基于模糊综合评价法的凤鸣镇滑坡危险性评价

2022-06-18周健刘港

科学咨询 2022年9期

周健，刘港

（1.重庆市万州区交通设计院有限公司，重庆万州 404100；2.重庆三峡学院，重庆万州 404100）

滑坡是指斜坡岩土体或临空面岩土体受内外因素影响情况下，向下或向外产生滑动的一种自然现象[1-2]。滑坡是国内外最常见的一种地质灾害，还是分布最广的地质灾害，对道路、桥梁、航道等一些重要的交通枢纽造成直接威胁，对人民生命财产安全造成一定的损失，会引发一系列次生危害[3]。

模糊综合评价法是基于模糊数学概念中的综合评价方法。这种综合评价法有一个很好的特点就是可以把具有一定性质的因素进行量化评价，是根据模糊数学的隶属度原则来定义的，受多重因素的影响和制约，统计这些影响因子，运用模糊数学的方法进行整体性评价。因此，对于滑坡中的关键因素统计分析，联合多种影响因子，进而来确定滑坡的风险等级。为我国的滑坡风险评价从理论研究到实际工程提供必要的参考依据[3-4]。

一、区域地形地质概况

凤鸣镇，隶属于重庆市云阳县，地处云阳县西南角，东接宝坪镇，南连外郎乡、龙角镇和万州太安镇，西邻盘龙镇，北临长江，地理坐标为东经108°43′36″～108°50′12″，北纬30°49′24″～30°55′12″，区域总面积129.47 平方千米。

凤鸣镇整体地势北低南高，北部临长江一带山势陡峭，中部地区多为宽缓的丘陵地带；境内最高点平头寺位于平顶村，海拔858.5 米；最低点在长江岸边，海拔110 余米。云阳县凤鸣镇以砂泥岩为主，地质时代多为晚侏罗纪J3p 和少量的J3sn。引起滑坡主要为自然降雨，其运动形式可分为推移式、松脱式和混合式三种，微地貌有缓坡和陡坡两种形式。斜坡结构类型大致有顺向、斜向和反向为主，土地使用类型建筑、灌木和旱地。人为因素主要包括加载、爆破振动、破坏植被等方式。

二、模糊综合评价法原理

（一）评价指标

模糊综合评价法模型通过对因子的属性做隶属度赋值，以此来达到评价的目的[5]。考虑到事物的多重因素将评价因子分为两层：

第一层U=｛地质环境；岩土特征；诱发因素｝

第二层u1=｛倾向，倾角，坡高，坡度｝；u2=｛岩性，风化程度｝；u3=｛降雨，水系，人类活动｝

（二）确定评价集

根据《县（市）地质灾害调查与区划基本要求》实施细则，滑坡稳定性野外评判标准来说，将滑坡稳定性分为稳定性好、基本稳定、稳定性差。按照滑坡规模级别划分标准，结合滑坡面积和滑坡体积的大小不同，将滑坡分为巨型、大型、中型、小型四种级别。综合滑坡影响因子的不同建立不同的风险等级，根据等级不同做出综合评价，将滑坡受灾风险等级分为高风险、中风险、低风险三个等级，形成固定的评价集合：

V={v1：v2：v3}

（三）确定评价矩阵

在对评价因素集U中的每一个单因素ui（i=1，2，…，m）时，可以对每一个单因素进行单因素评判，从而就有每个单因素ui确定该事物对应着每一个抉择等级vj（j=1，2，…，n），这些等级构成的权重（可能性程度）组成rij，这样就得出第i 个因素ui的单因素评判集：

ri=（ril，ri2，……rin）

单因素评价集形成了一个向量集，所以m 个评价因素的评价集就构造出一个总的评价矩阵R。

（四）确定权重

表1 判断矩阵标度表

造成滑坡的影响因子各有差别，每个因子对滑坡的影响程度就是权重，所以把权重系数作为评价滑坡的重要指标。一般确定权重有四种方法，分别是层次分析法（AHP）、加权平均法、德尔菲法（Delphi method）、专家估计法来计算。根据前文构造的评价指标体系，本文采用层次分析法，对各个因素进行两两对比，并按其重要性程度确定评定等级[5-6]。

每个单因素下有着不同的子因素，这些子因素构成一个矩阵，求出判断矩阵中最大特征根λmax，再将每个最大的特征根的特征向量进行归一化处理，即使得向量中各元素之和等于1，用W表示出来。同时运用Matlab软件中的eig（）和diag（）两个函数，计算出矩阵的最大特征值和及特征向量。得出以下结果：W（A）=[0.2222，0.1111，0.6667]，λmax（A）=3.0536，W（A1）=[0.0909，0.2727，0.1818，0.4546]，λmax（A1）=4.0593，W（A2）=[0.8333，0.1667]，λmax（A2）=2.0000，W（A3）=[0.5455，0.1818，0.2727]，λmax（A3）=3.0092。

