基于GIS与AHP的旺苍县滑坡灾害危险性评价

2018-05-14邱利平

安徽农业科学 2018年2期

邱利平

摘要利用2016年旺苍县地质灾害详查数据，结合旺苍基础地理数据和DEM数据，选取坡度、地貌、地层岩性、多年平均降雨量、河流以及道路等因子，通过GIS与AHP对旺苍县滑坡进行危险性分区与评价。结果表明：旺苍县滑坡灾害高度危险性区分布在东部和南部，占总面积的19.5%；中度危险区占总面积的27.3%；低度危险区占总面积的32.4%；安全区占总面积的20.8%。旺苍县滑坡灾害的危险性分区可为当地防灾减灾工作提供决策参考。

关键词 GIS；层次分析法；滑坡；危险性评价

中图分类号 S429 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）02-0051-04

Abstract Using the data of geological disasters in Wangcang County in 2016，combined with Wangcang basic geographic data and DEM data，selecting slope， geomorphology， lithology， average rainfall， rivers， roads and other factors， risk zoning and evaluation of landslide in Wangcang County were conducted based on GIS and AHP.The results showed that the highest risk areas of landslides account for 1.3% of the total area； moderate risk areas account for 30.6% of the total area； low danger zone account for 39.1% of the total area； safe areas account for 29.0% of the total area.Zoning of risk areas of landslide can provide reference for decisionmaking in local disaster prevention and mitigation work.

Key words GIS；Analytic hierarchy process；Landslide；Risk assessment

根据2016年四川省旺苍县地质灾害调查，旺苍县337处地质灾害隐患点，滑坡共有212处，占总地质灾害的62.9%，以小型滑坡为主，共198处，没有大型滑坡。旺苍县滑坡威胁到879户5 419人的生命安全，多为分散农户，潜在财产威胁27 069万元。滑坡危险性评价是在滑坡易发性评价的基础上，考虑降雨、地震、人类工程活动等诱发因素的作用下，滑坡发生的空间位置、时间概率、强度及其影响范围的定性或定量评价[1]。

目前滑坡灾害危险性的研究方法很多[2-14]。李文盛等[2]采用层次分析法对湖北省巴东县新城区的黄土坡进行了滑坡危险性评价。毛伟等[3]采用层次分析法，利用GIS技术对金沙江乌东德库区金坪子滑坡进行了单体滑坡危险性评价。刘丽娜等[4]采用层次分析法和GIS技术对芦山震区进行了滑坡危险性评价。邢秋菊等[5]利用逻辑回归模型和GIS技术对万州地区进行了滑坡危险性评价研究。许冲等[6]将逻辑回归模型用于玉树地震区的滑坡危险性评价中，并进行了检验。

笔者以旺苍县为研究对象，在科学性和系统性原则指导下，根据文献资料、ARCGIS自然间断点分级法分类、区域实际情况以及影响因子与历史滑坡灾害点的相关性来确定指标分级标准，采用AHP确定因子权重，借助于ARCGIS技术强大的空间数据分析处理能力，完成旺苍县滑坡灾害危险性评价及其危险性分区制图，以期为旺苍县滑坡灾害的防治、预测预警提供数据支持。

1 研究区域概况

旺苍县地处大巴山西脉米仓山山地与四川盆地接合地区，地理坐标为105°58′24″～106°46′02″ E，31°58′45″～32°42′24″ N，面积约2 986 km2。县域内地势特点总体北部高陡，南部低缓，河谷深切，地形起伏大，最大相对高差为1 816 m。旺苍县东北部为构造侵蚀溶蚀中山，中部为构造侵蚀中山，南部为构造剥蚀低山，还有少量分布侵蚀堆积河谷平坝；整个地形以山地为主，占旺苍县总面积的97.3%，谷地及平坝仅占2.7%。旺苍县地层属扬子地层区，地层出露较齐全。岩性区域分布特征明显，中部主要分布古生界至中生界三叠系的碳酸岩夹碎屑岩和二叠系的块状碳酸岩。北部地区主要分布元古界的变质岩，岩性主要为变质砂岩和板岩。东北部地区集中分布着元古界晋宁期岩浆岩。南部地区分布中生界侏罗系和白垩系的碎屑岩，岩性为砂岩、泥质粉砂岩、泥岩及砂岩和泥岩互层。新生界第四系集中分布于中部河谷平坝地帶。旺苍县属亚热带湿润季风气候类型，年平均气温13.7 ℃，年降雨量1 021.7 mm，雨量充沛集中，降雨量季节分配不均匀，降雨主要集中在7—9月，这3个月的降雨量占全年降雨量的50%以上。县境内沟谷发育，水网密布，沟谷较短小，沟床坡降较大，河流主要有东河、木门河和寨巴河。旺苍县滑坡点分布情况见图1。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

