基于AHP-信息量法的怀柔区琉璃庙镇地质灾害危险性评价

杜银山 王雅宁

摘  要：该文通过建立坡度、地形起伏度、工程地质岩组、距断层距离、距道路距离和降雨量6个评价指标，利用层次分析法与信息量模型得到各指标权重值及信息量值，对怀柔区琉璃庙镇进行危险性综合评价和分区，划分出低危险区、中危险区、高危险区和极高危险区4类分区。分析结果得出，琉璃庙镇的低危险区面积13.32 km2，占全镇总面积的6.46%，琉璃庙镇的中危险区面积73.44 km2，占全镇总面积的35.60%，琉璃庙镇的高危险区、极高危险区面积119.54 km2，占全镇总面积的57.94%；人类活动密集程度和构造发育程度是影响研究区地质灾害形成的主要因素。评价结果可为怀柔区琉璃庙镇地质灾害的防范与治理提供一定的参考依据。

关键词：地质灾害；危险性评价；层次分析法；GIS；评价因子

中图分类号：P694      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）19-0103-04

Abstract： In this paper， six evaluation indexes such as slope， topographic fluctuation， engineering geological rock group， distance from fault， distance from road and rainfall are established， and the weight value and information value of each index are obtained using analytic hierarchy process（AHP） and information model. Liulimiao Town in Huairou District is comprehensively evaluated and divided into four types： low risk area， medium risk area， high risk area and very high risk area. The analysis results show that the low risk area 13.32 km2 of Liulimiao town accounts for 6.46% of the total area of the town， the medium risk area 73.44 km2 of Liulimiao Town accounts for 35.60% of the total area of the town， and the high risk area and extremely high risk area 119.54 km2 of Liulimiao town accounts for 57.94% of the total area of the town. The intensity of human activities and the degree of tectonic development are the main factors affecting the formation of geological disasters in the study area. The evaluation results can provide a certain reference basis for the prevention and control of geological disasters in Liulimiao Town， Huairou District.

Keywords： geological hazard; risk assessment; analytic hierarchy process （AHP）; GIS; evaluation factor

怀柔区位于北京市东北部中低山地区，地形地质条件复杂，地质构造发育，这使得怀柔区自然环境中的地质灾害风险相对较高，此外，降水时空分布的不均匀性也对地质灾害的产生起到了推波助澜的作用，怀柔区存在较多的地质灾害及隐患，地质灾害主要包括泥石流、崩塌、滑坡等。局部地区的地质灾害已经给当地人民的生命财产、交通水利、旅游设施和植被景观等造成了一定的破坏，是北京地区发生地质灾害较多、灾害后果较严重的地区之一。位于怀柔区北部的琉璃庙镇地质灾害隐患点占怀柔区地质灾害隐患总数的27.67%，是怀柔区地质灾害发育最多的乡镇之一。因此对琉璃庙镇进行地质灾害危险性评价，从而为区域地质灾害的预防和治理提供科学依据，同时为怀柔区地质灾害的预防和治理提供一定的理论指导。

1  研究区概况及数据来源

1.1  研究区概况

琉璃庙镇是北京市怀柔区下辖镇，介于东经116°27'17″～116°42′32″，北纬40°30′09″～40°41′17″之间。地处怀柔区北部，东与密云区石城镇接壤，南与怀北镇毗邻，西南与渤海镇为邻，西与延庆区四海镇、珍珠泉乡交界，西北与宝山镇接壤，北与汤河口镇相邻。镇域面积206.3 km2。

琉璃庙镇位于我国温带半湿润地区，其气候类型属于大陆性季风气候。这种气候的特点在于季风影响明显，四季变化分明，且雨热同期。春季气候干旱少雨，夏季则呈现暖热湿润的特点，秋季气候凉爽干燥，而冬季则较为寒冷，雪量较少。琉璃庙镇的多年平均气温为9 ℃，其中1月份的平均气温降至-10.1 ℃。而在极端情况下，最低气温可达-16 ℃。到了7月份，平均气温升高至22.42℃，极端最高气温甚至可达36 ℃。月平均气温的年较差达到32 ℃，最大日较差可达13 ℃。在降水方面，琉璃庙镇的年平均降水量为450 mm，年平均降雨日数为60 d。降雨天数最多可达80 d，最少则为30 d。极端年份中，最多降雨量达到850 mm，最少降雨量仅为290 mm。值得注意的是，降雨主要集中在每年的6—8月，其中7月份的降雨量最大。

