层次分析（AHP）法在滑坡地灾风险性评价中的应用浅析

张晨

（福建省196地质大队 福建漳州 363000）

0 引言

地质灾害（以下简称“地灾”）易发性评价并不考虑灾变的时间尺度，也不考虑灾害发生之后造成的经济损失以及灾害威胁对象的灾害抵御能力，只是对地灾本身自然属性以及地灾活动剧烈程度的体现，同时也是地灾风险评价的重要组成部分［1］。本文是在笔者另一篇《基于GIS 的信息量法在滑坡地灾易发性评价中的应用》论文基础上，以福建浦城滑坡地灾风险性评价为例，通过采用层次分析（AHP）法，在滑坡地灾易发性、受灾体易损性和地灾危险性评价的基础上，对区域滑坡地灾风险性作出评价，为地灾防治管理提供基础依据和科技支撑。

1 研究区地理地质简况

浦城县位于福建省南平市北端的闽、浙、赣3 省交界处，属中亚热带季风湿润气候区，雨量充沛，日照充足。根据浦城县截至2019 年近20 a 年降雨量资料，全县年降雨量在1 222.6～2 498.7 mm 之间，多年平均降雨量1 812.2 mm。全县户籍人口约43 万人，人口密度约127 人/km2，山地面积2 916 km2，森林覆盖率达76.49%，是福建省重点林业县。浦城境区内交通便利，京台高速（G3）和205 国道由南至北贯通全县，浦建高速（S0311）东接浙江省龙泉市，与长深高速（G25）相连，省道花崇线横贯东西，小浦线、古二线连接东北和西北，已基本实现乡乡有班车、村村通公路。

研究区内主要地灾类型为滑坡，致灾体广泛分布于山前斜坡地带的残坡积土层，常处于地下水位以上，因接受降雨补给，雨水下渗，抬升地下水位，增大土体荷重，润湿土体，导致土体失稳而产生滑坡，故降雨时较易诱发滑坡地灾。

2 层次分析（AHP）法概述

层次分析（AHP）法由美国著名运筹学家T.L.Saaty 教授于1970 年代提出的对非定量事件作定量分析的1 种方法。褚洪斌最早将AHP 法引入地灾危险性评价领域。它通过将决策者的经验判断量化，从而为决策者提供定量形式的决策依据。

由于在地灾发生后，对建筑物、人口、交通设施、其他生活设施等产生的直接和间接损失的能力并不相同，因此想要综合这4 项指标仅仅通过简单的累加是不科学的，而是有不同的权重系数。对于多参数决策问题中指标权重的确定有多种方法，在众多计算方法中，AHP 法详细分析了各指标之间的关系，并建立了对比矩阵，从而可以较为合理地确定指标权重。AHP 法很好地将定性与定量融合起来，它可以以数量的方式客观地将评价过程中的人为主观性表现出来，使评价结果更加合理科学，避免因个人偏好导致评价指标的权重预测与实际情况偏离［2-3］。

应用AHP 法进行地灾风险性评价，是在易发性评价成果的基础上，通过叠加建筑物、人员、交通设施和其他生活设施4 个易损性评价因子，对受灾体作出易损性评价，再叠加累积降雨量，进行滑坡地灾危险性分区。在危险性和易损性评价结果的基础上，采用矩阵分析方法叠加运算后，得到地灾风险性评价分区［2-3］。

3 AHP 法评价方法及步骤

3.1 受灾体易损性要素选取

受灾体的易损性指地灾发生对受灾体可能造成的损失程度。对于相同规模的地灾，不同受灾对象的易损性往往不同，例如在人迹罕至、经济活动程度低的区域发生地灾造成的损失远远比在城镇化程度较强，经济较为发达的地区造成的损失要小得多。浦城滑坡地灾易发性评价结果表明研究区大部分为低易发和中易发区，占总面积的76.15%，而极高和高易发区占总面积的23.85%，多为人口密集区，表明人类工程活动对研究区的地灾影响较大。

