Fushan district have been evaluated. The hazard assessment of Fushan district from high to low are 75.89km2， 192.7km2 and 668.11km2. The evolution results are verified by ROC curve. The AUC value is 89.9%. It is indicated that the evaluation has good accuracy. On this basis， the risk has beem evaluated and divided into high， medium and low risk areas， with areas of 12.06km2， 222.75km2 and 701.89km2 respectively. This study can provide important references for geological hazard prevention and ecological environment protection in Yantai city.

Key words：AHP; information method; geological disaster; risk assessment; Fushan district