徐鵬 梁瑞鋒 劉斌

摘? 要：根據(jù)野外調(diào)查和室內(nèi)分析，選取坡度、坡向、坡高、工程地質(zhì)巖組、岸坡結(jié)構(gòu)、斷裂構(gòu)造、河流水系、降雨條件、人類工程活動作為白水江流域滑坡影響因子，運用AHP-CF法對上述因子進(jìn)行滑坡敏感性分析，最終得到各因子的LSP值及其排名。結(jié)果顯示：研究區(qū)滑坡對軟硬相間巖類敏感性最強;對順向坡、距離河流水系與道路小于1km、坡度為20°～40°及400～500mm年均降雨量值較為敏感;對坡向、坡高等因素敏感性較弱;對區(qū)內(nèi)其它巖類、坡度為40°～90°及600～800mm年均降雨量值敏感性弱。

關(guān)鍵詞：AFP-CF法;白水江流域;滑坡影響因子;敏感性分析

中圖分類號：P642.22? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2018）04-0043-07

0 前言

滑坡作為地質(zhì)災(zāi)害中十分廣泛的類型之一，極大地威脅著人民的安危，制約著社會的發(fā)展（黃潤秋等，2004）。近些年來隨著滑坡災(zāi)害的急劇增加，廣大群眾的人身和財產(chǎn)安全損失極為慘重。所以，預(yù)測滑坡發(fā)生的可能性、降低滑坡所造成的損失就顯得格外重要（向喜瓊，2005）。

滑坡影響因子敏感性分析是預(yù)測某一區(qū)域在今后一段時間內(nèi)發(fā)生滑坡可能性的前提和基礎(chǔ)。它是根據(jù)區(qū)域的自然地理和工程地質(zhì)條件，運用合理的方法對影響滑坡的內(nèi)外因素進(jìn)行綜合分析比較，得到對滑坡發(fā)生演化起關(guān)鍵作用的敏感因子，為今后區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害預(yù)測與防治提供基礎(chǔ)的地質(zhì)資料與數(shù)據(jù)（梁瑞鋒，2017）。

目前，針對區(qū)域性滑坡影響因子敏感性分析的方法主要分為專家打分法、決策分析方法、二元線性統(tǒng)計分析方法、多元線性統(tǒng)計分析方法、非線性統(tǒng)計分析方法等。其中，專家打分法是以專家的經(jīng)驗進(jìn)行評價因子的選取及相應(yīng)權(quán)重的賦值，原理簡單，但受到人為主觀因素過大;決策分析方法主要為層次分析法（李燕婷等，2016），其優(yōu)點在于對數(shù)據(jù)要求低，計算較為簡便，其缺點在于當(dāng)評價指標(biāo)過多時，權(quán)重難以確定;二元線性統(tǒng)計分析方法包括信息量法（陳立華等，2016）、證據(jù)權(quán)重法（趙志芳等，2010）與確定性系數(shù)法（許沖等，2010）等，這類方法的主要優(yōu)點是各評價因子內(nèi)部的信息量值、證據(jù)權(quán)重或確定性系數(shù)由滑坡本身屬性決定，客觀真實，在很大程度上克服人為主觀因素的影響，但不足之處在于它們不能有效避免評價因子之間的相互重復(fù)性與依賴性，在一定程度上使評價結(jié)果失真;多元線性統(tǒng)計分析方法主要是 Logistic 回歸分析（許沖等，2012），其優(yōu)點在于可以解決因子間的依賴性問題，在確定因子權(quán)重方面有較大的優(yōu)勢，不足之處是計算量過大;非線性統(tǒng)計分析方法主要包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（譚龍等，2014）、模糊綜合評判（包磊等，2016）與支持向量機（毛伊敏等，2016）等，優(yōu)點是能夠避免人為因素的干擾。

1 AHP-CF法介紹

本文所采用的層次分析-確定性系數(shù)法（AHP-CF法）其優(yōu)勢在于將主觀與客觀相結(jié)合，不僅綜合考慮到每個影響因子對區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)生的參與程度，還在一定范圍內(nèi)避免了影響因子之間的重復(fù)性和人為因素的干擾性，計算簡便，效果顯著。

