基于层次分析法的叶城二牧场地质灾害危险性评价

邱 曼，魏云杰

（1.新疆生产建设兵团地质勘查中心，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830000；2.中国地质环境监测院，北京 100081）

0 引言

近年来，随着兵团向南发展工作的推进，由人类工程活动引发的地质灾害问题日益频发，给人类生产生活造成极大的危害，据不完全统计，兵团南疆第三师叶城二牧场分布有崩塌、滑坡、泥石流地质灾害点33 处，威胁农牧职工1000 余人，威胁财产1.5 亿余元，急需对当地进行地质灾害危险性分区，为兵团开展防灾减灾工作提供支撑。地质灾害危险性划定结果受多种因素影响，各因素存在着不确定性、模糊性及相互作用的复杂性等特点，故其划定方法一直处于探索和改进过程中[1]。层次分析法是将复杂的问题分解为不同组成因素，并按不同层次聚集组合为一个多层次的分析结构模型[2-6]。本文在收集资料基础上，通过对叶城二牧场地质环境条件及地质灾害开展野外调查，借助选用Arcgis 平台，采用层次分析法进行地质灾害易发区划定，取得了较好的效果。

1 工程地质环境概况

研究区位于昆仑山北麓叶城县南60 km 的乌恰巴什镇，为典型的大陆性干旱半干旱气候，气温随高程增加而降低，降水量随高程增加而增大，垂直分带显著；研究区地貌类型多样，二、三队草场地处侵蚀剥蚀中高山区，海拔3000～4800 m；二、三队队部地处低山丘陵区，海拔2000～3000 m，覆盖层为黄土，山体平缓浑圆，受河流冲刷切割，沟谷发育。洪积砾质平原区分布在低山丘陵区前缘一带。

研究区海拔1500～2000m，由各河流堆积作用形成冲洪积扇，地表沉积物由上更新统卵砾石、砂砾石、砂质粘土组成。南高北低，呈微斜状，水系呈片流或散流状；三队及二队以南局部区域出露奥陶系花岗岩、闪长岩等，二队南部大部区域由海相碳酸盐岩、碎屑岩组成，出露长城系、蓟县纪、石炭系灰岩、白云质硅质岩及砂岩等。区内河谷阶地区域，河水持续侵蚀冲刷阶地，河岸垮塌，工程地质条件较差；研究区内多为压性、压扭性断裂，区域主要构造断层有铁克里克断裂、柯岗断裂及康西瓦断裂。新构造运动表现为强烈的升降运动，并具有对老构造的继承性，空间上的差异性，时间上间歇性的特点。研究区总体降水量稀少，据叶城县10 年内监测站降水资料统计，年平均降水量57.9 mm；降水多集中于5-8 月，其中8月份降水量最多，达13.66 mm。位于中高山区的二队、三队年均降水量200 mm 左右，是滑坡、泥石流、崩塌地质灾害高发区域。

2 地质灾害发育特征

调查发现研究区主要发育有滑坡、崩塌、泥石流3 类地质灾害，共计33 处，其中崩塌7处，滑坡11 处，泥石流15 处，分别占地质灾害点总数的21%、33%、46%。灾害分布不均匀，但受各地质要素影响具有一定的规律：研究区内人类工程活动较弱的南部及西部区域为构造侵蚀中高山区，分布中厚层状碳酸盐岩、碎屑岩岩组及块状岩浆岩岩组，岩体工程性质良好，不具有地质灾害发生的地质条件。研究区内人类工程活动强烈的北部区域地貌类型为低山丘陵区，山梁起伏，沟壑纵横，大量居民削坡建房，切坡修路，破坏原有斜坡应力平衡，在降雨等因素作用下，极易发生滑坡、泥石流等地质灾害（图1）。

图1 叶城二牧场地质灾害分布图Fig.1 Distribution map of geological hazards in Ermuchang area of Yecheng

