基于层次分析法的地质灾害危险性评估——以文昌木兰湾新区建设项目为例

杨 峰， 薛桂澄， 柳长柱， 阮 明， 杨永鹏， 王晓林， 李 信， 符尤隆

(1.海南省海洋地质资源与环境重点实验室,海南 海口 570206； 2.海南省地质调查院,海南 海口 570206)

文昌木兰湾新区建设项目评估区位于海南省文昌市铺前镇以北地区,西接铺前港、海口美兰国际机场,东至木兰半岛东侧沿海,北临琼州海峡与雷州半岛隔海相望,南至203省道及规划中的滨海旅游干线(两桥一路),交通便利(图1)。评估区总面积约97.1 km2,地理坐标东经110°34′22″～110°41′03″、北纬20°01′48″～20°09′42″。

根据《文昌市城乡总体规划》(2011—2030年)、《文昌市土地利用总体规划》(2006—2020年)和《海南省文昌市木兰湾总体规划(2010—2030年)说明书》，文昌木兰湾新区开发建设是海南省执行国家南海战略、海洋经济战略的重大举措。为满足海南省政府高起点规划、高标准建设的要求,为后续规划提供专业科学的技术支持,符合土地征收和后续市政基础设施建设工作需求,开展文昌木兰湾新区省级土地储备项目的地质灾害危险性评估工作十分必要,属重要项目。

图1 评估区交通位置图

运用AHP信息量层次分析法建立相应的结构模型和数学模型是解决问题的有效途径,是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法,适用于目标结构复杂且缺乏必要的数据时使用[1-2]。它是半定性、半定量问题转化为定量问题的行之有效的方法,它将各种有关因素层次化,并逐层比较多种关联因素,为分析、决策、预测或控制事物的发展提供依据[3-4]。因此,本文采用AHP法对文昌木兰湾新区建设项目进行地质灾害危险性评估,分析评估区内地质灾害危险性等级,并给出相应的建议措施[5]。

1 地质环境概况

评估区地貌类型主要为滨海堆积平原、冲洪积平原和剥蚀堆积平原,地势平坦开阔,地形起伏度变化相对较小。评估区地表出露地层为第四系全新统烟墩组(Qh3y)、第四系上更新统八所组(Qp3bs)、第四系中更新统北海组(Qp2b)、志留系空列村组(S1k),出露岩浆岩为三叠纪花岗岩(T2ηγ)和侏罗纪花岗岩(J3γ),其中,志留系空列村组为变质粉砂岩,少量分布于评估区西北侧七星岭一带,区内地层岩性变化大,岩性复杂。评估区分布铺前—清澜断裂,其具有一定活动性,评估区地质构造条件较复杂。因此,综合评定评估区地质环境条件为复杂。

评估区包括海岸带、溪流、水库、采矿弃地以及拟建的各类工程,地质灾害类型主要为崩塌,分别为公路边坡崩塌、采坑边坡崩塌和海岸侵蚀引发的岸坡崩塌变形等;此外,区内还存在对地质环境影响破坏的不良地质现象——海岸侵蚀,海岸侵蚀主要存在于评估区东部和北部沿海,平均侵蚀速率为1.32 m/a和1.57 m/a。评估区地质环境条件复杂程度分类见表1,地质灾害危险性评估分级见表2。

表1 评估区地质环境条件复杂程度分类表

表2 地质灾害危险性评估分级表

2 AHP法评价过程

2.1 建立系统层次结构

根据评估区的地质环境特征,综合确定评价因子有地形坡度及地貌类型、原次生植被、分布面积密度及人类工程面积密度,评价系统网络如图2。

图2 评价系统网络图

2.2 构造判断矩阵

通过专家评分对评估区地质灾害及其背景因素和影响因素的相对重要性进行分析,并根据判断因素指数表和专家判断指数表综合构造判断矩阵。

评估区内人类工程措施较少,还未进行开发利用,地质环境主要以原生态植被为主,故评价因子原生态植被的权重相对人类工程活动要高。本次地质灾害评价,经相关专家讨论得到各评价因子重要程度按下列顺序依次递减：地形坡度(a)—地貌类型(b)—原次生植被(c)—地质灾害面积密度(d)—人类工程面积密度(e)。

(1) 构造判断矩阵：

(2) 计算指标权重。① 计算矩阵A每行所有元素的几何平均值：

(1)

② 将wi归一化,即：

(2)

(3) 计算判断矩阵的最大特征值λmax：

(3)

(4) 计算判断矩阵的一致性指标,检验其一致性：

CI=(λmax-n)/(n-1)

(4)

CR=CI/RI

(5)

式中：CR为一致性指标;n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性指标,取值见表3;CI为随机一致性比率。

表3 层次分析法的平均随机一致性指标值

只有当CR<0.10时,判断矩阵才具有满意的一致性,才认为计算所得权值是合理的。计算结果CR=0.027<0.10。故本次计算所得的各评价因子权重值是合理的。各评价因子权重值见表4。

表4 评价因子权重值

2.3 评价数学模型

(1) 采用“综合指数评价模型”进行评价计算,其数学模型为：

(6)

式中：Ik为k评价单元地质灾害的评价值;Wi为i评价因子的权重值;Pi为i评价因子的评价值;n为评价因子数量。

(2) 评价结果等级划分。根据评价因子的等级划分标准及赋值原则,本次地质灾害评价值与评估区地质灾害危险性分区的对应关系如表5。

表5 地质灾害危险性分级

2.4 评价结果

在评估区1∶10 000图幅上,按坐标网格共划分为441个评价单元,每个单元格面积为0.25 km2(0.5 km×0.5 km)。经过数学模型计算后,分别求出1～441号评价单元的地质环境质量综合评价值,综合评价值为2.58～3.94,因此,评估区存在2个等级区间,即地质灾害危险性中等区和小区(图3)。

3 结论与建议

3.1 结论

通过AHP法对评估区评价单元危险性等级进行了分区,图3中有4个绿色区域属于地质灾害危险性中等区,总面积约为7.83 km2,占评估区面积的8.06%。区内地形起伏较大,地貌类型有滨海平原和剥蚀堆积平原,地质灾害分布有崩塌和海岸侵蚀两种类型。在这4个区域内项目工程建设引发地质灾害可能性中等,遭受地质灾害的可能性中等、危害性中等、危险性中等。其他黄色区域属于地质灾害危险性小区,总面积约为89.27 km2,占评估区面积的91.94%。区内地形起伏度小,地貌类型单一,地质灾害不发育,工程建设引发和遭受地质灾害危害的可能性小、危害性小、危险性小。

评价结果与评估区环境地质条件、地质灾害发育现状及工程建设引发地质灾害特点相一致,体现了AHP法评价的准确性及合理性。

3.2 建议

(1) 评估区建设场地平整时开挖边坡有可能会形成陡坡,引发或加剧高陡边坡崩塌,对建设工程造成影响及危害,应在工程建设的斜坡地段逆水坡修建挡土墙,护坡并完善排水系统,防止高陡边坡崩塌、滑坡等地质灾害的发生。

(2) 总体项目在工程建设过程中和建设后应加强对原有植被的保护工作，并及时复垦,防止水土流失的发生进而引发次生地质灾害,并按地质灾害防治措施的要求与建议做好地质灾害防治工作。

(3) 总体项目在工程建设过程中和建设后应加强对海岸侵蚀岸段的监测工作,并做好海岸侵蚀防治工作。

图3 评估区评价单元危险性等级分区示意图