1.1 CF法原理

采用確定性系數(shù)法（Certainty Factor，CF）對滑坡影響因子進(jìn)行敏感性分析是有基本假設(shè)的，那就是根據(jù)已發(fā)生的滑坡與影響因子（例如坡向、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等）之間的統(tǒng)計關(guān)系來判定這些因子對滑坡敏感性的強弱。

CF作為一個概率函數(shù)，將絕對假定改為基于已有事實的假定（蘭恒星等，2002）。其計算公式如下：

式中：PPa表示影響因子中某一指標(biāo)內(nèi)存在的滑坡數(shù)量與該指標(biāo)總面積的比值，即滑坡在該類指標(biāo)中的點密度;PPs表示區(qū)內(nèi)滑坡總數(shù)與研究區(qū)總面積的比值。

由式（1）函數(shù)可知，CF取值區(qū)間為[-1，1]。其中，正值表示影響因子的敏感性確定性增長，CF值越接近1就代表其敏感性越強;負(fù)值表示影響因子的敏感性確定性降低，CF值越接近 -1就代表其敏感性越弱;CF值為0或接近0時，則表示此條件下影響因子敏感性的確定性不能判定（劉艷芳等，2014）。

1.2 AHP法原理

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種將定性與定量相結(jié)合解決多準(zhǔn)則問題的決策方法（劉麗娜等，2014）。其在滑坡影響因子的敏感性分析過程中原理如下：

（1）建立層次分析結(jié)構(gòu)模型

首先對模型進(jìn)行層級劃分，本文中目標(biāo)層為滑坡影響因子敏感性分析，準(zhǔn)則層為影響滑坡發(fā)育的內(nèi)在因素與外在因素（圖1），方案層為具體的影響因子（毛偉等，2011）。

（2）構(gòu)造判斷矩陣及計算權(quán)重

根據(jù)專家評分的高低，對不同影響因子的重要性進(jìn)行標(biāo)度從而建立判斷矩陣，計算出判斷矩陣的最大特征值及相對應(yīng)的特征向量，將特征向量進(jìn)行歸一化處理后得到歸一化權(quán)重，歸一化權(quán)重即為同一層級中各影響因子的權(quán)重。

以專家打分為基礎(chǔ)，對各因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整得到判斷矩陣（表1、表2、表3）：

通過Matlab 軟件計算可得最大特征值λmax=2，歸一化權(quán)重Wi=[0.8333，0.1667]。

同理，可得最大特征值λmax=7.1232，歸一化權(quán)重Wi=[0.2588，0.0474，0.1515，0.1730，0.2124，0.0940，0.0629]。

同理，可得最大特征值λmax=2，歸一化權(quán)重Wi=[0.7500，0.2500]。

（3）判斷矩陣的一致性檢驗

為判斷通過矩陣所算的權(quán)重是否可信，須對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，計算公式如下：

式中，CI為一致性指標(biāo);λmax為判斷矩陣最大特征值;n為判斷矩陣階數(shù);CR為隨機一致性比率;RI為平均隨機一致性指標(biāo)，可由表4查得。

通過對隨機一致性比率CR的計算可判斷矩陣的合理性。

當(dāng)矩陣階數(shù) n<3 時，判斷矩陣永遠(yuǎn)具有完全一致性，因此判斷矩陣不需要進(jìn)行一致性檢驗。

當(dāng)矩陣階數(shù) n≥3 時，需計算CR值進(jìn)行一致性檢驗。當(dāng)CR<0.1，則判斷矩陣一致性檢驗通過，判斷矩陣合理;當(dāng)CR=0.1，則判斷矩陣有良好的一致性，判斷矩陣較為合理;當(dāng)CR>0.1，則判斷矩陣不滿足一致性要求，需對矩陣進(jìn)行調(diào)整修正。

根據(jù)式（2）和式（3）對上述判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，計算結(jié)果見表5，表明矩陣滿足一致性要求，判斷矩陣合理。

