冉淑紅，趙 越

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

0 引言

隨著首都經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和城市功能定位的戰(zhàn)略性調(diào)整，門頭溝區(qū)被定為“生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)”。但長期以來，門頭溝作為北京重要的能源基地，一直以煤炭、沙石和石灰等資源開采業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境受到破壞，門頭溝區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和巖性組合又較為復(fù)雜，降水時空分布不均勻，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是北京地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育的地區(qū)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的種類多、分布廣，且每年都有發(fā)生。本文以門頭溝區(qū)為研究對象，采用“層次分析綜合指數(shù)法”，對該區(qū)存在的崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地面塌陷5種災(zāi)害分別建立評價指標(biāo)，進(jìn)行易發(fā)性綜合評價，開展易發(fā)程度分區(qū)研究，為政府做好防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

門頭溝區(qū)位于北京西部，面積1455km2，98.5%為山區(qū)，區(qū)內(nèi)海拔1000m以上的山峰有160多座，地勢西北高，東南低；有13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)，常住人口約29.4萬；屬中緯度大陸性季風(fēng)氣候，是暖溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤的過渡地帶，平均氣溫東部平原11.7℃；年平均降水量約576.02mm，降水主要集中在7、8、9月份，占年降水量的70%～80%。

區(qū)內(nèi)交通發(fā)達(dá)，共有干線公路8條，其中109國道橫貫東西，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有柏油路相通，自然村之間有大車路相連；地貌類型屬山地地貌,平原地貌僅限永定河階地及漫灘；地層出露較全，從中元古界薊縣系起，大多數(shù)時代地層均有出露，尤以中生界侏羅系最為發(fā)育；褶皺構(gòu)造發(fā)育，是北京地區(qū)中生代向斜構(gòu)造相對集中的地區(qū)，北東向褶皺規(guī)模最大；斷裂以北東向、北北東向為主，大斷裂有沿河城斷裂，一般斷裂有張家莊斷裂、大地—四臺子斷裂等；巖體組有噴出巖巖性組、侵入巖巖性組、碳酸鹽巖性組、碎屑巖巖性組4類，土體主要分為卵、礫類土和粘性土；東部平原地區(qū)以第四系孔隙水為主，西部山區(qū)為巖溶裂隙水、碎屑巖裂隙水、火山巖裂隙水。

區(qū)內(nèi)人類工程活動主要有礦山開采和工程建設(shè)，礦山開采造成了巖石祼露，形成陡峭的巖質(zhì)邊坡，易導(dǎo)致崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，目前區(qū)內(nèi)國有煤礦已基本關(guān)閉；工程建設(shè)主要有景區(qū)內(nèi)村莊房屋翻建、景區(qū)服務(wù)設(shè)施及景點的開發(fā)建設(shè)等，這些工程建設(shè)經(jīng)常進(jìn)行土石方開挖和削坡施工，破壞了原有的地形、地貌及植被，坡體穩(wěn)定性大大降低，易形成不穩(wěn)定斜坡，誘發(fā)崩塌災(zāi)害。

截至2014年3月，全區(qū)已發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患共644處，其中崩塌473處，不穩(wěn)定斜坡81處，滑坡3處，泥石流42處，地面塌陷45處。涉及區(qū)內(nèi)99個行政村、13處旅游景區(qū)、5所學(xué)校及多條主要道路，威脅村民2241戶，5668人。災(zāi)害隱患點對經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了潛在的威脅。門頭溝區(qū)災(zāi)害發(fā)育，災(zāi)種全，開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)研究，從區(qū)域上預(yù)測、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害，對做好減災(zāi)防災(zāi)工作，保護(hù)國家人民的生命財產(chǎn)安全，維護(hù)首都形象，實現(xiàn)北京市總體戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃具有重要意義。

2 研究方法與評價原則

（1）研究方法

本文主要采用“層次分析綜合指數(shù)法”，該方法是先將各類地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價因子的屬性量化，再利用層次分析法計算評價因子權(quán)重，將能表明評價因子屬性和權(quán)重的計算單元網(wǎng)格通過模型計算出易發(fā)程度指數(shù)，通過得出的易發(fā)程度指數(shù)計算值，進(jìn)行累積頻度統(tǒng)計，劃定不同易發(fā)分區(qū)的界限并劃定易發(fā)區(qū)范圍。考慮到門頭溝區(qū)各災(zāi)種評價因子的特點，本次研究將崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡作為斜坡類災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)程度評價，泥石流和地面塌陷災(zāi)害單獨進(jìn)行易發(fā)程度評價，將各類地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價結(jié)果進(jìn)行疊加分析后，得出門頭溝區(qū)地質(zhì)災(zāi)害綜合易發(fā)區(qū)結(jié)果。

