地质灾害区划与分区评价

第五章地质灾害区划与与分区评价价第一节地质质质灾害易易发区区划分及及分区区评价一、评价思路与与与方法地质灾害发育现现现状是其其易发发性的客客观反反映，要要想准准确的进进行地地质灾害害易发发性分区区，必必须依赖赖遥感感解译和和野外外实际调调查工工作，本本着这这一思路路，此此次调查查十分分重视对对基础础地质元元素的的搜集与与分析析，野外外工作作结束时时已形形成本区区地质质灾害易易发性性基本轮轮廓，即即初步的的定性性分区结结果；；同时考考虑到到地质环环境条条件的复复杂性性，通过过对影影响地质质灾害害发育的的诸多多因素分分析，采采用半定定量方方法进行行分区区计算，作作为为对定性性评价价的补充充，最最后综合合两种种结果，形形成成本区地地质灾灾害的易易发性性分区图图。由于地质灾害易易易发性的的评价价结果受受到多多种因素素的影影响，而而这些些因素本本身存存在着不不确定定性、模模糊性性以及各各因素素之间相相互作作用的复复杂性性；如何何将复复杂的地地质因因素尽可可能的的定量化化，使使分析和和评价价结果最最大限限度的符符合客客观实际际情况况，是地地质工工作者广广为探探讨的问问题。层次分析法（简简简称AHP）是一种种定定性和定定量相相结合的的系统统化、层层次化化的分析析方法法，它不不仅适适用于存存在不不确定性性和主主观信息息的情情况，还还允许许以合乎乎逻辑辑的方式式运用用经验、洞洞察察力和直直觉。由由于它在在处理理复杂的的决策策问题上上的实实用性和和有效效性，因因此在在各学科科模糊糊综合评评判中中得以广广泛应应用。地理信息系统在在在最近的30多年内得得到到了惊人人的发发展，广广泛应应用于资资源调调查、环环境评评估、灾灾害预预测等众众多领领域，借借助GIS系统可以以完完成制图图、数数字地形形分析析、空间间决策策支持、空空间间分析统统计等等任务，在在GIS平台上进进行行易发性性区划划可以在在一定定程度上上避免免传统区区划工工作量大大、工工作强度度大、工工作精度度不高高以及主主观影影响大的的不足足。本次工作拟采用用用基于层层次分分析法和GIS空间分析析统统计方法法相结结合的工工作方方法对区区内地地质灾害害易发发性进行行评价价和区划划，主主要技术术路线线和方法法如下下：1、确定评价单单单元和评价价因因子，利利用层层次分析析法确确定各因因子和和各要素素的权权值。2、对各评价因因因子指标进进行行量化，并并采采用归一一化数数值变换换方法法统一量量纲。3、在评价指标标标权值确定定和和数据归归一化化的基础础上，利利用GIS系统的空空间间分析功功能进进行数据据的空空间叠加加与统统计。4、经统计分析析析确定易发发性性区划的的分界界点，将将评价价结果分分成不不同等级级。5、在GIS分分析成成图的基基础上综综合考考虑各种种因素素，进行行修改改完善，最最终终编制工工作区区地质灾灾害易易发性区区划图图。二、理论与方法法法层次分析法是美美美国运筹筹学家家T.L..Saaatyy于20世纪70年代中期期提提出的一一种定定性与定定量相相结合的的多准准则决策策的系系统分析析方法法，其基基本原原理是把把复杂杂系统分分解成成目标、准准则则、方案案等层层次，在在此基基础上进进行定定性和定定量分分析的决决策。它它把人的的决策策思维过过程层层次化、数数量量化、模模型化化，并用用数学学手段为为分析析、决策策提供供定量的的依据据，是一一种对对非定量量事件件进行定定量分分析的有有效方方法，特特别是是在目标标因素素结构复复杂且且缺少必必要的的数据情情况下下，需要要将决决策者的的经验验判断定定量化化时该法法非常常实用。