（4）計算各影響因子綜合權(quán)重

檢驗合格后，各影響因子各層級的歸一化權(quán)重的乘積即為其綜合權(quán)重值。

根據(jù)各層次矩陣所計算的歸一化權(quán)重W i，綜合計算可得各影響因子的綜合權(quán)重值。如表6所示。

1.3 CF-AHP法原理

確定各滑坡影響因子的CF值及其綜合權(quán)重，通過計算可以得到各評價指標(biāo)確定性系數(shù)權(quán)。

影響因子中單個評價指標(biāo)的確定性權(quán)的計算公式為：

式中：LSP代表各評價指標(biāo)確定性系數(shù)權(quán)，Wci代表影響因子xi的權(quán)重;CFij為影響因子xi下的第j個指標(biāo)的確定性系數(shù)。

2 研究區(qū)概況

2.1 自然地理

白水江流域位于川甘兩省交界處，自甘肅省文縣碧口水庫沿白水江向北延伸至四川省九寨溝縣西北部。地理坐標(biāo)：E10332'～10458'，N3243'～3341'。

白水江流域由西向東可分為高原濕潤山地氣候區(qū)及亞熱帶到溫帶過渡氣候區(qū)。九寨溝縣全域海拔1000～5000m，屬高原濕潤氣候，流域東南部的文縣屬亞熱帶向溫帶過渡區(qū)。區(qū)內(nèi)降雨主要集中在5-10月。根據(jù)收集到的區(qū)內(nèi)多年年均降雨量值資料，區(qū)內(nèi)絕大部分區(qū)域處于年均降雨量值400～600mm范圍內(nèi)，僅有白水江流域東南角丹堡鄉(xiāng)—玉壘鄉(xiāng)一帶處于600～800mm范圍內(nèi)。

白水江為白龍江的一級支流，屬長江水系，全長約295.6km，流域面積約8257.15km2，河道平均縱比降為10.1‰。白水江支流眾多，有白河、黑河、中路河等，多呈格子狀水系。白水江河谷深邃狹窄，河道坡陡流急，水力資源充沛，水能資源豐富。

白水江流域從南東至北西，由丘陵山區(qū)向高山峽谷展布，地勢逐漸升高。白水江河谷兩側(cè)山體渾厚，岸坡陡立，坡度多在20～60°之間，干流河谷總體呈NW-SE向。中游兩側(cè)階地發(fā)育，河谷多呈V-U混合型溝谷。上游、下游及支流多為V型深切溝谷。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

白水江流域位于松潘-甘孜褶皺系、秦嶺褶皺系以及上揚子地臺的結(jié)合部位，不同層次、不同期次的構(gòu)造相互疊加，形成極為復(fù)雜的構(gòu)造格局（武運泊，2015）。區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂均極為發(fā)育，主要的褶皺有陵江-青龍背斜、隆康倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜、中寨-馬營復(fù)向斜及關(guān)家溝-何家壩復(fù)背斜;主要的斷裂有文縣-康縣斷裂帶、塔藏斷裂、岷江斷裂及牟泥溝斷裂（圖2）。

2.3 工程地質(zhì)巖組

由于白水江流域特殊的大地構(gòu)造位置以及復(fù)雜的區(qū)域構(gòu)造格局，故其地層也復(fù)雜多變。本文把具有相同工程地質(zhì)性質(zhì)的地層劃分到同一工程地質(zhì)巖組，有利于分析巖土體與滑坡之間的聯(lián)系?，F(xiàn)將流域內(nèi)地層劃分為4套工程地質(zhì)巖組（表7）。

2.4 岸坡結(jié)構(gòu)

斜坡臨空面的方向與巖層層面或主要結(jié)構(gòu)面的傾向存在一定的夾角i。i的絕對值大小直接決定了岸坡結(jié)構(gòu)的類型（表8）。不同的岸坡結(jié)構(gòu)類型在一定程度上影響著斜坡的變形破壞機制。大量研究結(jié)果指出，對于同一巖性來說，不同岸坡結(jié)構(gòu)類型的穩(wěn)定性存在較大差異。一般來說，橫向坡和斜向坡相對較穩(wěn)定，多形成危巖或崩塌，而順向坡和逆向坡更易發(fā)生變形破壞，最終多演變成滑坡（楊栓成， 2017）。

