基于层次分析的闽江口地质灾害危险性评价

秦艳珊，宁 彬，徐 凯，谷 琼,3



基于层次分析的闽江口地质灾害危险性评价

秦艳珊1,2，宁 彬1，徐 凯2，谷 琼1,3

(1.湖北文理学院数学与计算机科学学院，湖北襄阳441053；2.中国地质大学计算机学院，湖北武汉430074；3.西南大学逻辑与智能研究中心，重庆400715)

地质灾害危险性评价是区域防灾减灾的重要基础工作之一. 以闽江口地区已有地质灾害调查统计为样本，选取地质灾害易发分区、区域地壳稳定程度、降雨量分布以及人口密度四个影响因子，对每个影响因子划分评价指标及评价子指标并赋权值，建立了基于层次分析的评价模型. 利用QuantyView二维GIS平台对闽江口地区划分100m×100m单元区，叠加分析每个单元的地质灾害影响因子，生成了闽江口地区地质灾害危险性评价图. 结果显示，闽江口地区地质灾害危险性较大区共约543.225 6km2、危险性中等区约2 410.174 7 km2、危险性较小区约2 286.599 8 km2，它们所占评估区总面积比例分别是10.377%、45.996%、43.637%. 评价结果与实际情况有较好的吻合性，可为防灾减灾工作提供一定的科学依据.

闽江口；地质灾害；层次分析法；地质灾害评价

地质灾害易发性评价是在相对不易发生改变的地质环境，如地质构造、地形地貌等地质条件的作用下发生地质灾害的概率评估. 危险性评价是以地质灾害易发性评价为基础，考虑外在易发生改变的诱发因素，更具体更准确地对地质灾害发生的可能性进行预测[1-3]. 地质灾害危险性评价是在易发性评价基础上开展的.

近年来关于地质灾害危险性评价的研究成果越来越多，许冲的GIS支持下基于层次分析法的汶川地震区滑坡易发性评价[4]，殷坤龙的地质灾害风险区划与综合防治对策[5]，范强等关于证据权法在滑坡易发性分区中的应用[6]，向喜琼关于区域滑坡地质灾害危险性评价与风险管理[3]，甘建军关于地震次生地质灾害主要特征和形成机理[7]，杜军基于GIS与信息量模型的汶川次生地质灾害危险性评价[8]等，这些成果为研究闽江口地质灾害危险性评价提供了参考和借鉴. 处于沿海地带的闽江口地区，由于较多的台风暴雨、复杂的地质环境、风化强烈的岩石以及绵延不绝、土层过厚的山坡等特点而成为全国地质灾害隐患较多地区之一[9]. 本文在对研究区地质灾害详细调查与分析的基础上，开展闽江口地质灾害危险性评价工作，建立闽江口地质灾害数据库，统计灾害参数、空间分布等并分析其规律，在考虑相对稳定的影响因子下，即在地灾易发分区的基础上综合选取了地壳稳定性、降雨量、人口密度等外在动态影响因子，利用QuantyView二维GIS平台，基于层次分析法对闽江口地区未来可能发生的地质灾害进行危险性评价，在此基础上为福建省地质灾害防治规划工作提供科学依据.

1 研究区地质灾害特征

“闽江口”是指闽江口金三角经济圈，它包含福州市的“南北两翼”，即郊区、闽侯、连江三县(区)构成北翼，福清、长乐、平潭三县(市)构成南翼，再以罗源、闽清、永泰三县为后卫，以闽江流域和闽东北地区为腹地而形成的全方位多层次的区域经济圈. 闽江口地区涵盖了平原、山地、丘陵、岛屿与台地，地质地貌多样化，地质结构复杂. 由于山多地少，山区多削坡建房，加上工程建设形成了许多高陡边坡，所以在大量台风暴雨的条件下诱发了崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害.

闽江口地质灾害分布特点如下：

1)地质灾害发生频率高. 受降雨影响十分明显，每年汛期受暴雨、洪灾引发的大规模山体滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害明显增多.

2)地质灾害种类多. 泥石流、滑坡、崩塌、地面沉降、地面塌陷等灾害均有发生，其中滑坡分布面积最广，这5类较常见并具较大破坏性[10].

3)自然地质条件复杂，灾害空间分布不均，地质区域变化比较明显，局部差异比较强烈.

4)地质灾害规模主要是小型地质滑坡，具突发性强、危害性大的特点.

5)闽江口地区道路工程、水利水电工程等人类工程活动频繁，绝大部分地面塌陷等地质灾害因人类工程活动而引发.

2 研究方法

采用层次模型进行闽江口地区地质灾害危险性评价研究. 层次分析法作为一种多指标分析评价方法，通过定性和定量相结合，以及系统化、层次化的多目标决策，将数据、专家意见和分析者的客观判断直接而有效地结合起来，就每一层次的相对重要性给予定量表示[4,11].

