层次分析法在地质灾害危险性评价中的应用

郑长远 ， 彭 亮， 张启兴 ， 李春阳 ，师延霞

(青海省水文地质及地热地质重点实验室 青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810008)

层次分析法在地质灾害危险性评价中的应用

郑长远 ， 彭 亮， 张启兴 ， 李春阳 ，师延霞

(青海省水文地质及地热地质重点实验室 青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810008)

建立了青海省湟源县地质灾害详细调查基础数据，在此基础上，构建了该区地质灾害危险性指标体系，利用层次分析法(AHP)，得出本区域地质灾害危险性综合指数及区划，定量化分析湟源县地质灾害的变化程度，指出影响本区域地质灾害的主要因素为人类工程活动对地质环境的改变，进而给出了湟源县地质灾害发展的未来趋势。

青海省湟源县；地质灾害；易发性评价；层次分析

地质灾害危险性分区评价是在完成地质灾害详细调查工作基础上，分析出本区域地质灾害的种类、分布及发育规律，通过定性-定量化评价手段，对发生地质灾害地质背景相接近，灾害种类相一致，危害程度相当，防治方案相近的地理区域划分在一起进行评价。这种危险性分区评价有利于对地质灾害发生原因进一步进行综合研究，为下步制定地质灾害防治规划，地质灾害适时治理提供依据。

以往此类评价工作仅是对一定范围内自然条件、地质环境条件、人类工程经济活动状况、历史上致灾地质作用的发生情况(致灾地质作用规模、密度、频次)进行人为分析，很显然，这种分析，是基于类比法而作出的一种宏观评价。因此本文应用了层次分析法去讨论，将原本定性评价用数字模型及多层次图形叠加等手段实现评价结果的定量化。

1 地质灾害概况

湟源县地处青海省东部，日月山东麓，黄河一级支流湟水流域中上游。地理位置介与东经100°50′-101°25′，北纬36°19′-36°53′之间，总面积1509km2。区内山高谷深，地形起伏大，断裂发育，岩体破碎，新构造活动强烈，降雨丰富，历来地质灾害发育。

湟源县隶属西宁市管辖，2008年重新划分后辖2镇、7乡，计147个行政村。2010年底全县总人口共计13.41万人。截止2011年7月18日《青海省西宁市地质灾害详细调查(湟源县)》共调查地质灾害点171处(隐患点99处)，其中泥石流、不稳定斜坡是县境内最主要的地质灾害(表1)。调查表明(1985年12月-2010年12月)，因地质灾害死亡54人死亡，造成直接经济损失7278.02万元。受威胁人数和经济损失分别为13816人和21943.02万元。

表1 湟源县地质灾害类型汇总统计表

3 评价思路、方法与单元网格剖分

3. 1 评价思路

通过遥感解译、野外实际调查、工程地质测绘、山地工程等手段完成地质灾害详细调查工作，对地质灾害环境背景条件进行搜集与分析，对野外工作资料进行系统整理，初步对本区地质灾害危险性分区形成大致轮廓，即初步的定性分区结果；通过对影响地质灾害发育的因子分析，确定评价单元和评价因子，采用层次分析法确定各因子要素的权值，对各评价因子指标进行量化，使用归一化数值变换方法统一量纲，在此基础上利用GIS的空间分析统计方法，确定易发性区划的分界点，并将评价结果分成不同等级，完成本次定性-半定量化分区评价

3.2 评价方法

层次分析法(简称AHP)：是美国运筹学家T.L.Saaty于20世纪70年代中期提出的把复杂系统分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性和定量相结合的多准则决策的系统分析方法。其核心是对多目标或无结构特征的复杂问题的决策分析，它按照各因子相互之间的内在支配关系，建立层次结构模型，通过因子的两两比较，构造判断矩阵，进行层析排序，通过计算权向量并检验计算结果一致性，最终确定各因子的相对重要性。

