北京市门头沟区地质灾害危险性评价研究

冉淑红，赵 越

（北京市地质研究所，北京 100120）

0 引言

随着首都经济结构和城市功能定位的战略性调整，门头沟区被定为“生态涵养发展区”。但长期以来，门头沟作为北京重要的能源基地，一直以煤炭、沙石和石灰等资源开采业为主导产业，区域内生态环境受到破坏，门头沟区地质构造和岩性组合又较为复杂，降水时空分布不均匀，导致地质灾害频发，是北京地质灾害较为发育的地区。区内地质灾害的种类多、分布广，且每年都有发生。本文以门头沟区为研究对象，采用“层次分析综合指数法”，对该区存在的崩塌、滑坡、不稳定斜坡、泥石流、地面塌陷5种灾害分别建立评价指标，进行易发性综合评价，开展易发程度分区研究，为政府做好防灾减灾工作提供科学依据。

1 研究区概况

门头沟区位于北京西部，面积1455km2，98.5%为山区，区内海拔1000m以上的山峰有160多座，地势西北高，东南低；有13个乡镇级行政区，常住人口约29.4万；属中纬度大陆性季风气候，是暖温带与中温带、半干旱与半湿润的过渡地带，平均气温东部平原11.7℃；年平均降水量约576.02mm，降水主要集中在7、8、9月份，占年降水量的70%～80%。

区内交通发达，共有干线公路8条，其中109国道横贯东西，各乡镇均有柏油路相通，自然村之间有大车路相连；地貌类型属山地地貌,平原地貌仅限永定河阶地及漫滩；地层出露较全，从中元古界蓟县系起，大多数时代地层均有出露，尤以中生界侏罗系最为发育；褶皱构造发育，是北京地区中生代向斜构造相对集中的地区，北东向褶皱规模最大；断裂以北东向、北北东向为主，大断裂有沿河城断裂，一般断裂有张家庄断裂、大地—四台子断裂等；岩体组有喷出岩岩性组、侵入岩岩性组、碳酸盐岩性组、碎屑岩岩性组4类，土体主要分为卵、砾类土和粘性土；东部平原地区以第四系孔隙水为主，西部山区为岩溶裂隙水、碎屑岩裂隙水、火山岩裂隙水。

区内人类工程活动主要有矿山开采和工程建设，矿山开采造成了岩石祼露，形成陡峭的岩质边坡，易导致崩塌等地质灾害的发生，目前区内国有煤矿已基本关闭；工程建设主要有景区内村庄房屋翻建、景区服务设施及景点的开发建设等，这些工程建设经常进行土石方开挖和削坡施工，破坏了原有的地形、地貌及植被，坡体稳定性大大降低，易形成不稳定斜坡，诱发崩塌灾害。

截至2014年3月，全区已发现地质灾害隐患共644处，其中崩塌473处，不稳定斜坡81处，滑坡3处，泥石流42处，地面塌陷45处。涉及区内99个行政村、13处旅游景区、5所学校及多条主要道路，威胁村民2241户，5668人。灾害隐患点对经济、社会的可持续发展构成了潜在的威胁。门头沟区灾害发育，灾种全，开展地质灾害易发程度分区研究，从区域上预测、预防地质灾害，对做好减灾防灾工作，保护国家人民的生命财产安全，维护首都形象，实现北京市总体战略发展规划具有重要意义。

2 研究方法与评价原则

（1）研究方法

本文主要采用“层次分析综合指数法”，该方法是先将各类地质灾害易发程度评价因子的属性量化，再利用层次分析法计算评价因子权重，将能表明评价因子属性和权重的计算单元网格通过模型计算出易发程度指数，通过得出的易发程度指数计算值，进行累积频度统计，划定不同易发分区的界限并划定易发区范围。考虑到门头沟区各灾种评价因子的特点，本次研究将崩塌、滑坡、不稳定斜坡作为斜坡类灾害进行易发程度评价，泥石流和地面塌陷灾害单独进行易发程度评价，将各类地质灾害易发程度评价结果进行叠加分析后，得出门头沟区地质灾害综合易发区结果。

（2）评价原则

本次研究以定性评价为主，定量评价为辅，对不同灾种选用不同的评价因子及权重进行评价，同一区域不同灾种的地质灾害易发程度不同时，按照就高不就低的原则。

3 地质灾害易发程度分区评价

3.1 数学模型

各灾种易发程度指数模型如下：

式中：Z为易发程度评价指数，Xi为各评价因子的量化值，iR 为各评价因子的权重。

3.2 计算单元划分

结合门头沟区地质灾害的特点，运用栅格数据处理方法对研究区进行剖分，每个单元面积为500m×500m，将门头沟区1455km2的行政区域剖分成6096个单元网格。

3.3 评价指标的选取及量化

影响地质灾害发育分布的因素很多，不同地质灾害类型的影响因素也各不相同，根据分区评价原则，选择岩土体类型、地质构造、地形坡度、植被覆盖率、降水量、人类工程活动及地质灾害发育密度等7个因素作为斜坡类灾害及泥石流灾害易发程度的评价因子；选择采空区发育程度、煤矿开采强度、含煤地层条件、降水量及地面塌陷灾害发育密度等5个因素作为地面塌陷灾害易发程度的评价因子。这些因子分别对各类地质灾害发育起主导作用，在较大程度上控制了灾害的分布、发育特征。将这些因子按照一定的标准量化，进行分级赋值，为地质灾害易发程度指数运算提供数据（表1）。