层次分析法的基本思想是根据地质灾害各一级影响因子的特点以及研究区地质环境划分等级，确定其二级评价子集及权重. 其中条件复杂的二级评价因子可进一步划分，逐步提高地质灾害危险性的评价精度. 通过各个子因子等级划分及分值情况来评价上一级影响因子与研究对象关系的密切程度. 实际是通过对已有造成地质灾害的现实情况的调查，根据影响性从下向上逐级将反映各种地质灾害危险性因素的实际情况转化为确定数值，最后对研究区域进行栅格划分，计算每个栅格的总体分值并作最后分级，从而确定地质灾害危险性等级. 其评价模型为·=1,2,3…；为单元栅格的地质灾害危险度总分值，为地质灾害一级影响因子个数，为第个影响因子级值，为第个影响因子权重.

3 评价因子分析与选择

地质灾害危险性分析指标的选取，主要是从历史致灾地质因素的影响情况和致灾的各地质因素发育条件中析取. 导致地质灾害的条件很多，考虑研究区特殊的地理条件，通过调查分析研究区域内地质塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等748个突发性地质灾害的演变，并同时根据国内外地质灾害危险性评价研究的相关文献[3-8]，本文选取对区域性规律影响比较明显，可代表地质灾害形成条件的地质灾害易发分区、区域地壳稳定性、降雨量以及人口密度等四个评价因子对闽江口地区地质灾害危险性开展评价.

3.1 地质灾害易发分区

参考地质灾害易发分区研究文献[12-14]，笔者将地质灾害易发分区评价因子分为地层岩性分类、地表形态分类、高差、距水系影响距离、高程以及坡度. 根据各因子评价标准，如表1所示，对每个单元格评判打分，计算每个单元格的地质灾害易发分区值(E). 根据分值将地质灾害易发分区等级分为四个级别：地质灾害高易发区Ⅳ、地质灾害中易发区Ⅲ、地质灾害低易发区Ⅱ、地质灾害不易发区Ⅰ，如表2所示.

表1 地质灾害易发分区影响因子等级

表2 地质灾害易发分区等级

3.2 区域地壳稳定程度

地壳稳定性涉及地壳表层结构与岩土力学性质、地块升降与现今地壳活动速率、断裂及活动性等，与地震崩塌滑坡泥石流等地质灾害密切相关. 影响地壳的稳定性因素主要包括地壳表层结构与岩土力学性质、深部地壳结构构造与深断裂、地块升降与现今地壳活动速率、断裂及其活动性、现今地应力与能量集中程度和主要内动力地质灾害.

为定量研究地壳稳定性，根据文献[15]中各因子权重分配原则对区域稳定性影响的重要程度进行不同因子权重分配. 6大因子U1、U2、U3、U4、U5、U6的权重分别为17%、13%、10%、20%、15%、25%. 将6大影响因子评价标准按照现今地壳稳定性综合标准划分其子指标并相应评判打分，如表3所示，最终计算出每个单元地壳稳定性分值(S). 其计算公式为；.为地壳稳定性的一级影响因子分值，为地壳稳定性各影响因子的权值，为一级影响因子总个数，为第几个影响因子，为第个影响因子的二级影响因子，为二级影响因子总个数，为第个影响因子的第个二级影响因子的分值. 依照分值(S)将地壳稳定性影响程度划分为四个等级，分级标准如表4所示.

表3地壳稳定性影响因素评价指标

表4 地壳稳定性等级

3.3 降雨分布

研究区域为沿海地区. 降水是诱发崩塌滑坡泥石流灾害的直接因素，突发性台风及降雨偏多，多年平均降水量与崩塌滑坡泥石流的发生有十分密切的统计和相关关系. 本文根据闽江口地区各个县市历史降雨量将其分为四级，分级如表5所示.

表5 降雨量等级表

3.4 人口密度

人口分布越密，人类工程活动就越多，区域道路设施易损性就越大. 人类工程活动诱发地质灾害的趋势正在加剧，大规模施工使发生地质灾害的可能性增大. 根据研究区域人口密度分布情况分为四个级别，如表6所示.

表6 人口密度等级

4 评价结果与讨论

数据库建设 建设闽江口地区数据库的数据包括福清、连江、罗源、马尾、闽侯、四城区以及闵泰7个地方2000年到2012年的地质灾害数据，整理748历史个地质灾害点、7个地区的降雨量、坡度分布点、地质情况以及人口密度分布，对地质灾害数据进行整合，形成统一的地质灾害数据库. 根据数据库中各种影响地质灾害的因子及历史数据进行空间分区，从而对地质灾害危险性进行空间评估.