（2）評價原則

本次研究以定性評價為主，定量評價為輔，對不同災(zāi)種選用不同的評價因子及權(quán)重進(jìn)行評價，同一區(qū)域不同災(zāi)種的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度不同時，按照就高不就低的原則。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評價

3.1 數(shù)學(xué)模型

各災(zāi)種易發(fā)程度指數(shù)模型如下：

式中：Z為易發(fā)程度評價指數(shù)，Xi為各評價因子的量化值，iR 為各評價因子的權(quán)重。

3.2 計算單元劃分

結(jié)合門頭溝區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的特點，運用柵格數(shù)據(jù)處理方法對研究區(qū)進(jìn)行剖分，每個單元面積為500m×500m，將門頭溝區(qū)1455km2的行政區(qū)域剖分成6096個單元網(wǎng)格。

3.3 評價指標(biāo)的選取及量化

影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布的因素很多，不同地質(zhì)災(zāi)害類型的影響因素也各不相同，根據(jù)分區(qū)評價原則，選擇巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、地形坡度、植被覆蓋率、降水量、人類工程活動及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度等7個因素作為斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害易發(fā)程度的評價因子；選擇采空區(qū)發(fā)育程度、煤礦開采強(qiáng)度、含煤地層條件、降水量及地面塌陷災(zāi)害發(fā)育密度等5個因素作為地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度的評價因子。這些因子分別對各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育起主導(dǎo)作用，在較大程度上控制了災(zāi)害的分布、發(fā)育特征。將這些因子按照一定的標(biāo)準(zhǔn)量化，進(jìn)行分級賦值，為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)運算提供數(shù)據(jù)（表1）。

表1 評價指標(biāo)及賦值

3.4 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重的確定采用層次分析法，基本過程為：首先將復(fù)雜問題分解成遞階層次結(jié)構(gòu)，然后將下一層次的各因素相對于上一層次的各因素請有經(jīng)驗的專家進(jìn)行兩兩比較判斷，構(gòu)造判斷矩陣，通過對判斷矩陣的計算，進(jìn)行層次單排序和一致性檢驗，最后進(jìn)行層次總排序，得到各因素的組合權(quán)重，并通過排序結(jié)果分析和解決問題。

（1）建立遞階層次結(jié)構(gòu)

本評價指標(biāo)分為兩個層次，第一層為目標(biāo)層，即地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度。第二層為方案層，不同災(zāi)種方案層的評價因子也各不相同，斜坡類災(zāi)害和泥石流災(zāi)害第二層有7個因子（圖1），地面塌陷災(zāi)害第二層有5個因子（圖2）。

圖1 斜坡類、泥石流災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評價指標(biāo)體系

圖2 地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評價指標(biāo)體系

（2）構(gòu)造判斷矩陣

對于遞階層次結(jié)構(gòu)中各層上的元素可以依次相對于與之有關(guān)的上一層元素，進(jìn)行兩兩比較，從而建立一系列的判斷矩陣。判斷矩陣A＝(aij)n×n具有下述性質(zhì)：

其中，aij(i，j＝1，2，…，n)代表元素xi與xj相對于其上一層元素重要性的比例標(biāo)度。判斷矩陣的值反映了人們對各因素相對重要性的認(rèn)識，一般采用1～9比例標(biāo)度對重要性程度賦值。標(biāo)度及其含義如表2所示。

表2 判斷矩陣標(biāo)度及含義

指標(biāo)重要性的比較通過讓有經(jīng)驗的多名專家進(jìn)行打分獲得，通過計算各專家打分平均值，得出打分結(jié)果如下（表3、4、5）：

通過表3～5,分別得到斜坡類災(zāi)害的判斷矩陣：

表3 斜坡類災(zāi)害評價指標(biāo)重要性比較表

表4 泥石流災(zāi)害評價指標(biāo)重要性比較表

表5 地面塌陷災(zāi)害評價指標(biāo)重要性比較表

泥石流災(zāi)害的判斷矩陣：地面塌陷災(zāi)害的判斷矩陣：

（3）計算各災(zāi)種評價因子權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗

設(shè)斜坡類災(zāi)害判斷矩陣1A 的最大特征根為λmax，其相應(yīng)的特征向量為W，則1A W=λmaxW，經(jīng)解算判斷矩陣1A 的最大特征根λmax為7。由于客觀事物的復(fù)雜性以及人們對事物認(rèn)識的模糊性和多樣性，所給出的判斷矩陣不可能完全保持一致，有必要進(jìn)行一致性檢驗，計算一致性指標(biāo)CI。計算公式為：