表1 评价指标及赋值

3.4 评价指标权重的确定

指标权重的确定采用层次分析法，基本过程为：首先将复杂问题分解成递阶层次结构，然后将下一层次的各因素相对于上一层次的各因素请有经验的专家进行两两比较判断，构造判断矩阵，通过对判断矩阵的计算，进行层次单排序和一致性检验，最后进行层次总排序，得到各因素的组合权重，并通过排序结果分析和解决问题。

（1）建立递阶层次结构

本评价指标分为两个层次，第一层为目标层，即地质灾害易发程度。第二层为方案层，不同灾种方案层的评价因子也各不相同，斜坡类灾害和泥石流灾害第二层有7个因子（图1），地面塌陷灾害第二层有5个因子（图2）。

图1 斜坡类、泥石流灾害易发程度分区评价指标体系

图2 地面塌陷灾害易发程度分区评价指标体系

（2）构造判断矩阵

对于递阶层次结构中各层上的元素可以依次相对于与之有关的上一层元素，进行两两比较，从而建立一系列的判断矩阵。判断矩阵A＝(aij)n×n具有下述性质：

其中，aij(i，j＝1，2，…，n)代表元素xi与xj相对于其上一层元素重要性的比例标度。判断矩阵的值反映了人们对各因素相对重要性的认识，一般采用1～9比例标度对重要性程度赋值。标度及其含义如表2所示。

表2 判断矩阵标度及含义

指标重要性的比较通过让有经验的多名专家进行打分获得，通过计算各专家打分平均值，得出打分结果如下（表3、4、5）：

通过表3～5,分别得到斜坡类灾害的判断矩阵：

表3 斜坡类灾害评价指标重要性比较表

表4 泥石流灾害评价指标重要性比较表

表5 地面塌陷灾害评价指标重要性比较表

泥石流灾害的判断矩阵：地面塌陷灾害的判断矩阵：

（3）计算各灾种评价因子权重并进行一致性检验

设斜坡类灾害判断矩阵1A 的最大特征根为λmax，其相应的特征向量为W，则1A W=λmaxW，经解算判断矩阵1A 的最大特征根λmax为7。由于客观事物的复杂性以及人们对事物认识的模糊性和多样性，所给出的判断矩阵不可能完全保持一致，有必要进行一致性检验，计算一致性指标CI。计算公式为：

其中，n为判断矩阵阶数。若随机一致性比率CR＝CI/RI＜0.10，则判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值。随机一致性指标RI取值见表6。

表6 随机一致性指标RI取值表

R=CI/RI=0/1.32=0<0.10，所以判断矩阵具有满意的一致性。λmax所对应的特征向量W经归一化后，得出斜坡类灾害评价因子的权重向量分别为（0.2，0.1，0.1，0.1，0.2，0.05，0.25），对应的评价因子为地形坡度、岩土体类型、地质构造、降水量、人类工程活动、植被覆盖度、灾害密度。

同理，依次计算A2，A3的特征根及特征向量。

各灾种评价因子权重计算结果见表7、8、9。

表7 斜坡类灾害易发程度划分评价因子及权重一览表

表8 泥石流灾害易发程度划分评价因子及权重一览表

表9 地面塌陷灾害易发程度划分评价因子及权重一览表

3.5 地质灾害易发区划分

（1）单灾种地质灾害易发程度分区

依据地质灾害评价原则及评价方法，参考表10进行单灾种地质灾害易发程度分区，划定单类地质灾害高易发区、中易发区、低易发区，并采用定性的方法对评价结果进行修正。本次研究将平原区定为不易发区。

表10 地质灾害易发区划分依据

根据计算结果，分别划分了斜坡类灾害（崩塌、滑坡、不稳定斜坡）、泥石流、采空塌陷高易发区、中易发区、低易发区、不易发区。

（2）地质灾害易发程度综合分区

根据斜坡类地质灾害、泥石流灾害及地面塌陷灾害易发程度分区结果，参考“就高不就低”原则对各类地质灾害易发程度分区结果进行叠加分析，得出门头沟区地质灾害综合易发程度分区结果。见图1。

图1 门头沟区地质灾害易发程度综合分区图

4 结论

（1）通过专家打分，两两比较影响因子对灾害地质危险的影响程度，采用矩阵计算各个评价因子权重，结果表明地形坡度和人类工程活动等因子对斜坡类灾害影响较大，地形坡度、岩土体类型和降水量等因子对泥石流灾害影响较大，采空区发育程度对地面塌陷灾害影响较大。

（2）本次工作将门头沟区划分为地质灾害高易发、中易发、低易发及不易区4种级别。其中高易发区3个，总面积约237.2km2，占门头沟全区面积的16.3%，灾害点数量共计229处，主要分布在军庄镇西北、龙泉镇、王平镇南部、潭柘镇北部、大台街道、斋堂镇西南及东南、清水镇东南；中易发区5个，总面积约519.2km2，占门头沟全区面积的35.7%，灾害点数量共计366处，各个乡镇均有分布；低易发区5个，总面积约672.1km2，占门头沟全区面积的46.2%，灾害点数量共计49处，各个乡镇均有分布；不易发区1个，面积约26.4km2，占全区总面积的1.8%，分布在永定镇东部。

[1]北京市地质矿产勘查开发局.北京地质灾害[M].2008.9.

[2]北京市地质研究所.门头沟区山区村、旅游景点与中小学校地质灾害隐患排查报告[R].2011.6.

[3]北京市地质研究所.北京市门头沟区突发地质灾害详细调查报告[R].2014.3.

[4]乔吉果，宫少军等.天津滨海新区海岸带地质灾害危险性评价[J].中国地质灾害与防治学报.2014.6.

[5]李 岩.基于GIS的北京山区地质灾害风险评价研究[D].北京：首都师范大学硕士论文.2008.