楊致萍+董夢婷+蔡回?zé)?/p>

摘要：在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評估中，采用層次分析法能夠使得分析評價過程更加簡潔和具有系統(tǒng)性，能夠全面的對產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的原因以及各個因素發(fā)生頻率及風(fēng)險度進行定性、定量的分析評價，極大的提高了風(fēng)險評估的準(zhǔn)確度和科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：層次分析法；礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害；風(fēng)險評估；風(fēng)險度

我國是一個采礦大國，且是一個發(fā)展中國家，正處在已開發(fā)和利用物質(zhì)能源和能量能源為主要特征的工業(yè)化過程中。20世紀(jì)80年代后期以來，國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的高速增長需要消耗大量的礦產(chǎn)資源，進而導(dǎo)致大量的礦產(chǎn)開發(fā)。近年來，由于采礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害不斷發(fā)生。頻繁的地質(zhì)災(zāi)害給國家，礦區(qū)企業(yè)及附近居民造成了重大損失，嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟和礦區(qū)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，提高對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識，加強對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險分析與評估已成為當(dāng)前一項重要任務(wù)。

一、層次分析法

20世紀(jì)70年代由美國著名運籌學(xué)家薩蒂提出的層次分析法，指的是在將一個多目標(biāo)決策對象看做一個系統(tǒng)的前提下，將該目標(biāo)分解為多個目標(biāo)或準(zhǔn)則，進而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。它的核心思想是將決策問題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評價準(zhǔn)則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后得用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。

運用層次分析法對某系統(tǒng)進行分析的基本步驟為：

① 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

利用系統(tǒng)中某一特性的層次劃分，確定其各個不同的分析層次，一般某一層次內(nèi)部具有相通性，即相互間屬于并列且相互獨立關(guān)系；相鄰層次間屬于包含與被包含關(guān)系（就分析對象特質(zhì)而言），或者彼此相互關(guān)聯(lián)，具有導(dǎo)出關(guān)系。

② 構(gòu)造成對比較陣

③ 計算權(quán)向量并做一致性檢驗

④ 計算組合權(quán)向量并做組合一致性檢驗

⑤ 構(gòu)造判斷矩陣

二、層次分析法在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估中的應(yīng)用

在利用層次分析法進行礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估中，首先要確定地質(zhì)災(zāi)害的目標(biāo)并且按照其產(chǎn)生目標(biāo)的原因進行分類和一致性檢驗，并通過對產(chǎn)生上一層次指標(biāo)的各因素進行兩兩比較判斷，構(gòu)造出判斷矩陣，對判斷矩陣進行計算結(jié)果導(dǎo)出層次單排序和一致性檢驗結(jié)果，從而確定各個因素的排序以及相應(yīng)控制方案。

（一）某礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估

1.確定目標(biāo)對象及評估因子，劃分層次模型

確定該目標(biāo)為某礦區(qū)滑坡、崩塌、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，該地產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的原因主要有地形地貌因子、巖性因子、構(gòu)造因子、水文地質(zhì)因子、采礦因子（包括地上地下采礦以及選礦、尾礦堆積、礦的運輸?shù)然顒樱┮约叭祟惢顒右蜃樱ú话ú傻V活動及其相關(guān)如選礦、尾礦堆積等活動）等。由此劃分出其層次模型如圖1所示。

圖1某礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害層次模型

2.評估因子一致性檢驗

對建立起的矩陣進行一致性檢驗時，引入一致性指標(biāo)概念，即

驗證CI=0，則判斷矩陣各評估因子完全一致；當(dāng)CI<0時，判斷矩陣出現(xiàn)錯誤，需要對其進行調(diào)整，CI>0時，其不一致程度較大，且其值越大，不一致程度越大。由于各因子間的相互獨立性不敏感，矩陣不一致性控制在一定的范圍內(nèi)依然是可以接受的。

3.評估因子的賦值

由于各個因子對地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生均具有貢獻，而某單個因子造成地質(zhì)災(zāi)害的狀況基本不存在，綜合該地區(qū)有地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)資料以來的參數(shù)，利用GIS技術(shù)統(tǒng)計計算各地質(zhì)災(zāi)害中各因子存在頻率及變化量對地質(zhì)災(zāi)害程度變化的影響，確定其各因子的地質(zhì)災(zāi)害貢獻度作為其敏感度，對各因子進行1～10賦值和分級。

4.評估因子權(quán)重輸出計算

在對各評估因子進行矩陣計算后，得出各因子對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻度及其所占權(quán)重輸出結(jié)果如下所示。

