基于模糊层次分析法的湖北省地质灾害危险性评价

舒珺1，王夏军2

（1.湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090；2.湖北大学，湖北 武汉 430062）

摘  要：本文以湖北省为研究区域，运用层次分析法确定危险性评价因子,建立评价指标体系。结合层次分析法和模糊综合法分别对湖北省滑坡地质灾害危险性做区划分析，进而得出相应的危险性区划图。开展湖北省的地质灾害危险性评价对防灾减灾、保护人民的生命财产安全、促进当地经济发展以及实现人与环境和谐相处具有重要的现实意义。

关键词：地质灾害危险性评价，地理信息系统，层次模糊综合评价法

1.引  言

地质灾害的危险性反映了灾害活动的强度和破坏力，具有的不确定性。这与地质灾害的易发性主要区别在于易发性反映的是物理地质现象，而危险性是以人类社会为载体的相对概念，其评价结果有助于为当地政府制定更详细的土地利用规划和防灾规划提供依据[1]。地质灾害的发生不仅影响到了人们社会经济生活，更加威胁到了人民群众的生命安全。因此对地质灾害进行预测预报和评估具有深远的社会意义和现实价值[2]。湖北省位于我国中部地区，地跨秦巴山区、武陵山区、大别山区、幕阜山区及三峡库区生态环境脆弱区，地质环境条件复杂、是我国地质灾害多发省份之一。地质灾害类型主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷,其中滑坡占已查明的地质灾害点的74%，对社会经济发展和居民的生命与财产安全构成了威胁。结合GIS、RS技术对湖北省开展地质灾害监测与评价工作,具有成本小,时效性好等优点。

省级指导性项目：

基于层次模糊综合评价法的湖北省滑坡地质灾害危险性评价研究（B2019310）

作者简介：舒珺（1983～   ），女，硕士研究生，主要从事地理信息和遥感方面教学研究。

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2.2评价指标分级赋值

根据湖北省的地质环境情况，结合专家意见将遴选出的8个危险性分区评价指标分成低危险性（Ⅰ）、中危险性（Ⅱ）、高危险性（Ⅲ）及极高危险性（Ⅳ）共4个等级；由于部分评价指标是定性的，为了能对其进行量化评价，采用重分类后对所有指标进行重新赋值量化，按照危险性等级从低到高，依次赋值1，2，3和4（表1）。

表1 危险性评价指标分级赋值体系表

Table 1 Hazard evaluation index grading assignment system

项目	低危险性	中危险性	高危险性	极高危险性
量化赋值	1	2	3	4
距断裂构造距离(U11)/m	≥8000	[4000,8000)	[1000,4000)	[0,1000)
地层岩性(U12)	硬岩岩组	软硬岩组	软岩岩组	松散岩组
地形坡度(U13)/°	[0,10)	[10,25)	[25,40)	≥40
相对高差(U14)/m	[0,50）	[50,200)	[200,400)	≥400
植被覆盖度(U21)	[-0.24,0)	[0,0.2)	[0.2,0.4)	[0.4,0.65)
年均降雨量(U22)/mm	[0,650)	[650,800)	[800,950)	≥950
土地利用类型(U23)	水域	裸地	农用地	建设用地
灾害点密度(U24)	[0,500)	[500,1500)	[1500,3000)	≥3000

*注：土地利用类型(U23)中，水域包含河流水面、水库水面、水田、滩涂、坑塘

水面等；裸地包含沙地、未利用土地等；农用地包含耕地、草地、林地等；建设用地包含房屋建筑物、公路、风景公园等。

2.3建立评价指标的递阶层次结构图

地质灾害的发生是各种内、外影响因子综合作用的产物，根据发生地质灾害的内在因素和外在因素构建一个地质灾害危险性评价层次结构图（图1），共分为目标层A，制约因素层B和制约子因素层C三层。其中地质灾害危险性评价为目标层；内在因素和外在因素为制约因素层；八个评价因子为制约子因素层。

图1 层次结构图

Fig 1 Hierarchy diagram

2.4构造两两比较的判断矩阵

2.4.1标度确定

标度反映了判断矩阵中两两元素之间相比较的重要程度，在此以标度量化表（表2）为标准，构造两两比较的判断矩阵。

表2 标度量化表

Table 2 Scale quantification table

标度Uij	定义
1	i因素较j因素同样重要
3	i因素较j因素略微重要
5	i因素较j因素重要
7	i因素较j因素非常重要
9	i因素较j因素绝对重要
2、4、6、8	为以上两种标度中间值
倒数	若j因素与i因素比较得到的标度为Uij-1