2.5 新構(gòu)造運動與地震

研究區(qū)是我國地震頻發(fā)地區(qū)之一，受多條活動斷裂影響。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），域內(nèi)絕大部分區(qū)域地震動峰值加速度為0.2g，反應(yīng)譜特征周期 0.40s，相應(yīng)的地震基本烈度為VII度。故在滑坡易發(fā)性評價中，地震對區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境的影響烈度整體選擇為VII度（圖3）。

3 滑坡影響因子敏感性分析

白水江流域地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象普遍發(fā)育。經(jīng)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)共分布129處滑坡，發(fā)育規(guī)模以大型—特大型為主（圖4）。

根據(jù)野外調(diào)查及室內(nèi)歸納分析，區(qū)內(nèi)滑坡的形成在不同程度上受到內(nèi)在和外在因素影響。其中，內(nèi)在因素包括坡度、坡向、坡高、工程地質(zhì)巖組、岸坡結(jié)構(gòu)及斷裂構(gòu)造;外在因素包括河流水系、降雨條件及人類工程活動（道路為人類工程活動的主要代表）。

基于白水江流域GDEMDEM 30M 分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，運用ArcGIS軟件的空間分析功能將129處滑坡與這些影響因子進(jìn)行疊加分析，最終得到滑坡在各影響因子不同指標(biāo)下的點密度值（即PPa）（表10）。根據(jù)CF法計算得到不同影響因子下各指標(biāo)的CF值及上述AHP法計算得到的綜合權(quán)重值。再根據(jù)式（4），可得到白水江流域滑坡災(zāi)害不同影響因素下各指標(biāo)LSP值（表9）。

根據(jù)表9中的LSP值及其排名，可知排名1-18的不同影響因素下各指標(biāo)的LSP值為正值，說明其敏感性為確定性增長，敏感程度逐漸減小;排名19-38的不同影響因素下各指標(biāo)的LSP值為負(fù)值，說明其敏感性為確定性降低，其不敏感程度逐漸增大。具體來說，白水江流域滑坡對工程地質(zhì)巖組為軟硬相間巖類最為敏感，對岸坡結(jié)構(gòu)為順向坡、滑坡與河流水系和道路距離小于1km、坡度為20～40及400～500mm年均降雨量值敏感性較強，對坡向、坡高等因素敏感性較弱，對工程地質(zhì)巖組為硬巖類、較硬巖類及較軟巖類敏感性弱，對坡度為40～90及600～800mm年均降雨量值敏感性也弱。在上述排名中，年降雨量為400～600mm范圍反而比600～800mm范圍滑坡敏感性更強，這似乎與我們的認(rèn)識剛好相反。其實究其原因，降雨只是誘發(fā)滑坡的外在因素之一，而降雨量在600～800mm之間的面積本來就很小，而且?guī)缀醵嘉挥谟矌r區(qū)，不利于滑坡的發(fā)育。

4 結(jié)論

本文采用AHP-CF法對白水江流域滑坡影響因子進(jìn)行敏感性分析，得到的主要結(jié)論如下：

（1） AHP-CF法將主觀與客觀相結(jié)合，綜合考慮到每個影響因子對區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)值，在一定程度上避免了影響因子之間的相互重復(fù)性和人為主觀干擾性。據(jù)此計算得到各影響因子不同指標(biāo)的LSP值能充分反映每個因子對滑坡的敏感程度，方法合理，計算簡便。

（2）根據(jù)LSP值及其排名，可知白水江流域滑坡對工程地質(zhì)巖組為軟硬相間巖類最為敏感，對岸坡結(jié)構(gòu)為順向坡、滑坡與河流水系和道路距離小于1km、坡度為20～40°及400～500mm年均降雨量值敏感性較強，對坡向、坡高等因素敏感性較弱，對工程地質(zhì)巖組為硬巖類、較硬巖類及較軟巖類敏感性弱，對坡度為40～90及600～800mm年均降雨量值敏感性也弱。

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