该该方方法适用用于多多准则、多多目目标或无无结构构特征的的复杂杂问题的的决策策分析，它它按按照各因因子相相互之间间的内内在支配配关系系，建立立层次次结构模模型，通通过因子子的两两两比较较，建建立判断断矩阵阵，进行行层析析排序，确确定定各因子子的相相对重要要性。（一）层次分析析析法的主主要步步骤运用层次分析法法法建模，大大体体上可按按下面面4个步骤进进行行：1、建立层次结结结构模型：：综综合分统统所析析系涉及及的目目标、范范围、准准则，约约束条条件，确确定综综合评价价体系系中各因因索之之间的关关系，并并根据指指标的的隶属关关系进进行上下下分层层排列，形形成成危险性性综合合评价体体系层层次结构构。2、将问题中的的的各个要素素划划分为不不同的的层次结结构,以框架结结构构说明各各层次次之间的的从属属关系。3、构造判断矩矩矩阵：层次次分分析法的的基础础主要靠靠对各各层次两两两元元素相互互重要要程度差差异给给出判断断，并并将这些些判断断用数值值表示示出来，形形成成判断矩矩阵，即即两两比比较矩矩阵。该该矩阵阵是层次次分析析法的出出发点点，也是是整个个权值确确定过过程中的的关键键。在构构造判判断矩阵阵的过过程中，可可以以通过向向专家家发放问问卷进进行因子子间的的相对重重要程程度打分,并用矩阵阵表表示打分分结果果;4、检验层次分分分析结果如如有有误差,需对判断断矩矩阵的元元素取取值通过过专家家意见进进行调调整,从新运算算。（二）评价指标标标判断矩矩阵的的构建信息是系统分析析析最基础础的数数据。任任何系系统分析析都要要掌握一一定的的信息才才能进进行。层层次分分析法也也需要要有相应应的信信息作为为分析析的基础础，其其信息主主要来来源于人人们对对不同层层次中中各个因因素之之间的相相对重重要性所所做出出的判断断。通通过引入入适当当的判断断标度度将这些些判断断用数值值的形形式表示示出来来构成判判断知知阵。以以便比比较本层层次各各因素与与某一一因素之之间的的相对重重要性性。设B层次中的的元元素Bi,BBzz,Bss,..……从与上一一层层次A中的元素A有关系，则则则可以通通过判判断知阵阵表示示出来，如如表表5-1--1所示。表5-1-1判断矩阵阵示示意表AB1B2B3…BnB1b11b12b13…b1nB2b21b22b23…b2n………………Bnbn1Bn2Bn3…bnn表中bij表示示对对危险性综综综合评价价而言言Bi和Bj相对重要要程程度的数数值表表示。bij的取值是是根根据表5-1--2的T.Saattty1--9标度含义义来来确定。表5-1-2判断矩阵阵元元需Aij的1-9度标度法法标度含义1两个因子相比较较较，两者者同样样重要3两个因子相比较较较，其中中一个个比另一一个稍稍微重要要5两个因子相比较较较，其中中一个个相对另另一个个来说比比较重重要7两个因子相比较较较，其中中一个个相对另另一个个来说非非常重重要9两个因袭相比较较较，其中中一个个相对另另一个个来说极极其重重要2,4,6,888介于上面两个相相相邻判断断值的的中间倒数若i与j相比较较的判断断值为为bij,则j与i比较的判判断断值为1/biijj（三）特征值与与与特征向向量计计算根据判断矩阵，利利用线性代数数知识，精确确的求出T的最大特征征根所对应的的特征向量。所所求特征向量量即为各评价价因素的重要要性排序，经经归一化后即即为同一层次次相应因素对对于上一层次次某因素相对对重要性的排排序权值。本本次评价采用用和积法进行行求解，具体体步骤如下：：1、将判断矩阵阵阵每一列归归一一化：2、每一列经正正正规化的判判断断矩阵按按行相相加：3、对向量做正正正规化处理理，依次所得到的即即即为所求求特征征向量。