层次分析法在闽江口地区地质灾害危险性分区评价中的应用

李 景

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

闽江口地区范围主要包括福州市区及其所辖的沿海县市，面积为6 131 km2。该地区背山面海，地貌类型复杂多样。地质灾害的发育在空间分布上受地形(地貌)的控制[1]，不同区域的地质灾害的危险性不同，为了更好地给地质灾害防治及群测群防工作提供合理建议，有必要对地质灾害危险性进行分区评价。在地质灾害危险性分区评价中，国内外相关研究常采用层次分析法、模糊综合评判法、多元回归分析法、神经网络法、事件树分析法及熵值赋权法等[2-4]。以往影响地质灾害危险性的各要素权重是依据专家经验，其结果受到人为因素的干扰，如果运用层次分析法，可以有效地减少人为因素干扰，科学合理地确定权重，更适用于决策结果难于直接准确计量的情况，更能解决可靠度与效率、定性与定量之间的矛盾[5]。因此笔者通过比选，确定采用层次分析法来进行危险性评价。

1 层次分析法原理

层次分析法(AHP)根据对问题的了解和初步分析，把复杂问题按特定的目标、准则和约束条件等分解成被称为因素的各个组成部分，把这些因素作不同分层排列[6]。可以将复杂问题的决策思维过程进行定量化，为决策的优化提供依据，它适用于多目标、多准则的复杂性宏观问题的决策与分析[7]。

各评价要素与指标两两比较的判断矩阵：

对判断矩阵进行一致性检验：

CR=CI/RI

(2)

CI=(λmax-n)/n-1

(3)

式中：CI为所求判断矩阵的一般一致性指标；CR为一致性比率；当CR<0.1时，判断矩阵具有满意的一致性；RI为随机一致性指标。

地质灾害危险性综合指数(R)的数学模型：

R=∑Fij·Wij

(4)

式中：Fij为第i个要素的第j个指标的分值。Wij分别为第i个要素的第j个指标的权值，根据实际情况分配。

2 地质灾害分布特征

截至2015年，根据收集与调查的数据表明闽江口地区发育地质灾害达564处*福建省地质调查研究院，福州城市地质灾害隐患区调查与成灾机理研究成果报告，2014。，但各类地质灾害的分布不均，塌岸主要分布的闽侯县的江岸与连江县、罗源县的海岸；滑坡与崩塌分布较广，特别是在闽侯、福州市区北侧以及福清的丘陵山区；不稳定斜坡主要分布在闽侯、罗源、福州市区北侧的丘陵山区；泥石流发育较少，仅在闽侯、永泰及市区北测丘陵地区少量分布；地面沉降主要分布在福州市主城区。

3 地质灾害影响因素分析

3.1 地形(地貌)

地形(地貌)对地质灾害的影响主要体现在坡度与高程上。根据相关统计，该地区的滑坡、崩塌、不稳定斜坡以及塌岸主要发生于大于25°的陡坡区(占灾害总数的88.3%)。而区内坡度25°以下的缓坡区则极少发育地质灾害。

3.2 降雨量

地质灾害的发生与年降雨量、月平均降雨量以及过程降雨量有关。据近30年来月平均降雨量与灾害现状关系分析，该地区6月份月平均降雨量最大，达199.9 mm，发生地质灾害最多，达160处，地质灾害点的个数随着月平均降雨量的升高而增大。7月至8月是台风的高发期，月平均降雨量均大于100 mm，较大的过程降雨也诱发了大量的地质灾害，其中1月、11月、12月的月均降雨量均低于50 mm，因此，无地质灾害发生。

3.3 人类工程活动

人类工程活动主要体现在削坡建房与人口密度。据相关资料，人工边坡的高度大多为5～15 m；开挖边坡坡度多在45°～75°，有的甚至达80°以上，遇降雨极易产生滑坡或崩塌。

该地区位于中心的鼓楼区、台江区、仓山区人口密度大，而处于西北山区的闽侯县、永泰县则人口密度小，同样东部长乐市与北部的连江县的人口密度也相对较小。

4 闽江口地区地质灾害危险程度分区评价

4.1 层次结构模型构建

通过上述地质灾害影响因素分析，并结合闽江口地区特征，选定地质灾害现状、人类工程活动、降雨量以及地形(地貌)4个对该区危险性影响程度大的要素为中间要素层，中间要素层的每个要素都作为一个准则支配下一层的基础指标，对基础指标层中灾点密度、灾害规模、人口密度、坡度、坡高等指标加以归纳分类，以危险性综合指数为目标层，构建了闽江口地区地质灾害危险性层次结构模型(图1)。

4.2 构建判断矩阵

首先对中间要素层的各要素进行两两对比分析，然后对要素的相对重要性打分，构建目标层与中间层的判断矩阵(表1)。计算该判断矩阵的最大特征根及对应的特征向量，将特征向量归一化处理可得各中间要素的权重WFi，即地质灾害现状、人类工程活动、降雨量、地形(地貌)对地质灾害危险性综合指数的权重：