数据源包括旺苍县的基础地理数据（行政边界、河流水系、道路交通数据等），2016年旺苍县地质灾害点详细调查、30 m×30 mDEM数据（地理空间数据云下载），统计数据，遥感解译和实地调查获取的滑坡地质灾害点数据，降水量观测数据等。旺苍县境内无孕育地震的断裂，地震活动弱，按《中国地震动参数区划图》分区，地震基本烈度为Ⅵ度，区域地壳较稳定，因此不考虑地震因子对滑坡灾害的影响。

2.2 研究方法

层次分析法（AHP）是由美国运筹学家Saaty于20世纪70年代提出的多准则目标决策方法，是将定性和定量相结合、层次化、系统化的决策方法[15]。层次分析法的主要思想：分析问题包含的影响因素及因素间的关系，将影响因素分层，在每一层次下建立准则，对该层次下影响因素进行两两比较并建立判断矩阵，得出该层准则下的权重，由此计算各目标因素对总体目标的组合权重[16]。

层次分析法主要步骤：①建立评价指标体系；②构建判断矩阵；③计算最大特征值和特征向量；④一致性检验。

评估指标选取主要遵循科学系统性原则、突出重点原则和综合性原则。指标体系的选取主要根据文献查询和项目实际情况进行选取。各指标滑坡灾害危险性分级和不同级别赋值，根据相关文献资料、ARCGIS自然间断点分级法分类及区域实际情况。

GIS空间叠加法根据ARCGIS将所有影响因子进行空间表达和量化赋值，得到各因子的栅格图层；再利用栅格计算器将所有影响因子乘以层次分析法计算得到的相应权重，再将乘积相加，划分得到滑坡地质灾害危险性分区。

3 数据处理

3.1 坡度因子提取

30 m×30 m DEM数据经过掩膜提取、镶嵌得到旺苍县DEM影像数据。利用ARCGIS中的“Spatial Analyst”工具中的“Surface Analysis”（表面分析）可以直接提取到旺苍县坡度。根据指标因子的赋值将旺苍县坡度进行重分类，结果得到旺苍县坡度重分类图（图2）。

3.2 地层岩性因子提取

地层岩性是影响滑坡发育的基础因素，为滑坡产生提供物质基础。将旺苍县地层岩性图扫描，并在ARCGIS中进行配准矢量化，根据指标因子的赋值将旺苍县岩性进行重分类，结果得到旺苍县岩性分级赋值（图3）。

3.3 地貌因子提取

斜坡是滑坡发生的条件，不同坡形和斜坡结构影响滑坡的发育。将旺苍县地貌图扫描，在ARCGIS中进行配准并且矢量化，根据指标因子的赋值将旺苍县地貌进行重分类，结果得到旺苍县地貌分级赋值（图4）。

3.4 河流因子提取

利用旺苍县DEM影像数据，根据ARCGIS中的“Spatial Analyst”工具中的“Hydrology”（水文分析）。提取河网时，汇流累积量阈值为3 000时得到比较理想河网，删除一些伪沟谷，可以提取到旺苍县河流网。将旺苍县河流进行缓冲区分析，根据指标因子的赋值，将旺苍县河流缓冲区进行重分类，得到旺苍县河流分级赋值（图5）。

3.5 道路影响因子提取

人类工程活动影响滑坡的种类很多，该研究主要选择道路。道路修建，开挖坡脚，形成高陡边坡，有利于滑坡发育。将旺苍县道路图层进行缓冲区分析，根据指标因子的赋值将旺苍县道路缓冲区进行重分类，结果得到旺苍县道路分级赋值（图6）。

3.6 降水因子提取

旺苍县滑坡分布范围广，但暴发时间集中，主要发生在5—9月雨季，暴雨和持续降雨都是诱发滑坡的重要条件，旺苍滑坡是典型的降雨诱发型滑坡。年均降水量分布根据区域内气象站点观测资料，通过ARCGIS样条函数插值法获取。根据指标因子的赋值将旺苍县多年平均降水量进行重分类，得到旺苍县多年平均降水量分级赋值（图7）。

