基于层次分析法的梅河口市地质灾害易发性区划

张宁，万忠梅

吉林大学地球科学学院，吉林长春130061

基于层次分析法的梅河口市地质灾害易发性区划

张宁，万忠梅*

吉林大学地球科学学院，吉林长春130061

基于层次分析法的基本原理，本文使用YAAHP软件建立地质灾害易发区的层次分析结构模型及判断矩阵，通过矩阵求解确定影响地质灾害易发程度因子的权重。结合GIS技术，将梅河口市地质灾害易发程度分为高、中、低3个区，以期为工程建设提供参考依据。

层次分析法；梅河口市；地质灾害；易发性区划

地质灾害是指自然因素或者人为活动引发的岩土体变形移位现象，具体表现为崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等。地质灾害的发生与区域地质环境密切相关［1］，这些地质环境因素主要包括地质构造、地层岩性、地形地貌、岩土体参数、气象水文、人类工程活动等。地质灾害易发性区划［2］就是在综合考虑区域地质环境的基础上，确定地质灾害发生的概率，为当地的防灾减灾、工程建设规划提供参考。

地质灾害易发性区划的方法归根到底有两个：一是以地质灾害分布图和基础地质图件为基准，通过数字化确定地质灾害易发性指标，然后对各易发性指标进行叠加处理；二是对引发地质灾害的影响因子进行理论分析，通过打分或评级的方法赋予各影响因子以权重系数，再对各权重系数进行数学处理［3］。具体包括信息量法［4］、综合危险性指数法［5］、层次分析法［6］、人工神经网络［7］等。层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是20世纪70年代中期美国匹兹堡萨蒂教授提出的一种层次权重决策分析方法，具有实用性、系统性、简洁性等优点，通常在目标结构复杂且缺乏必要数据时使用，是将定性问题转换为定量问题的方法［8］。

梅河口市位于吉林省南部，是东北地区重要交通枢纽之一，交通十分方便。地质环境质量较差，由于人类工程经济活动影响，亦有崩塌、泥石流、不稳定斜坡、地面塌陷等地质灾害发生，截止到2010年底，全市地质灾害已累计毁房795间，毁坏农田2.711×106m2，造成直接经济损失2.418×107元。地质灾害已成为影响着全市经济社会发展的重要因素，是梅河口市防灾减灾工作中需要解决的突出问题。因此，对梅河口市开展地质灾害综合调查研究十分必要。

1　层次分析法基本原理及步骤

层次分析法本质上是将决策目标分解，并根据各因素间的相互关联以及隶属关系将因素层次化，形成一个递归阶层结构。根据决策目标的特点，对每一层的因素进行两两对比，通过引入比例标度的方法实现数量化，即构造判断矩阵。该矩阵的最大特征根及其特征向量归一化后即为各因素的相对权重。层次分析法具体操作方法详见文献［6］。

2　基于YAAHP的层次分析法实现过程

用来实现层次分析法的软件很多，本文使用YAAHP6.0层次分析法软件进行。该软件灵活易用，提供方便的递阶层次结构模型构造、判断矩阵数据录入、排序权重计算以及计算数据导出等功能。更重要的是，在判断矩阵输入的时候可以即时显示一致性比例，方便矩阵的调整。

2.1选取评价因子，建立层次模型

评价因子的选择应当遵循科学、实用、可操作性原则。结合研究区地质环境概况，参考专家意见，确立梅河口市地质灾害易发性区划评价指标体系，该体系包含三个层次（图1），即目标层、准则层、要素层。其中准则层包括地形地貌、工程地质、气象水文、人类活动四个方面，要素层包括相对高差、岩土体类型、采矿活动等10个评价因子。

图1　地质灾害易发性区划的层次分析模型Fig.1 The model of analytic hierarchy division in incident geological disaster zones

2.2输入判断矩阵，求解相对权重

（1）准则层B1～B4相对于目标层A的判断矩阵及相对权重（表1）

表1　A～B层判断矩阵Table 1 Judgment matrix of A～B

（2）要素层C1～C3相对于准则层B1的判断矩阵及相对权重（表2）

（3）要素层C4～C5相对于准则层B2的判断矩阵及相对权重（表3）

（4）要素层C6～C7相对于准则层B3的判断矩阵及相对权重（表4）

（5）要素层C8～C10相对于准则层B4的判断矩阵及相对权重（表5）

（6）各基础指标相对于目标层的综合权重见表6

表6　基础指标综合权重表Table 6 Comprehensive weight of basic indexes

3　梅河口市地质灾害易发性区划

3.1地质灾害易发性区划模型

采用国土资源部颁布的《县市地质灾害调查与区划调查基本要求实施细则2006》中推荐的模型：

式中：Z为地质灾害易发性综合指数；w为评价指标的权重，采用前面层次分析法求得的权重；D为评价指标的标准值，采用分级赋值的方法实现数值化（表7）。

表7　评价指标分级赋值表Table 7 Classification table of evaluation indexes

3.2数据来源

相对高差和坡度：将研究区1：5万地形图在MAPGIS平台上矢量化生成DEM，在DEM中解算相对高差和坡度；地貌类型：来自梅河口市地貌类型图；岩土体参数：来自梅河口市1：5万工程地质图；断裂：在梅河口市1：5万地质图上提取断裂构造并矢量化，做缓冲区分析；河流冲刷：在1：10万地理底图上提取河流水系并矢量化，做缓冲区分析；降雨量：来自多年降雨量等值线图；植被覆盖率：来自梅河口市2010ETM遥感影像；道路修建：在1：10万政区图上提取线性公路并矢量化，做缓冲区分析；采矿活动：来自梅河口市矿山企业分布图。

