岳　海，王　鷹，劉民生

（1.四川省地礦局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，四川 眉山 620010；2.西南交通大學(xué)，成都 610031；3.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734）

蘆山地震后雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

岳海1，2，王鷹2，劉民生1，3

（1.四川省地礦局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，四川 眉山 620010；2.西南交通大學(xué)，成都 610031；3.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734）

本文通過調(diào)查和收集“4·20”蘆山地震后雅安市雨城區(qū)區(qū)域地形、地質(zhì)、水文條件及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況等資料，分析雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律、發(fā)育特征和災(zāi)害特點，選用層次分析法的理論進行權(quán)重確定，采用地質(zhì)構(gòu)造、地震烈度、地形坡度、高程、河流、降雨6個評價因子對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性進行評價。將危險性劃分為高、中和低三個等級。

地質(zhì)災(zāi)害；危險性評價；層次分析；雨城區(qū)

1 雨城區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況[1-2]

雅安市雨城區(qū)地處四川盆地西緣與青藏高原的過渡地帶，屬盆周山地地貌區(qū)。地勢特點總體呈南、北、西三面高陡，中部和東部低緩，河谷深切，地形起伏大。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，受龍門山北東向構(gòu)造帶和川滇南北向構(gòu)造帶的影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為北部的北東向構(gòu)造和南部的南北向構(gòu)造。

通過2013年度強降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查，雨城區(qū)共有地質(zhì)災(zāi)害338處（僅比4.20地震后多3個地質(zhì)災(zāi)害點[2]），其中滑坡202處，占總數(shù)的59.8%，不穩(wěn)定斜坡69處，占總數(shù)的20.4%，崩塌（危巖）58處，占總數(shù)的17.2%，泥石流5處，占總數(shù)的1.5%，地面塌陷4處，占總數(shù)的1.2%?；率侵饕牡刭|(zhì)災(zāi)害類型，其次是不穩(wěn)定斜坡和崩塌（危巖）。由自然因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害為242處，人類活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害規(guī)為96處，分別占總數(shù)的71.6%和28.4%。

圖1　雨城區(qū)地質(zhì)略圖

2 危險性評價方法

2.1評價步驟

目前地質(zhì)災(zāi)害危險性評價較為成熟的方法為層次分析法[3]，本文通過統(tǒng)計分析雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征，對影響災(zāi)害發(fā)生的主要因素進行定量并進行危險度賦值，然后利用層次分析法確定各影響因子間權(quán)重系數(shù)。主要步驟為四個方面[4-7]:

1）建立層次結(jié)構(gòu)模型：根據(jù)要研究的對象的各個條件和范圍等，明確處要提取的因素，并根據(jù)所提取的因素建立多個層次并按一定的隸屬關(guān)系進行排列，建立層次結(jié)構(gòu)模型。

2）元素歸類：通過問題的整理，采用分門別類的方法提取出問題中的主要元素，并依此以框架結(jié)果進行分層和整理，表述出各個元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。

表1　判斷矩陣表

3）構(gòu)造判斷矩陣：通過前面的元素整理歸類得到了各個層次的元素之間的差異性，采用對比方法得到元素差異程度數(shù)值判斷矩陣，對矩陣進行運算得到分數(shù)，整個過程還可以利用專家分析法作為輔助進行校正，最終得到重要性分數(shù)。

4）結(jié)果檢驗：對于可能有差異的元素，根據(jù)專家的建議和分析進行修正，并重新計算分數(shù)。

2.2評價指標(biāo)判斷矩陣的構(gòu)建

層次分析法首先需要獲取大量的相關(guān)信息，對于地質(zhì)災(zāi)害的層次分析，則需要獲取地質(zhì)災(zāi)害中各個導(dǎo)致災(zāi)害的重要因素，即基本元素，通過一定的標(biāo)準(zhǔn)進行判斷，并最終量化采用數(shù)學(xué)方法來建立，從而根據(jù)數(shù)學(xué)計算得出各個因素之間的區(qū)別以及重要性差異。假設(shè)結(jié)構(gòu)層次中某一層B有多個元素Bi，Bj……并且各個元素都與層次A中的元素相關(guān)，則可通過判斷矩陣表示，如表1所示。

表中bij表示定量化的相對重要程度分值，它是由單個元素Bi與另一元素Bj進行相對比較得到的危險性評價。bij的賦值則需要進行標(biāo)度，根據(jù)表2中的標(biāo)度特征和含義對其進行相應(yīng)的賦值，確定出對應(yīng)的含義。