为了提高矩阵的准确性、标准性、客观性，需要对矩阵进行一致性检验。由于一阶矩阵和二阶矩阵的RI值为零，所以不再需要一致性检验。其中，随机一致性指标RI 和判断矩阵的阶数具有一定的线性相关性，一般来说，矩阵阶数越高，则会出现一致性随机偏离的可能性也越大[7]。其对应关系如表2：

表2 平均随机一致性指标RI标准值

得到矩阵后，所造成的一致性偏差可能是由于主观因素和随机因素，所以在检验判断性矩阵时，除了要检验是否存在满意的一致性，还需要把CI与随机一致性指数RI加以对比，并由此确定了检验系数CR，公式如下：

因此计算结果具有良好的一致性。在一般情况下，如果CR＜0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验，否则就要重新对因素进行对比得分，以此来降低因主观因素造成的误差偏离，直到达到满意的一致性。

根据以上结果及其权重，对一层评价因子和二层评价因子进行组合权重得到因素的各个权重比：W=[0.0201，0.0604，0.0401，0.1030，0.0921，0.0184，0.3633，0.1211，0.1815]。

（五）风险评价

根据上文所述，已经得到九项因子的权重占比，结合《县（市）地质灾害调查与区划基本要求》实施细则对易发程度的划定，凤鸣镇几乎以低风险和中风险为主，占比因素最靠前的分别是降雨、人类活动和水系。因此在防治阶段应注重这三项因素的考虑，以减少滑坡造成的农田、道路、建筑等破坏。

三、滑坡特征及影响因子量化分析

（一）高程

凤鸣镇地形多以低山丘陵为主，地形起伏不是很大，据统计凤鸣镇共有26 处滑坡，其中滑坡最低海拔224m，最高海拔725.5。基于此，我们把滑坡高程分为6 组，分别为[200m，300m][300m，400m][400m，500m][500m，600m][600m，700m][700m，800m]。同时将滑坡分布密度量化，即每段高程上的滑坡个数在每平方千米上的密度系数的百分比。结果如图1 所示。

图1 高程统计量化结果

（二）滑坡运动形式

凤鸣镇滑坡运动形式分为三种，分别是推移式、松脱式、混合式。滑坡运动路径复杂度，作为重要补充，是除时间、空间和规模之外，滑坡危险性评估的关键要素之一。因此，滑坡运动路径复杂度应纳入滑坡危险性评估之中，具有重要的研究意义[8-9]。我们将滑坡方式进行量化，同时将运动形式在整个地域面积中求出相应的密度分布百分值。结果如图2 所示。

图2 滑坡运动形式量化结构

（三）滑坡坡形

在一定的降雨程度下，随着雨量渗入量的增加，不同岩性、岩层分布以及坡形的影响会造成不同级别的滑坡大小，坡形是影响滑坡程度不可分割的因素[10]。基于此，滑坡坡形有平面形态和剖面形态两种，剖面形态又分为四种形式，分别为凸形、凹形、阶状、平直。量化结果如图3 所示。平面形态分为五种，分别是矩形、舌形、半圆形、横长形、不规则。量化结果如图4 所示。同样地将剖面形态进行量化，每种滑坡坡形个数在每平方千米的占比用百分比表示出来。

图3 滑坡坡形量化结果

图4 滑坡坡形量化结果

（四）地层岩性倾向与倾角

地层岩性倾角是滑坡发生和滑坡运动的重要因素。它对滑坡的方向、体积和程度起着重要的作用。倾斜地层顺坡易沿软弱夹层产生滑坡，多发生在中厚层、薄层的软硬地层结构中，地层倾角一般大于坡角[11]。

倾向很大程度上决定了滑坡的走向，岩层倾向与任何水平面的交点称为走向线，走向线表示地理方位。由倾角形成的滑坡变形区提供阻滑力，是斜坡整体稳定的关键，因此在滑坡防治过程中应注意对倾角滑坡变形区的保护[12]。同样的将倾向倾角进行量化，对倾向分为四组，分别为[0°，90°][ 90°，180°][180°，270°][270°，360°]；倾角分为五组，分别是[0°，10°][10°，20°][20°，30°][30°，40°][40°，50°] 。将倾向倾角的每组个数在每平方千米的占比用百分比表示出来，称之为分布密度，如图5 和图6 所示。

图5 倾向量化结果

图6 倾角量化结果

（五）滑坡体量

滑坡体量的多少代表着滑坡的大小，滑坡体量越大造成的损失也就越大，因此在滑坡量较大的区域采取的措施要强于其他地区，尤其是在降雨时段应对此地区多加强监测。同样，将滑坡体量进行量化处理，按照滑坡体积量分为[＜10 万m3]，[10 万m3-50 万m3]，[50 万m3-100 万m3]，[100 万m3-150 万m3]，[＞150万m3]等五个等级。量化结果如图7 所示。