WFi=(WF1,WF2,WF3,WF4)

=(0.524 4,0.095 7,0.240 8,0.139 0)。

表1 R-F层判断矩阵(目标层与中间层)

注：F1为地质灾害现状，F2为人类工程活动，F3为降雨量，F4为地形(地貌)，Wi为各中间要素的权重，R为地质灾害危险性综合指数。

各中间要素权重的大小表明对地质灾害危险性影响的重要程度，由R-F层判断矩阵可见，地质灾害现状对区域地质灾害危险性影响最大。其次对基础指标层的各指标进行两两对比分析，同样用1～9的标度，对基础指标的相对重要性打分。

4.3 各指标权重确定与评价指标体系建立

综合可知，危险性综合指数指标体系的8个基础指标总权重向量：

Wij=(W11,W12,W21,W22,W31,W32,W41,W42)

=(0.393 3,0.131 1,0.023 9,0.071 8,0.080 3,0.160 5,0.115 9,0.0232)

对闽江口地区地质灾害的基础指标分别进行分级赋值(表2)，分级赋值的确定是根据相关规范，并结合专家意见及文献。

表2 闽江口地区地质灾害评价因子分级赋值

4.4 地质灾害危险性指数计算与危险程度分区结果

首先运用栅格数据处理方法，将工作区进行网格剖分，每个单元面积为0.25 km×0.25 km，共剖分为96 229个单元。运用加权叠加法计算出各单元危险性综合指数。将闽江口地区分为危险性较大区(Ⅰ)、危险性中等区(Ⅱ)及危险性较小区(Ⅲ)三级(图2)。

4.4.1 地质灾害危险性较大区

地质灾害危险性较大区以中低山丘陵地貌单元为主，主要分布在宦溪镇、寿山乡等高丘区，以及白沙镇、竹岐乡、黄岐镇、碧里乡等江海岸，该区面积约599 km2，约占工作区总面积的9.1%，该区地质灾害类型以滑坡、崩塌、塌岸为主。

白沙镇、竹岐乡的沿江渡口岸坡及黄岐镇的岸坡部分未采用有效的护岸工程措施，在水流侵蚀作用下易形成塌岸；宦溪镇、寿山乡等高丘区地质灾害点密度大，坡度较陡，通过危险性综合指数计算，该区为地质灾害危险性较大区。建议该区开展地质灾害核查项目，对地质灾害点进行分类处置，加强工程治理的力度，遏制不合理的削坡建房。

4.4.2 地质灾害危险性中等区

地质灾害危险性中等区以丘陵地貌单元为主，分布于葛岭镇、塘前乡、荆溪镇、鉴江镇、白塔乡等地区，面积约3 629 km2，约占工作区总面积的59.2%，分布最广。该区地质灾害类型主要为滑坡、崩塌与不稳定斜坡。

危险性中等区的微地貌类型主要为缓坡，山坡坡度一般为10°～25°，少数地区大于30°，地质灾害的危害性较大。通过危险性综合指数计算，该区为危险性中等区。建议该区落实群测群防工作，加强地灾知识宣传动员，相关部门加强汛前地灾巡查，应急演练。

4.4.3 地质灾害危险性较小区

地质灾害危险性较小区以冲积-海积平原地貌单元为主，主要分布于福州平原及长乐滨海平原，面积约1 943 km2，约占工作区总面积的31.7%，分布较广。该区地质灾害类型以滑坡、地面沉降为主。

平原地貌单元的高程多在10m以下，坡度一般0°～10°。通过危险性综合指数，该区为危险性较小区。建议对金牛山、乌山、于山、屏山等丘陵坡脚地带开展高陡边坡排查，将稳定性较差、危险性较大的高陡边坡纳入到地质灾害信息系统，作为潜在隐患点予以监测。

5 结语

通过闽江口地区实例证明，采用层次分析法在地质灾害危险性分区评价上的应用是可行的，并且对地质灾害调查、危险性评估及防灾减灾具有一定的参考价值与借鉴意义。

1 章正高.采用层次分析法对地质灾害进行危险性评价——以汉阴县地质灾害为例.西安科技大学学报,2014,34(1).

2 王小江,孙书勤,卢鹏飞.层次分析法在重庆某县地质灾害危险性评价中的应用.地球与环境,2014,42(3).

3 范远芳, 黄俊宝, 王国民，等.降雨型地质灾害风险动态评价方法探讨.中国地质灾害与防治学报.2015.26(3).

4 刘艳辉, 刘传正, 唐灿，等. 基于确定性系数模型的地质灾害多因子权重计算方法. 中国地质灾害与防治学报.2015,26(1).

5 廖海吉, 蓝俊康, 黄希明. 层次分析法在地质灾害气象预警预报中的应用?广西灵山县为例.桂林理工大学学报,2013,33(4).

6 周爱国,周建伟,梁合成，等.地质环境评价.武汉：中国地质大学出版社,2008.

7 杨笑男.基于GIS的青藏铁路拉日段地质灾害危险性预测评价.中国地质大学(北京)硕士学位论文,2014.