4、计算判断矩矩矩阵的最大大特特征根λmax，式中：（TA）i表示向量TA的第i个元素。（四）一致性检检检验为避免其他因素素素对判断断矩阵阵的干扰扰，在在实际应应用中中要求判判断矩矩阵满足足大体体上的一一致性性，需进进行一一致性检检验。只只有通过过检验验，才能能说明明判断矩矩阵在在逻辑上上是合合理的，才才能能继续对对结果果进行分分析。对对判断矩矩阵进进行一致致性检检验，计计算公公式：CR=CI/RRRI（1）式中，CR(ccconssisstenncyyraatiio)为一致性性比比例。当CR<00..10时，认为为判判断矩阵阵的一一致性是是可以以接受的的，否否则应对对判断断矩阵作作适当当修正。CI(ccoonsiisttenccyinddexx)为一致性性指指标，按按下式式计算：：CI=(λmaaax--n))/(nn--1)（2）式中：max－－－判断矩矩阵的的最大特特征根根；n－成对比较因因因子的个数数；；RI(randddominndexx)－随机一一致致性指标标，可可查表确确定，如如表5-1--3所示。表5-1-3平均随机机一一致性指指数ＲＲI阶数ｎ123456789RI000.580.91.121.241.321.411.45当ＣR＜0.11时，就就认为为判断矩矩阵具具有满意意的一一致性，否否则则就需要要重新新调整，直直到到具有满满意的的一致性性为止止。三、评价因子选选选取及敏敏感性性分析影响地质灾害形形形成的自自然因因素众多,历史地震震地地质灾害害发生生的数量量、分分布范围围、活活动规模模都直直接反映映了地地层岩性性、地地形地貌貌、现现存新老老滑坡坡以及有有关地地震动力力环境境对地震震诱发发地质灾灾害的的控制作作用;此外,土地利用用、地地下水、植植物物条件等等因素素也对震震后地地质灾害害形成成起到一一定程程度的影影响。本本文采用用统计计学方法法，对对研究区区山地地灾害点点与各各因子的的每个个属性进进行相相对频率率组合合的定量量计算算方法，综综合合天水市市秦州州区震后后地质质灾害发发育情情况，本本次危危险性区区划分分析中选选用了了10个影响因因子子，主要要包括括：地质质构造造、地形形坡度度、海拔拔高程程及水系系发育育情况等等。（一）地质构造造造地质构造因素对对对地质灾灾害点点的发育育控制制作用十十分明明显，在在区域域地质构构造比比较复杂杂，褶褶皱比较较强烈烈，新构构造运运动比较较活动动的地区区，地地质灾害害比较较发育。其其影影响主要要表现现在：①地质构造造决决定了地地貌形形态的分分布，对对地质灾灾害发发育的临临空条条件起到到间接接的控制制作用用；②地质构造造带带岩石破破碎、风风化严重重，使使得边坡坡的连连续性和和完整整性受到到破坏坏，是地地下水水最丰富富和活活动的地地区，降降低了岩岩体的的抗剪强强度；；③在构造应应力力作用下下，岩岩体内节节理、裂裂隙发育育，为为崩塌发发育提提供了条条件；；④活动断层层造造成地表表破裂裂，岩层层结构构发生破破坏，非非活动断断层作作为地震震波的的反射界界面，可可能导致致岩体体的拉力力破坏坏；⑥断裂构造造控控制着水水系的的发育和和人类类工程活活动的的分布，对对地地质灾害害的威威胁对象象起到到间接的的控制制作用研究中，通过GGGIS软件缓冲冲区区分析和和数据据统计功功能，对对研究区区内灾灾害点与与断裂裂距离分分布关关系做了了统计计：首先先，对对研究区区内的的断裂做做距离离缓冲处处理，分分别得到0-5000，500--11000，10000--20000及大于2000米四个缓缓冲冲区；然然后利利用GIS统计功能能，对对每个缓缓冲区区内的灾灾害数数量、缓缓冲区区面积进进行统统计，计计算每每个缓冲冲区内内灾害点点密度度。