江西萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的分析方法

陳光飛，吳亞星，鐘連祥

(1.江西省地礦局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西 贛州 341000；2.湖州中核勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江 湖州 313000；3.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

萬(wàn)載縣位于江西省西部，由于人類工程活動(dòng)或自然因素導(dǎo)致縣域內(nèi)滑坡、泥石流、崩塌及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害廣泛發(fā)育，并極大的威脅了當(dāng)?shù)鼐用竦纳拓?cái)產(chǎn)安全。基于此，筆者通過野外地質(zhì)調(diào)查，在詳細(xì)查明研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用層次分析法對(duì)萬(wàn)載縣的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了易發(fā)性評(píng)價(jià)，旨在為該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和治理提供一定的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

萬(wàn)載縣位于江西省的西部，東邊與宜豐、上高縣接鄰，南鄰宜春市袁州區(qū)，西與湖南的瀏陽(yáng)市毗鄰，北邊靠近銅鼓縣，地理坐標(biāo)在27°59′N28°27′N，113°59′E114°36′E之間，縣國(guó)土面積1719.63km2。

萬(wàn)載縣屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候，年平均降雨量為1700.1mm，但各地降雨量存在地域性的差異，呈現(xiàn)北多南少的趨勢(shì)。縣境內(nèi)地貌形態(tài)可劃分為構(gòu)造侵蝕低山、侵蝕剝蝕隴狀丘陵、剝蝕紅盆丘陵和山間沖擊平原四個(gè)地貌單元，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，褶皺和斷裂及其發(fā)育。根據(jù)巖土體的形成條件，區(qū)內(nèi)巖性以碎屑巖、變質(zhì)巖、巖漿巖和碳酸鹽巖為主，第四系地層零星分布于河流階地、小山坡、山間洼地及河谷等。近年來，由于人類工程活動(dòng)的增加以及降雨等因素的影響，縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，萬(wàn)載縣的地質(zhì)災(zāi)害類型包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、崩塌及滑坡隱患，安全隱患點(diǎn)共計(jì)1099處，災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)334處，其中滑坡273處，占總數(shù)的81.7%，崩塌23處，占總數(shù)的6.9%，泥石流3處，占總數(shù)的0.9%，地面塌陷35處，占總數(shù)的10.5%。

2 地質(zhì)災(zāi)害層次分析法

層次分析法(analytic hierarchy process)簡(jiǎn)稱AHP，是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty教授于20世紀(jì)70年代提出的一種用于目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及必要數(shù)據(jù)缺乏情況下的多目標(biāo)決策分析方法，該方法可以量化決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷，且具有實(shí)用性和邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)研究[7]。

層次分析法的基本思想就是依據(jù)所研究問題的性質(zhì)和擬達(dá)到的總目標(biāo)，按層次將問題分解成不同的因素，然后將在同一層次的不同因素根據(jù)相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較，得出相關(guān)判斷矩陣，最后得出各因子的權(quán)重。

2.1 評(píng)價(jià)因子的選取

經(jīng)野外地質(zhì)調(diào)查，萬(wàn)載縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)有 334處，其中滑坡273處，占總災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的81.7%，滑坡是居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全最主要的地質(zhì)災(zāi)害，因此以滑坡為例，根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境特征、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律及形成條件，選用了巖土體類型(C1)、控制結(jié)構(gòu)面的類型(C2)、巖體完整程度(C3)、坡度(C4)、坡高(C5)、災(zāi)害點(diǎn)密度(C6)、降雨(C7)及人類工程活動(dòng)(C8)這8個(gè)因素作為評(píng)價(jià)因子。

2.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)分析模型的建立

為使各個(gè)因素之間的關(guān)系更具條理性，依據(jù)各個(gè)因素特征屬性的不同，將前文選取的8各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分類并歸化，建立了萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的3層系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)分析模型(見圖1)。其中A為目標(biāo)層，B為準(zhǔn)則層，C為措施層。

