基于GIS和AHP的安康市滑坡地质灾害危险性评估

张 伟，王建斌

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

滑坡灾害的发生具有量大面广的特点。在区域斜坡稳定性评价方法中出现了很多与GIS有关的尝试，取得了一定的成果。人们开始把滑坡资料与地质、地貌、岩性、构造、植被、降水等环境资料一起储存在 GIS空间数据库中，并应用GIS的空间分析功能对这些数据进行分析研究。GIS的空间分析功能可使人们把滑坡事件与周围的地质、地貌环境等资料综合起来进行分析。单新建[1](1999)将遥感技术与 GIS技术相结合详细分析了香港大屿山滑坡与坡度、岩性、地貌等环境因子之间的联系，对未来区域性滑坡稳定性进行了预测，取得了很好的效果。唐川等[2](2001)采用综合指标法编制了云南省地震诱发滑坡危险区域预测图。王余庆[3]等(2001)也使用综合指标法对岩土边坡地震崩滑进行预测研究，综合指标法的思路是对地震滑坡的影响因素按照影响力的大小分级赋值，综合地考虑各个影响因素对地震滑坡的影响，可概括如公式:H=f(x)，x为地震滑坡的影响因素。王志旺[4]等(2006)采用逻辑回归方法对长江三峡库区秭归 －巴东一带滑坡灾害进行了危险度分区定量评价。Jibson[5]等以1994年美国加利福尼亚的 Northridge地震(M=6.7)为例，对地震附近一个约30×26 km的区域，以 New mark法为基础，通过计算区域内各单元在地震作用下的New mark位移量，从而给出区域内各个滑坡的失稳概率，制作了数字化地震滑坡灾害图，该图所显示滑坡危险区域与事后滑坡情况吻合得非常好。

1 研究区概况

安康市地处陕西省最南部汉江河流盆地，东与旬阳县为邻，北与宁陕、镇安县相接，南连岚皋、平利，西接汉阴、紫阳。安康市总面积约为23 391 km2，东西宽约200 km，南北长约240 km。

研究区北依秦岭、南枕巴山，汉江、月河穿过区境，总的地势特点是南北高，中间低，境内最高点为小牛蹄岭，高程651.5 m，最低点为汉江下游关庙变电所附近，高程232.1 m。地貌类型为山地、侵蚀堆积台地、和河流阶地三种形态类型，山地见于周边，为低山，基岩多为千枚岩组成。台地由洪积作用形成，地形高，呈台状，可分为一、二、三级。汉江及其支流月河、黄洋河、傅家河、冉家河等发育有河漫滩及一、二、三级阶地，巴山弧形的分支断裂贯穿研究区境内，新构造运动十分活跃。区内地层主要由下震旦统、寒武—奥陶系、志留系、泥盆系以及新生界新近系、第四系组成。岩土类型主要有砂砾石、砂、粉土、粘性土(包括粘土、粉质粘土)、中—强膨胀土、弱膨胀土、人工填土(杂填土、素填土)。

2 研究方法

2.1 AHP方法评价模型

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称 AHP)，该方法是美国运筹学家匹茨堡大学教授 Saaty[6－8]于 20世纪 70年代初，提出的一种层次权重决策分析方法。它将复杂的研究目标分为若干个层次，每个层次由实际情况和可实现性选取评价因子，由因子间的重要性进行对比，构建相应的判断矩阵，得到相应各评价因子优先权重，最后由加权和的方法决定最终目标的最终权重。

2.2 滑坡危险性分析

2.2.1 因子的选取

滑坡等地质灾害是在一定的孕灾环境、致灾因子与承灾环境相互作用下的产物。不利的岩性组合、地质结构等地质体内部固有的因素对地质灾害的孕育发生起到主导作用，但暴雨、地震和人类工程活动等外部因素对滑坡、泥石流等地质灾害会起到诱发作用。

影响滑坡灾害的因子很多，而各种影响因子对灾害的贡献率不同，但在众多的因子之中，总会找出一种最佳组合，对滑坡的易发性进行定量化分析。在区域滑坡危险性评价时，一般基于地域差异性、分清主次及分清尺度等三个原则确定和选取评价指标，使评价指标能更好地适应区域滑坡危险性评价的需要。根据滑坡灾害危险性评价指标选取的原则，结合研究区的实际情况和数据获取来源情况，确定了研究区滑坡发生的主要影响因子:历史灾害因子、地形因子、地貌类型因子、区域地质环境因子，并对各个因子进行分析，最终拟用历史灾害点密度、坡度、坡向、高程、地貌、地质岩性、断裂构造、河流覆盖等建立滑坡灾害危险性评价指标体系。

2.2.2 评价因子的获取与分级

研究区的数字高程灰度图 DEM空间分辨率为30 m，数据获取时间为2009年，数据类型为 IMG，投影坐标为 UTM/WGS84，由arcgis中 arctoolbox 3D analyst模块提取高程等值线，创建tin，再转化成相应的地形因子格栅图。其它图层根据实际野外踏勘和前人收集资料基于Analyst tools以100 m2为圆心500 m为半径绘制滑坡灾害密度图，由1:25 000区域地质图提取其他因子格栅图，各评价因子等级划分指标内容详见表1。

