江西万载县地质灾害易发性评价的分析方法

陈光飞，吴亚星，钟连祥

(1.江西省地矿局赣南地质调查大队，江西 赣州 341000；2.湖州中核勘测规划设计有限公司，浙江 湖州 313000；3.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000)

万载县位于江西省西部，由于人类工程活动或自然因素导致县域内滑坡、泥石流、崩塌及地面塌陷等地质灾害广泛发育，并极大的威胁了当地居民的生命和财产安全。基于此，笔者通过野外地质调查，在详细查明研究区地质灾害发育特征及分布规律的基础上，采用层次分析法对万载县的地质灾害进行了易发性评价，旨在为该区地质灾害的预防和治理提供一定的理论依据。

1 研究区概况

万载县位于江西省的西部，东边与宜丰、上高县接邻，南邻宜春市袁州区，西与湖南的浏阳市毗邻，北边靠近铜鼓县，地理坐标在27°59′N28°27′N，113°59′E114°36′E之间，县国土面积1719.63km2。

万载县属于亚热带湿润气候，年平均降雨量为1700.1mm，但各地降雨量存在地域性的差异，呈现北多南少的趋势。县境内地貌形态可划分为构造侵蚀低山、侵蚀剥蚀陇状丘陵、剥蚀红盆丘陵和山间冲击平原四个地貌单元，区内地质构造较复杂，褶皱和断裂及其发育。根据岩土体的形成条件，区内岩性以碎屑岩、变质岩、岩浆岩和碳酸盐岩为主，第四系地层零星分布于河流阶地、小山坡、山间洼地及河谷等。近年来，由于人类工程活动的增加以及降雨等因素的影响，县境内地质灾害频发，根据野外地质调查，万载县的地质灾害类型包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、崩塌及滑坡隐患，安全隐患点共计1099处，灾害点共计334处，其中滑坡273处，占总数的81.7%，崩塌23处，占总数的6.9%，泥石流3处，占总数的0.9%，地面塌陷35处，占总数的10.5%。

2 地质灾害层次分析法

层次分析法(analytic hierarchy process)简称AHP，是由美国运筹学家T.L.Saaty教授于20世纪70年代提出的一种用于目标结构复杂及必要数据缺乏情况下的多目标决策分析方法，该方法可以量化决策者的经验判断，且具有实用性和逻辑性强的特点，被广泛应用于地质灾害的易发性评价研究[7]。

层次分析法的基本思想就是依据所研究问题的性质和拟达到的总目标，按层次将问题分解成不同的因素，然后将在同一层次的不同因素根据相对重要性进行两两比较，得出相关判断矩阵，最后得出各因子的权重。

2.1 评价因子的选取

经野外地质调查，万载县内地质灾害点有 334处，其中滑坡273处，占总灾害点数的81.7%，滑坡是居民的生命和财产安全最主要的地质灾害，因此以滑坡为例，根据区内地质环境特征、地质灾害发育规律及形成条件，选用了岩土体类型(C1)、控制结构面的类型(C2)、岩体完整程度(C3)、坡度(C4)、坡高(C5)、灾害点密度(C6)、降雨(C7)及人类工程活动(C8)这8个因素作为评价因子。

2.2 系统层次结构分析模型的建立

为使各个因素之间的关系更具条理性，依据各个因素特征属性的不同，将前文选取的8各评价因子进行分类并归化，建立了万载县地质灾害易发性评价的3层系统层次结构分析模型(见图1)。其中A为目标层，B为准则层，C为措施层。

图1 系统层次结构分析模型

2.3 判断矩阵的构造

在对各评价因子进行权重系数的确定之前，需构造评价因子之间两两重要性对比的矩阵，通过T.L.Saaty提出的19标度法[7]来表示各评价因子之间的影响强弱(表1)。根据类似工程的实际情况，确定各评价因子之间的相对重要性并赋予相应的分值，进而得到所需要的判断矩阵(表2、表3、表4)。

表1 19标度法含义

表2 A-B层判断矩阵

表3 B1-C层判断矩阵

表4 B3-C层判断矩阵

2.4 确定评价因子的权重系数

目前，层次分析法确定评价因子权重系数的计算方法包括算术平均法、几何平均法、最小二乘法及特征向量法[8]。本文采用几何平均法计算前文所选取评价因子的权重系数，几何平均法也就是数学中的方根法，其基本思想就是对判断矩阵中的每一行向量求几何平均值，然后对所求向量进行归一化，所得特征向量即为各评价因子的权重。其具体步骤如下所述：

①计算判断矩阵每一行因子的乘积，即

(1)

式中：xij为因子xi与因子xj的重要性比较。

③对上述所求向量进行归一化处理，确定权重ai，即

(2)

经公式(2)计算后，得到特征向量，即各因子对应的权重值a=[a1，a2，an]T。

④计算最大特征值，即

(3)

式中(Ua)i表示判断矩阵和特征向量乘积的第i个分量。

⑤对矩阵进行一致性检验，公式如下：

(4)

式中：CR为判断矩阵的一致性比例，CI为一致性指标，n为判断矩阵的阶数，λmax为公式(3)计算出的最大特征值，RI为随机一致性指标，RI的取值由表5[7]确定。仅当CR<0.1或λmax=n、CI=0时，才认为判断矩阵满足一致性检验。