琉璃庙镇境内河道属海河流域，其中琉璃河流域面积180 km2，占90%。白河流域面积20 km2，占10%。主要河道有一级河琉璃河、白河等8条，总长100 km。二级河南小河，总长25 km。河流总长度205 km，河网密度0.9 km/km2。境内最大的河流为白河，从狼虎哨村至青石岭村流经境内双文铺村、白河北村，长10 km，流域面积20 km2。

琉璃庙镇位于我国燕山山脉脚下，拥有丰富的自然资源和优美的生态环境。全镇地貌类型主要为中山及低山，地势西北高、东南低，呈现出一种独特的地理景观。境内最高峰云蒙山位于密云与怀柔交界处，海拔1 414 m，最低点青石岭位于云蒙山北侧与密云交界点，海拔246 m。

琉璃庙镇断裂构造发育，规模较大，均以破碎带、摩棱岩带、挤压片理带和动力变质带的形式出现。

根据2021年北京市怀柔区地质灾害隐患点台账、北京市泥石流沟精细调查与评价项目、北京市山区道路沿线崩塌滑坡灾害隐患精细化调查项目数据显示，琉璃庙镇域范围内共有地质灾害隐患点267处，其中崩塌191处、滑坡4处、泥石流72处。

1.2  数据来源

本论文所用地质灾害数据来源于2021年北京市怀柔区地质灾害隐患点台账、北京市泥石流沟精细调查与评价项目及北京市山区道路沿线崩塌滑坡灾害隐患精细化调查项目；地质数据来自于全国地质资料馆；地理数据统一采用像元大小为30 m的空间栅格数据；降水数据来源于中国气象网。

2  研究方法

2.1  评价因子的选取

本文对琉璃庙镇地质灾害危险性评价的研究，是基于对该地区地质灾害的发育分布规律以及地质环境条件的深入研究。通过借鉴国内外普遍应用于地质灾害评价的指标，选取坡度、地形起伏度、工程地质岩组、距断层距离、距道路距离和降雨量作为评价指标，构建了一套符合该地区的全面的地质灾害危险性评价体系[1-2]。

1）坡度。本文采用了数字高程图形（Digital Elevation Model，简称DEM）对琉璃庙镇的地形坡度进行分析，并根据地形坡度，将研究区分为坡度小于15°、坡度15～35°、坡度35～60°、坡度大于60° 4类坡度等级，如图1（a）所示。

2）地形起伏度。本次评价选取的是30 s×30 s的网格分析窗口来计算评价网格内的起伏度。将地形起伏度分成4类，即平坦（0～30 m）、小起伏（30～50 m）、中起伏（50～100 m）和大起伏（大于100 m），如图1（b）所示。

3）工程地质岩组。根据地层出露情况及工程地质特征，本文将怀柔区琉璃庙镇山区岩石划分为4大类：坚硬岩组（如花岗岩、片麻岩等）、较坚硬岩组（如灰岩、白云岩、砂岩等）、较软岩组（页岩、泥岩等）及松散岩组（第四系地层），如图1（c）所示。

4）距断层距离。指处于断层结构且正处于发育状态，这种情况下岩体稳定性较差，容易被破坏，而后引发地质灾害。一般而言，特殊结构、断层发育部位容易发生地质灾害。根据怀柔区琉璃庙镇断层发育情况，按照距断层距离远近划分为4个分区，分别是小于等于100 m、100～300 m、300～500 m、大于500 m，如图1（d）所示。

5）距道路距离。距离道路的远近不同，诱发各类地质灾害的程度也就不同。依据研究区的实际情况，按照距道路远近划分为4个级别，分别为小于等于500 m、500～1 000 m、1 000～1 500 m、大于1 500 m，如图1（e）所示。

6）降雨量。降雨一方面加快了对坡面的冲刷侵蚀，另一方面增加了岩土的孔隙水压力，从而加剧了地质灾害的发生。选取怀柔区琉璃庙镇2017—2021年时间范围内每年6—8月的月累计降雨量，利用Arcgis的空间分析功能，生成6—8月的月降雨等值线图，并将其依照自然间断法划分为4类，如图1（f）所示。

2.2  层次分析法

层次分析法（AHP）是指将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。其本质是一种分解复杂问题的过程。该过程结合了人类决策时的基本步骤，即分解、判断、综合。在一定程度上减少了决策者的主观性。层次分析法对于解决受多因素影响的地质灾害易发性具有较强的适用性和可操作性，且方法简便，能够较好地表现各个因素以及其之间的相互关联程度[3]。

