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1、地质灾害风险评价 摘要：地质灾害风险评价是研究人类生命财产受地质灾害影响的程度，其对降低地质灾害危害程度、预防、防治地质灾害有重要的意义。本文以陇南市武都区作为研究对象，将GIS与层次分析法相结合，在详细调查研究区地质条件的基础上，确定地形地貌、地层岩性、气象水文和人类活动为危险性评价因子，选取居民活动区重要性作为风险性评价指标之一，进行了地质灾害危险性和风险性评价。评价结果表明，研究区地质灾害无风险区、低风险区、中风险区和高风险区所占比例分别为31%、14%、25%、30%。
2、 关键词： 环境地学；地质灾害；GIS；层次分析法；危险性评价；风险性评价0 引言地质灾害风险是指在一定的区域时间限度内，特定的地质灾害现象对生命财产、经济活动等可能造成的损失1。我国是世界上地质灾害发育最严重的国家之一，陇南市武都区是甘肃省地质灾害发育最严重的地区，其地质灾害的发育程度、爆发频率、发生规模和危害、威胁程度均居全国之首，地质灾害的频繁发生给社会、经济和人类生命造成了很大的影响，已引起社会各界的极大关注。地质灾害是否会发生，发生的可能性有多大，其造成的破坏损失可能是多少，一直是国内外研究的重点2,3。目前的地质灾害评价大多为危险评价，有关地质灾害风险评价的研
3、究较少。 地质灾害的发生与地层岩性、坡度、起伏度、水文条件等基本因素有关，而这些基本因素统一在同一坐标下，因此成为GIS 用于地质灾害研究的基础。而完成采集、存储和组织中国科技论文在线这些不同类型的数据这项复杂的任务也正是GIS 的优势所在4。一般的GIS 软件平台都提供空间分析工具，如区域叠加分析、缓冲分析、矢量栅格数据转换、数字高程模型等，但仅直接利用这些基本工具进行地质灾害风险分析是不现实的，需结合一定的模型进行分析1。 层次分析法是一种进行多目标决策分析的方法5。此方法在多要素综合评价中有独特的
4、优势，其思路简单明了，所需要的定量化数据较少，对问题的本质、问题所涉及的因素及其内在关系的分析比较透彻清楚。此法基于专家知识，逐一将每两个影响因子之间的关系进行对比计算，将人的主观性依据用数据的形式表达出来，将复杂问题分解成若干层次和若干因素，得出不同方案重要性程度的权重，为最佳方案的选择提供依据6-8。该方法已被广泛应用到经济管理规划、能源开发利用与资源分析、环境质量评价、城市产业规划、企业管理、人才预测、科研管理、水资源分析利用等领域7,9-11。 鉴于此，本文在考虑多个地质灾害影响因素的基础上，将GIS 与层次分析法相结合，考虑居民点及各影响
5、因素与地质灾害风险的关系，采用因子叠加法，对陇南市武都区进行地质灾害风险评价。 1 研究方法采用层次分析法和GIS 结合的方法，层次分析法是在对复杂决策问题的本质、影响因素以及内在关系等进行深入分析之后，构建一个层次结构模型，然后利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，从而为求解多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题，提供一种简便的决策方案。 GIS 作为当前高科技发展的产物，集空间数据与属性数据的处理、管理、查询、分析、输入输出及遥感图象处理分析等功能为一体，是当前地质灾害危险性评价和风险性评价
6、及区划强有力的工具。将GIS 引入地质灾害评价，可以加速地质灾害评价的过程，提高危险性评价和风险性评价的精度，并通过制图来反映。 1.1 层次分析法的基本原理应用层次分析法作系统分析，首先要把问题层次化。根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型。 最高层：表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标；中间层：包括准则层和指标层，表示采取某一方案来实现预定总目标所涉及的中间环节；最底层：表示要选
7、用的解决问题的各种措施、策略、方案等。 1.2 层次分析法基本步骤(1) 构造层次分析模型应用层次分析法分析地质灾害问题，首先要把要研究的问题条理化、层次化，构建出一个层次分析模型。层次结构通常按照目标层、准则层、方案层的形式排列起来。这种层次结构模型常用结构图来表示(图1)，图中要注明上下层元素之间的关系。 1 层次分析结构图Fig.(1) Analytic hierarchy chart(2) 构造判断矩阵判断矩阵表示针对上一层次因素，本层次与之有关因素之间相对重要性的比较，其形式如(表1)：
8、60; 表1 判断矩阵其中，Bij 表示对于Ak 而言，元素Bi 对Bj 的系那个对重要性的判断值。 在层次分析法中，为了使决策判断定量化形成上述数值判断矩阵，常根据一定的比率标度将判断定量化，常用19 标度方法。 (3) 权重计算对每一个成对矩阵，利用求和法计算最大特征根和特征向量：计算判断矩阵每一行元素的乘积. (4) 层次总排序依次沿递阶层次结构由上而下逐层计算，即可计算出最低曾因素相对于最高层（总目标）的相对重要性或