4 地质灾害危险区划分及分区评价

4.1 危险程度评价指标体系建立及指标的选取

4.1.1 评价指标体系建立

地质灾害危险区是指明显可能发生地质灾害且将可能造成较多人员伤亡和严重经济损失的地区。因此，其区域划分应基于地质灾害演化趋势，采用造成损失的地质灾害点，结合地质灾害形成条件与触发因素、演变趋势与人类工程活动，从而圈定不同区域地质灾害的危险程度。依据此原则，在地质灾害形成条件分析的基础上，采用目标分析方法建立了湟源县地质灾害危险程度评价的三层结构指标体系(图1)。

4.1.2 评价因素的选取

以1∶5万比例尺地形图和地灾害详细调查数据为基础，分别提取基本评价指标：坡度、坡高以及坡型和已有滑坡崩塌泥石流群体等统计指标。根据本区地质灾害调查资料，经分析按差异原则对连续型变量进行若干状态的合理划分。最后确定了评价因素和变量(表2)。本次计算采用的权重是根据"专家打分"确定重要度比较矩阵(参与本次分的专家是长期工作在青海省内从事地质灾害调查、治理工作的专家)，最后利用方根法求得权重。

图1 湟源县地质灾害危险程度评价指标体系框图

即：A0=(0.56，0.26，0.12，0.06)； Al=(0.45，0.26，0.15，0.14)；

A2=(0.48，0.18，0.19，0.07，0. 08)； A3=(0.2，0.8)；A4=(0.4，0.6)。

CRA0<0.1，CRAl<0.1，CRA2<0.1，CRA3<0.1，CRA4<0.1

即各判断矩阵满足一致性，所获得的权重值合理。植被指数来源于全区Spot5遥感数据，根据NDVI计算公式，采用ERDAS遥感影像处理，对全区的植被指数进行提取，作为植被情况的量化值。人类工程活动的量化与易发区选取相同。

4.2 评价因素的信息化处理

4.2.1 单元网格剖分

本次评价运用栅格数据处理方法对调查区进行剖分，本次按每个单元面积为25m×25m进行剖分。全区离散为2665行、3797列，共10119005个单元。

4.2.2 运算方法及过程

将上述各个评价指标的量化值生成数字矩阵，利用GIS系统的空间叠加与统计功能，计算每一个单元格的所有评价指标值，然后得到数字矩阵的计算结果。再利用ArcGIs平台提供的分析计算功能，将各评价单元数据按照权重分配结果，分级进行信息叠加计算，获取每个单元的危险程度指标。

4.2.3 运算结果

经过对各个因子信息的叠加计算(图2)，得到全区地质灾害危险程度评价结果(图3)。

本次研究经统计分析(主观判断或聚类分析)找出突变点作为分界点，将区域分成划分为低危险，中危险和高危险三个等级(图4)，对上面的评判计算结果进行分级(表3)，在定量计算分级分区的基础上，综合考虑各种因素，勾画出湟源县地质灾害危险程度分区图。

表2 地质灾害危险程度评价分区表

表3 评价因素的选取及指标量化

表3(续)

图2 地质灾害危险程度信息叠加图

图3 地质灾害危险程度计算结果图

图4 地质灾害危险指数直方图

4.3 地质灾害危险区分区评价

依据地质灾害危险程度区划评估原则和湟源县地质灾害危险程度的等级分区图，地质灾害危险程度划分为高、中、低3个级别的危险性大区，在此基础上通过承灾体种类及分布和地质灾害易发区划，进一步划分成5个亚区(图5，表4)。分区评价描述如下：

4.3.1 地质灾害高危险区(Ⅰ)

