基于AHP及GIS平台的黎川县地质灾害易发性评价

聂智强 许少清 崔 杰

(江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西 鹰潭 335001)

基于AHP及GIS平台的黎川县地质灾害易发性评价

聂智强 许少清 崔 杰

(江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西 鹰潭 335001)

黎川县地质灾害易发性评价以区内地质环境条件为基础，甄选出与地质灾害发育密切相关的地形地貌、岩土类型、地质灾害频率等9大因子，基于AHP及GIS平台，确定各因子权重，建立了黎川县地质灾害易发性分析评价模型，通过定性和定量相结合的系统化、层次化的叠加分析统计，指出评价结果较为科学合理、切合实际，表明该方法具有较高的实用性和有效性。

AHP，GIS，地质灾害，易发性评价

0 引言

江西省是全国12个地质灾害易发、多发的省份之一，黎川县位于该省8个地质灾害重点防治区内。

黎川县地处江西省中偏东部，抚州市东南部，武夷山脉中段西麓。由于复杂的地质环境条件，黎川县地质灾害具有突发、频发、群发、点多面广等特点。历年来，黎川县已发生地质灾害472处，其中灾情等级为特大型、大型的各1个，中型的2个；各类地质灾害均造成人员伤亡，直接经济损失815.60万元；现有地质灾害隐患点663处，共威胁人口4 316人，潜在经济损失9 955.98万元，地质灾害防治形势十分严峻。

本文以黎川县地质环境条件为基础，采用基于AHP与GIS平台相结合的方法，对黎川县地质灾害易发性进行分析评价，为黎川县防灾减灾提供科学依据。

1 研究区地质环境背景

1.1 地形地貌

黎川县区域上处于武夷断块隆升区与抚河谷地上升区的交接部位，武夷山呈“弓”形环绕县域东部、南部，黎滩河由东向西横贯全区，形成了东南高，西北低，三面环山，西北开口的“撮斗”形。区内地形起伏、河谷深切，最低标高95 m，最高标高为1 514 m，最大高差1 419 m。根据研究区的地形形态特征及成因，划分为侵蚀构造中低山、剥蚀构造高丘陵、构造剥蚀低丘陵、侵蚀堆积河谷平原等四个地貌单元。

1.2 气象水文

黎川县属中亚热带湿润季风气候区，气候湿润温和、雨量充沛、光照充足、四季分明。多年平均气温18.1 ℃，极端最高气温42.2 ℃，极端最低气温-12.3 ℃。多年年均降雨量1 829.9 mm，最大年份降雨量2 462.6 mm，最小年份降雨量1 242.5 mm；最大日降雨量320.0 mm，最大时降雨量70.4 mm，最大10 min降雨量26.4 mm；年均暴雨日数5.0 d，最长连续降雨天数21 d，过程雨量678.2 mm。降雨量在空间分布上受地形作用明显，呈现东多西少，山区多平原少的特点。

研究区隶属抚河流域，地表水系发育，河道密布，共有大小河流84条，总长946.6 km。主要河流有黎滩河、龙安河、资福河。

1.3 地层岩性及其特征

区内出露的地层自老至新有震旦系、侏罗系、白垩系及第四系，出露面积共656.13 km2，占全区面积的38.39%。区内岩浆岩分布广泛，主要有加里东、印支、燕山、喜山四期的岩浆活动，其中以加里东和燕山期最为强烈，形成以中～酸性、酸性花岗岩岩类为主的岩石。岩浆岩出露面积1 053.01 km2，占全区面积的61.61%。

根据岩土的岩性组合、物理力学性质、抗风化能力等，将区内岩土类型划分为碎屑岩类、变质岩类、岩浆岩类和松散土类，其中岩浆岩类和变质岩类区全～强风化层厚3 m～20 m，残坡积层厚1 m～5 m，崩滑流地质灾害尤为发育。

1.4 地质构造

研究区大地构造单元为华南褶皱系(Ⅰ2)赣中南褶隆(Ⅱ3)武夷隆起(Ⅲ8)的中段，武夷山隆断束(Ⅳ21)的东侧。在漫长的地质年代里，经历了多期的构造运动，褶皱构造和断裂构造发育，地质构造复杂。按构造形迹方向，区内主要为北东向构造、北北东向构造、北西向构造及东西向构造，其中以北东向构造、北北东向构造最为发育。

1.5 水文地质

根据含水层的岩性组合、地下水的赋存条件及水力特征，将县内地下水类型划分为：松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和基岩裂隙水。

松散岩类孔隙水可分为冲积层孔隙水和残坡积层孔隙水，其中残坡积孔隙水与滑坡发育关系密切，多为上层滞水，受降雨补给；碎屑岩类裂隙孔隙水赋存于裂隙孔隙中，水量贫乏；基岩裂隙水分为风化带网状裂隙水和构造裂隙水，风化带网状裂隙水赋存于风化带网状裂隙中，水量较贫乏，构造裂隙水赋存于构造裂隙中，水量中等。

