基于AHP和GIS的贵州省开阳县滑坡危险性评价

李子安，覃乙根

LI Zi-ana,QIN Yi-genb

贵州大学 a.自然资源部喀斯特环境与地质灾害重点实验室 b.资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025

Guizhou University,Guiyang 550025,China

0 引言

滑坡一直是我国最常见的地质灾害类型，在各类地质灾害中，滑坡造成的经济损失和人员伤亡居于首位。据不完全统计，我国每年因为滑坡遭受的经济损失多达30～50亿元，滑坡灾害具有分布范围广、发生频率高、破坏程度强及灾害损失重等特点[1]。在近几年来，贵州地区一直是我国遭受滑坡灾害最严重的地区之一，给贵州人民的生命财产造成了巨大的损失，并带来了很大的安全隐患。

滑坡危险性评价基于地理、地质及滑坡记录等多种数据，通过分析确定研究区域各个点位发生滑坡的危险性概率，并最终识别出滑坡易发区的范围[2]。滑坡危险性评价主要包括定性、定量以及定性和定量相结合这3种方法，其中常用的定性评价方法有层次分析法、模糊综合评价法、灰色模型法等。层次分析法主要是对定性问题进行定量分析的较为简便和实用的方法，目前在各类问题分析中都具有较高的使用率，近几年国内已有多名学者采用此方法进行评价研究[3-7]。

通过笔者所在的团队对开阳县地质灾害隐患进行的专业排查，确定目前开阳县共有地质灾害隐患点141处，其中滑坡97处，占地质灾害隐患点总数的69%。论文以开阳县滑坡灾害为研究对象，根据开阳县滑坡灾害发生的情况和程度，选择层次分析法，对开阳县的全部滑坡灾害点进行统计分析，综合考虑选取多项因子，建立滑坡灾害危险性评价体系，从而为当地的地质灾害防治工作提供决策参考。

1 研究区概况

开阳地处黔中腹地，隶属省会贵阳，总面积为2 026 km2，辖8镇8乡2社区，总人口45万人。南距贵阳45 km，北距遵义110 km，距贵阳龙洞堡机场43 km。通过对开阳县全境地质灾害隐患的专业排查得知，目前开阳县共有滑坡97处，其中大型11处，中型44处，小型42处，以中型和小型滑坡为主，其空间位置分布如图1所示。

图1 研究区滑坡分布图Fig.1 Landslide distribution in the study area

2 评价指标体系建立

2.1 评价单元的确定

区域性的滑坡灾害危险性评价首先需要选择合适的评价单元，在选取评价单元时，用研究区1∶1万地形图通过ArcGIS的三维分析功能获得研究区DEM，精度为10 m×10 m，最终选取此10 m×10 m DEM的栅格单元将评价区域的所有指标图层栅格化。

2.2 评价因子的选取与分析

在滑坡危险性评价工作中，不同的地区要结合当地的实际情况考虑不同的影响因素进行选取，论文根据开阳县滑坡发育情况，通过引起滑坡的多种影响因子的分析，选出12个主要评价指标，并综合滑坡地质灾害在各种因素下的分布统计情况以及现场实地踏勘对研究区的整体了解，对各个影响因子进行等级划分，从而建立滑坡灾害危险性评价指标体系，如表1所示。通过在ArcGIS软件中的多种分析功能生成的各个评价指标分级分布图如图2所示。