表2　判斷矩陣元需Aij的1-9 度標(biāo)度法

2.3計算特征值和特征向量

第一步 將判斷矩陣每一列歸一化：

第二步 每一列正規(guī)化的判斷矩陣按行相加：

第三步 向量w正規(guī)化處理：

依次所得的A=（a1，a1，….，am）T即為所求的特征向量。

第四步 計算判斷矩陣最大特征根：

式中（TA）i表示向量TA第i個元素

2.4評價指標(biāo)層次排序及一致性檢驗

式中CR為判斷矩陣的隨機一致性比率；CI為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)，由下式給出：

RI 為判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)，由實驗給出。對于低價判斷矩陣，RI值列于表3中；對于高于 12 階的判斷矩陣，需進一步查資料或采用近似方法。即令：

若CR<0.1，判斷矩陣 B 具有滿意的一致性，所獲得的權(quán)重值比較合理；否則不具有滿意一致性，應(yīng)參照比較矩陣一致性調(diào)整方法修改。

表3　RI值表

3 因子選取及敏感性分析

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是有很多因素共同作用造成的，而各個因素所起的作用也各不相同，地形、地質(zhì)、降雨等條件都對地震導(dǎo)致的各種地質(zhì)災(zāi)害起控制性的作用[8]；通過對雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分析和特征的研究，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、烈度、坡度及降雨等因素與災(zāi)害的發(fā)生密切相關(guān)，其中坡度又可分為表面坡度和地形高程。由于滑坡是最主要的災(zāi)害類型，而雨城區(qū)滑坡主要為淺層土質(zhì)滑坡，與地層巖性關(guān)系較小，因此采用上述這幾個因子來研究雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況，力求以較少且最主要的影響因子評價其危險性。

對所有災(zāi)害點按自然引發(fā)和現(xiàn)狀欠穩(wěn)定兩個條件進行篩分，篩選出125個災(zāi)害點，其中滑坡災(zāi)害點95個，崩塌災(zāi)害點25個，泥石流災(zāi)害點5個。著重對這125個災(zāi)害點進行統(tǒng)計對比，建立模型（圖2），分析地質(zhì)災(zāi)害危險性。

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造主要通過斷層、構(gòu)造運動和地震區(qū)域的活動等影響區(qū)域內(nèi)的巖性分布、物源分布等容易提供地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有利基礎(chǔ)條件。如地貌的發(fā)育程度、巖石的破碎程度等特征，而斷裂構(gòu)造則影響地下水的走向和分布，并與人類活動密切相關(guān)，一定程度上影響了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。

對地質(zhì)構(gòu)造的量化，主要首先采用GIS統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)斷裂帶與地質(zhì)災(zāi)害點的關(guān)系，得到了0~1 500，1 500~2 500，>2 500m3個緩沖區(qū)（圖3），根據(jù)災(zāi)害點分布圖3統(tǒng)計可得表4。

圖2　雨城區(qū)災(zāi)害點分布圖

圖3　斷層緩沖區(qū)分級圖

表4　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與斷裂統(tǒng)計關(guān)系

表5　雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與地震烈度統(tǒng)計關(guān)系

斷裂緩沖距離是指指兩側(cè)離斷裂帶中心線的距離，從表4可見，雖然大于2500m范圍內(nèi)分布災(zāi)害點百分比最高，但這并不意味著斷層的影響作用不明顯，因為影響災(zāi)害發(fā)生的因素不止斷裂帶一個因素，還有諸如降雨、河流、地形地貌等各種因素的影響。

圖4　地震烈度圖

圖5　坡度分級圖

3.2地震烈度

震區(qū)烈度是地表搖晃破壞程度的定量化直接指標(biāo)。一般情況下，震區(qū)的巖土體完成程度隨著烈度的增大而減小，烈度的增大導(dǎo)致巖體和土體的損壞，致使崩塌、滑坡、泥石流大量的形成和發(fā)生。當(dāng)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量急劇增加時，由地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的危險性也急劇增加。因此，引入地震烈度來進行區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價。由于蘆山地震的影響，區(qū)域內(nèi)最大烈度達8度（圖4），受到地震災(zāi)害的影響較為嚴重，如表4所示，為區(qū)域內(nèi)災(zāi)害數(shù)量與地震烈度的關(guān)系。