1.6 人类工程活动

由于黎川县是个山地县，全县77%的人口居住于中低山、丘陵地带，房屋建筑多有挖山、切坡现象，因缺乏专业技术人员指导和受地形条件的限制，在强降雨等因素的诱发下易导致崩滑灾害的发生。公路在穿越中低山、高丘陵时，由于地形坡度较大，傍山筑路较多，在修建公路过程中，常有大量的人工切坡现象，存在多区段不稳定边坡，常有崩滑现象发生。

1.7 地质灾害发育现状

根据黎川县1/5万地质灾害调查，县内发育的地质灾害类型以滑坡、崩塌为主，泥石流次之。共有地质灾害点472处，其中滑坡393处，崩塌69处，泥石流10处；另有不稳定斜坡397处，其潜在灾种为滑坡和崩塌。

根据统计，区内滑坡、崩塌以土质为主，以丘陵区分布最多，多发育于岩浆岩区和变质岩区，诱发因素主要为降雨、切坡。

2 评价思路与方法

2.1 评价思路

本次工作采用基于AHP(层次分析法)和GIS(地理信息系统)空间分析统计方法相结合的工作方法对黎川县地质灾害易发性进行评价。

1)拟定评价单元与评价因子，运用AHP确定各因子及要素的权值。2)量化各评价因子指标，并进行归一化处理，统一量纲。3)运用GIS对归一化处理的数据进行空间分析、叠加和统计。4)分析确定易发程度分区的分界阈值，对评价结果进行分级。5)结合各种因素，对GIS分析图进行修改完善，将黎川县地质灾害易发性分区评价结果编制成图。

2.2 评价方法

AHP(层次分析法)是一种以层次权重决策的系统分析方法，由美国运筹学家萨蒂于20世纪70年代提出。AHP基本原理是将与决策相关的系统元素进行层次分解，划分成目标、准则、方案等，并进行定性分析与定量分析，形成多准则的系统分析决策。主要分析步骤与方法如下。

2.2.1 AHP层次结构建模

综合分析与决策相关的系统元素，确定各指标的隶属层次关系，进行系统目标、范围、准则的层次分解，并上下分层排列，建立易发性评价系统层次结构模型。

2.2.2 构建评价指标判断矩阵

信息是系统分析最基础的数据，层次分析法的信息主要为不同层次的系统元素及相互间的重要性比较与判断。以数值的形式，进行两两比较对评价指标进行分析标度，形成判断矩阵。判断矩阵见表1，判断矩阵标度见表2。

表1 判断矩阵

表2 判断矩阵元1-9标度法

由表1可看出，C层次中的元素与上一层次A的关系，可用判断矩阵表示，即在地质灾害易发性因素上，bij为Ci和Cj两因子相对重要程度的数值表示，bij的取值采取判断矩阵1-9标度法来确定。

2.2.3 判断矩阵特征值及特征向量计算

运用线性代数方法，可精确求出判断矩阵最大特征根及其特征向量，经归一化处理，得出本层次各因子对于上一层某因子的重要性的排序权值。采用和积法计算求解。

1)将矩阵各列归一化处理，即:

2)对各列归一化的矩阵按行相加，即:

依次求出特征向量，即A=(a1，a2，Λ，am)T。

4)计算矩阵的最大特征根，即：

2.2.4 一致性检验

判断矩阵的一致性指不同准则方案层判断的逻辑一致性，即各因子比较重要性之间的协调性。

1)一致性指标，即:

其中，n为两两比较因子的个数。当CI=0时，表明判断矩阵的一致性程度高；当CI值越大，表明判断矩阵偏离一致性程度越大。

2)随机一致性指标。用RI表示，指标值可查表确定，见表3。

表3 随机一致性指标(RI)

3)一致性比例，即：

当CR<0.10时，判断矩阵的一致性程度可以接受，否则需对判断矩阵进行修正，直至具有满意的一致性。

3 黎川县地质灾害易发性评价

3.1 层次分析法建模

3.1.1 建立易发性层次结构

本次评价以地质灾害易发性作为目标层，以地质背景、自然地理和人类活动等作为要素层即二级评判因子，根据黎川县地质环境条件、地质灾害发育频率及其控灾因子定性与定量分析比较，选取了对地质灾害易发性有较为明显影响作用的9个因子(岩土类型、地质构造、坡度及坡度变率、坡向及坡形变率、海拔高程、沟壑密度及水系、降雨量、人类工程活动和地质灾害频率等)构成基础指标层即三级评判因子，并对地质灾害易发性评价指标体系综合分析比较，确定黎川县地质灾害易发性评价体系的层次结构，见图1。

3.1.2 构造判断矩阵

1)根据黎川县地质灾害易发性评价体系层次结构，按层次对各因子进行两两比较，得出其相对重要程度，并标度定量化，构成矩阵形式，即判断矩阵；判断矩阵中，各因子的数值及其相对重要性根据区域经验经评估打分和反复验算确定。