表5 随机一致性指标取值表

通过计算，得到A-B层判断矩阵各级指标权重，均为0.333，最大特征值λmax=3。B1-C层判断矩阵的最大特征值λmax=5.423，各因子的权重分别为0.094，0.361，0.224，0.220，0.101，一致性指标CI=0.106，随机一致性指标RI=1.12，则一致性比例CR=0.095<0.1，说明判断矩阵满足一致性检验。B3-C层判断矩阵的最大特征值λmax=2，各因子的权重分别为0.667，0.333。

2.5 层次总排序及一致性检验

表6 万载县地质灾害易发性评价因子层次总排序

由表6可以看出，影响万载县地质灾害发生的各因子重要性由大到小的排序依次为：灾点密度>降雨>控制结构面类型>人类工程活动>岩体完整程度>坡度>坡高>岩土体类型。

3 地质灾害易发性分区评价

3.1 地质灾害易发性分区

地质灾害的易发性评价可以根据上述8个评价因子的权重值和打分值完成，在分析评价的过程中，将每个评价因子根据相应的准则进行赋值，根据万载县地质灾害发育的地质条件、分布规律，将灾害影响程度划分为四个等级，并量化为4，3，2，1，分级赋值见表7。

表7 地质灾害评价因子赋值表

根据国土资源部颁布的《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：

(5)

图2 万载县地质灾害易发性分区图

式中：Z为地质灾害易发性综合指数，ai为各评价因子的权重，Di为评价指标的标准值，由表7确定。当Z>1.0时，该区化为高易发区，0.5

将万载县1433处野外地质调查点分别按照公式5计算相应的易发性综合指数，根据分区标准和“类似原则”合并同类项，同时适当的进行归并及单元边界线的修改，完成了万载县地质灾害易发性分区(图2)。

3.2 地质灾害易发性评价

(1)地质灾害高易发区(Ⅰ)：主要分布于万载县西北部构造侵蚀低山、东南部侵蚀剥蚀陇状丘陵及岩溶发育的山间冲积平原地带，该区可以划分为3个亚区：仙源赤兴(Ⅰ1)、黄茅镇东南部(Ⅰ2)、马步康乐(Ⅰ3)，总面积达323.09 km2，占全县总面积的18.8%。区内地质环境条件复杂，地层岩性主要有三叠系的碳酸盐岩、变质岩、更系统及全新统的松散土体，岩石风化强烈，断裂构造在北东向及近东西向发育，加里东期及晋宁期岩浆岩呈岩基大量侵入。由于居民切坡建房、公路建设及地下煤矿的大规模开采，导致该区崩塌、滑坡及地面塌陷地质灾害发育，根据野外地质灾害调查，区内已发现的地质灾害点有513处，灾点密度达1.59处km2，受威胁人口达2045人，威胁财产1781.05万元。

(2)地质灾害中易发区(Ⅱ)：该区分布于万载县西部及西北部的构造侵蚀低山区、东南部侵蚀剥蚀陇状丘陵地带，主要分布于茭湖高村(Ⅱ1)、黄茅镇西北部白水(Ⅱ2)、岭东高城鹅峰(Ⅱ3)，总面积达764.3 km2，占全县总面积的44.4%。区内地层岩性以三叠系的碳酸盐岩、变质岩及全新统的松散土体为主，岩石风化强烈，断裂构造在北东向及近东西向发育。由于居民切坡建房、建厂及公路建设，导致该区地质灾害较发育，主要以不稳定斜坡为主，存在崩塌、滑坡地质灾害隐患。据调查，该区已发现的地质灾害点有718处，灾点密度为0.94处/ km2，受威胁人口1057人，威胁财产1148.95万元。

(3)地质灾害中易发区(Ⅲ)：处于调查区的西南部及东侧，呈条带状分布，以侵蚀剥蚀陇状丘陵及剥蚀红盆丘陵地貌为主，整体地势较低矮平缓，区内地质灾害点较少，可以划分为3个亚区：官元山林场(Ⅲ1)、赤兴三兴罗城(Ⅲ2)、株潭潭埠赤兴(Ⅲ3)，总面积632.24 km2，占全县总面积的36.8%。区内地层岩性包括白垩系红层、侏罗系碎屑岩及第四系松散土体，植被发育，由于人口较少，相应的工程活动也较少，因此列为万载县地质灾害低易发区。据野外地质调查，区内地质灾害点共计202处，灾点密度为0.32处km2，受威胁人口103人，威胁财产52.06万元。

4 结论

(1)万载县地质环境条件较复杂，区内崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷地质灾害发育，致灾因素较多，存在一定的地域性差异。本文选取了8个评价因子作为该区地质灾害易发性的影响因素，采用层次分析法确定了各评价因子对万载县地质灾害发生的贡献率。其中，岩土体类型、控制结构面的类型、岩体完整程度、坡度、坡高、灾点密度、降雨及人类工程活动所占的权重分别为0.031、0.120、0.075、0.074、0.034、0.333、0.222及0.111。

(2)万载县地质灾害易发性分区和评价结果表明，地质灾害高易发区占地面积323.09 km2，占全县总面积的18.8%，主要分布于万载县西北部构造侵蚀低山、东南部侵蚀剥蚀陇状丘陵及岩溶发育的山间冲积平原地带；中易发区占地面积764.3 km2，占全县总面积的44.4%，分布于万载县西部及西北部的构造侵蚀低山区、东南部侵蚀剥蚀陇状丘陵地带；低易发区占地面积632.24 km2，占全县总面积的36.8%，呈条带状分布于万载县西南部及东侧。基于层次分析法的万载县地质灾害易发性评价研究可为万载县地质灾害的预防和防治提供理论依据。