2.4.2判断矩阵一致性检验

为避免其他未作考虑的因素，即未参加评价的因素对判断矩阵的干扰，实际应用中要求判断矩阵大体上满足一致性，并需要对其进行一致性检验[8]。

一致性指标用CI计算，CI越小，说明一致性越大，其计算公式如下：

式中为判断矩阵的最大特征根，为判断矩阵的阶数。CI=0，有完全的一致性；CI 接近于0，有满意的一致性；CI 越大，不一致越严重。

考虑到一致性的偏离可能是由于随机原因造成的，因此在检验判断矩阵是否具有满意的一致性时，还需将

CI和随机一致性指标RI进行比较，得出检验系数CR，公式如下：

2.4.3权重计算

层次分析法权重向量W计算主要分为几何平均法、算数平均法、特征向量法以及最小乘二法四种方法。在此本文采用特征向量法计算权重。

将权重向量W乘判断矩阵A有：

式中λmax为判断矩阵的最大特征根，W的分量均为正分量，最后将权重向量进行归一化处理即可计算出权重系数。评价因子的权重系数计算结果如表3。

表3权重系数表

Table 3 Table of weighting factors

制约因素层	制约因素层权重系数	制约子因素层	制约子因素层权重系数	权重系数
内在因素	0.571	距断裂构造距离(U11)	0.095	0.055
		地层岩性(U12)	0.160	0.091
		坡度(U13)	0.277	0.158
		相对高差(U14)	0.467	0.267
外在因素	0.429	NDVI(U21)	0.114	0.049
		年均降雨量(U22)	0.072	0.031
		土地利用类型(U23)	0.293	0.125
		灾害点密度(U24)	0.522	0.224

3基于GIS的湖北省地质灾害危险性分区评价结果

根据层次分析模型计算后的权重，在ArcGIS中对八个因子的分区评价结果加权叠加。在ArcGIS中使用Spatial Analyal→叠加分析→加权总和工具，分别导入八个评价因子分区评价图，并输入各各因子的权重，输出的地质灾害危险性分区评价指数在[1,4]之间，因此按照[1,1.8），[1.8,2.2）,[2.2,2.7）,[2.7,3.654]进行重分类分别分为低危险性、中危险性、高危险性、极高危险性。如图1所示：

图2地质灾害危险性综合指数及分区评价图

Figure 2 Comprehensive index of geological hazard and zoning evaluation

低危险性区域主要分布于湖北省中部江汉平原，占总面积的36.8%；中危险性区域占总面积的19.7%主要分布于湖北省中北部、中西部和东南地区；高危险性和极高危险性分别占总面积的27.5%和16.0%，主要分布于湖北省西南和西北地区，在恩施、宜昌和十堰境内。

4结束语

本文研究以湖北省为研究区域，分别遴选了距断裂构造距离、地层岩性、地形坡度、相对高差、植被覆盖度、年降雨量、土地利用类型、灾害点密度八个评价因子。用ArcGIS空间分析功能对8个因子原数据处理得到每个因子的分区评价图，再通过层次分析模型计算出每个因子的权重并用ArcGIS加权叠加，最终得到地质灾害危险性综合指数及分区评价图。根据评价图反映出湖北省西南和西北地区最易发生地质灾害，中部江汉平原相对稳定。

参考文献

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[2] 江鸿彬.GIS支持下的地质灾害实时动态预测评估系统架构研究[J].中国地质灾害与防治学报.2007,18(4):19-23.

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[4] 陈君,王浩,戴强.湖北恩施市降雨引发滑坡灾害的风险评价[J].中国地质灾害与防治学报.2016,27(01):15-21.

[5] 杨为民,吴树仁,石菊松,等.湖北秭归千将坪岩质滑坡形成机理分析[J].煤炭工程.2006,(04):57-59.

[6] 李腾飞,陈洪涛,王瑞青.湖北宜昌盐池河滑坡成因机理分析[J].工程地质学报.2016,24(04):578-583.

[7] 张晓东. 基于遥感和GIS的宁夏盐池县地质灾害风险评价研究[D].中国地质大学(北京),2018.

[8]于博文,田淑芳,罗昌繁,饶凌志,杨竹.基于高分一号卫星的江西樟树市地质灾害评价[J].测绘科学技术学报,2017,34(05):514-518+524.