表1某礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標(biāo)權(quán)重

地形地貌因子（0.25） 地形條件（2）

礦區(qū)面積（1）

巖性因子（0.13） 地層巖性（1）

構(gòu)造因子（0.15） 距斷裂帶距離（1）

水文地質(zhì)因子（0.06） 礦區(qū)地表水文條件（1）

礦區(qū)地底水文條件（1）

周邊水文條件（1）

采礦因子（0.42） 尾礦庫地形及尾礦堆積方式（3）

礦區(qū)采礦方式及范圍（2）

礦區(qū)采空區(qū)范圍（2）

人類活動因子（0.15） 交通運輸（1）

農(nóng)田等（1）

（二）該礦區(qū)滑坡風(fēng)險評估

確定該礦區(qū)滑坡風(fēng)險因子分別為采礦活動、滑坡災(zāi)害面密度、坡度、坡高、地層巖性等五個部分。

1.采礦活動

這里的采礦活動包括礦區(qū)采礦、選礦、尾礦處理等作業(yè)，如地表及地下采礦、巖體破碎、爆破、礦體運輸、選礦給排水、礦井提升、尾礦的堆積以及相應(yīng)設(shè)施系統(tǒng)的配套設(shè)施、系統(tǒng)的施工、建設(shè)活動。

2.滑坡災(zāi)害面密度

災(zāi)害面密度的定性分析是根據(jù)災(zāi)害點的空間分布情況統(tǒng)計每個區(qū)域的災(zāi)害點面密度與滑坡危險性成正比?；旅婷芏鹊奶崛》椒ㄊ且訥IS為平臺將滑坡分布圖層轉(zhuǎn)化為柵格圖層 以10m×10m劃分單元網(wǎng)格。然后以每個網(wǎng)格為圓心 半徑500m逐個網(wǎng)格進行搜索。以圓內(nèi)部滑坡面積與圓面積之比作為該網(wǎng)格的滑坡災(zāi)害的面密度。

3.坡度

坡度是引發(fā)滑坡的重要因素之一，坡度過大由于其山體在采礦的條件下剪應(yīng)力過大造成其坡腳處應(yīng)力相對集中，使得滑坡現(xiàn)象多發(fā)；而且對于滑坡多發(fā)山體，其老滑坡的應(yīng)力破壞使得山體的抗剪應(yīng)力性減弱，更容易引發(fā)新的滑坡的產(chǎn)生。endprint

4.坡高

坡高是引發(fā)滑坡的基本因子之一，由于坡高的增加，使得山體坡腳處應(yīng)力更加集中，特別在正應(yīng)力剪應(yīng)力疊加的基礎(chǔ)上由于采礦的影響發(fā)生應(yīng)力錯動偏差，最終導(dǎo)致滑坡的產(chǎn)生。

5.地層巖性

地層巖性對滑坡活動的影響是一個比較復(fù)雜的因素，綜合考慮礦區(qū)地層巖性的各種因素，按照地層巖性對滑坡的影響程度，以GIS地貌單元為基礎(chǔ)，對不同地層巖性進行賦值，取值范圍為1～10。

滑坡各影響因子的分級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，按層次分析法的步驟首先以影響滑坡的5個因子為基礎(chǔ)建立層次分析法模型，建立判斷矩陣并驗證出判斷矩陣具有較好的一致性，對特征向量歸一化處理后，得到滑坡各因子的權(quán)重如表3所示。

表2 滑坡影響因子分級標(biāo)準(zhǔn)

滑坡影響因子 編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

采礦活動 C1 ≤0.10 0.100.25

災(zāi)害面密度 C2 ≤0.20 0.200.6

坡度/（°） C3 ≤15 1540

坡高/m C4 ≤30 30150

地層巖性 C5 ≤2.50 2.50

表3滑坡危險性評價各因子判斷矩陣及權(quán)重

影響因子 C1 C2 C3 C4 C5 權(quán)重

C1 1 2 2 2 3 0.348

C2 1/2 1 3/2 3/2 2 0.218

C3 1/2 2/3 1 1 2 0.170

C4 1/2 2/3 1 1 3/2 0.161

C5 1/3 1/2 1/2 3/2 1 0.103

對以上進行的地質(zhì)災(zāi)害因子權(quán)重計算結(jié)果進行排序便可得出該礦區(qū)造成地質(zhì)災(zāi)害的各主要原因以及其分級重要度。因此在進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與控制時，需要對其進行重點的控制。此時，可以通過將各危險性因子權(quán)重結(jié)果導(dǎo)入GIS圖層中，利用土層疊加求取該礦區(qū)某具體網(wǎng)格內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，從而對下一步的地質(zhì)災(zāi)害管理與控制提供一定的參考意見。

結(jié)語：

利用層次分析法進行礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分析的優(yōu)勢主要有系統(tǒng)性較強，能夠?qū)υ斐傻刭|(zhì)災(zāi)害的各個部分進行全面、詳細(xì)的分析，并得出各因子對災(zāi)害發(fā)生的貢獻度即權(quán)重，由此確定地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險控制的最佳方案。但其在各因子的賦值計算時往往依據(jù)經(jīng)驗和相對頻率、貢獻度，無法保證定量分析結(jié)果的正確性，使得分析結(jié)果只能作為危險性排序的定性參考意見而不能對其進行定量的評估和控制；且該方法只能對已有的兩種或多種風(fēng)險控制方案進行對比，不能直接導(dǎo)出新的控制方案，因此其在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防控制方面的應(yīng)用存在一定的局限性，需要通過綜合GIS、計算機軟件、數(shù)字模擬等其他技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用對其進行進一步的改進與優(yōu)化。

參考文獻

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楊致萍，女，1987-04-30，山西太谷縣，助理工程師，研究方向：水工環(huán)地質(zhì)