区域图栅格划分 研究区域共5 240km2，按照100m×100m对全部面积栅格化，便于后续对均质较为单一的单元格进行计算.

确定影响因子权重 基于福建省地质调查研究院专家组的讨论与分析，根据评价因子之间的相互关系，通过Saaty[16]将各个因素的重要程度给予评定构造判断矩阵的方法，将4个影响因子地质灾害易发分区、区域地壳稳定程度、降雨量分布以及人口密度的权重分别设定为0.36、0.18、0.21、0.25.

叠加分析计算单元栅格总分值 根据对灾害点的分析，结合现场地质灾害调查，把地质灾害危险性分为三个等级，依次为危险性较大区，危险性中等区和危险性较小区，如表7所示，根据闽江口地区1∶100 000地形资料和灾害点、降雨量、坡地质情况、人口密度资料，绘制出各因子空间分布等级状况，利用叠加分析功能，将地质灾害易发分区、地壳稳定性、降雨分布、人口密度影响因子按权重计算各栅格地质灾害危险性总分值，并按等级由高到低用三种不同填充图案代表，绘制了闽江口地区地质灾害综合评估图，如图1所示.

表7 地质灾害危险性等级划分

图1 闽江口地区地质灾害危险性评价

评价对象涉及闽江口地区约5 240km2，其地质灾害危险性较大区共约543.225 6 km2、危险性中等区共约2 410.174 7km2、危险性较小区共约2 286.5998km2，所占比例分别是10.367%、45.996%、43.637%，评价结果如表8所示.

表8 地质灾害危险性评价结果

研究区以灾害中等和较小为主. 主要是由于这些地区地貌起伏和缓坡度不大，植被覆盖率较高，风化作用不很强烈且断裂构造不发育，没有大规模矿产资源开发和人类工程活动建设，对地质环境干扰程度低. 而地质灾害危险性较大区主要分布在一都镇、宦溪镇、黄岐镇、白沙镇、南岭镇、白沙镇、马尾区、罗源县等. 将评价结果与以往地质灾害点进行对比，危险性较大区域的地质灾害点共371个，占灾害点总数的49.6%，而面积仅占评价区面积的10.366 69%，充分说明该评价结果与实际情况具有比较好的吻合性.

5 结语

1)以往地质灾害危险性评价仅仅考虑外在影响因子的作用，而忽略了地质灾害易发性这一重要因子，本文对地质灾害易发性的判定条件进行了详细的分析与归纳，并在其基础上结合区域地壳稳定程度、降雨量分布以及人口密度进行了地质灾害危险性评价，评价结果具有较好的预测性.

2)采用层次分析模型对闽江口地区地质灾害进行区划研究. 按照100m×100m对研究区域划分栅格，通过逐级影响因子评价值的计算与叠加分析，生成了闽江口地区地质灾害评价图. 其地质灾害分布与闽江口地区已有地质灾害分布吻合较好，得到了福州地质调查研究院的肯定，为福建省地质灾害的信息化建设以及防灾减灾工作起到了积极作用.

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Geo-hazards Risk Assessment in Minjiang River Estuary Based on AHP

QIN Yanshan1,2, NING Bin1, XU Kai2, GU Qiong1,3

(1.College of Mathematical and Computer Sciences, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China; 2. School of Computing, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 3. Center for the Study of Logic and Intelligence, Chongqing 400715, China)

Geo-hazard risk assessment is one of the important basic tasks of regional disaster prevention and mitigation .Through investigation and analysis of the existing geological disasters sample, with four factors: disaster-prone district, crustal stability, rainfall distribution and population density selected, and the evaluation index or the evaluation sub-index for each factor divided and weighted, it established an evaluation model based on AHP. Minjiang River estuary is divided into some units with 100 meters multiplied by 100 meters based on QuantyView 2D GIS platform. By overlaying analysis of geological disaster factors on each unit, the geo-hazards risk assessment map is carried out. According to the evaluation results, about 543.2256 square kilometers is the highest risk of geological disasters area, and about 2410.1747 square kilometers is the second, then 2286.5998 square kilometers is the third. The proportion is 10.377%, 45.996% and 43.637%.The evaluation results accord with the actual situation,references for the disaster prevention and mitigation.

Minjiang River estuary; Geo-hazards; AHP; Geo-hazards risk assessment

P642.22；X43

A

2095-4476(2015)11-0050-04

2015-09-28;

2015-11-11

湖北省科技支撑计划项目(2015BHE029)

秦艳珊(1990— ), 女, 湖北随州人, 湖北文理学院和中国地质大学计算机学院联合培养的硕士研究生.

(责任编辑：陈 丹)