2)根据上述基本原理，采用选取的9个评价指标建立判断矩阵，并标度各个指标间的相对重要程度。二级要素为：地质背景、自然地理和人类活动，三级评价因子为：岩土类型、地质构造、坡度及坡度变率、坡向及坡形变率、海拔高程、沟壑密度及水系、降雨量、人类工程活动和地质灾害频率。根据区域经验，对评价指标各因子评估打分和反复验算，并进行敏感性分析，最终构建判断矩阵，其标度层次见图2。

3)求特征根。运用和积法计算出矩阵特征向量，经归一化处理后，得出各因子权值，即：

W=[0.217 6，0.043 5，0.085 5，0.039 9，

0.138 6，0.040 8，0.106 3，0.109 3，0.218 5]T。

再求出最大特征根，即:

λmax=9.598 6。

4)一致性检验。

RI=1.45。

可见，判断矩阵具有较好的一致性。

3.2 易发性评价建模

以判断矩阵的构建及评价指标各因子的分析为基础，基于层次分析法确定的各因子在评价体系中的权值，利用GIS的多因子与多图层叠加处理等空间分析功能，按最小评价单元，建立黎川县地质灾害易发性评价模型，即:

Z=∑Si×Wij=0.217 6×W1j+0.043 5×W2j+

0.085 5×W3j+0.039 9×W4j+0.138 6×W5j+0.040 8×

W6j+0.106 3×W7j+0.109 3×W8j+0.218 5×W9j。

其中，Z为地质灾害易发性指数；Si为第i个指标的敏感性权值；Wij为第i个指标属性j的赋值(i为1～9的整数；j为1～4的整数)。

3.3 易发性评价

对黎川县按500 m×500 m进行离散，形成7 148个空间离散网格，每一网格即为评价模型的运算单元，依据参与评价的各因子在评价单元上的分布，基于AHP模型计算的各因子的权值，进行GIS的图形叠加分析计算，即得出各评价单元的地质灾害易发性评价指数。

对全县地质灾害易发性指数反复运算，并进行分级处理。参照相关规范要求，将黎川县地质灾害易发性评价结果划分为四级，即高易发区(Z≥0.40)、中易发区(Z=0.40～0.35)、低易发区(Z=0.35～0.25)和不易发区(Z<0.25)，形成易发程度分析图；考虑区内相似、区间相异等原则，对易发程度分析图进行修改完善，最终形成评价结果，即黎川县地质灾害易发程度综合分区，详见图3和表4。

通过对黎川县地质灾害易发程度综合分区评价结果与黎川县地质灾害频率及发育区进行分析对比，发现其拟合率为90%以上。因此，采用基于AHP及GIS平台的黎川县地质灾害易发性评价结果总体较为科学合理、真实可靠。

表4 黎川县地质灾害易发程度综合分区表

4 结论及建议

1)基于AHP和GIS平台，以地质灾害易发性作为目标层，以地质背景、自然地理和人类活动等作为要素层即二级评判因子，甄选出与地质灾害发育密切相关的地形地貌、岩土类型、地质灾害频率等9大因子构成基础指标层即三级评判因子，建立了黎川县地质灾害易发性分析评价模型，并确定了各基础指标层的因子对目标层的权重。

2)根据黎川县地质灾害易发性评价模型，对评价单元叠加分析计算及调试，将黎川县地质灾害易发程度分为四个等级：高易发区不小于0.40，中易发区0.40～0.35,低易发区0.35～0.25,不易发区小于0.25；经修改完善，可将黎川县分为4个大区，15个块段，即：高易发区2个，中易发区4个，低易发区1个，不易发区8个。

3)采用基于AHP和GIS平台建立的黎川县地质灾害易发性评价模型和评价结果与现场调查的地质灾害发育区拟合率达90%以上，表明该方法总体较为科学合理、真实可靠，可为区域地质灾害易发性评价方法提供参考。

4)黎川县地质灾害易发性评价为地质灾害易损性评价、危险性区划和防治规划奠定了良好的基础，为地方防灾减灾提供了可靠的科学依据。

[1] 许树柏.层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社，1988：1-6.

[2] 江西省天久地矿建设工程院.江西省黎川县1/5万地质灾害调查报告[R].2013.

[3] 姚玉增.层次分析法在山地地质灾害危险性评价中的应用[J].水文地质工程地质，2010，37(2)：130-134.

The proneness evaluation of Lichuan county geological disaster based on AHP and GIS platform

Nie Zhiqiang Xu Shaoqing Cui Jie

(JiangxiGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopmentBureau912Brigade,Yingtan335001,China)

Based on the geological environment condition in the area of Lichuan county geological disaster proneness evaluation, this paper selected the topography, rock and soil type, geological hazards frequency and so on nine big factors closely related to the development of geological disasters, based on AHP and GIS platform, determined the weights of each factor, established the Lichuan county geological disaster proneness evaluation model, through the systematic, hierarchical overlay analysis combination of qualitative and quantitative, pointed out that the evaluation result more scientific and reasonable, practical, showed that the method had high practicability and validity.

AHP, GIS, geological disaster, proneness evaluation

2015-08-28

聂智强(1973- )，男，工程师

1009-6825(2015)31-0073-04

P694

A