3 地质灾害危险性评价

3.1 评价方法

地质灾害危险性定量评价方法，国内外学者已做过较多研究，常见的有袭扰系数法、人工神经网络法等[7]，但受地质环境条件差异以及各方法适用的空间尺度不同等因素影响，上述方法在新疆高海拔寒旱黄土区的评价结果常常不尽如人意。本文基于GIS 的层次分析法对新疆生产建设兵团叶城二牧场地质灾害危险性进行综合评价，以反映地质灾害危险性的各种影响因素及其相对重要性，实现大比例尺地质灾害危险性评价的目的[8]。

3.2 地质灾害易发性评价指标体系

因素层次结构的建立依据是地质灾害危险性预测影响因子。其中，指标层（Uij）为高程、坡向、坡度、断层分布、工程岩组、河网分布、公路分布；准则层（Ui）包括有地质、水文、地形地貌及人类工程活动因素；目标层（U）是地质灾害易发性评价[9]。具体如图2 所示。

图2 叶城二牧场地质灾害易发性层次结构图Fig.2 Hierarchical structure of geological hazard susceptibility in Ermuchang area of Yecheng

3.3 指标因素状态分级

按照一定的标准将单因素的指标划分出多个二级状态称为指标因素状态分级。评价因素数据类型可分为连续型和离散型2 种。野外调查论证是离散型数据制定划分标准的主要依据；相较连续型数据，其划分标准更易把握。

3.3.1 坡度

坡度与岩性、气候、水文条件及土层厚度条件等多种因素息息相关，是滑坡发生的几个主要因素之一。首先，崩塌作为滑坡的物质来源，其发生与坡度有关，会为滑坡发生创造条件。其次，重力等的剪切力随着坡度的增加会随之增大，故发生滑坡概率会加大；指标因素状态分级如图3 所示。

3.3.2 坡向

一般认为，坡面侵蚀、岩土体的物理力学特性、水蒸发、斜坡地下水孔隙压力的分布等受斜坡坡向太阳辐射强度等条件影响，主要的影响表现是水热比的规律性差异及山坡的小气候。指标因素状态分级如图4 所示。

3.3.3 高程

调查数据显示，植被覆盖率、植被类型、地区降雨与高程密切有关，同时受不同高程范围内人类活动强度差异及易于滑坡滑动临空面影响等，高程对斜坡变形破坏相关。指标因素状态分级如图5 所示。

3.3.4 河网分布

调查发现，叶城二牧场区域内受阿克齐河、柯克亚河、台斯河、吾鲁格吾鲁斯塘河的冲刷切割，沟谷发育，谷壁陡峭，遭受侵蚀、剥蚀作用强烈，崩塌、滑坡、泥石流地质灾害发育，成为外动力地质作用最为活跃的场所。离河道越近的区域地质灾害危险程度则越高。指标因素状态分级如图6 所示。

3.3.5 工程地质岩组

区内产生地质灾害的物质基础是地层岩性。地质灾害的分布、发育、规模及活动方式受工程地质岩组控制或制约。调查发现，研究区内中高山区大部区域分布有坚硬的中厚层状碳酸盐岩、碎屑岩岩组及坚硬的块状岩浆岩岩组，地质灾害不发育。低山丘陵区，黄土堆积厚度5～10 m 左右，岩性为黄土状亚砂土，下伏地层为基岩或第四系堆积物，地质灾害发育。指标因素状态分级如图7 所示。

3.3.6 地质构造

断裂构造与地质灾害发育程度密切相关。从研究区地质灾害和断层分布图可以看出，在柯岗断裂和铁克里克断裂附近，因岩石较为破碎，具备有利于崩塌等地质灾害形成和发育的构造条件。指标因素状态分级如图8 所示。

3.3.7 人类工程活动

随着兵团向南发展工作的推进，研究区交通、水利、安居住房等修建日益增多，沿河流阶地斜坡开挖坡脚等人类工程活动，改变了坡体自然安息角，造成斜坡失稳导致滑坡、崩塌的产生。指标因素状态分级如图9 所示。

