地质灾害危险性评价因子与权重分析研究

中国国土资源航空物探遥感中心 汪 洁 李 丽 荆青青 姚维岭

方正国际软件（北京）有限公司 王斌

地质灾害危险性评价因子与权重分析研究

Evaluation factors and weight analysis of geological disaster risk

中国国土资源航空物探遥感中心 汪 洁 李 丽 荆青青 姚维岭

方正国际软件（北京）有限公司 王斌

多年来我国在空间技术减灾领域做了大量的研究和应用工作，在自然灾害预警、灾害监测以及评估等方面取得了可观的进步。地质灾害危险性评价研究正逐渐形成地质灾害监测、预警和预报系统研究的组成部分。地质灾害危险性评价研究中一项重要的工作就是因子选取和权重确定。控制地质灾害发生的因素主要分为主控因子和触发因子两类。主控因子为地质灾害发育的基础条件，为地质灾害的发育、发生、发展提供了物质条件；触发因子为地质灾害的发育、发生、发展提供了动力。本文利用遥感技术，通过解译地质灾害点，并结合研究区域的实际特点，采用层次分析法，从地形、地质、地貌、统计数据四方面因素进行分析，确定评价因子和权重，并通过权重值分析各个因子对危险性评价的贡献率，以求掌握各个因子在地质灾害中的作用，为地质灾害危险性评价提供数据依据和技术支持。通过各因子贡献率可以为地质灾害的防治与治理提供参考。

研究区概况

汶川，因汶水得名，位于四川盆地西北部边缘，是中国四个羌族聚居县之一，有“西羌门户”和“川西锁匙”之称。地图坐标为北纬30°45′～31°43′与东经102°51′～103°44′之间，居阿坝藏族羌族自治州东南部，东邻彭州市、都江堰市，南靠崇州市、大邑县，西接宝兴、小金县，西北和东北分别与理县、茂县相连，如图1。县城位于威州镇，在北部岷江与杂谷脑河交汇处，海拔1325米，有茶坪山、邛崃山等山脉围绕，县区东西宽84千米，南北长105千米，总面积4084平方千米。

2008年5月12日，汶川县发生8.0级强烈地震。灾后汶川的地质灾害呈数量多、规模大、范围广、密度高、衍生性、成群性特点。震后引发的地质灾害以崩滑体为主，而且震后的崩滑体规模都呈大型趋势。地震对泥石流形成的地质条件和地质环境造成重大影响，对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的形成产生巨大作用。

图1 汶川县地理位置

研究方法

通常情况下，地质灾害评价因子权重计算是建立在一定的评价方法和评价指标之上。但是评价指标和评价方法到现在还无统一的标准。前人在研究自然和社会现象的时候主要使用统计分析法和机理分析法两种。系统分析法是近年来发展起来的一种分析方法，层次分析法就是系统分析法的数据工具之一。美国运筹学专家匹兹堡大学运畴学家萨蒂于1973年提出的层次排序法，即层次分析法（简称AHP），其原理简单，有较严格的数学依据。它采用适当的数学模型进行定量分析，并结合专家打分法定性分析的优点，弥补了定性与定量方法的不足，适合于既具有定量指标又具有定性指标的评价领域，经过多年发展已成为一种较为成熟的方法。

层次分析法的过程大致为：把复杂问题简单化，分解成递阶层次结构，请专家对下一层的各个因素相对上一层次的各个因素两两进行比较；然后通过求合法对矩阵进行计算、单层次排序、一致性检验，得到每个层次中的各个因素的权重组合，最后通过结构排序分析解决问题。

公路被山体滑坡掩埋

因子的选取

人类对地质灾害系统的认识具有局限性和不确定性。研究需要尽可能地减小这种不确定性。虽然我们所研究的地质灾害在其演变上具有不确定性，但是影响其变化的控制因子具有共同性。因此，只要我们掌握了地质灾害的控制因子，从而获得因子直接的影响及其权重，就可以预测灾害运动系统运动的变化和规律，从而可以为地质灾害的预测和防治工作提供依据。

影响地质灾害形成的自然因素众多，其因子的选取借鉴了前人的研究成果，并结合研究区域的实际特点。本研究主要分析了与地质灾害发生的数量、范围、规模有关的地层岩性、地质构造、地形地貌、植被覆盖、水系发育、道路修建、海拔高程等影响因素，并进行归类。

地形类因子

从统计学角度分析，山地、丘陵地带是滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的多发区。地质灾害的发生概率与海拔和坡度在一定程度上呈线性相关。海拔和地形坡度数值越大，越容易形成地质灾害的临界面，对地质灾害的孕育产生直接影响。

（1）山地坡度

坡度是指水平面和山地平面之间的夹角，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发育受山地坡度的陡缓程度的制约。一般，坡度在15°范围内对地质灾害的发生产生的影响小，在15°～40°的斜坡地带，尤其是在20°～30°的软弱岩性区，容易形成滑坡、泥石流发育的剪切滑动面。在坡度大于40°的地区，容易发生崩塌类地质灾害。

（2）山地坡向

山地坡向是指山坡平面上的法线在水面上的投影的指向，不同坡向的光照强度和光照时间不尽相同。因此，不同坡向的山地影响着植被类型和植被覆盖度的差异，进而决定了山地的侵蚀程度，对山地岩体的稳定性有相关性。

（3）山地高差

地形高低起伏的明显程度为重力提供的势能就越大，发育滑坡、泥石流等地质灾害的动力条件越成熟。高程的不同决定了植被类型和植被覆盖度的差异，加之人类活动局限于一定的高程范围之间，所以海拔高程和相对高差在一定范围内对地质灾害的发育存在相关性。