图2　梅河口市地质灾害易发性综合分区图Fig.2 Comprehensive division of geological hazards evaluation of probability of occurrence in Meihekou city

3.3易发性区划实现过程

利用栅格法处理已经数字化的单基础评价指标图件，按1 km×1 km网格部分，周边不足1 km×1 km的合并到相邻网格中。利用MAPGIS空间分析模块中区对区的合并分析功能，依次将各单指标图件进行区合并操作，合并后生成的区文件，通过库管理模块的属性库管理输出属性，按照3.1中Z的计算公式计算各单元格的地质灾害易发性综合指数值，最后将“地质灾害易发性指数”字段联回新区文件［9］。按照Z＞2.1为高易发区，2.1～1.2为中易发区，Z＜1.2为低易发区的标准进行分区。

3.4易发性区划结果

（1）姜家街—进化镇崩塌、泥石流为主地质灾害高易发亚区（A1）

位于梅河口市东南部，面积472.94 km2，占全市总面积的21.74%。本区地貌属中低山区，地质环境质量差，地质灾害发育。地质灾害多分布于公路沿线，区内发现地质灾害点34处，其中崩塌22处、不稳定斜坡8处、泥石流4处。泥石流灾害主要因森林过度砍伐和陡坡开荒引发。森林砍伐后降低了碎屑物的固结能力，同时对水源的含氧能力也大大降低，陡坡开荒，使斜坡上的物质更加松散，易激发泥石流的形成。

（2）红梅镇—中和镇地面塌陷地质灾害为主高易发亚区（A2）

位于梅河口市南部，呈条带状分布，面积41.13 km2，占全市总面积的1.89%。本区人类工程活动强烈，是梅河口市集中采煤的区域，地质环境质量差，地质灾害发育。区内共有地质灾害点12处，其地面塌陷10处、地裂缝2处。塌陷区呈单体式或串珠状群集式产生，塌陷周边可见开裂痕迹，有疏松状堆积物，说明地表下沉仍在继续，按《县市地质灾害调查与区划调查基本要求实施细则2006》塌陷体稳定性分级，应属不稳定级。地裂缝主要分布在煤矿塌陷区，与地面塌陷相伴生，往往由单列发展为群列，表层岩性为第四系中更新统冲洪积黄土状粉质粘土。

（3）地质灾害中易发区（B）

位于梅河口市湾龙—牛心顶镇一带，面积353.40 km2，占全市总面积的16.25%。本区地貌单元以丘陵、波状台地为主，地质环境质量较差，地质灾害较发育。区内共有地质灾害点24处，其中崩塌15处、不稳定斜坡9处。

（4）地质灾害低易发区（C）

位于梅河口市康大营镇—新河镇—曙光镇广大区域，面积1307.53 km2，占全市总面积的60.12%。地貌类型为丘陵河谷平原区，区内地质灾害不发育，地质环境质量较好。

4　结论

（1）根据层次分析法基本原理，使用YAAHP软件建立了用于地质灾害易发性区划的层次结构模型，结合专家意见，得到递阶层次的判断矩阵，通过求解，得到了各基础指标的权重。

（2）利用GIS技术，将梅河口市地质灾害易发程度划分为高、中、低三个区，分区结果与实际地质灾害调查结果比较吻合，为本地的防灾减灾、建设项目规划选址提供了参考依据。

［1］殷跃平.中国地质灾害减灾战略初步研究［J］.中国地质灾害与防治学报，2004，15（2）：1-8

［2］赵彦宁.基于GIS的吉林省敦化市地质灾害易发性区划方法研究［D］.长春：吉林大学，2013

［3］王哲，易发成.我国地质灾害区划及其研究现状［J］.中国矿业，2006，15（10）：47-50

［4］吴柏清，何政伟，刘严松.基于GIS的信息量法在九龙县地质灾害危险性评价中的应用［J］.测绘科学，2008，33（4）：146-147

［5］许传杰，高宗军，董红志，等.综合危险性指数法在东港区地质灾害易发区划分中的应用［J］.防灾科技学院学报，2013，15（4）：61-67

［6］姚玉增，任群智，李仁峰，等.层次分析法在山地地质灾害危险性评价中的应用——以辽宁凌源地区为例［J］.水文地质工程地质，2010，37（2）：130-134

［7］向喜琼，黄润秋.基于GIS的人工神经网络模型在地质灾害危险性区划中的应用［J］.中国地质灾害与防治学报，2000，11（3）：23-27

［8］许树柏.实用决策方法—层次分析法原理［M］.天津：天津大学出版社，1988

［9］马力，李立军，赵彦宁，等.基于GIS空间分析的吉林省辉南县地质灾害易发程度评价［J］.吉林地质，2014，33（2）：106-111

Division of Incident Geological Disaster Zone in Meihekou City Based on Analytic Hierarchy Process

ZHANG Ning，WAN Zhong-mei*
College of Earth Sciences/Jilin University，Changchun 130061，China

This paper established the structural model and judgment matrix with a software of YAAHP based on the fundamental principle of Analytic Hierarchy Process（AHP）to solve the weight to influence on the incident geological disaster.Combining GIS，the levels of geological disaster likely occurred in Meihekou City were divided into 3 zones of high-prone，middle-prone and low-prone.The division result could provide a reference for project construction in this district.

Analytic Hierarchy Process（AHP）；Meihekou City；geological disaster；incident division

P694

A

1000-2324（2016）02-0250-04

2014-11-12

2014-12-12-10

国家自然科学基金：气温升高背景下沼泽湿地土壤酶活性与有机碳动态的关系研究（41101271）

张宁（1987-），男，吉林省梅河口市人，在读研究生，主要从事地质灾害和生态地球化学研究.E-mail：wordhello@163.com

Author for correspondence.E-mail：wanzm@jlu.edu.cn