3.3地形坡度

地形坡度是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的必備因素，坡度的大小決定了滑坡的臨空面發(fā)育，一定程度上決定了滑坡是否會發(fā)生。采用GIS獲得了研究區(qū)數(shù)字高程模型和坡度圖，分析過程中，將坡度按照0~10，10~20，20~30，30~45，>45度共5個坡度段進行統(tǒng)計（圖5）?？傻媒y(tǒng)計表6。

表6　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與坡度統(tǒng)計關(guān)系

表7　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與高程統(tǒng)計關(guān)系

表6可見，所有災(zāi)害點分布坡度范圍均小于45°，與滑坡通常分布坡度范圍較為一致，但崩塌分布坡度范圍通常集中于40°~60°左右，與本次統(tǒng)計結(jié)果對比有所出入。究其原因可能40°~60°區(qū)域人類居住少，進入分析統(tǒng)計隱患點較少，也有可能是地形圖（1∶5萬）比例尺較小，做出的坡度相對較粗，無法統(tǒng)計出局部精細的坡度，而崩塌往往發(fā)育在部些局部陡坡上。

3.4高程

海拔高程對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生也有明顯的影響，主要原因是海拔高度決定了地下水的特征，隨著高程的增長，地下水越來越少，水對滑坡的作用也越來越小，同時隨著高程的增長，人類的活動會越來越困難，一定程度上不容易破壞環(huán)境，造成地質(zhì)災(zāi)害的繼續(xù)發(fā)育。因此，分析研究區(qū)的高程后，將高程分成小于600，600~1 000，1 000~1 500，1 500~2 000，>2 000共五段（圖6）。表7為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與高程統(tǒng)計關(guān)系。

圖6　高程分級圖

圖7　河流緩沖區(qū)分級圖

圖8　年降雨分布圖

表8　雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與河流統(tǒng)計關(guān)系

表9　雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點與降雨統(tǒng)計關(guān)系

表10　指標(biāo)判斷矩陣和權(quán)重

3.5河流

由于河流水系的掏蝕、沖刷等促進因素，地質(zhì)災(zāi)害點在河流兩岸較為密集。因此，水系因素是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的重要控制性因素，分析研究區(qū)后采用GIS空間分析功能對河流做buffer處理，生成0~500，500~1 000，>1 000，3個區(qū)（圖7）?？傻媒y(tǒng)計表8。

3.6降雨

降雨是地質(zhì)災(zāi)害的直接激發(fā)條件。降雨入浸邊坡土體致使孔隙水壓力增大，土體飽和軟化，坑剪強度降低，進而促使邊坡失穩(wěn)發(fā)生崩塌、滑坡；同樣，強大的降雨在溝谷流域內(nèi)匯流起動溝床物質(zhì)或?qū)е禄伦罱K誘發(fā)泥石流。本文根據(jù)雨城區(qū)年降雨等值線圖，對其降雨分布劃分為<1 000，1 00~13 00，1 300~1 500，1 500~1 700，>1 700共5個區(qū)域，如圖8所示，并對其災(zāi)害點進行統(tǒng)計（表9）。

4 因子權(quán)重確定

根據(jù)斷矩陣根據(jù)層次分析法的基本原理，用5個指標(biāo)建立起判斷矩陣，將各個指標(biāo)間的相對重要程度表示出來。重要程度的權(quán)重，一定程度上結(jié)合了專家咨詢法獲得的各個因素重要性評價和分值，并結(jié)合了雨城區(qū)本身的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征敏感性評價結(jié)果，構(gòu)建了判斷矩陣，并按上述方法[4-7]計算各因子權(quán)重，如表10所示：

用所構(gòu)建的判斷矩陣計算出權(quán)重并代入公式進行一致性檢驗所得結(jié)果：可得判斷矩陣符合一致性。

圖9　危險性分區(qū)圖

5 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價[9]

5.1評價模型建立

通過對雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因素的單一分析和綜合判斷，并結(jié)合了層次分析法得到了各個單一因素在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生中所起的重要性作用，得到了雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價模型：

式中：S為評價單元的綜合危險性評價值；Wi 為第i個指標(biāo)的敏感度權(quán)重；Bij 為第i個指標(biāo)屬性j的賦值大小，其中，i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，3。

5.2危險性評價

地質(zhì)災(zāi)害危險性評價是基于GIS 空間疊加分析。先對各影響因子作半定量處理，參照前期各因子敏感性分析統(tǒng)計，對各因子敏感性大小分級并賦值（表11），以此代表參與疊加分析各因子敏感性大小，并分別用1，2，3量化，值越大代表其影響作用越顯著。

