中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心 汪 潔 李 麗 荊青青 姚維嶺

方正國(guó)際軟件（北京）有限公司 王斌

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子與權(quán)重分析研究

Evaluation factors and weight analysis of geological disaster risk

中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心 汪 潔 李 麗 荊青青 姚維嶺

方正國(guó)際軟件（北京）有限公司 王斌

多年來(lái)我國(guó)在空間技術(shù)減災(zāi)領(lǐng)域做了大量的研究和應(yīng)用工作，在自然災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及評(píng)估等方面取得了可觀的進(jìn)步。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究正逐漸形成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警和預(yù)報(bào)系統(tǒng)研究的組成部分。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究中一項(xiàng)重要的工作就是因子選取和權(quán)重確定?？刂频刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素主要分為主控因子和觸發(fā)因子兩類。主控因子為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的基礎(chǔ)條件，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、發(fā)生、發(fā)展提供了物質(zhì)條件；觸發(fā)因子為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、發(fā)生、發(fā)展提供了動(dòng)力。本文利用遙感技術(shù)，通過(guò)解譯地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，并結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際特點(diǎn)，采用層次分析法，從地形、地質(zhì)、地貌、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)四方面因素進(jìn)行分析，確定評(píng)價(jià)因子和權(quán)重，并通過(guò)權(quán)重值分析各個(gè)因子對(duì)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)率，以求掌握各個(gè)因子在地質(zhì)災(zāi)害中的作用，為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支持。通過(guò)各因子貢獻(xiàn)率可以為地質(zhì)災(zāi)害的防治與治理提供參考。

研究區(qū)概況

汶川，因汶水得名，位于四川盆地西北部邊緣，是中國(guó)四個(gè)羌族聚居縣之一，有“西羌門戶”和“川西鎖匙”之稱。地圖坐標(biāo)為北緯30°45′～31°43′與東經(jīng)102°51′～103°44′之間，居阿壩藏族羌族自治州東南部，東鄰彭州市、都江堰市，南靠崇州市、大邑縣，西接寶興、小金縣，西北和東北分別與理縣、茂縣相連，如圖1?？h城位于威州鎮(zhèn)，在北部岷江與雜谷腦河交匯處，海拔1325米，有茶坪山、邛崍山等山脈圍繞，縣區(qū)東西寬84千米，南北長(zhǎng)105千米，總面積4084平方千米。

2008年5月12日，汶川縣發(fā)生8.0級(jí)強(qiáng)烈地震。災(zāi)后汶川的地質(zhì)災(zāi)害呈數(shù)量多、規(guī)模大、范圍廣、密度高、衍生性、成群性特點(diǎn)。震后引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害以崩滑體為主，而且震后的崩滑體規(guī)模都呈大型趨勢(shì)。地震對(duì)泥石流形成的地質(zhì)條件和地質(zhì)環(huán)境造成重大影響，對(duì)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的形成產(chǎn)生巨大作用。

圖1 汶川縣地理位置

研究方法

通常情況下，地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算是建立在一定的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)之上。但是評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法到現(xiàn)在還無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。前人在研究自然和社會(huì)現(xiàn)象的時(shí)候主要使用統(tǒng)計(jì)分析法和機(jī)理分析法兩種。系統(tǒng)分析法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種分析方法，層次分析法就是系統(tǒng)分析法的數(shù)據(jù)工具之一。美國(guó)運(yùn)籌學(xué)專家匹茲堡大學(xué)運(yùn)疇學(xué)家薩蒂于1973年提出的層次排序法，即層次分析法（簡(jiǎn)稱AHP），其原理簡(jiǎn)單，有較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)依據(jù)。它采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型進(jìn)行定量分析，并結(jié)合專家打分法定性分析的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了定性與定量方法的不足，適合于既具有定量指標(biāo)又具有定性指標(biāo)的評(píng)價(jià)領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已成為一種較為成熟的方法。

層次分析法的過(guò)程大致為：把復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，分解成遞階層次結(jié)構(gòu)，請(qǐng)專家對(duì)下一層的各個(gè)因素相對(duì)上一層次的各個(gè)因素兩兩進(jìn)行比較；然后通過(guò)求合法對(duì)矩陣進(jìn)行計(jì)算、單層次排序、一致性檢驗(yàn)，得到每個(gè)層次中的各個(gè)因素的權(quán)重組合，最后通過(guò)結(jié)構(gòu)排序分析解決問題。

