楊 樂，陳 杰

(1.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；2.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

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基于灰色關(guān)聯(lián)法的地質(zhì)災(zāi)害危險性影響因子分析

楊 樂1，陳 杰2

(1.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；2.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

以重慶萬盛區(qū)某旅游度假區(qū)為例，采用灰色關(guān)聯(lián)度法分析其地質(zhì)災(zāi)害危險性影響因子的作用程度和因子間關(guān)系，并系統(tǒng)闡述了灰色關(guān)聯(lián)度分析法的評價方法與模型。將該地區(qū)分成8個評價區(qū)，并選取了坡度、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、人類活動、地下水、植被共6個影響因子，然后對影響因子進行權(quán)重計算并對其分析。結(jié)果表明：各影響因子作用程度量化排序依次為人類活動、坡度、植被、地層巖性、地下水和地質(zhì)構(gòu)造。人類活動和其他因子的相關(guān)性最強，地層巖性和其他因子的相關(guān)性最弱。

地質(zhì)工程；地質(zhì)災(zāi)害；灰色關(guān)聯(lián)度法；影響因子；權(quán)重

地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、泥石流、地裂縫、崩塌、地面塌陷等類型，對生命安全、生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟建設(shè)有著極大的破壞性。2014年，全國共發(fā)生各類地質(zhì)災(zāi)害10 907起，造成349人死亡、51人失蹤、218人受傷，直接經(jīng)濟損失54.1億元[1]。地質(zhì)災(zāi)害具有種類多、分布廣、危害大等特點，治理難度大，影響因素較多，嚴(yán)重制約社會的發(fā)展。

地質(zhì)災(zāi)害危險性分析是對地質(zhì)災(zāi)害活動程度和危害能力的分析評判，地質(zhì)災(zāi)害活動程度是分析核心。地質(zhì)災(zāi)害危險性分析的方法較多，主要有層次分析法[2-3]、模糊綜合評判法[4]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[5-6]、GIS技術(shù)[7]和灰色關(guān)聯(lián)度分析法等。其中灰色關(guān)聯(lián)度分析法來源于灰色理論，是中國學(xué)者鄧聚龍在1984年創(chuàng)立的，是一種定量的分析方法[8]。運用灰色關(guān)聯(lián)度法對地質(zhì)災(zāi)害的研究發(fā)展已經(jīng)比較全面，對公路地質(zhì)災(zāi)害、礦山地質(zhì)災(zāi)害、斜坡地質(zhì)災(zāi)害的危險性評分評價的研究和對泥石流、滑坡、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的活動性評價、危險性評價、易發(fā)性評價的研究都有成熟的進展[9-13]?；疑P(guān)聯(lián)法是一種簡單實用而且有效的方法，它可以減少人為因素的主觀判斷，影響因子無量綱化后可以進行排序比較。筆者針對重慶萬盛區(qū)某旅游度假區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性影響因子，運用灰色關(guān)聯(lián)度法建立評價模型，定量分析地質(zhì)災(zāi)害危險性各影響因子作用程度和因子間關(guān)系。

1 評價區(qū)概況

評價區(qū)氣候溫和、降雨充沛，多年平均降雨量為1 312 mm，無常年性河流及地表水體通過，山坡和坡腳常見季節(jié)性沖溝，徑流量受大氣降雨影響明顯。地下水按賦存介質(zhì)分為松散介質(zhì)孔隙水及巖溶裂隙水，主要分布在山谷底部地形較平緩處和場地下伏基巖中，埋深超過50 m。植被主要為原始灌木和林地，谷底部平緩處為農(nóng)田，場區(qū)破壞地質(zhì)環(huán)境的人類活動主要表現(xiàn)在對農(nóng)田的改造工程和區(qū)內(nèi)修建碎石路對山體進行了切坡，改變了部分地形和破壞了植被，人類工程活動較強烈。區(qū)內(nèi)主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象為地斜邊坡的穩(wěn)定性、場坪時形成的挖填方邊坡的穩(wěn)定性和巖溶及隱伏巖溶發(fā)育段容易發(fā)生巖溶塌陷。

2 影響因子及分區(qū)