其中在对坡度的分析中，通过分析滑坡灾害点在不同坡度区域内的分布，并且结合实际情况，综合分析得出开阳县在坡度25°～45°之间滑坡占比最多，表明坡度25°～45°的地形最易诱发滑坡，其次为15°～25°及>45°，再次为8°～15°，最不易诱发的为坡度<8°的滑坡；工程岩组方面，一般来说，结构松软、易变形、抗剪强度和抗风化能力较低的岩土类型易发生滑坡灾害，软弱地层不但表现出工程特性差的特点，影响斜坡稳定性，最重要的是还在于它常常作为控制性滑面直接降低斜坡稳定性，当软弱地层较厚并平缓出露于坡底形成软弱基座时，将控制斜坡的变形破坏模式，最终结合开阳县实际情况，分为松散岩类、软质岩类、软硬相间岩类和硬质岩类四种；斜坡结构方面，结合统计情况和实际进行分级指标量化，分为顺向坡、斜向坡、逆向坡、横向坡四类；道路方面，在人类工程活动中，道路开挖是对滑坡灾害发育影响比较大的一种，利用ArcGIS的空间分析功能对开阳县主要道路进行缓冲区分析，按照距离d以200 m、400 m、600 m为间隔将研究区划分为4个级别；采矿方面，开阳县矿产资源丰富，许多地区采矿活动非常频繁，对滑坡灾害的发育具有重大的影响，尤以金中地区为甚，按照开阳县各地的采矿程度分为采矿活动强烈地区、采矿活动中等地区、采矿活动较弱地区和无采矿活动地区四类；高程方面，通过在ArcGIS中生成的开阳县高程分布图，分析灾害点在不同高程区域内的分布，并且考虑实际情况，综合考虑将高程按<800 m、800 m～1 100 m、1 100 m～1 400 m及>1400 m四档重分类；降雨方面，根据开阳县各地的降雨情况，将年降水量的大小分为<950 mm、950 mm～1 100 mm、1 100 mm～1 250 mm、>1 250 mm四个级别，并将开阳县划分为四种区域；坡向方面，通过对开阳县全部滑坡灾害点的统计分析，得出了已发生滑坡在九个坡向中的分布数据，从而得出了地质灾害在不同坡向中的发生可能性大小，除了平面方向外，其他八个坡向按照概率从大到小排序分为四组，从而对坡向实现等级划分；地质构造方面，研究区内断裂和节理密集，利用ArcGIS对研究区内断层进行缓冲区分析，按照距断层距离d以200 m、400 m、600 m为间隔将研究区划分为4个级别；水系方面，研究区内水系较发育，呈树枝状，利用ArcGIS对研究区的水系进行缓冲区分析，按照距离d以200 m、400 m、600 m为间隔将研究区划分为4个级别；地貌方面，按地貌成因可将开阳县划分为侵蚀地貌和溶蚀地貌两种类型，其中溶蚀地貌按地貌形态组合类型又可分为峰丛沟谷与缓丘沟谷、峰丛谷地与峰丛槽谷及峰丛洼地三种类型，按照以往经验和本次地质灾害调查实际结果进行综合分析，对这四种地貌类型按对地质灾害发生影响大小进行重分类；坡型方面，按照开阳县各地的坡型情况分为凹型坡、直线型、凸型坡三类，选取坡型分布作为评价因子，结合统计情况和实际进行分级指标量化。

表1 开阳县滑坡危险性评价指标体系

a-坡度分级图；b-工程岩组分布图；c-斜坡结构分布图；d-道路缓冲区分布图；e-采矿程度分布图；f-高程分布图；g-年降雨量分级图；h-坡向分级图；i-断层缓冲区分布图；j-河流缓冲区分布图；k-地貌分布图；l-坡型分布图图2 研究区滑坡危险性评价指标分级分布图Fig.2 Grading distribution map of landslide risk assessment indicators in the study area

2.3 评价方法与流程

2.3.1 层次分析法

层次分析法即AHP法，是基于专家知识通过估计每两个影响因子之间的关系来确定所有影响因子两两比较关系判别矩阵，从而决定各个影响因子比重的一种多因素分析、多指标分级的评价方法[4]。针对开阳县滑坡灾害发育特点与分布规律，结合现有的数据资料，在进行危险性评价时选定了层次分析法。运用层次分析法建模，大体上可按下面步骤进行：建立递阶层次结构模型；构造判断矩阵；计算权向量；一致性检验。