9、相对优劣的排序值，即层次总排序。 若 Aj(j=1,2,n)为上层因素，Bi(i=1,2,n)为相邻的下层因素Bi 相对于最高因素的总排序为：一致性检验为了保证各方面的协调要保持判断思维的一致性。判断思维一致性是指专家在判断指标重要性时，个判断之间协调一致，不致出现相互矛盾的结果。因此为了得到合理的结论，用以下公式对构造的判断矩阵进行一致性检验：CR 为判断举证的随机一致性比率，m 为判断矩阵的阶数，CI 为判断矩阵一致性指标，RI 为判断矩阵的平均随机一致性指标。对于19 阶判断矩阵，RI 的值列于表2。当随机一致性比率CR=CI/RI<0
10、.10，认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要调整判断矩阵，使之具有满意的一致性。 2 实例2.1 研究区概况研究区地处甘肃省东南部，介于青藏高原、黄土高原和四川盆地三大地貌单元之间，位于西秦岭纬向构造带与武都“山”字型构造体系交汇处，为侵蚀剥蚀构造山地，地理坐标东经104°3425105°3828，北纬32°474833°4225之间，南北长100.8km，东西宽广76.2km，总面积4683km2。人口主要为农业人口，占总人口的89.9%，且分布极不均匀，主要分布于河谷及较大支沟沟谷谷地。 &
11、#160; 研究区属北亚热带湿润向温暖半湿润过渡的季风气候，受境内高山深谷地形的影响，气候垂直差异明显，区内多年平均降水量随海拔的升高而增大，年平均降雨量400-900mm，区内主要由白龙江、西汉水和柯家河等三大流域组成。沟谷发育、地表起伏大、山势陡峻、相对高差大、坡度大、地层破碎，地质构造活动强烈，地质灾害活动频繁，是我国四大滑坡、泥石流密集区之一。区内出露的地层主要有志留系、泥盆系、二迭系、三迭系、侏罗系、第三系和第四系，岩浆岩为印支期花岗闪长岩。影响地质环境条件的人类活动也较为强烈，主要为道路和土地利用。地质灾害的发育程度、爆发频率、发生规模和危害、威胁程度均居全国
12、之首。 2.2 评价模型地质灾害评价体系是一个多层次多因素的过程，可用层次分析法确定各个风险因素的风险重要度的排序，明确各个因素对总风险的影响程度12。基本步骤如下： (1) 评价模型的建立通过研究区野外调查所得的各种资料、信息进行分析处理，提取与地质灾害有关的地形地貌、地层岩性、气象水文、人类活动作为条件层(U1,U2,U3,U4)，以坡高、坡向、坡度、工程岩组、年平均降雨量、河流、道路、土地利用为因子层(C1 ,C2 ,C3 ,C4,C5,C6,C7,C8)，建立层次模型。 &
13、#160; 地质灾害危险性层次结构模型图Fig. 2 Hierarchy model of geological hazards(2) 构建判断矩阵及一致性检验根据 19 度标度法，逐项对任意两个评价指标进行对比，确定相对重要性，并赋予一定的值，建立判断矩阵，进行层次排序，确定各因子的重要性。 VU 判断矩阵、权重及一致性检验(表3)：根据检验结果，判断矩阵具有满意的一致性。 U1C 判断矩阵、权重及一致性检验(表4): 根据以上计算结果，层次
14、总排序具有满意的检验一致性。从影响因素总排序来看，主要的影响因素为：年平均降雨量、工程岩组、河流、坡度等，其权重值分别为0.353、0.180、0.177、0.103。 2.3 评价结果讨论 对地质灾害危险性评价图分析得到以下结果： (1) 运用GIS 技术对研究区进行区划、统计分析，将研究区地质灾害危险等级分为：无危险区、低危险区、中危险区和高危险区，并得出各个等级所占比例为13%、31%、33%、23%。无危险区所占比例较小，危险区所占比例较大，表明研究
15、区地质灾害发育程度高。 (2) 研究区的地质灾害主要分布在河流、道路两侧及人类居住密集的活动区，远离河流、道路及人类活动区地质灾害发生较少，危险程度较低。河流、道路两侧居住密集区地质灾害发育尤为突出，说明水和人类活动的对地质灾害的产生有很大的影响。 分析地质灾害风险性评价图得出以下结果： (1) 研究区的地质灾害风险等级分无风险区、低风险区、中风险区、高风险区四个等级，其所占比例分别为：31%、14%、25%、30%。无、中、高风险所占比例大。无风险区占有较
16、大的比例，是由于这些区域与人类生命财产有关的因素甚少和地质灾害危险性发生极低。 (2) 地质灾害风险程度高的区域主要分布在河流、道路和人类居住密集的活动区，特别是人类居住密集的活动区。说明人类居住活动区对地质灾害风险性大小有很大的影响，地质灾害危险性大且与人类居住区近的区域风险性大。 3 结论本文在详细野外调查的基础上，基于GIS 平台与层次分析法相结合，对武都县进行了地质灾害风险性评价。 (1) 分析总结了影响地质灾害风险评价的环境因素和社会经济因素，包括地形地貌、地层岩性、气象水文、人类活动和居民点，并根据层次分析法建立了地质灾害评价模型。确定影响地质灾害危险性的因素为年平均降雨量、工程岩组、河流、坡度等，其权重值分别为0.353
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