圖1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)分析模型

2.3 判斷矩陣的構(gòu)造

在對(duì)各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的確定之前，需構(gòu)造評(píng)價(jià)因子之間兩兩重要性對(duì)比的矩陣，通過T.L.Saaty提出的19標(biāo)度法[7]來表示各評(píng)價(jià)因子之間的影響強(qiáng)弱(表1)。根據(jù)類似工程的實(shí)際情況，確定各評(píng)價(jià)因子之間的相對(duì)重要性并賦予相應(yīng)的分值，進(jìn)而得到所需要的判斷矩陣(表2、表3、表4)。

表1 19標(biāo)度法含義

表2 A-B層判斷矩陣

表3 B1-C層判斷矩陣

表4 B3-C層判斷矩陣

2.4 確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)

目前，層次分析法確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重系數(shù)的計(jì)算方法包括算術(shù)平均法、幾何平均法、最小二乘法及特征向量法[8]。本文采用幾何平均法計(jì)算前文所選取評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)，幾何平均法也就是數(shù)學(xué)中的方根法，其基本思想就是對(duì)判斷矩陣中的每一行向量求幾何平均值，然后對(duì)所求向量進(jìn)行歸一化，所得特征向量即為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。其具體步驟如下所述：

①計(jì)算判斷矩陣每一行因子的乘積，即

(1)

式中：xij為因子xi與因子xj的重要性比較。

③對(duì)上述所求向量進(jìn)行歸一化處理，確定權(quán)重ai，即

(2)

經(jīng)公式(2)計(jì)算后，得到特征向量，即各因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重值a=[a1，a2，an]T。

④計(jì)算最大特征值，即

(3)

式中(Ua)i表示判斷矩陣和特征向量乘積的第i個(gè)分量。

⑤對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，公式如下：

(4)

式中：CR為判斷矩陣的一致性比例，CI為一致性指標(biāo)，n為判斷矩陣的階數(shù)，λmax為公式(3)計(jì)算出的最大特征值，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，RI的取值由表5[7]確定。僅當(dāng)CR<0.1或λmax=n、CI=0時(shí)，才認(rèn)為判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)。

表5 隨機(jī)一致性指標(biāo)取值表

通過計(jì)算，得到A-B層判斷矩陣各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，均為0.333，最大特征值λmax=3。B1-C層判斷矩陣的最大特征值λmax=5.423，各因子的權(quán)重分別為0.094，0.361，0.224，0.220，0.101，一致性指標(biāo)CI=0.106，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.12，則一致性比例CR=0.095<0.1，說明判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)。B3-C層判斷矩陣的最大特征值λmax=2，各因子的權(quán)重分別為0.667，0.333。

2.5 層次總排序及一致性檢驗(yàn)

表6 萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)因子層次總排序

由表6可以看出，影響萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的各因子重要性由大到小的排序依次為：災(zāi)點(diǎn)密度>降雨>控制結(jié)構(gòu)面類型>人類工程活動(dòng)>巖體完整程度>坡度>坡高>巖土體類型。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)可以根據(jù)上述8個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值和打分值完成，在分析評(píng)價(jià)的過程中，將每個(gè)評(píng)價(jià)因子根據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則進(jìn)行賦值，根據(jù)萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的地質(zhì)條件、分布規(guī)律，將災(zāi)害影響程度劃分為四個(gè)等級(jí)，并量化為4，3，2，1，分級(jí)賦值見表7。

表7 地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)因子賦值表

根據(jù)國(guó)土資源部頒布的《縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃調(diào)查基本要求實(shí)施細(xì)則2006》中推薦的模型：

(5)

圖2 萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖

式中：Z為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合指數(shù)，ai為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，Di為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，由表7確定。當(dāng)Z>1.0時(shí)，該區(qū)化為高易發(fā)區(qū)，0.5

將萬(wàn)載縣1433處野外地質(zhì)調(diào)查點(diǎn)分別按照公式5計(jì)算相應(yīng)的易發(fā)性綜合指數(shù)，根據(jù)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和“類似原則”合并同類項(xiàng)，同時(shí)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行歸并及單元邊界線的修改，完成了萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)(圖2)。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