公路被山體滑坡掩埋

因子的選取

人類對(duì)地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)具有局限性和不確定性。研究需要盡可能地減小這種不確定性。雖然我們所研究的地質(zhì)災(zāi)害在其演變上具有不確定性，但是影響其變化的控制因子具有共同性。因此，只要我們掌握了地質(zhì)災(zāi)害的控制因子，從而獲得因子直接的影響及其權(quán)重，就可以預(yù)測(cè)災(zāi)害運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的變化和規(guī)律，從而可以為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防治工作提供依據(jù)。

影響地質(zhì)災(zāi)害形成的自然因素眾多，其因子的選取借鑒了前人的研究成果，并結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際特點(diǎn)。本研究主要分析了與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量、范圍、規(guī)模有關(guān)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、植被覆蓋、水系發(fā)育、道路修建、海拔高程等影響因素，并進(jìn)行歸類。

地形類因子

從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度分析，山地、丘陵地帶是滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率與海拔和坡度在一定程度上呈線性相關(guān)。海拔和地形坡度數(shù)值越大，越容易形成地質(zhì)災(zāi)害的臨界面，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的孕育產(chǎn)生直接影響。

（1）山地坡度

坡度是指水平面和山地平面之間的夾角，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育受山地坡度的陡緩程度的制約。一般，坡度在15°范圍內(nèi)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生產(chǎn)生的影響小，在15°～40°的斜坡地帶，尤其是在20°～30°的軟弱巖性區(qū)，容易形成滑坡、泥石流發(fā)育的剪切滑動(dòng)面。在坡度大于40°的地區(qū)，容易發(fā)生崩塌類地質(zhì)災(zāi)害。

（2）山地坡向

山地坡向是指山坡平面上的法線在水面上的投影的指向，不同坡向的光照強(qiáng)度和光照時(shí)間不盡相同。因此，不同坡向的山地影響著植被類型和植被覆蓋度的差異，進(jìn)而決定了山地的侵蝕程度，對(duì)山地巖體的穩(wěn)定性有相關(guān)性。

（3）山地高差

地形高低起伏的明顯程度為重力提供的勢(shì)能就越大，發(fā)育滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)力條件越成熟。高程的不同決定了植被類型和植被覆蓋度的差異，加之人類活動(dòng)局限于一定的高程范圍之間，所以海拔高程和相對(duì)高差在一定范圍內(nèi)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育存在相關(guān)性。

（4）山地河流

河流對(duì)地面的切割程度是控制泥石流發(fā)育的重要因素。距離主河道越近，控制泥石流和滑坡的臨空條件越充足。震后的地質(zhì)災(zāi)害如泥石流一般都集中在溝谷附近，沿河谷兩岸分布。地震時(shí)，河谷兩側(cè)發(fā)生了大量滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，并形成堰塞湖，為泥石流的發(fā)育提供了大量的物質(zhì)來(lái)源。河流本身又為泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了動(dòng)力來(lái)源。

地質(zhì)類因子

（1）地層巖性

汶川縣區(qū)域內(nèi)片巖、片麻巖、混合花崗巖、板巖、千枚巖等變質(zhì)巖系及頁(yè)巖、泥灰?guī)r、泥巖、煤系等軟弱巖系和第四系堆積物分布廣泛。膠結(jié)成巖作用差的巖性層、軟弱巖性層和軟弱相間的巖性層易遭受破壞，容易形成松散物質(zhì)，因而此地區(qū)更容易發(fā)生滑坡、泥石流災(zāi)害。

（2）褶皺斷裂帶分布

褶皺斷裂帶沿線附近區(qū)域更容易發(fā)育滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。地震激發(fā)的滑坡、崩塌、滾石等大大增加了溝谷之間松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量，隨著時(shí)間的推移和雨水的侵蝕，增加了滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性。

（3）道路分布

山區(qū)的道路建設(shè)過(guò)程中，人工開挖邊坡、爆破等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這些工程的進(jìn)行松動(dòng)了沿路的山地巖體，破壞了巖體之前的穩(wěn)定性，使巖體的抗剪程度降低而形成滑坡或崩塌，并積累的大量的松散破碎物質(zhì)，如遇暴雨則容易形成泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

地貌類因子

地表的植被覆蓋與土地利用類型對(duì)地質(zhì)災(zāi)害存在嚴(yán)重影響。不同植被、土地利用類型對(duì)防沙固沙、保土固土、減緩徑流、截留降雨等功能存在差異。滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于植被覆蓋度低的區(qū)域，和人類的墾殖嚴(yán)重程度和水土流失嚴(yán)重程度成線性相關(guān)。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