详细细数据据如表5-1--4所示，灾灾害害点与断断裂的的分布关关系和和敏感性性关系系，如图5-1--1所示。表5-1-4研究区地地质质灾害点点与断断裂距离离统计计关系断裂缓冲距离(((m)<500500-1000001000-200000>2000缓冲区面积(kkkm2))291.83248.35528.141285.4333面积百分比(%%%)12.4010.5522.4454.61灾害点数量342842100灾害点密度(个个个/km2)0.120.110.080.08图5-1-1断裂构造造与与地质灾灾害分分布关系系图（二）地质灾害害害频率对天水市秦州区区区按1km**11km网格进行行离离散，形形成2534个空间离离散散网格，依依据据灾害点点在网网格上的的分布布，进行行基于于GIS的统计。该该该计算包包括单单元面积积上灾灾害发生生的频频率及地地质灾灾害面积积模数数比。地质灾害频率比比比：设第(i,jj)单元内灾灾害害频率为f(i,,jj)，单元面面积积为S(i,,jj)，单元内内灾灾害的频频率密密度为ρf(i,,jj)，整个研研究究区面积积为S，灾害总总数数为f，总频率率密密度为ρf，则：第(i,j)单单元元格灾害频频频率比为为：RRf(ii,jj)=ρf(i,,jj)/ρf其中，ρf(iii,j))=ff(i,,j))/S((i,,j)；ρf=f//S。地质灾害面积模模模数比：：设第第(i,jj)单元内灾灾害害体分布布面积积为Ss(ii,,j)，单元面面积积为S(i,,jj)，单元内内灾灾害的面面积模模数为ρs(i,,jj)，整个研研究究区面积积为S，灾害点点总总面积为s，总面积积模模数为ρs，则：第(i,j)单元面面数：RS(ii,,j)=ρs(i,,jj)/ρs其中，ρs(iii,j))=ss(i,,j))/S((i,,j)；ρs=s//S。经计算可得，单单单个像元元上最最大出现现地质质灾害的的频率率为8。对空间间灾灾害点的的频率率分布进进行归归一，可可形成成图5-1--2灾害发生生频频率归一一化分分布图及5-1--3地质灾害害面面积模数数比归归一化图图。图5-1-2地质灾害害频频率比归归一化化图图5-1-3地地地质灾害面面积积模数比比归一一化图（三）坡度及坡坡坡度变率率利用工作区1：：：5万DEM数据提取取坡坡度数据。根据前文文中中的分析析，由由于工作作区内内滑坡、崩崩塌塌灾害主主要分分布于10°～60°之间的斜坡坡，10°以下斜坡坡基本本不发生滑滑坡坡、崩塌塌等灾灾害，因因此本本次评价价将60°以上斜坡坡的的易发程程度定定义为1，10°以下易发发程程度定义义为0，将坡度数据据进行0～1之间的线线性性归一化化，得得到坡度度归一一化结果果图。坡度变化率是对对对地形基基本因因子——坡度变化化情情况进行行量化化的指标标，由由于斜坡坡拉张张应力区区的分分布与斜斜坡坡坡度呈正正相关关联系，因因此此随着斜斜坡坡坡度变化化率增增大的斜斜坡坡坡脚地带带形成成的最大大剪应应力也不不断增增大，斜斜坡也也就愈容容易产产生变形形破坏坏。本次次通过过DEM对全区坡坡度度变化率率数据据进行提提取，然然后进行0～1之间归一一化化处理之之后参参与评价价。