地质灾害高危险区主要集中分布于巴燕乡-申中乡-大华镇-波航乡(Ⅰ1)、东峡乡-城关镇-和平乡-日月藏族乡(Ⅰ2)两个亚区范围内。高危险区的总面积约282.71km2，占全县面积的18.7%。该区村庄稠密、人口众多，城镇化建设速度较快，城镇化率在10%～20%之间，分布有公路、水利水电设施、城镇建筑以及寺院等重要的工程设施。划分区域与地质灾害高易区基本重合，不稳定斜坡、泥石流发育，地质灾害点密度40.0处/100km2。灾害发育较多，发育滑坡11处，其中危险滑坡1处、次危险滑坡1处，不危险滑坡9处。发育崩塌14处，次危险崩塌1处，不危险崩塌13处。不稳定斜坡53处，次危险斜坡地段3处、不危险斜坡地段50处。泥石流沟38条，危险泥石流沟3条，次危险泥石流沟5条，不危险泥石流沟30条。共计发育地质灾害点116处，多为不危险的地质灾害点，占区内总地质灾害点67.8%。现今地质灾害威胁4692人的的生命，555间房屋等财产安全，其资产期望损失近7736.28万。

表4 地质灾害危险程度评价分区表

4.3.1.1 巴燕乡-申中乡-大华镇-波航乡地质灾害高危险亚区(Ⅰ1)

该亚区位于调查区湟水南北两岸及一级支流两侧低山丘陵区，面积137.76km2，占高危险区面积48.7%。该区地形地貌条件复杂，沟谷纵横，河流侵蚀作用强烈，植被覆盖率较低，水土流失严重。加之区内人口密度相对较大，村民建房、修筑公路等不合理工程活动较多，潜在地质灾害发育。有波航乡南岔村2社不稳定斜坡、崖根村不稳定斜坡等重要地质灾害点分布在该区。现今发育地质灾害点50处，发育不危险滑坡4处；不危险崩塌4处；发育不稳定斜坡29处，其中次危险斜坡地段3处，不危险斜坡地段26处；不危险泥石流沟13条。该区属湟源县川水地区，城镇化建设速度较快，城镇化率10%～15%，分布有公路、水利水电设施、寺院、城镇建筑以及寺院等重要的工程设施。地质灾害威胁到586人的生命、196间房屋,公路1460m,铁路400m,渠道50m,其资产期望损失近778.98万元。

图5 地质灾害危程度分区图

4.3.1.2 东峡乡-城关镇-和平乡-日月藏族乡地质灾害高危险亚区(Ⅰ2)

该亚区位于湟水河南北两侧及药水河东西两侧低山丘陵区，面积144.95km2，占高危险区面积51.3%。该区地形地貌条件复杂，沟谷纵横、河流侵蚀作用强烈，植被覆盖率较低，水土流失严重，极易发生灾害。有纳隆村滑坡、城关镇河拉沟泥石流等重要地质灾害点分布在该区。地质灾害类型以不稳定斜坡、泥石流沟为主，现今发育地质灾害点66处，发育滑坡7处，其中危险性滑坡1处、次危险滑坡1处、不危险滑坡5处；发育崩塌10处，次危险崩塌1处、不危险崩塌9处；发育不稳定斜坡段24处，均为不危险斜坡段；泥石流沟25条，危险泥石流沟3条、次危险泥石流沟5条、不危险泥石流沟17条。地质灾害威胁到4106人的生命、359间房屋,公路1780m,铁路500m,其资产期望损失近6957.3万元。

4.3.2 地质灾害中危险区(Ⅱ)

分布于湟水南北两岸及各大支沟两侧的构造侵蚀中山区，该区涉及了9个乡镇的部分区域，总面积约577.84km2，占全区面积38.3%。该区山高坡陡，沟谷密集，侵蚀、切割作用强烈，植被覆盖底低，水土流失严重，较易发生灾害。区内公路、村民建筑、水库、涝池等重要的工程设施零星展布。总体与地质灾害中易发区基本重合，崩塌、滑坡、泥石流发育，地质灾害点密度8.8处/100km2。调查地质灾害点51处，其中发育不危险滑坡2处；发育不危险崩塌5处；发育不稳定斜坡段15处，次危险斜坡段1处，不危险斜坡段14处；泥石流沟29条，次危险泥石流沟3条，不危险泥石流沟26条。地质灾害威胁到978人的生命，292间房屋等财产安全，其资产期望损失近1949.66万元。