表11　因子敏感性賦值

表12　危險性分區(qū)統(tǒng)計表

然后按評價模型，應(yīng)用空間分析模塊下的疊加分析計算，對計算結(jié)果做分級處理，計算結(jié)果值最大為3，最小為1。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果將雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的危險等級分為三級：計算值＞2.35，屬高危險性區(qū)；1.93＜計算值＜2.35，屬中危險性區(qū)；計算值＜1.93，屬低危險性區(qū)（圖9、表12）。從表可得出，高易發(fā)區(qū)面積232.01km2，占總面積22.19%，占實際災(zāi)害點44.8%，點密度約0.24，中易發(fā)區(qū)面積473.96km2，占總面積45.33%，占實際災(zāi)害點40%，點密度約0.1，低易發(fā)區(qū)面積339.58km2，占總面積32.47%，占實際災(zāi)害點15.2%，點密度約0.05。結(jié)果與調(diào)查災(zāi)害點分布相似度較高，較準(zhǔn)確。

6 結(jié)論與建議

地質(zhì)構(gòu)造、地震烈度、地形坡度、高程、河流、降雨這幾個主要的地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性因素對崩塌、滑坡、泥石流的發(fā)生具有重要的意義，雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與其具有密切的相關(guān)性，分析其中每一個單一因子的作用和敏感性可得到相應(yīng)的危險性敏感區(qū)，然后對各個單一因子進行賦值和危險性定量組合，利用層次分析法確定各影響因子間權(quán)重系數(shù)，得到了雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性特征，與實際調(diào)查得到的地質(zhì)災(zāi)害分布較為吻合。可見，

采用危險性評價可以從宏觀上得到地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律和特征，能夠在缺少現(xiàn)場資料的地方采用遙感解譯等方式得到地質(zhì)災(zāi)害的危險性初步分析圖，為后期的地質(zhì)災(zāi)害防治提供有效的資料。但應(yīng)選擇比例尺較大的地形圖作為工作底圖。

[1] 岳海， 周琴，唐小東， 等. 雅安市雨城區(qū)2013年度強降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查報告[R]. 2013.8..

[2] 四川省地礦局九零九地質(zhì)隊， 四川省地礦局九一五地質(zhì)隊. 四川省“4.20”蘆山地震雅安市雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查報告[R]. 2013.5. .

[3] 趙煥臣， 許樹柏， 和金生. 層次分析法[ M] .北京: 科學(xué)出版社，1986.

[4] 姜琪文. 基于ARCGIS的區(qū)域滑坡危險性評價[D]. 成都理工大學(xué). 2005.

[5] 熊德清. 四川省理縣5.12汶川地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查與危險性評價[D]. 成都理工大學(xué).2009.

[6] 梁京濤. 遙感和GIS在汶川地震災(zāi)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評價中的應(yīng)用研究—以青川縣為例[D]. 成都理工大學(xué). 2009.

[7] 王哲，易發(fā)成. 基于層次分析法的綿陽市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì). 2007，3:93～98.

[8] 李鐵峰. 災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M]. 北京: 北京大學(xué)出版社. 2002.

[9] 岳海.4.20蘆山地震雅安雨城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征與防治建議[D].西南交通大學(xué).2015.

The Risk Assessment of Geohazards in Yucheng District, Ya’an after the Lushan Earthquake

YUE Hai1,2WANG Ying2LIU Min-sheng1,3

(1-No. 915 Hydrogeological and Engineering Geological Team, BGEEMRSP, Meishan, Sichuan 620010; 2-Southwest Jiaotong University, Chengdu 611734; 3-InstituteofExplorationTechnology, CAGS, Chengdu 611734)

This paper has a discussion on development and distribution regularities of geohazards in Yucheng District, Ya’an after the Lushan Earthquake on Apr. 20, 2013, and assesses risk of the geohazards by means of the theory of analytic hierarchy process (AHP) and 6 evaluation factors such as geological structure, seismic intensity, slope, elevation, rainfall and river. The risk is divided into high, medium and low grades.

Yucheng district; geohazard; risk assessment; analytic hierarchy process

642. 2

A

1006-0995（2016）02-0301-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.029

2015-5-27

岳海（1982-），男，四川西充人，工程師，長期從事水工環(huán)地質(zhì)工作