基于GIS技术的修武县地质灾害易发性分析

张 公，刘承勇，黄继超，孟 飞

(河南省地质矿产勘查开发局第二环境地质调查院，河南 郑州 450053)

2000年起，河南省先后有计划开展了66个县(市)的地质灾害调查与区划工作。初步查明了河南省地质灾害分布情况，划分了易发区和防治分区，建立了群测群防体系，有效地减轻了地质灾害损失。然而随着近年来社会经济迅速发展，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害仍呈现加剧趋势，为了有效地防治地质灾害，减少地质灾害对修武县造成的损失，河南省国土资源厅开展了2013年度1:5万地质灾害详细调查项目。本文依托“河南省修武县1:5万地质灾害详细调查”项目，通过对整个修武县进行的大量的地质灾害调查与区划工作并结合前人的经验[1-5]，选取影响地质灾害发展的若干主要因素，进一步理清各因素之间相互作用，借助地理信息系统(ARCGIS)对研究区地质灾害易发因素做出梳理，通过建立地质灾害易发性评价体系，对各评价指标进行量化，赋予权重，进而对易发性做出评价，并在评价的基础上尝试进行预测，为研究区今后地质灾害的预警、防灾减灾提供参考[6-9]。

1 斜坡单元划分

基于修武县DEM表面水文分析，利用正反地形提取山谷线和山脊线，融合生成的集水流域与反向集水流域，消除不合理元素，最终得到由汇水线与分水线所组成的斜坡单元，划分为6 120个单元(见图1)。

图1 修武县斜坡单元划分图

2 层次分析法选取评价指标

以往地质灾害易发性评价多采用网格剖分法和等值线法开展，人为干预性大，不能反映真实灾害易发环境条件，对地质灾害易发性的赋值，只考虑了灾害点的分布情况，缺少对诱发地质灾害的影响因素的考虑。通过对比分析，层次分析法较网格剖分法和等值线法具有，应用较为广泛、计算方便、易于操作、条理清晰、分析因素全面、人为干预性小等特点。

2.1 建立递阶层次结构模型

将主要问题条理化、层次化，构造出一个有层次的结构模型(见图2)。通过构造判断矩阵，求出其最大特征值。及其所对应的特征向量W，归一化后，为某一层次指标对于上一层次某相关指标的相对重要性权值，即W=(0.34，0.09，0.08，0.07，0.09，0.10，0.09，0.14)；判断矩阵的最大特征根λmax=8.17。

图2 层次结构图

2.2 层次单排序及一致性检验

(1)

CI=0，有完全的一致性；CI接近于0，有满意的一致性；CI 越大，不一致越严重。

根据1986年，龚木森、许树柏通过重复计算1 000次判断矩阵后得出的查找对应的平均随机一致性指标RI(见表1)，一致性比例CR公式如下：

(2)

RI取1.45，CI=0.024 3，带入公式2，求得、CR=0.024 3/1.32=0.018 4<0.10。当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性可接受。

这表明设定的判断矩阵具有满意的一致性，因此，W=(0.34，0.09，0.08，0.07，0.09，0.10，0.09，0.14)的各分量可以作为各个评价要素的相应权重数，既有： (C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9)=(0.34，0.09，0.08，0.07，0.09，0.10，0.09，0.14)。

2.3 层次总排序及一致性检验

总排序权重要自上而下地将单准则下的权重进行合成，计算同一层次所有因素对于总目标(最高层)相对重要性的排序权值，检验也是由高层到低层逐层进行，设D层中与Ci相关因素的成对比较判断矩阵在单排序中经过一致性检验，求得一致性指标为CI(j) (j = 1,C,m)，CI(1-8)=(0.000 7、0.050 1、0.011、0.018 6、0.036 9、0.038 4、0.052 3、0.054 1)。相应平均随机一致性指标为RI(j) 、CI(j)、RI(j)在层次单排序时已求得，则C层总排序随机一致性比例可按下式计算：

(3)

将方案层子权值与对应的准则层权值乘起来后相加， D1、D2、D3对目标层的权重向量0.231 7、0.394 1、0.374 2。

则层次总排序组合随机一致性CR=0.026<0.10

故，层次总排序通过一致性检验。

3 地质灾害发展预测分析

3.1 分区原则

以修武县为研究对象，根据地质灾害分布情况并综合考虑各影响因素，对研究区进行易发程度分区，预测地质灾害发生的可能性和地质灾害可能发生的大体空间位置。分区应遵循持相似性、区域完整性、科学性、重复性等原则进行(见表2)。

表2 修武县地质灾害分区对照表

图3 研究区地质灾害易发性分区图

3.2 模型建立

易发性评价用易发性指数的分级来区划,模型表示为:

(4)

式中：n=8；R为地质灾害综合易发性指数，即空间叠加分析后的栅格像元数值；M为地裂缝地质灾害评估因子的标度取值；W为第i个评价因子的权重， X为第i个评价因子概化分级并标准化后的值。

将地质灾害综合易发性指数(R)分区间，利用GIS图形处理模块的区编辑，根据属性赋参数将新图层中所有图面单元赋予不同深浅的颜色，分别表示地裂缝地质灾害易发性的若干级别。

3.3 分区结果

根据地质灾害易发性评价结果，地

质灾害点的分布情况，综合考虑地形地貌、岩土体类型、降雨、人类工程活动影响范围及强弱程度，对调查区地裂缝地质灾害易发程度进行分区，如图3所示。

4 结语

(1) 以往地质灾害易发性评价多采用网格剖分法和等值线法开展，鉴于本次工作面积较大，地质灾害的影响因素较多，本文选用层次分析法进行评价较以前具有，应用较为广泛、计算方便、易于操作、条理清晰、分析因素全面、人为干预性小等特点。

(2) 通过应用层次分析法建立评价指标体系，给出多种地质灾害诱发因素的标准权数，并通过一致性检验，较以前的传统方法更为精确合理。

(3) 通过该区域的地质灾害实地调查结果，以及ArcGIS平台进行的多种诱发因素量化处理结果，可以看出，实测地质灾害点绝大多数都分布在中、高易发区域，实际调查结果与分析所得结果吻合较好。

(4) 依据分区结果，研究区易发性预测分为高易发区、中易发区、低易发区和非易发区。其中高易发区总面积约110.7 km2，占全区面积的16.3%，主要分布在西村乡平顶窑村-孤山村、云台山镇岸上村-片马村与西村乡-七贤镇一带；中易发区主要分布在西村乡甲板创村-金岭坡村与云台山镇-七贤镇一带，总面积约153.88 km2，占全区面积的22.7%；低易发区主要分布在西村北-云台山西北、云台山东、五里源西南与王屯南-郇封南一带，总面积约154.29 km2，占全区面积的22.8%；非易发区主要分布在周庄-城关-王屯-郇封一带，总面积259.13 km2，占全区总面积的38.2%，分区结果为该地区的防灾减灾工作提供了可靠依据。

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