基于AHP的宁都县泥石流灾害评价

计江淮

(上饶市水利水电工程建设监理中心，江西 上饶 334000)

泥石流是一种突发性地质灾害，其特点是爆发快、预测难、危改高。我国山区幅员辽阔，泥石流灾害爆炸频发，经常发生爆炸的泥石流不仅制约山区经济发展，而且威胁到人民群众的生命财产安全，对地区的生态平衡产生巨大的影响。因此，对泥石流灾害区进行泥石流灾害风险评价，是预防泥石流产生，降低泥石流带来损失的最佳方式。目前，国内外对泥石流风险评价的研究已经处于较为成熟的阶段[1]。

1 研究区概况

宁都县是江西省南部的一个地级县，地理位置图见图1。东边接壤临广县、石城县，南边鱼瑞金市、玉都县相邻，西由南至北总跨度为117.2km，形态较为狭窄，东至西部仅宽61km。整个县城有河流594条，河网总长度2327km。宁都县是地质灾害较易产生的地区，历史上多次受到地质灾害的影响。在2002年6月，县城突发大规模降雨。各个水文站监测降雨量达到398.2mm。致使大量农田受到灾害，累计1.87万hm2。房屋被冲垮826间，中小型的水利工程设施被严重损害，直接经济损失接近一亿元人民币[2]。

图1 宁都县地理位置图

2 数据来源及评价方法

2.1 数据来源

本次研究取得研究区内断层距离数据、地质岩石分布数据、高程DEM数据、坡度数据、人口密度、植被NDVI数据、土地利用类型、降水数据和历史土壤分布等，以获得相关的地形特征、地质构造、水文气候和人为活动的各因素数据。其中，利用宁都县地区气象局的观测资料，通过计算年平均降水量分布资料，得到降水资料。从地貌图中提取坡度和高程数据。从地质构造图中获得地貌和断裂带范围数据。植被覆盖NDVI值和土地利用类型来自于对研究区的遥感解译。

2.2 研究方法

在泥石流风险评价指标体系中，各变量的权重大小不同，其对最终综合评价结果的影响程度就会不同。文章采用层次分析法(AHP)确定各类规定的因素，在指标体系中的权重大小。层次分析法AHP方法在1970年代提出了定量和定性相结合的系统级决策分析方法，它强调了角色的思维来判断决策的过程中，通过某些模型决策思维过程标准化[3]。适合两个定量指标和定性指标，根据从属关系的因素分为上部和下部几个层次的决策问题。具体步骤如下:

1)构建评价指标体系，泥石流危险性评价的主要四个中间要素为地质构造、地形地貌、人文气候和人类活动，其下具体划分为断裂带、地层岩性、坡度、高程、降雨量、植被覆盖、土地利用和人口密度这八个评价因子。具体结构见图2。

图2 评价体系

2)构造判断分析矩阵；系统结构模型决定了各个指标上下层之间的从属关系。相同层级之间的元素，以相邻的上一层级元素为准，成对进行比较[4]。

(1)

3)计算判断矩阵的最大特征值与特征向量[5]。层次分析法的一个关键问题是确定判断矩阵的最大特征值和相应的特征向量。文章采用规范列平均法计算:

计算各列bij的归一化:

(2)

求规范列的平均：

(3)

向量Wi是所求的特征向量。计算判断矩阵B的最大特征值：

(4)

式中：(BW)i为向量BW中的第i个元素。结果如下：

4)一致性检查。通过使用和乘积法，获得每一个判断矩阵的最大特征根入max和其对应的特征向量W，正常化的最大特征根对应的特征向量hmax,每个元素的相对重要性权重下一级相对于以前的水平可以获得相应的元素。然后，根据一致性比率CR，对判断矩阵进行一致性检验[6]。CR的计算公式如下:

(5)

(6)

5)分层排序和一致性检查；相对重要性权重因素在同一水平相对于高层确定标准，所有因素的相对重要性权重在每个水平相对于最高水平可以在此基础上，计算被称为层次结构的权重。

3 泥石流风险评价

3.1 权重结果

根据上述AHP的计算方法，建立两个层次的判断矩阵，并且求出其权重值，所得结果见表1。

表1 中间要素层权重计算

一致性比例CR: 0.0077；对"泥石流危险性评价"的权重：1.0000；λmax: 4.0206

由表1可知，在要素分类层面，一致性比例CR值为0.0077<1，说明评价效果较好。地形地貌对泥石流灾害的影响程度最高，权重为0.4786，排序为1。其次为人文气候，权重为0.2166，排序为2。地质构造对泥石流灾害的影响最低，是一个长期积累的过程，评价权重为0.1083，排序为4。