（4）山地河流

河流对地面的切割程度是控制泥石流发育的重要因素。距离主河道越近，控制泥石流和滑坡的临空条件越充足。震后的地质灾害如泥石流一般都集中在沟谷附近，沿河谷两岸分布。地震时，河谷两侧发生了大量滑坡、崩塌等地质灾害，并形成堰塞湖，为泥石流的发育提供了大量的物质来源。河流本身又为泥石流等地质灾害的发生提供了动力来源。

地质类因子

（1）地层岩性

汶川县区域内片岩、片麻岩、混合花岗岩、板岩、千枚岩等变质岩系及页岩、泥灰岩、泥岩、煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布广泛。胶结成岩作用差的岩性层、软弱岩性层和软弱相间的岩性层易遭受破坏，容易形成松散物质，因而此地区更容易发生滑坡、泥石流灾害。

（2）褶皱断裂带分布

褶皱断裂带沿线附近区域更容易发育滑坡、泥石流等地质灾害。地震激发的滑坡、崩塌、滚石等大大增加了沟谷之间松散固体物质储量，随着时间的推移和雨水的侵蚀，增加了滑坡、泥石流等地质灾害发生的危险性。

（3）道路分布

山区的道路建设过程中，人工开挖边坡、爆破等现象时有发生。这些工程的进行松动了沿路的山地岩体，破坏了岩体之前的稳定性，使岩体的抗剪程度降低而形成滑坡或崩塌，并积累的大量的松散破碎物质，如遇暴雨则容易形成泥石流、滑坡等地质灾害。

地貌类因子

地表的植被覆盖与土地利用类型对地质灾害存在严重影响。不同植被、土地利用类型对防沙固沙、保土固土、减缓径流、截留降雨等功能存在差异。滑坡、泥石流等地质灾害多发生于植被覆盖度低的区域，和人类的垦殖严重程度和水土流失严重程度成线性相关。

统计数据

（1）降雨量

汶川县属岷江流系，位于亚热带湿润季风气候区，受西南和东南的季风影响，四季特征明显，多雨多涝，秋雨危害严重，年温差小，属山地亚热带季风气候区。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。降雨量的大小对诱发泥石流、滑坡等地质灾害的发生有直接影响。

（2）地质灾害遥感解译

运用ERDAS9.2对2008年9月的中巴资源2号卫星高清遥感影像进行彩色合成、镶嵌、增强处理后，在ArcGIS10.0软件平台三维效果支持下可以清晰的辨认出滑坡、崩塌等地质灾害位置，如下图。通过目视解译法，提取地质灾害分布情况。

图2 GIS支持下地质灾害遥感三维特征

因子的确定

根据层次分析法的思想，把问题层次化、条理化，把复杂问题分解成若干个因素，并形成两个层级，第一级为地质、地形、地貌、统计数据四个因子。第二层级有11个因子，分属于第一层级，见表1。

权重分配

研究中的各个评价因子对地质灾害危险性的影响程度不同。各个评价因子有多个变量或者多种状态，其对目标评价的贡献也不尽相同。因此需要对各个因子影响的贡献率来分配不同的权重值，用因子权重的大小来体现各个因子在地质灾害危险性评价中的重要性。

结合研究区域特点，通过专家打分，对各个因子的重要性进行比较，并计算了因子重要性方差评价的离散程度。计算采取0.03为拒绝域进行剔除，只有专家打分取值的方差小于此值的时候才符合要求；并根据标度值分别对各判断层级的因子进行两两比较，构造第一层级和第二层级判断矩阵。根据权向量计算方法，求得判断矩阵的最大特征值lmax和经过归一化处理的权重值Wi，并进行一致性检验，经过对两层级的因子重要性进行总排序，可以得到各层级因子对危险性评价的贡献率，见表2。

表1 评价因子

表2 危险性评价体系因子权重表

初步结论

（1）本文通过对2008年9月的中巴资源2号卫星的高清遥感数据进行处理解译，提取地质灾害点分布，证明中巴资源2号卫星遥感数据可用于大范围地质灾害解译与评价工作。

（2）结合研究区特点，确定了地质灾害危险性评价的因子，主要地质类、地形类、地貌类和统计资料类共四类一级指标，并对一级指标进行细化，确定了11个二级因子。采用层次分析法对对震后地质灾害评价体系中的每个因子进行权重计算，并进行一致性检验，最终确定每个评价因子的权重值。

（3）第一层级因子：地质和地形两因子贡献率分列第一和第二位，说明地域范围的先天地质条件对地质灾害的发生有直接影响；统计数据的贡献率为0.2235，说明地质灾害（滑坡、泥石流）的发生多借助于外力，如降雨。第二层级因子：地质类因子中，道路分布贡献率最大，说明人类工程的选址与施工对诱发地质灾害影响较大；地形类因子中，坡度的贡献率最大，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发育受山地坡度的陡缓程度的制约；地貌类因子中，植被覆盖贡献率最大，丰富植被覆盖可以有效缓解地质灾害发生；统计数据类因子中，降雨量的贡献率最大，即在降雨发生时更容易发生滑坡、泥石流等地质灾害。

（4）本研究确定了一套可用于地质灾害危险性评价研究的评价因子选取和各因子权重计算的方法，可以为地质灾害危险性评价、灾害评估等工作提供数据依据和技术支持。

（5）通过各因子对地质灾害风险的贡献率可以有针对性的为灾后应急、救灾提供适当方法和措施。

矿山环境综合调查与评价（1212011120027）