(1)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(Ⅰ)：主要分布于萬(wàn)載縣西北部構(gòu)造侵蝕低山、東南部侵蝕剝蝕隴狀丘陵及巖溶發(fā)育的山間沖積平原地帶，該區(qū)可以劃分為3個(gè)亞區(qū)：仙源赤興(Ⅰ1)、黃茅鎮(zhèn)東南部(Ⅰ2)、馬步康樂(Ⅰ3)，總面積達(dá)323.09 km2，占全縣總面積的18.8%。區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，地層巖性主要有三疊系的碳酸鹽巖、變質(zhì)巖、更系統(tǒng)及全新統(tǒng)的松散土體，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造在北東向及近東西向發(fā)育，加里東期及晉寧期巖漿巖呈巖基大量侵入。由于居民切坡建房、公路建設(shè)及地下煤礦的大規(guī)模開采，導(dǎo)致該區(qū)崩塌、滑坡及地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，根據(jù)野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)有513處，災(zāi)點(diǎn)密度達(dá)1.59處km2，受威脅人口達(dá)2045人，威脅財(cái)產(chǎn)1781.05萬(wàn)元。

(2)地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)(Ⅱ)：該區(qū)分布于萬(wàn)載縣西部及西北部的構(gòu)造侵蝕低山區(qū)、東南部侵蝕剝蝕隴狀丘陵地帶，主要分布于茭湖高村(Ⅱ1)、黃茅鎮(zhèn)西北部白水(Ⅱ2)、嶺東高城鵝峰(Ⅱ3)，總面積達(dá)764.3 km2，占全縣總面積的44.4%。區(qū)內(nèi)地層巖性以三疊系的碳酸鹽巖、變質(zhì)巖及全新統(tǒng)的松散土體為主，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造在北東向及近東西向發(fā)育。由于居民切坡建房、建廠及公路建設(shè)，導(dǎo)致該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，主要以不穩(wěn)定斜坡為主，存在崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患。據(jù)調(diào)查，該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)有718處，災(zāi)點(diǎn)密度為0.94處/ km2，受威脅人口1057人，威脅財(cái)產(chǎn)1148.95萬(wàn)元。

(3)地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)(Ⅲ)：處于調(diào)查區(qū)的西南部及東側(cè)，呈條帶狀分布，以侵蝕剝蝕隴狀丘陵及剝蝕紅盆丘陵地貌為主，整體地勢(shì)較低矮平緩，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)較少，可以劃分為3個(gè)亞區(qū)：官元山林場(chǎng)(Ⅲ1)、赤興三興羅城(Ⅲ2)、株潭潭埠赤興(Ⅲ3)，總面積632.24 km2，占全縣總面積的36.8%。區(qū)內(nèi)地層巖性包括白堊系紅層、侏羅系碎屑巖及第四系松散土體，植被發(fā)育，由于人口較少，相應(yīng)的工程活動(dòng)也較少，因此列為萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)。據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)202處，災(zāi)點(diǎn)密度為0.32處km2，受威脅人口103人，威脅財(cái)產(chǎn)52.06萬(wàn)元。

4 結(jié)論

(1)萬(wàn)載縣地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜，區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，致災(zāi)因素較多，存在一定的地域性差異。本文選取了8個(gè)評(píng)價(jià)因子作為該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響因素，采用層次分析法確定了各評(píng)價(jià)因子對(duì)萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)率。其中，巖土體類型、控制結(jié)構(gòu)面的類型、巖體完整程度、坡度、坡高、災(zāi)點(diǎn)密度、降雨及人類工程活動(dòng)所占的權(quán)重分別為0.031、0.120、0.075、0.074、0.034、0.333、0.222及0.111。

(2)萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)和評(píng)價(jià)結(jié)果表明，地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)占地面積323.09 km2，占全縣總面積的18.8%，主要分布于萬(wàn)載縣西北部構(gòu)造侵蝕低山、東南部侵蝕剝蝕隴狀丘陵及巖溶發(fā)育的山間沖積平原地帶；中易發(fā)區(qū)占地面積764.3 km2，占全縣總面積的44.4%，分布于萬(wàn)載縣西部及西北部的構(gòu)造侵蝕低山區(qū)、東南部侵蝕剝蝕隴狀丘陵地帶；低易發(fā)區(qū)占地面積632.24 km2，占全縣總面積的36.8%，呈條帶狀分布于萬(wàn)載縣西南部及東側(cè)。基于層次分析法的萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)研究可為萬(wàn)載縣地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和防治提供理論依據(jù)。