一致性比例:0.0004;对"泥石流危险性评价"的权重：0.1083；λmax: 2.00

在地质构造的影响中，地层岩性权重占比较高，权重为0.75，一致性比例CR值为0.0004<1，评价效果较高。地层岩性对泥石流灾害的形成起到至关重要的作用。见表2。

表2 地质构造权重计算

一致性比例: 0.0007；对"泥石流危险性评价"的权重：0.4786；λmax: 2.0000

坡度主要控制坡面对泥石流形成时的物源汇集速度，在较为理想的坡度上，遇见强降雨，会快速汇集泥石流爆发所需要的固体松散物质。坡度的权重排序远大于高程，为0.75，高程的权重排序为0.25。一致性比例CR值为0.0007<1，评价效果较好。见表3。

表3 地形地貌

一致性比例: 0.0019；对"泥石流危险性评价"的权重：0.2166；λmax: 2.0000

人文气候的影响评价中，一致性比例CR值为0.0019<1，评价效果较好。植被覆盖的权重值为0.6667，占比较高，说明植被覆盖对泥石流灾害的产生影响较高。降雨条件是泥石流灾害区系统外部输入的能量。它是泥石流启动的必要条件。区域内部良好的植被覆盖能够起到有效的降雨截留，保护下垫面产生土壤侵蚀，大量减少水流裹挟的固体松散物质。见表4。

表4 人文气候

一致性比例: 0.0000；对"泥石流危险性评价"的权重：0.1966；λmax: 2.0000

宁都县人为活动对区域泥石流灾害的影响是较大的，人类活动通常会改变泥石流灾害区的自然条件，会促进或抑制泥石流的产生。在评价中，一致性比例CR值为0<1，评价效果较高。土地利用的权重值为0.8，影响程度较高。见表5。

表5 人为活动

对宁都县的所有评价结果进行汇总分析可知，中间要素层中，地形地貌对泥石流灾害的产生起到最为重要的控制，占比较高。在分权重排序中，坡度>土地利用>植被覆盖>高程>地层岩性>年降雨量>人口密度>断裂带。见图2。

图2 各评价因子权重总图

在对个指标进行灵敏度分析时发现，中间要素层方案进行转化的时候，排序结果发生变化，但效果变差。所以现有评价最为准确。见图3。

图3 灵敏度分析

3.2 泥石流风险评价

根据上述研究分析得到的泥石流评价因子及各因子的权重系数,通过加权计算，构建出泥石流危险性的评价模型，其计算公式为:

(7)

通过使用层次分析法计算出的各影响因子的指标权重，通过上述加权运算，得出每一个栅格的具体危险程度评价值[7-8]。建立宁都县泥石流的危险性评价模型。对研究区内的数值进行标准化1-5处理，用1-5表示灾害产生的危险程度。计算结果表明：研究区泥石流风险的最大值为4.93，最小值为0.13。计算结果的大小可以直接反映出泥石流灾害发生程度。计算结果越大，各个评价指标对泥石流产生的综合影响程度越高，研究区内产生泥石流的风险也越高。在当前的研究中，尚没有对泥石流风险评价的具体划分方法，文章采用自然划分法，对各个评价指标的数据进行量化处理，将该地区的风险划分为五个层次：极高风险区(指标4-5)、高风险区(指标3-4)、中风险区(指标2-3)、低风险区(指标1-2)、极低风险区(指标0-1)。通过对危险程度的划分，采用ARCGIS10.4软件对各个结果进行叠加，最终得出宁都县泥石流风险评价图。见图4。

图4 研究区泥石流危险性分布

由此结果可以看出，极高危险区出现在宁都县东部及东北部，面积占比为23.4%。主要原因是该地区人口分布较低，植被覆盖度较低，长期受到土壤侵蚀作用，为该区域提供大量的物质来源。宁都县中南部地区泥石流灾害发生的风险较低，该区域主要为宁都县县城所在地，大量人类建筑及改造，降低了泥石流产生的风险。宁都县西部及西北部地区，泥石流灾害风险为中级和中低级，该地区人烟稀少，山地纵横交错，植被覆盖茂盛。

4 结 论

文章利用AHP建立宁都县泥石流危险性评价模型，使用ARCGIS软件绘制出泥石流危险性分布图，对泥石流灾害发生的风险进行评价，得出影响该区域泥石流灾害产生的关键指标因素。并对重要的影响因素进行影响权重排序，得到坡度>土地利用>植被覆盖>高程>地层岩性>年降雨量>人口密度>断裂带。宁都县东部及东北部泥石流灾害的风险最高，西部及西北部地区风险最低。