2.2.1  步骤

层次分析法四步骤如图2所示。

2.2.2  评价因子权重计算

在地质灾害风险评估中，我们首先需要构建一个层次分析模型，以明确各个层次之间的关系。该模型从高层次到低层次分别为目标层、准则层和要素层。目标层，即地质灾害的危险性，是我们评估的核心目标。在权重分配过程中，我们采用1—9标度法，结合专家咨询法和相关文献，对同一准则层下的各个要素进行两两对比，构建判断矩阵。判断矩阵能帮助我们确定各要素之间的相对重要性，从而为后续的权重计算提供依据。在计算出各要素层与准则层的权重后，我们需要对判断矩阵进行一致性检验。一致性检验的目的是确保判断矩阵的合理性，避免权重分配的不合理现象。检验过程采用CR值（一致性比率）作为判断标准。若CR≤0.1，则说明判断矩阵的一致性良好，通过检验。若CR>0.1，则说明检验不通过，需要对判断矩阵进行调整。判断矩阵调整后，我们再次进行权重计算和一致性检验。这一过程需要反复进行，直至判断矩阵通过检验为止。这样，我们就能得到一个合理且可靠的权重分配方案，为地质灾害风险评估提供有力支持。判断矩阵调整后，我们再次进行权重计算和一致性检验。这一过程需要反复进行，直至判断矩阵通过检验为止[4]，评价因子及权重见表1。一致性检验计算公式为

CR=CI/RI，

CI=（λmax-N）/（N-1）。

2.3  信息量法

通过对已变形或破坏区域的实际情况和提供的信息，将反映区域稳定性因素的实测值转化为信息量值，从而评价区域稳定性。此方法基于研究对象信息量的计算，通过信息量大小评估影响因素与研究对象关系的密切程度。实际计算时，可用频率估计条件概率来估算信息量，其中信息量用条件概率表示[5]

即

在对研究区内各种灾害点的空间分布情况进行深入研究的基础上，对6个评价因子进行了详细的分级，为了更好地理解这些评价因子对灾害点分布的影响程度，我们分别对这6个因子进行了试解，以获取它们所对应的信息量值。根据试解的结果，得到了各个评价因子对应的信息量值。结果见表2。

3  结果与分析

通过运用GIS软件的空间分析、栅格计算功能，在确定评价因子所属的分级后，利用信息量法求算出各分级单元信息量以及层次分析法获得的各评价因子权重，将两者进行耦合运算，得出研究区危险性分为低危险区、中危险区、高危险区和极高危险区4类，如图3所示。其中低危险区占研究区总面积的6.46%，主要分布在研究区的西北角及东南角，原因是是由于这些区域人类活动少，植被覆盖率高，不易发生地质灾害；中危险区占研究区总面积的35.60%，主要分布在人类活动区周边地带，原因是是由于这些区域人类活动较多；高危险区、极高危险区占研究区总面积的57.94%，主要分布在人类活动密集区以及构造发育区，原因是这些区域构造发育，人类的切坡修路及其对山体破坏更容易造成地质灾害的发生。

4  结论

本文基于台账数据和调查数据，选择并提取6个地质灾害危险性评价影响因子，采用层次分析法与信息量法综合评价，对研究区地质灾害危险性进行评价和分区，得出如下结论：

1）层次分析法需要熟悉地质灾害的专家来构建判断矩阵，从而解决目标结构复杂且缺乏必要数据情况下的分析与决策；信息量法广泛在地质领域使用，是人工干预少、自动化程度很高的统计方法，但结果偏差较大。2种方法的结合，使危险性评价更加科学可靠。

2）研究区危险性分为低危险区、中危险区和高危险区、极高危险区4类。其中低危险区面积13.32 km2，占研究区总面积的6.46%；中危险区面积73.44 km2，占研究区总面积的35.60%；高危险区、极高危险区面积119.54 km2，占研究区总面积的57.94%。

3）人类活动密集程度和构造发育程度是影响研究区地质灾害形成的主要因素。

参考文献：

[1] 李萍，叶辉，谈树成.基于层次分析法的永德县地质灾害易发性评价[J].水土保持研究，2021，28（5）：394-399，406.

[2] 蒋德明，李益敏，鲍华姝.泸水县滑坡孕灾环境因素敏感性研究[J].自然灾害学报，2016，25（4）：109-119.

[3] 张晓东，刘湘南，赵志鹏，等.基于层次分析法的盐池县地质灾害危险性评价[J].国土资源遥感，2019，31（3）：183-192.

[4] 范诗铃，刘汉湖，李金豪.AHP-信息量法在古城区地质灾害危险性评价中的应用[J].宜宾学院学报，2022，22（6）：60-66.

[5] 刘洋，唐川，冯毅.基于AHP-信息量法的地质灾害危险性评价[J].宜宾学院学报，2013，41（2）：173-179.