2.1 確定影響因子

地質(zhì)災(zāi)害危險性分析的影響因子很多且關(guān)系復(fù)雜，因子選擇應(yīng)結(jié)合實測資料并具有明確意義和代表性，應(yīng)具有個數(shù)不宜太多、相互獨立、容易獲取及量化等特點[14]。影響指標(biāo)的選取主要采用定性分析各因素對評價區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響的主次關(guān)系并結(jié)合評價區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的實際情況。常見的影響因子有地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、人類活動、地下水、植被、坡度、地震、巖溶發(fā)育條件等。根據(jù)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2010年版)》，建設(shè)用地地震動峰值加速度為少于0.05 g，地震基本烈度為V度，并結(jié)合該地區(qū)安評報告，地震作用較小。評估區(qū)水文地質(zhì)單元屬于碳酸鹽巖裂隙溶洞水，巖溶微弱發(fā)育且地下水埋深大于50 m，未發(fā)育大泉和暗河，所以根據(jù)文獻資料并考慮因子量化及取得的可行性及科學(xué)性，確定以下6個影響因子：坡度(X0)、地層巖性(X1)、地質(zhì)構(gòu)造(X2)、人類活動(X3)、地下水(X4)、植被(X5)。

地形坡度能反映地表陡緩的程度，坡度越陡對地質(zhì)災(zāi)害危險性影響越大；地層巖性直接影響巖土體的穩(wěn)定性；地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度、斷層及裂隙的發(fā)育會影響巖土體的完整性，會對其造成破壞；人類對自然的開發(fā)破壞是地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素；地下水與巖土間有復(fù)雜的相互作用，主要影響著近地表地質(zhì)災(zāi)害；植被的緩沖作用對泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生有一定的防護作用。這些影響因素可以反映評價區(qū)的基本情況，而且相對獨立，取值比較容易。

2.2 確定評價單元

評價單元選取要具有代表性，評價區(qū)位于山谷內(nèi)且地理分布不集中，為充分考慮評價區(qū)的整體情況，按組團將評價區(qū)劃分為11個地理區(qū)域(圖1)。

圖1 某旅游度假區(qū)分區(qū)Fig. 1 Zoning of a tourist resort

筆者將以下8個區(qū)域作為評價單元：1-3組團、3-1組團、3-2組團、3-3組團、溫泉小鎮(zhèn)組團、溫泉酒店組團、濱湖酒店組團、運動會所-娛樂風(fēng)洞。這8個區(qū)域占評價區(qū)80%左右的面積，人類活動頻繁，影響因子取值簡單；而其他區(qū)域因面積較小，人類活動不集中，影響因子取值困難，所以這8個區(qū)域具有一定的代表性，可有效反映區(qū)域評價情況。

2.3 影響因子賦值

影響因子不是量化指標(biāo)，所以只能進行賦值計算。研究表明：對地質(zhì)災(zāi)害危險性影響越大則因子賦值應(yīng)越大，因此地質(zhì)災(zāi)害更易發(fā)生；反之賦值應(yīng)越小，地質(zhì)災(zāi)害更不易發(fā)生[7-14]。結(jié)合文獻資料和勘查資料，將影響因子劃分為4個安全等級：Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級，并分別賦值為1，2，3，4(表1)。并結(jié)合某旅游度假區(qū)地質(zhì)勘察資料，根據(jù)表1賦值如表2。

表1 地質(zhì)災(zāi)害危險性影響因子及賦值Table 1 Impact factors and their values of the geological hazard risk

表2 評價單元分值數(shù)據(jù)Table 2 Scores of assessment elements

3 模型建立與計算

3.1 關(guān)聯(lián)數(shù)列

關(guān)聯(lián)數(shù)列為：Xi={X0，X1，X2，X3，X4，X5}={坡度，地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造，人類活動，地下水，植被}，選取坡度X0作為參考序列，則有：X0(k)={X0(1)，X0(2)，X0(3)，X0(4)，X0(5)，X0(6)，X0(7)，X0(8)}。

3.2 數(shù)據(jù)均值化處理

均值化公式如式(1)：

(1)

式中：i=1，2，…，m；n=0，1，…，n。

對表2中的數(shù)據(jù)進行計算，結(jié)果如表3。

表3 影響因子的無量綱化值Table 3 Non-dimensional value of impact factors

3.3 絕對差數(shù)列

絕對差公式如式(2)：

(2)

式中：k=1，2，…，m。

對表3中的數(shù)據(jù)進行計算，結(jié)果如表4。

表4 求差數(shù)列Table 4 Difference sequence

3.4 關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)系數(shù)公式如式(3)：

(3)

式中：ρ為分辨系數(shù)，ρ取值范圍為[0，1]，它的取值只影響關(guān)聯(lián)系數(shù)大小，不影響關(guān)聯(lián)序，一般情況取中間值ρ=0.5。