用Excel数值分析得到判断矩阵最大特征根λmax为6.000；一致性指标CI为0；RI为平均一致性指标，值为1.24；计算随机一致性比率CR为0，则各因子权重是具有可接受一致性。

利用ARCGIS 10.1栅格数据处理，根据旺苍县DEM影像数据，处理得到坡度图，将旺苍多年平均降雨量图、地层岩性图、地貌图、道路缓冲区和河流缓冲区图栅格化。将旺苍多年平均降雨量栅格图、坡度栅格图、地层岩性栅格图、河流栅格图、道路栅格图、地貌栅格图根据层次分析法计算的权重，利用ARCGIS栅格计算叠加得到旺苍县滑坡危险性综合分区图，将旺苍县滑坡危险性综合分区图根据ARCGIS自然间断点分级法进行重分类，最终得到旺苍县滑坡危险性分区图。

4 评价结果与分析

4.1 指标权重确定

根据层次分析法确定各因子权重，坡度、地貌、岩性、多年平均降雨量、河流及道路因子的权重依次为0.226、0.097、0.194、0.290、0.032、0.161（表1），并通过一致性检验。

4.2 危险性分区

按照旺苍县滑坡灾害危险性影响因子的权重，对旺苍县滑坡灾害各因子进行叠加分析。根据ARCGIS自然间断点分级法对旺苍县滑坡灾害进行危险性分区，分为高度危险区、中度危险区、低度危险区和安全区4个等级（表2、3），结果见图8。从图8可见，旺苍县滑坡灾危险性大致由西北向东南递增。

4.3 对比分析

根据图8进行面积统计，得到旺苍县滑坡灾害高度危险性区主要分布于东部的大德乡、金溪镇、五权镇部分地区和南部的九龍乡、木门镇部分地区，占旺苍县总面积的19.5%，该地区道路网密集，修建道路开挖坡脚，形成陡峭边坡；河网密度大，河流冲刷侵蚀，都为滑坡发育提供临空面；主要分布在构造侵蚀低山和构造侵蚀中山；岩性为软弱的砂岩、泥岩互层，降雨量为旺苍最大的区域，是滑坡发育良好地区。中度危险区主要分布在南部和东北部少部分地区，占旺苍县总面积的27.3%，该地区道路网与河网密度也很大，也为滑坡发育提供很好的高陡坡面条件；岩性以砂岩、泥岩和页岩为主；该地区降雨量多。低度危险区主要分布在东北部、中部和西部等地区，占旺苍县总面积的32.4%。安全区主要分布在西部地区尤其是西北部和东北部少部分地区，占旺苍县总面积的20.8%，该地区道路网与河网密度都很小，西部降水量为旺苍县最少地区，该地区岩性碳酸岩和灰岩等岩石为主，主要地貌类型为构造侵蚀溶蚀中山，坡度多在60°以上，有利于崩塌发育，滑坡发育反而较少。

5 结论与建议

（1）滑坡发育需要适宜的地貌和地形坡度，旺苍县北部是构造侵蚀溶蚀中山，坡度多在60°以上，该地条件适宜崩塌发育，滑坡发育少。旺苍县滑坡灾害高危险区主要在降雨量1 150 mm以上的地区，旺苍县滑坡多为降雨诱发。由于旺苍县道路与河流有很大相关性，因此旺苍县滑坡危险区分区有沿河流和沿道路延伸的特点。

（2）旺苍县滑坡灾害高度危险性区主要分布于东部和南部地区，占旺苍县总面积的19.5%；中度危险区主要分布在南部和东北部少部分地区，占旺苍县总面积的27.3%；低度危险区主要分布在东北部、中部和西部等地区，占旺苍县总面积的32.4%；安全区主要分布在西部地区以及东北部的少部分地区，占旺苍县总面积的20.8%。

（3）针对旺苍县滑坡体积规模小、数量多、分布范围广等特点，笔者提出了几点滑坡灾害防治措施：①群测群防，旺苍县建立了以村组为单位的完善的群测群防系统，时时监测滑坡变形情况。②搬迁避让，当滑坡威胁农户较少，农户搬迁安置费用远小于工程治理费用时，建议搬迁避让。旺苍县已建立20个居民安置点，拟建31个居民安置点，能够容纳搬迁的居民入住。③工程治理，旺苍县滑坡多为小型滑坡，体积规模小，主要采用工程治理措施，即抗滑桩、挡土墙+截排水沟+裂缝夯填等、排水沟等。

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