经过对开阳县滑坡发生的影响因子的综合分析后，确立了开阳县滑坡危险性评价指标体系，分为主要因素及诱发因素两类，从而建立危险性评价层次结构模型(见表2)。

表2 开阳县滑坡危险性评价层次结构模型

在建立了递阶层次类型的结构后，自上而下的各元素之间产生的隶属相对关系就得以确定。在递阶层次结构中，将同个层次各个元素与从属于上层次各个元素进行两两比较来得出其重要类型的程度，然后通过事先规定好的标度进行定性的量化，构建矩阵类型的形式，即判断矩阵[8]。

确定各层次的判断矩阵：构造第1层次的判断矩阵P1(A-B)(表3所示)，并按照同样方法构造第2层次判断矩阵P2(B1-C)、P3(B2-C)。

表3 P1(A-B)判断矩阵

随后计算权向量，首先计算判断矩阵P每一行元素的乘积Mi，之后计算Mi的n次方根Wi(几阶矩阵求几次方根),最后依公式(1)对向量W=(W1,W2,…，Wn)作归一化处理，则W=(W1,W2,…，Wn)即为所求特征向量W。

(1)

之后进行一致性检验，首先用公式(2)计算判断矩阵P的最大特征根λmax：

(2)

然后用公式(3)计算一致性指标CI，若CI= 0，则表示该判断矩阵具有完全的一致性，而如果CI值越大，该判断矩阵的一致性就越差，一般要求CI小于0.1。

(3)

之后用公式(4)计算一致性比例CR，一般要求CR的值小于0.1，若该值小于0.1则表示该判别矩阵具有满意的一致性并能通过一致性检验，否则需要对判别矩阵进行修正。

2.3.2 危险性模型构建

在完成层次分析法的上述步骤后，便可以计算各元素对目标层的合成权重，它是指每一个判断矩阵各因素针对目标层的相对权重的合成，这一权重的计算采用从上而下的方法,逐层合成[9]。论文针对研究区域计算出的合成权重及其总排序如表4所示。

表4 评价指标合成权重及次序

2.3.3 危险性评价结果

在评价单元划分和各评价单元内赋值的基础上，对各个评价因子进行栅格叠加，从而完成危险性评价。对危险性评价结果划分为不同等级的危险性区间，形成可应用的危险性评价成果。根据开阳县滑坡灾害危险性的各类评价因子的叠加结果，进行危险性区划，共分为四个危险性等级区域：高危险区、中危险区、低危险区和极低危险区，如图3所示。

图3 滑坡危险性分级图

从滑坡危险性分级图中可读出，高危险区主要分区在金中镇—双流镇磷矿矿区、南江乡毛家院—禾丰乡香火岩和乌江—清水江流域这三个区域，总面积526.53 km2，占全县总面积的25.9%，滑坡灾害比例为72.16%，滑坡灾害密度为13.29处/km2，开阳县其他大部分区域都是中、低和极低危险区，占全县总面积的74.1%。

3 结 语

论文通过分析开阳县的地质环境，总结滑坡灾害的分布规律，选取了一些影响滑坡灾害发生的因子，并通过层次分析法与GIS平台，进行了开阳县滑坡灾害危险性评价，从而得到了以下几点认识:

(1)在较大区域范围内的地质灾害评价工作中，结合研究区域河流、采矿等多方面的实际情况，通过层次分析法选取多项影响因子，建立评价体系，生成评价结果，可以更加全面的考虑到整个区域的各种情况。

(2)论文所得评价结果中，高危险区域占全县总面积的25.9%，但其中滑坡数量所占比为72.16%，从而说明研究区滑坡分布非常密集，危险程度较高，符合实际情况。

(3)在各项评价因子中，合成权重排在前三名的分别是降雨、工程岩组和斜坡结构，比较符合研究区诱发滑坡的实际情况。