其中，n為判斷矩陣階數(shù)。若隨機(jī)一致性比率CR＝CI/RI＜0.10，則判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣的元素取值。隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值見表6。

表6 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表

R=CI/RI=0/1.32=0<0.10，所以判斷矩陣具有滿意的一致性。λmax所對應(yīng)的特征向量W經(jīng)歸一化后，得出斜坡類災(zāi)害評價因子的權(quán)重向量分別為（0.2，0.1，0.1，0.1，0.2，0.05，0.25），對應(yīng)的評價因子為地形坡度、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、降水量、人類工程活動、植被覆蓋度、災(zāi)害密度。

同理，依次計算A2，A3的特征根及特征向量。

各災(zāi)種評價因子權(quán)重計算結(jié)果見表7、8、9。

表7 斜坡類災(zāi)害易發(fā)程度劃分評價因子及權(quán)重一覽表

表8 泥石流災(zāi)害易發(fā)程度劃分評價因子及權(quán)重一覽表

表9 地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度劃分評價因子及權(quán)重一覽表

3.5 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分

（1）單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害評價原則及評價方法，參考表10進(jìn)行單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)，劃定單類地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)，并采用定性的方法對評價結(jié)果進(jìn)行修正。本次研究將平原區(qū)定為不易發(fā)區(qū)。

表10 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分依據(jù)

根據(jù)計算結(jié)果，分別劃分了斜坡類災(zāi)害（崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡）、泥石流、采空塌陷高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)。

（2）地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)

根據(jù)斜坡類地質(zhì)災(zāi)害、泥石流災(zāi)害及地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果，參考“就高不就低”原則對各類地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果進(jìn)行疊加分析，得出門頭溝區(qū)地質(zhì)災(zāi)害綜合易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果。見圖1。

圖1 門頭溝區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)圖

4 結(jié)論

（1）通過專家打分，兩兩比較影響因子對災(zāi)害地質(zhì)危險的影響程度，采用矩陣計算各個評價因子權(quán)重，結(jié)果表明地形坡度和人類工程活動等因子對斜坡類災(zāi)害影響較大，地形坡度、巖土體類型和降水量等因子對泥石流災(zāi)害影響較大，采空區(qū)發(fā)育程度對地面塌陷災(zāi)害影響較大。

（2）本次工作將門頭溝區(qū)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)及不易區(qū)4種級別。其中高易發(fā)區(qū)3個，總面積約237.2km2，占門頭溝全區(qū)面積的16.3%，災(zāi)害點數(shù)量共計229處，主要分布在軍莊鎮(zhèn)西北、龍泉鎮(zhèn)、王平鎮(zhèn)南部、潭柘鎮(zhèn)北部、大臺街道、齋堂鎮(zhèn)西南及東南、清水鎮(zhèn)東南；中易發(fā)區(qū)5個，總面積約519.2km2，占門頭溝全區(qū)面積的35.7%，災(zāi)害點數(shù)量共計366處，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；低易發(fā)區(qū)5個，總面積約672.1km2，占門頭溝全區(qū)面積的46.2%，災(zāi)害點數(shù)量共計49處，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；不易發(fā)區(qū)1個，面積約26.4km2，占全區(qū)總面積的1.8%，分布在永定鎮(zhèn)東部。

[1]北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.北京地質(zhì)災(zāi)害[M].2008.9.

[2]北京市地質(zhì)研究所.門頭溝區(qū)山區(qū)村、旅游景點與中小學(xué)校地質(zhì)災(zāi)害隱患排查報告[R].2011.6.

[3]北京市地質(zhì)研究所.北京市門頭溝區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報告[R].2014.3.

[4]喬吉果，宮少軍等.天津濱海新區(qū)海岸帶地質(zhì)災(zāi)害危險性評價[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報.2014.6.

[5]李 巖.基于GIS的北京山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價研究[D].北京：首都師范大學(xué)碩士論文.2008.