受灾体的易损性与区域社会经济现状及发展等诸多要素有关，归纳起来主要为建筑物易损性、人员易损性、交通设施易损性和其他生活设施易损性4 种。通常情况下，地灾的发生对受灾体的破坏都可以由以上4 个要素表征，因此，区域受灾体的易损性评价可以由以上4 个要素进行叠加综合评估。

本次评价采取25 m×25 m 网格作为评价单元，选取并量化建筑物、人员、交通设施和其他生活设施这4 个评价因子，采取AHP 法对4 个评价因子进行权重赋值，按照加权求和的方法得到最终的易损值并进行易损性分区。

3.2 易损性评价指标量化

（1）建筑物易损性。建筑物为人口分布的基础载体，同时又具有自身的经济价值。采用对建筑物面积归一化处理的方法取归一值作为浦城县的建筑物易损性。建筑物（和下文的交通设施）数据为提取1∶5 万地形图中的建筑物信息，对建筑物面积进行归一化处理，归一化处理公式如式（1）。

式中：Ci为第i 个因子归一化后的值；C0为第i 个因子的原始值；Ci-max与Ci-min分别为第i 个因子的最大值与最小值。

（2）人员易损性。统计浦城县每个行政村的人口数，通过计算得到每个行政村的人口密度，从而以行政村为单位对研究区进行人员易损性的评定，其中每个行政村的人口数据来源于各乡镇统计。人员易损性赋值采用人口密度归一化处理。

（3）交通设施易损性。修建大量的交通设施，一方面形成了众多的人工开挖边坡，另一方面交通设施也具有自身经济价值。不同的交通设施级别不一样，在灾害发生时抢救的人力物力不一样，受损程度也不一样，因此易损性也不一样，交通设施易损性赋值也不一样。交通设施数据提取1∶1 万地形图中的道路信息。

（4）其他设施易损性。除了以上方面，城市中还有油气线路、输水线路、输电线路、通讯线路等生活设施，亦有他们自身的经济价值。同样的，不同的设施具有不同的易损性，因此其他生活设施易损性赋值参考《1∶5 万地灾风险调查评价技术要求》（试行版）附录M.1。

3.3 易损性指标权重计算

由于地灾在发生后，对建筑物、人口、交通设施、其他生活设施等产生的直接和间接损失的能力并不相同，因此想要综合这4 项指标仅仅通过简单的累加是不科学的，而是有不同的权重系数。前述AHP 法可以通过详细分析各指标之间的关系，并建立对比矩阵，将定性与定量融合起来，用数量的方式客观地将评价过程中的人为主观性表现出来，可以较为合理地确定指标权重，使评价结果更加科学合理［4］。

权重计算的基本步骤如下：

（1）结合实际情况对各易损性指标之间的相对重要性做出标度判断，判断结果以1～9 的标度进行量化，量化标度含义及构造的判断矩阵A-B 矩阵如表1 所示。

表1 指标相对重要性量化标度／ A－B 判断矩阵

将判断矩阵的每一列元素做归一化处理，其元素一般项表示为式（2）。

（2）将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为式（3）。

（3）对向量α=（α1，…，αn）T归一化处理，得到属性权重向量，见式（4）。

（4）计算判断矩阵最大特征根，见式（5）。

（5）一致性检验，即判断矩阵的可靠性。

①计算一致性指标，见式（6）。

②查找相应的平均一致性指标RI。对n=1，2…，Saaty 给出了RI 值。

③计算一致性比例，见式（7）。

具体的计算由yaahp 软件实现。当CR＜0.1 时，认为该判断矩阵通过一致性检验。经计算判断矩阵A-B 的CR 值为0.018 1，＜0.1，该矩阵的一致性可以接受，确定各指标的权重W总=（0.124 9，0.305 9，0.077 7，0.491 5）T。最终，得到浦城县地灾易损性评价指标的各权重见表2。

表2 易损性各评价指标的权重值

3.4 易损性指数分类

根据前文确定的评价指标及其权重值，最终量化地灾不同评价单元内的易损性指数V，见式（8）。

式中：wi为各影响因子权重系数；ci为各评价指标的评价单元赋值。

由前文给出的评价因子以及评价方法，最终基于ArcGIS计算得到浦城县易损性指数V，并采用自然间断点分级法将研究区易损性分为4 级：低易损性、中易损性、高易损性，极高易损性。依据以上分级，得到浦城县滑坡地灾易损性分区图（图1）。

