基于层次分析法的新疆地区矿山水文地质灾害危险性评价

王洪迪

（新疆生产建设兵团水资源管理中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

对新疆地区矿山地质条件进行地质勘查与实地考察，在区域内，对最新发现的矿化蚀变带分布区，按照1.0：1.0 比例的地质草测技术、1.0：1.0×104 比例的土壤化探测量技术、1.0：1.0×105 比例的物探激电中梯扫面技术，对区域矿山水文地质条件进行测深，综合探测结果，可圈定区域内含矿断裂区域的物化探异常反应。为了进一步验证此种异常，以槽探工程作为工程实施的主要手段，通过此种方式，揭露并验证含矿断裂和物化探异常，以此为依据，选择有利地段进行少量深部钻探工程验证[1]。2018 年4 月23 日至25 日，新疆维吾尔自治区国土资源厅聘请地质专家对地区矿带进行了野外验收工作。综合验收结果可知，新疆地区勘查工程施工及野外地质工作质量总体符合设计及相关规范要求，与实际相符，但预计找矿效果较差，主要是由于地区矿带地形与地势较为复杂，存在地质灾害潜在发生概率。而此种问题不仅会影响到我国矿山工程的有序实施，甚至也会在一定程度上对矿山工作者的个人安全造成威胁，为了解决与此方面的相关问题，本文将以新疆地区为例，引进层次分析法，设计一种针对此区域的水文地质灾害危险性评价方法，以此种方式，进一步掌握矿区地质环境变化规律。

1 基于层次分析法的新疆地区矿山水文地质灾害危险性评价方法设计

1.1 提取新疆地区水文地质灾害危险性评价因子

综合矿山工作者通过多次调研反馈的数据与资料可知，新疆地区矿山是一个地质灾害频发的地区，为了进一步掌握灾害发生的可能性，需要在设计危险性评价方法前，提取灾害危险性评价因子。在此过程中，可采用构建评价网络的方式，构建一个可用于描述新疆地区矿山水文地质的概况图，并按照网络的层次化结构，对网络图结构进行填充，以此用于描述新疆地区的矿山水文地质原貌[2]。如下图1 所示。

图1 新疆地区灾害危险性评价因素网络结构图

按照上述图1 中提出的内容，获取新疆地区地质基本条件、植被赋存条件、灾害发育程度、人类活动等信息，将与此相关的信息作为危险性评价因子。

1.2 基于层次分析法构造危险性判断矩阵

在完成对评价因子的提取后，引进AHP 评价法，对不同评价因子的权重，及其对地质灾害发生可能性的影响进行分析。在评价因子重要性时，可根据不同因子的发生次数进行专家判断，例如，新疆地区矿山内，人类活动次数较低，区域内的矿产资源正处于一种待开发状态，因此，地质结构复杂[3]。以此可得出矿山地势因子的危险度>人类工程活动因子的危险度。同时，考虑到区域内当下仍没有工程对其进行生态规划，因此大部分区域的地貌结构复杂，赋存的植被也属于原生类植被，以此可得出地形坡度因子的危险度>原生植物因子的危险度。按照依次递减的层级结构，对危险性评价因子的等级进行排序：a（新疆地区矿山地势陡峭坡度）>b（地质结构）>c（原生植物覆盖率）>d（地质灾害发育密度）>e（人类工程活动）。以此为依据，构建一个初步的危险性判断矩阵，如下公式所示。

公式（1）中：A 表示为判断矩阵表达式。在完成对危险性判断矩阵的构建后，计算对应矩阵A 中，每行的几何平均值，以此作为描述因子指标权重值的依据。计算过程如下。

公式（2）中：wi表示为评价因子i 的几何权重值；n 表示为A 对应的行数；a表示为元素数量；i表示为评价因子；j表示为A 对应的列数。其中i 的取值为[1，n]中任意一个整数值，为了确保计算结果与新疆地区矿山水文地质环境具备一定适配性，可按照i 在A 中对应的层次，对其进行归一处理。处理过程可用如下计算公式表示。

公式（4）中：CI表示为对A 中位于同一行、同一列的元素一致化检验结果；CR表示为平均一致性随机指标；RI表示为随机一致率；λmax表示为危险性最大特征。按照上述计算公式，将新疆地区地质调查数据结果与计算公式进行匹配，输出真实的计算结果。在计算结果中，当CR小于或等于0.1 时，此时可认为构造的判断矩阵A 中各个元素具有一致性特征，即使用A评价危险性是合理的。当CR大于0.1 时，此时可认为构造的判断矩阵A 中各个元素不具备一致性特征，即无法将A 作为评价危险性依据，有必要重新选定评价因子。

1.3 基于危险性等级的评价结果量化

在完成上述相关研究后，引进指数综合评价模型，量化处理评价因子，对照不同评价因子在判断矩阵中的权重，对其危险性等级进行划分。其中指数综合评价模型的表达式如下。

公式（5）中：I k表示为对新疆地区矿山内k 单元灾害危险性评价的结果；iW表示为第i 个评价因子的权重值；P表示为区域环境危险性系数。按照上述公式计算结果，对评价因子危险性等级进行赋值，如下表1 所示。

表1 新疆地区矿山水文地质灾害危险性等级

按照上述表1 中内容，对应危险性系数计算结果，便可完成对新疆地区矿山水文地质灾害危险性的评价。

2 实验论证分析

综合本文上述论述，结合层测分析法对新疆地区矿山水文地质的灾害危险性，提出了一种全新的评价方法，为进一步验证该方法在实际应用中的效果，将其与传统基于多目标模型的评价方法应用到相同的实验环境当中，验证两种方法的实际应用效果。将新疆地区某矿山作为实验对象，分别利用两种评价方法对其水文地质的危险性进行分析，被评价区域的整体面积约为82.32km2。在被评价区域内随机划分五个不同分区，并将其分别标号为1～5，利用两种评价方法的应用思路，完成评价，并将评价结果代入公式（4）中，利用该公式完成对两种评价方法得出结果的一致性进行检验，并将其绘制成如图2 所示的实验结果对比图。

图2 两种评价方法实验结果对比图

从图2 中得出的两种评价方法实验结果可以看出，本文评价方法得出的结果CR值均小于0.1，而传统评价方法得出的结果均超过0.1。通过本文上述可知，CR值越小，则说明其一致性越高，得出的评价结果与实际水文地质灾害的危险性情况越接近，反之同理。因此，通过对比实验证明，本文提出的评价方法在应用到实际矿山当中，针对其水文地质的危险性评价结果更准确，充分体现了该方法的准确性和合理性。

3 结语

相关水文地质灾害的研究，一直是我国矿山工作者的关注重点，为了进一步落实与此方面相关的研究，本文结合对新疆地区地势、地形、地貌的考察，对水文地质灾害危险性评价方法展开设计，并在完成与此相关的研究后，通过实验验证的方式，证明了此方法在评价危险性方面，具有真实的应用效果，并且，可在真正意义上为我国矿山工程的有序实施提供帮助。