3.4 评价因子权重

图3 坡度分级图Fig.3 Slope classification map

图4 坡向分级图Fig.4 Gradation map of slope aspect

图5 高程分级图Fig.5 Elevation classification map

图6 河网分级图Fig.6 River network classification map

图7 岩组分级图Fig.7 Rock classification map

图8 构造分级图Fig.8 Structural classification map

图9 道路分级图Fig.9 Rock classification map

图10 叶城二牧场易发性分区图Fig.10 Zoning mag of the susceptibility of Yecheng Ermuchang area

多个专家依据层次结构模型、1-9 标度法，在考虑实地情况基础上，逐项就任意两个指标进行比较，得出各判断矩阵，其中U-Ui 判断矩阵A，Ui-Uij 的判断矩阵B1、B2如下[10]：

经过权重计算、层次排序、整体一致性检验，计算出准则层相对于目标层的权重依次为：0.0800，0.1901，0.2197，0.4998，CR=0.0409＜0.1，符合一致性检验。同理，求出U1相对于准则层的权重依次为：0.2519，0.4998，0.4050，CR=0.0361＜0.1，符合一致性检验；指标层U2相对于准则层的权重依次为：0.3233，0.6467。求出指标层对目标层的合成权重，如表1 所示。

表1 各评价因子权重系数

3.5 危险性分区

利用Arcgis 空间分析工具，栅格归一化各评价因子，加权叠加计算层析分析法确定的权重，形成叶城二牧场地质灾害危险性指数图。按自然间距分类法，采用栅格重分类工具，将地质灾害危险性分为四个等级（图10）。

高危险区：分布在二队队部、三队队部、二队草场等部分区域，分布比较零散，面积为67.42 km2，占总面积的10.71%。发育有崩塌、滑坡、泥石流地质灾害16 处，其中崩塌地质灾害3 处、滑坡地质灾害12 处、泥石流地质灾害1 处。

中度危险区：主要分布在高危险区的周边区域，紧邻高危险区。面积为230.683 km2，占总面积的36.67%。主要发育泥石流地质灾害，其次是滑坡灾害，其中泥石流灾害有14 处，滑坡灾害有3 处，此处各种地质灾害类型较发育，尤其以泥石流灾害为主。

低危险区：主要分布在叶城牧场二队、三队草场的阿克齐河、柯克亚河、吾鲁格吾鲁斯塘河、台斯河各沟谷内，面积为272 km2，占总面积的43.24%。由于切割较深，具备形成泥石流、滑坡地质灾害的条件，在大暴雨时洪流易形成泥石流地质灾害，对研究区造成威胁，但因人类工程活动稀少，人员流动小，危害程度较轻。根据本次调查，主要分布有2 处小型泥石流地质灾害。

非危险区：非危险区面积约60.8 km2，占总面积的9.68%。受地形地貌影响，主要分布在二牧场中山区、海拔3000 m 以上的二队草场和三队草场区域，其中三队草场部分位于雪线，常年积雪覆盖，人类活动稀少。根据本次调查情况，非危险区几乎没有成规模的地质灾害发生。

4 结论

（1）基于因素相关性分析，以叶城二牧场为研究对象，选择高程、坡向、坡度、河网分布等7 项因素建立易发性评价指标体系，基于Arcgis 平台建立层次分析法模型，并进行地质灾害危险性评价，研究区实际情况与评价结果基本一致，对地质灾害危险性评价工作能够起到重要作用。

（2）对研究区范围内的地质灾害危险性进行了分区评价，根据地质灾害危险程度，将研究区划分为四个等级：地质灾害高危险区（10.71%）、地质灾害中度危险区（36.67%）、地质灾害低危险区（43.24%）、地质灾害非危险区（9.68%）。

（3）研究区地质灾害危险性评价结果表明，地质灾害重点分布于海相碳酸盐岩、碎屑岩地层；区内土地利用总体规划中的建设用地是地质灾害高-中度危险区，主要分布在二队居民区；交通道路及河网水系周围地质灾害危险性较大。因此，总体看，叶城二牧场主要是呈现出高易发性和低危险性的地质灾害特点。通过对叶城二牧场危险性分区结果开展精度评价，显示预测精度为90.9%。