图5-1-4坡度归一一化化图图5-1-5坡度变率率归归一化（四）坡向及坡坡坡形变率率坡形可以利用地地地表的曲曲率进进行描述述和量量化，直直线形形和凸型型斜坡坡在曲率率上的的体现是是曲率率≥0，凹型坡坡和和阶梯型型坡的的曲率＜0，因此，可可可利用ArcGGIIS平台从DEM数据中提提取取调查区区地表表曲率信信息，(平面曲率I、激活坡向向数据据。II、从【Suurrfaceee】菜单中中选选择【DeriivveSSloope】命令。III、生成平平平面曲率率层面面SloppeeoffAAspeectt然后进行斜坡坡坡坡形的归归一化化。由于于滑坡坡和崩塌塌主要要发育在在直线线型斜坡坡和凸凸型斜坡坡上，因因此，当当曲率率＜0时，坡面面为为凹型或或阶梯梯型，易易发程程度最低低；当当曲率＞0时，坡面面为为直线型型和凸凸型，易易发程程度较高高，按按照曲率率的大大小进行0～1之间的线线性性归一化化，得得到斜坡坡坡形形指标归归一化化结果（图5-1--6，5-1--7）。图5-1-6坡向归一一化化图图5-1-7坡坡坡形曲率归归一一化图（五）海拔高程程程海拔高程对地质质质灾害的的控制制作用主主要表表现在，一一方方面，海海拔高高程影响响了地地下水的的分布布，特别别是潜潜水层的的分布布，松散散岩土土体构成成的斜斜坡体内内的地地下水多多为潜潜水，高高程越越高，潜潜水分分布越少少，对对斜坡的的影响响越小。另另一一方面，海海拔拔高程对对人类类活动范范围起起控制作作用，人人类大多多居住住在海拔拔较低低的河流流沿岸岸，也多多在海海拔较低低的地地方进行行生产产活动，如如开开垦耕地地。这这些因素素影响响着地质质灾害害的发育育。因因此，海海拔高高程也是是地质质灾害危危险性性评价考考虑的的因素之之一。利利用DEM的高程信信息息进行求求解，最最后进行行栅格格化和归归一化化处理（图图5-1--8）。图5-1-8海拔高程程与与灾害点点关系系（六）沟壑密度度度前已述及，沟壑壑壑密度是是地形形发育阶阶段和和地表抗抗蚀能能力的重重要特特征值，对对地地质灾害害的发发育有重重要的的影响作作用。本本次工作作主要要利用ARCGGIIS平台中的Hydrroologgy工具集，基基基于工作作区1：5万栅格DEM提取各流流域域单元的的沟壑壑密度（图5-1--9），主要要步步骤如下下：1、对工作区dddem数据进行行洼洼地填平平。2、利用GISSS水文分析析，得得到提取取区域域的水流流方向向矩阵、水水流流累计矩矩阵。3、给定不同集集集水阀值，将将水流方向累累计矩阵中高高于此阀值的的格网连接起起来得到矢量量的沟壑网络络。4、对上一步提提提取的不同同集集水阀值值下的的沟谷网网络依依据与实实际形形态的拟拟合程程度进行行对比比分析，确确定定提取水水文网网和沟壑壑流域域网络最最终的的集水阀阀值。5、利用上一步步步确定的集集水水阀值分分别提提取水文文网和和流域沟沟壑网网络，并并计算算各流域域的沟沟谷总长长度和和面积。6、依据得到的的的沟壑总长长度度和面积积求得得各流域域的沟沟壑密度度值。7、将各流域的的的沟壑密度度进进行归一一化处处理并转转换为为栅格数数据参参与评价价。图5-1-9沟壑密度度图图（七）植被指指指数通过天水市秦州州州区1999年8月ETM++遥感感数据，选选择择近红外外波段段4和可见光光红红波段3，进行计计算算求取植植被指指数NDVII，之之后将计计算结结果进行行归一一化处理理参与与评价（图图5-1--110）。图5-1-1000植被指数数图图（NDVI）（八）水系发发发育水系是诱发因子子子中对地地质灾灾害影响响较大大的一个个因素素，基于DEM提取区内内水水系发育育情况况，参与与易发发性评价价，500m缓冲区内内，近近30%灾害点落落入入区内，如缓冲区区达达到10000m，则灾害害点点个数达达到120余个，占60%以上。