(1)寺寨乡-巴燕乡-申中乡-东峡乡-大华镇-波航乡地质灾害高危险亚区(Ⅱ1)

该亚区位于调查区湟水南北两岸构造侵蚀中山区，面积326.01km2，占中危险区面积56.4%。该区沟谷切割较深，前缘地形破碎，沟壑纵横，河流侵蚀作用强烈，山坡坡度40°-50°，部份沟底堆积有大量采矿弃石及生活垃圾，面蚀强烈，为泥石流灾害形成提供了丰富的固体物源。现今发育地质灾害点38处，发育不危险滑坡1处；发育不危险崩塌4处；发育不稳定斜坡15处，次危险斜坡地段1处，不危险斜坡地段14处；泥石流沟18条，次危险泥石流沟1条，不危险泥石流沟17条。地质灾害威胁到664人的生命、238间房屋,公路1390m,其资产期望损失近662.03万元。

(2)和平乡-日月藏族乡地质灾害高危险亚区(Ⅱ2)

该亚区位于药水河东侧构造侵蚀中山区，面积251.83km2，占中危险区面积43.6%。该区该区经流水侵蚀切割，地形破碎，山势陡峻，沟谷狭窄，呈线状谷底，泥石流灾害较发育。有卧事土泥石流、畜牧场寺阳坡泥石流沟(洪积扇群)等重要地质灾害点分布在该区。现今发育地质灾害点13处，其中不危险滑坡1处；不危险崩塌1处；泥石流沟11条，次危险泥石流沟2条，不危险泥石流沟9条。地质灾害威胁到314人的生命、54间房屋,公路680m,渠道100m,其资产期望损失近1287.63万元。

4.3.3 地质灾害低危险区(Ⅲ)

主要分布于县域东北部、西部和南部广大中高山区，分布面积1525.83km2，占总面积的56.51%。地层由第四系砂砾卵石、黄土；古近纪泥岩、砂岩；白垩系砾岩、砂砾岩；三叠纪砾岩、砂岩；寒武纪火山砾岩、凝灰岩、变安山岩；元古代片岩、白云岩、大理岩及加里东晚期花岗岩、花岗闪长岩等组成。调查地质灾害点7处，地质灾害点密度0.45处/100km2。发育滑坡1处，为不危险滑坡。发育崩塌2处，均为不危险崩塌。不稳定斜坡3处，均为不危险斜坡。泥石流沟1条，为次危险泥石流沟。现今地质灾害威胁18人的生命，28间房屋等财产安全，其资产期望损失近,12.84万元。

5 结论

本次湟源县地质灾害危险性评价是在基于GIS的信息量分析模型之上，采用层次分析法将地质灾害危险性评价过程层次化、数量化、模型化，是一种对非定量事件进行定量分析的有效方法。本手段在地质灾害详细调查的使用，在定性的基础上从一个崭新的角度定量化分析湟源县地质灾害的变化程度，分析结果经过地方专家的综合评审，一致认为得到的评价结果符合当地地质灾害基本情况，并同时认为在地质灾害传统以地面调查为主，人为定性评价的方式上有较大的突破。另外，湟源县地处青藏高原和黄土高原的结合地带，独具代表性。本次地质灾害危险性评价所采用的评价指标和评价手段也可以作为青藏高原地质灾害调查工作手段的一种重要方法广泛应用于地质灾害调查工作。

(本文文献格式：郑长远 ， 彭 亮， 张启兴 ，等.层次分析法在地质灾害危险性评价中的应用[J].山东化工，2016，45(08)：143-147.)

CWM-80型超级涡流磨

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2016-03-10

中国地质调查局大调查项目"青海省西宁市地质灾害详细调查(湟源县)"项目1212011089060)资助。

郑长远(1983—)，青海省西宁人，工程硕士，工程师，主要从事地质灾害调查方面研究。

X141

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1008-021X(2016)08-0143-05