（1）降雨量

汶川縣屬岷江流系，位于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，受西南和東南的季風(fēng)影響，四季特征明顯，多雨多澇，秋雨危害嚴(yán)重，年溫差小，屬山地亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。年降雨量528.7 mm～1332.2 mm，平均降雨量1190.9 mm，最大日降雨量269.8 mm。降雨量的大小對(duì)誘發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有直接影響。

（2）地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

運(yùn)用ERDAS9.2對(duì)2008年9月的中巴資源2號(hào)衛(wèi)星高清遙感影像進(jìn)行彩色合成、鑲嵌、增強(qiáng)處理后，在ArcGIS10.0軟件平臺(tái)三維效果支持下可以清晰的辨認(rèn)出滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害位置，如下圖。通過(guò)目視解譯法，提取地質(zhì)災(zāi)害分布情況。

圖2 GIS支持下地質(zhì)災(zāi)害遙感三維特征

因子的確定

根據(jù)層次分析法的思想，把問題層次化、條理化，把復(fù)雜問題分解成若干個(gè)因素，并形成兩個(gè)層級(jí)，第一級(jí)為地質(zhì)、地形、地貌、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)四個(gè)因子。第二層級(jí)有11個(gè)因子，分屬于第一層級(jí)，見表1。

權(quán)重分配

研究中的各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的影響程度不同。各個(gè)評(píng)價(jià)因子有多個(gè)變量或者多種狀態(tài)，其對(duì)目標(biāo)評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)也不盡相同。因此需要對(duì)各個(gè)因子影響的貢獻(xiàn)率來(lái)分配不同的權(quán)重值，用因子權(quán)重的大小來(lái)體現(xiàn)各個(gè)因子在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的重要性。

結(jié)合研究區(qū)域特點(diǎn)，通過(guò)專家打分，對(duì)各個(gè)因子的重要性進(jìn)行比較，并計(jì)算了因子重要性方差評(píng)價(jià)的離散程度。計(jì)算采取0.03為拒絕域進(jìn)行剔除，只有專家打分取值的方差小于此值的時(shí)候才符合要求；并根據(jù)標(biāo)度值分別對(duì)各判斷層級(jí)的因子進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造第一層級(jí)和第二層級(jí)判斷矩陣。根據(jù)權(quán)向量計(jì)算方法，求得判斷矩陣的最大特征值lmax和經(jīng)過(guò)歸一化處理的權(quán)重值Wi，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)對(duì)兩層級(jí)的因子重要性進(jìn)行總排序，可以得到各層級(jí)因子對(duì)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)率，見表2。

表1 評(píng)價(jià)因子

表2 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系因子權(quán)重表

初步結(jié)論

（1）本文通過(guò)對(duì)2008年9月的中巴資源2號(hào)衛(wèi)星的高清遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解譯，提取地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布，證明中巴資源2號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可用于大范圍地質(zhì)災(zāi)害解譯與評(píng)價(jià)工作。

（2）結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，確定了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的因子，主要地質(zhì)類、地形類、地貌類和統(tǒng)計(jì)資料類共四類一級(jí)指標(biāo)，并對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，確定了11個(gè)二級(jí)因子。采用層次分析法對(duì)對(duì)震后地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)體系中的每個(gè)因子進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終確定每個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值。

（3）第一層級(jí)因子：地質(zhì)和地形兩因子貢獻(xiàn)率分列第一和第二位，說(shuō)明地域范圍的先天地質(zhì)條件對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有直接影響；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)率為0.2235，說(shuō)明地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、泥石流）的發(fā)生多借助于外力，如降雨。第二層級(jí)因子：地質(zhì)類因子中，道路分布貢獻(xiàn)率最大，說(shuō)明人類工程的選址與施工對(duì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響較大；地形類因子中，坡度的貢獻(xiàn)率最大，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育受山地坡度的陡緩程度的制約；地貌類因子中，植被覆蓋貢獻(xiàn)率最大，豐富植被覆蓋可以有效緩解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類因子中，降雨量的貢獻(xiàn)率最大，即在降雨發(fā)生時(shí)更容易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

（4）本研究確定了一套可用于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究的評(píng)價(jià)因子選取和各因子權(quán)重計(jì)算的方法，可以為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、災(zāi)害評(píng)估等工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支持。

（5）通過(guò)各因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率可以有針對(duì)性的為災(zāi)后應(yīng)急、救災(zāi)提供適當(dāng)方法和措施。

礦山環(huán)境綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)（1212011120027）