（图图5-1--111）。图5-1-1111水系发育育与与灾害点点关系系图（九）人类工程程程活动人类工程活动对对对地质环境境的的影响是极极为为复杂的的，区区内对地地质环环境改造造较为为强烈的的人类类活动即即为公公路、铁铁路等等线状工工程的的修建，本本次次评价将将工作作区内的公路（包包括括国道、省省道道及县主主要干干道）、铁铁路路做为基准准线线，间隔隔5000m做缓冲区区分分析，分分别向向两边做做三个个缓冲区区，再再经栅格格化和和归一化化处理理后参与评价价（图5-1--113）。图5-1-1333人类活动动归归一化图图四、因子权重确确确定（一）建立易发发发性评价价层次次结构地质灾害易发区区区系指容容易产产生地质质灾害害的区域域，因因此在选选取评评判因子子时要要依据工工作区区内地质质灾害害发育的的特点点来选取取，所所选取的的评判判因子，应应能能全面反反映区区内地质质灾害害的发育育特点点和孕灾灾条件件。本次次评价价以地质质灾害害易发性性做为为目标层层，选选择了发发育因因子、基基础因因子和诱诱发因因子构成成准则则层即二二级评评判因子子，并并选取了了对地地质灾害害易发发性影响响较为为明显的13个因子构构成成。对地地质灾灾害易发发性评评价指标标体系系进行分分析，确确定评价价体系系的层次次结构构，如图5-1--114所示：图5-1-1444评价体系系结结构图（二）构造判断断断矩阵1、在层次结构构构中，对于于从从属于（或或影影响）上上一层层的每个个因素素的同一一层诸诸因素进进行两两两比较较，比比较其对对于准准则的重重要程程度，并并按事事前规定定的标标度定量量化，构构成矩阵阵形式式，即判判断矩矩阵。判判断矩矩阵中各各元素素的数值值由多多名经验验丰富富的专家家集中中群体智智慧对对各因素素的相相对重要要性进进行评估估打分分确定。2、根据层次分分分析法的基基本本原理，用用10个指标建建立立起判断断矩阵阵，将各各个指指标间的的相对对重要程程度表表示出来来。其其中10个指标为为地地质构造造（B1）；地质质灾灾害频率(B2)；坡度及及坡坡度变率(B3)；坡向及及坡坡形变率(B4)；海拔高高程(B5)；沟壑密密度(B6)；植被指指数(B7)；降雨量(B8)；地震(B9)；人类工工程程活动(B100)。通过向向专专家咨询询，进进行指标标因子子间相互互重要要性进行行打分分，并结结合研研究区的的敏感感性评价价分析析结果，最最终终构建判判断矩矩阵如表表所示示：表5-1-5判断矩阵阵标标度层次次单排排序结果果一览览表121/31/21/21/31/21/3230.11671/211/21/2231/21/21/320.123632112311230.051122112312250.047121/21/21/21211/21/230.096431/31/31/31/211/21/31/220.139622111212230.05543211/2231/21220.06111/231/21/2221/21/2130.09001/321/31/51/31/21/31/21/310.2190注：B1—地质质质构造；B2—地质灾害害频频率；B3—坡度及坡坡度度变率；B4—坡向及坡坡形形变率；B5—海拔高程程；B6—沟壑密度度；B7—植被指数数；B8—降雨量；B9—地震；B10—人类工程程活活动。3、求特征根通过计算可得特特特征向量量，归归一化处处理后后即权重重数W及最大特特征征根为：：W=[0.111167，0.122336，0.055111，0.044771，0.099664，0.1