图1 浦城县滑坡地质灾害易损性分区图

4 滑坡地灾风险性评价

4.1 滑坡地灾危险性评价

在滑坡地灾易发性和易损性评价的基础上，叠加历史月累积降雨量（＞5 a）开展滑坡地灾危险性评价。降雨量采用近10 a 浦城县各雨量站点的月降雨量的最大值，利用克里金插值法生成降雨量等值线图，再叠加易发性评价图后，得到浦城县滑坡地灾危险性评价图（图2）。从图中可以得出，极高危险区面积为83.16 km2，占全区面积的2.46%；高危险区面积为694.76 km2，占全区面积的20.54%；中危险区面积1 143.66 km2，

图2 浦城县滑坡地灾危险性分区图

4.2 滑坡地灾风险性评价分区

将以上浦城地灾危险性和易损性评价结果采用矩阵分析方法叠加运算，地灾风险等级划分矩阵参考《1∶5 万地灾风险调查评价技术要求》（试行版）附录M.3，可以将浦城地灾风险性分成极高风险区、高风险区、中风险区和低风险区4 个等级（图3）。从图3 中可以看出，极高风险区面积为14.40 km2，占全区面积的0.43%；高风险区面积为124.01 km2，占全区面积的3.67%，中风险区面积为705.32 km2，占全区面积的20.85%，低风险区面积为2538.75 km2，占全区面积的75.06%。详细分区如下：

图3 浦城县滑坡地灾风险性分布图

（1）极高风险区。共划分了16 个亚区，总面积为21.73 km2，占全县面积的0.64%。极高风险区主要分布于山间盆地边缘与丘陵山地的过度带。该区域共发育地灾点16 处，占总灾害点数的23.88%，灾害点密度为0.736 个/km2。

（2）高风险区。共划分了26 个亚区，总面积为97.35km2，占全县面积的2.88%。高风险区主要分布于丘陵山地的过度带，该区共发育地灾点14 处，占总地灾点数的20.90%，灾害密度为0.144 个/km2。

（3）中风险区。共划分了13 个亚区，该区面积为913.19 km2，占全县面积的27.00%。中风险区主要分布于中山～中低山地带，成南北条带状，该区共发育地灾点21 处，占总地灾点数的31.34%，灾害密度为0.023 个/km2。

（4）低风险区。共划分了4 个亚区，总面积2 350.21 km2，占全区面积的33.81%；低危险区面积1 460.90 km2，占全区面积的43.19%。极高和高危险区主要集中分布在地形高陡、较坚硬至软弱工程地质岩组、降雨集中且降雨量大的山地丘陵区，如浦城县城区周边，以及仙阳、永兴、石陂镇和山下乡等地区。占全县面积的69.48%。低风险区在中低山、丘陵地、山间盆地带均有分布，由于本区地形平坦，地灾不发育。该区共发育地灾16 处，占总地灾点数的23.88%，灾害点密度为0.007 个/km2。

综上，极高和高风险区主要集中分布在地形高陡、较坚硬至软弱工程地质岩组的山地丘陵，并且遭受人类工程活动强烈影响的人口密集城镇区周围和重要线路区，如浦城城区周边、高速沿线等区域；中和低风险主要分布在人类工程活动低的区域。

5 结论

（1）基于GIS 的AHP 法进行受灾体易损性评价，易损性要素选取、评价指标量化和指标权重计算是重点。

（2）评价结果表明，AHP 法针对易损性评价因子的权重分析较为可靠，评价方法切实可行，其易损性评价分区是进行滑坡地灾风险性评价的基础。

（3）应用AHP 法进行区域滑坡地灾风险性评价时，应注意滑坡地灾易发性、受灾体易损性、滑坡地灾危险性和风险性的区别，前三者是最后对区域滑坡地灾进行风险性评价和分区的基础。

（4）地灾风险性评价的成果才是最终提供给地方作为地灾防治管理的依据。