由表4可得Δmin=0.072 73，Δmax=0.960 00，計算得數(shù)列Xj對參考數(shù)列X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)(表5)。

表5 關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients

3.5 關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度公式如式(4)：

(4)

由表5求得比較數(shù)列Xj對參考數(shù)列X0的關(guān)聯(lián)度(表6)。

表6 關(guān)聯(lián)度Table 6 Correlation degree

同樣按上述步驟計算，依次改變母序列，求出所有兩兩數(shù)列的關(guān)聯(lián)度值得關(guān)聯(lián)矩陣R。

3.6 因子權(quán)重

由式(5)可得各因子權(quán)重(表7)。

(5)

表7 影響因子權(quán)重Table 7 Weight of impact factors

4 結(jié)果分析

4.1 對影響因子權(quán)重分析

根據(jù)各因子權(quán)重(表7)，按各因子優(yōu)勢排序為：X3>X0>X5>X1>X4>X2，即人類活動>坡度>植被>地層巖性>地下水>地質(zhì)構(gòu)造。由各因子權(quán)重可以看出：人類活動所占的權(quán)重最大，為0.176 51；地質(zhì)構(gòu)造所占的權(quán)重最小，為0.150 40。

4.2 對關(guān)聯(lián)度分析

以矩陣第6行(影響因子植被)為例，按關(guān)聯(lián)度大小排序0.740 02>0.734 94>0.699 25>0.634 20>0.574 05。由此得關(guān)聯(lián)序為[r53，r51，r54，r50，r52]，即對植被影響最大的是人類活動，其次是地層巖性，和其他影響因子的關(guān)聯(lián)度依次是地下水、坡度和地質(zhì)構(gòu)造。

同理，其余各因子間關(guān)聯(lián)度依次為：坡度為[r04，r03，r05，r01，r02] ；地層巖性為[r13，r15，r14，r10，r12] ；地質(zhì)構(gòu)造為[r20，r24，r25，r23，r21] ；人類活動為[r31，r34，r35，r30，r32] ；地下水為[r43，r45，r40，r41，r42] 。

5 結(jié) 論

筆者采用灰色關(guān)聯(lián)度法分析了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害各影響因子影響程度和因子間關(guān)系。研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生主要影響因素與人類活動、坡度、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水和植被有關(guān)。得出如下結(jié)論。

1) 通過文中計算，影響因子中人類活動所占的權(quán)重最大，是影響旅游度假區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性首要因素，其次是坡度、植被、地層巖性、地下水。地質(zhì)構(gòu)造所占的權(quán)重最小，所以影響作用最小。

2) 通過對關(guān)聯(lián)度分析，人類活動和其他因子的相關(guān)性最強，地層巖性和其他因子的相關(guān)性最弱。對地層巖性、地下水、植被影響最顯著的因子是人類活動，地下水則是對坡度、人類活動和植被影響最顯著的因子。

綜上，灰色關(guān)聯(lián)度法計算各個因子之間的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重，減少了人為因素對旅游度假區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性影響因子的主觀判斷，為研究地質(zhì)災(zāi)害危險性評價提供理論和數(shù)據(jù)支持。

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(責(zé)任編輯：劉 韜)

Impact Factors Analysis of Geological Hazard Risk Based on Grey Correlation Method

YANG Le1，CHEN Jie2

(1.Chongqing Institute of Geology & Mineral Resources，Chongqing 400042，P.R.China; 2.School of River & Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

Taking a tourist resort in Wansheng District of Chongqing as an example，the grey correlation analysis method was used to discuss the role of the impact factors of such geological hazards and the relationship between them，and to explain the evaluation methods and models systematically.The tourist resort was divided into 8 assessment zones.6 indices were selected as impact factors，such as slope，stratum lithology，geological structure，human activity，groundwater and vegetation; and then the weight of the above impact factors was calculated and analyzed.The results show that the order of the degree of impact factors is quantified，and the order is human activity，slope，vegetation，stratum lithology，groundwater and geological structure.Human activity has the strongest correlation with other factors，while stratum lithology has the weakest correlation with other factors.

geological engineering; geological hazard; grey correlation method; impact factors; weight

2015-12-18；

2016-05-01

楊 樂(1978—)，女，重慶人，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事巖土工程及地質(zhì)工程方面的研究。E-mail：446281718@qq.com。

陳 杰(1991—)，男，山東濱州人，碩士研究生，主要從事水利工程方面的研究。E-mail：1548637489@qq.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.06.13

P694

A

1674-0696(2017)06-080-05