表1 评价因子等级划分表

图1 各评价因子Arcgis栅格简图

2.2.3 评价因子判断矩阵及权重计算

滑坡受上节所述多个影响因子的控制，各影响因子对滑坡灾害的影响程度不同，为了更准确地评价研究区滑坡灾害危险性，就有必要知道各影响因子的权重系数。专家在综合评价多个因子的权重时会比较困难，但两个因子之间重要性的比较会容易得多。层次分析法(AHP)就是按约定对两两因子之间进行比较并赋值，形成多因子的判断矩阵矩阵[9]，计算出相应的规范化特征向量，即可获得因子的权重系数。秦吉等对层次分析法的基本原理和计算方法进行了介绍[10]。

以下根据所述方法计算出研究区滑坡危险性评价各因子的权重。

一级判断矩阵为

二级判断矩阵

对矩阵A进行一致性检验，计算一致性指标CI:

判断矩阵 A 最大特征值 λmax=4.1680.056，该矩阵 RI=0.82。CR=CI/RI=0.069 ＜ 0.10，所以判断矩阵具有满意的一致性。其所对应的最大特征向量进行归一化处理为(0.12，0.31，0.19，0.38)，即为各一级因子权重。依次计算依次计算 B1、B2、B3的特征根及特征向量。得出第二层次指标相对于第一层次的权重值。计算过程与计算第一层次权重相同，由于篇幅原因，故省去。计算结果如下表2所示。

表2 评价因子权重划分表

2.2.4 评估模型

采用灾害评价过程中最常用的分层加权叠加的方法，即为对一级因子与二级因子权重做乘法确定各滑坡因子最终权重系数，最后对相应区块儿内各因子图层进行叠加求和，确定评价模型为:

式中:F(u)为滑坡灾害发生的危险度系数，E(d)i为 i个因子，W(s)i为i个因子的权重，i为选取的评价因子，n为评价因子的个数。按式2.2计算得出各个区块儿相应的危险度系数。本文按照滑坡的规模、频率分类等级标准，将危险性按危险度系数划分为极度危险、高度危险、中度危险和轻度危险，见表3。

表3 研究区滑坡危险性等级划分标准

2.2.5 评估结果

在Arcgis空间分析模块的支持下应用arcgis格栅计算模块执行评价模型，将上述八个基本格栅图层进行空间加权叠加分析，绘制出研究区滑坡危险性区划图，再将其与历史发生的173处滑坡灾害点相叠加进行对比分析，如图2。

图2 研究区滑坡灾害危险性分区图

由这一结果图层分析看出，滑坡灾害易发程度较高的区域主要分布在东部、东南部、南部地区，这部分区域地貌主要是以低山、丘陵为主，部分为不同地貌的分界处，地形起伏较大，其坡度大部分为陡坡和急坡，而且大部分土地都是未开发利用的土地。

研究区滑坡灾害的孕育、发生和发展主要受地层岩性、相对高差、植被覆盖系数，土地利用类型、沟谷密度及降雨等因素的控制。在空间分析技术的支持下，通过对滑坡主控因子和诱发因子的综合描述和定量分析，最后绘制出安康市滑坡灾害危险性评价图。该分区与历史滑坡灾害点情况作对比，发现两者的匹配程度较好，说明所选的评价因子基本上符合研究取得基本情况，由滑坡灾害危险性评价图，可以很直观形象的看出研究区的滑坡灾害危险性情况，为以后工程建设及的城市规划提供总要的参考依据。

3 结语

地质灾害危险性评估目前还处在探索阶段，在这方面的工作是一个较新的领域，我国在灾害风险评估领域的研究时间不长，滑坡地质灾害风险性评估还未形成系统完善的理论和方法体系[11]。尤其是基于 GIS技术开展滑坡地质灾害评估工作起步较晚，并且还没有成熟实用的滑坡地质灾害预测评估的 GIS系统。GIS技术在滑坡地质灾害评估中的应用己经从多源数据采集、空间数据管理、数字化输入和绘图输出，到DEM的使用、GIS结合滑坡灾害评估模型的扩展分析、GIS虚拟现实技术的使用，都得到不断的发展和广泛的应用。GIS技术的应用，使滑坡区域危险性评价更准确、直观反映出滑坡的活动现状和发展趋势，间接呈现出滑坡灾害对人类生命安全和财产安全可能造成的损失程度，为指导抗灾救灾与减灾决策提供重要的科学依据。

[1]单新建.基于环境因子 AI－GIS方法的天然滑坡危险性预测[J].地质科技情报.2004，23(3):109 －112.

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[3]王余庆.预测岩土边坡地震崩滑的综合指标法研究[J].岩土工程学报.2001，23(3):311 －314.

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