楊笑男 葉競(jìng)雄 周長(zhǎng)瑞 趙晨凱

(天津市勘察院，天津 300191)

0 引言

基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估具有宏觀性強(qiáng)、時(shí)效性強(qiáng)、信息量覆蓋面廣的特點(diǎn)，本文依托GIS技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，以青藏鐵路拉日段為例進(jìn)行研究，重點(diǎn)介紹了層次分析法的一般原理和建模步驟，以及利用Arcgis軟件強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析與處理功能，對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行數(shù)字化柵格計(jì)算方法，建立研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系，詳細(xì)闡述了利用GIS技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的過(guò)程，為該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)基本情況

拉薩至日喀則段鐵路全長(zhǎng)約253 km，為青藏鐵路的首條延伸鐵路線。線路總體呈東西走向，主要通過(guò)拉薩河、年楚河、雅魯藏布江寬谷區(qū)、雅魯藏布江峽谷區(qū)及吉瓊低高山越嶺區(qū)等地貌單元，地勢(shì)起伏較大、地質(zhì)條件復(fù)雜，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度相應(yīng)較高。對(duì)拉薩至日喀則鐵路線進(jìn)行地形剖面切割，最高海拔高度5 101 m，最低海拔高度3 639 m，平均海拔高度4 115 m。

2 評(píng)價(jià)因子的確定與量化

2.1 評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的形成條件包括地質(zhì)背景條件、誘發(fā)條件、歷史條件三類(lèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查情況，綜合考慮滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的形成條件和影響因素，確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:工程巖組類(lèi)型、地質(zhì)災(zāi)害分布、坡度、起伏度、活動(dòng)斷裂、人類(lèi)工程活動(dòng)、溝谷河流分布、降雨量。構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為:一級(jí)因子為三個(gè)方面，二級(jí)因子將一級(jí)因子細(xì)化為八個(gè)目標(biāo)因子(具體見(jiàn)圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系

2.2 評(píng)價(jià)因子的信息化

在上述八種致災(zāi)因子確定之后，將所獲得的信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS中進(jìn)行處理分析，分別生成災(zāi)害因子疊加分析圖，包括:研究區(qū)崩塌密度圖、滑坡密度圖、研究區(qū)泥石流密度圖、研究區(qū)地形起伏度分布圖、研究區(qū)人類(lèi)活動(dòng)及水系分布圖、研究區(qū)DEM數(shù)字高程圖、研究區(qū)地形坡度分布圖、研究區(qū)工程巖組分布圖、研究區(qū)活動(dòng)斷裂分布圖以及研究區(qū)降水分布圖等。

基于上述專題圖層，可以分兩類(lèi)方法進(jìn)行賦值:首先，對(duì)于可以直接量化的評(píng)價(jià)因子指標(biāo)，可以在矢量化的和柵格化的專題圖層上提取相應(yīng)的可用數(shù)據(jù)信息，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)各個(gè)指標(biāo)分級(jí)賦值;其次，對(duì)于不能直接賦值的指標(biāo)，采用專家評(píng)分方法，劃分等級(jí)，通過(guò)層次分析法推出權(quán)重值，進(jìn)而賦值分析。

此外，ArcGIS10的空間分析模塊主要是基于柵格數(shù)據(jù)模型的，根據(jù)拉薩至日喀則段鐵路規(guī)劃區(qū)范圍和工程地質(zhì)條件，將柵格大小定為30 m×30 m，將面積2 637 km2的規(guī)劃區(qū)劃分為2 930 000個(gè)柵格單元，將上述單因素等級(jí)量化結(jié)果離散成柵格數(shù)據(jù)，即可得到用于疊加分析因子。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)過(guò)程

3.1 基于GIS的層次分析法

按照上文所述方法，并充分考慮研究區(qū)所特有的地質(zhì)類(lèi)型特征，采用分層遞階方法建立層次評(píng)價(jià)模型，可將青藏鐵路拉薩至日喀則段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型分為四個(gè)層次，分為總體目標(biāo)層、約束層(第一級(jí)指標(biāo)層)、評(píng)價(jià)指標(biāo)層(第二級(jí)指標(biāo)層)和對(duì)象層(第四指標(biāo)層)四個(gè)層次，從而建立一套完整系統(tǒng)的模型評(píng)價(jià)體系(見(jiàn)圖2)。

3.2 權(quán)重值的計(jì)算

表1 青藏鐵路拉薩至日喀則段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性影響因素比較矩陣

影響因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，采用在專家打分法的基礎(chǔ)上，構(gòu)造比較矩陣，由上述層次分析法(AHP)理論方法計(jì)算各指標(biāo)的具體權(quán)重值。首先，要充分調(diào)查統(tǒng)計(jì)研究區(qū)的具體情況等，初步確定評(píng)價(jià)因子的備選類(lèi)別，然后，再通過(guò)咨詢專家意見(jiàn)，給出確切的評(píng)價(jià)因子指標(biāo)并進(jìn)行均化處理，構(gòu)造明確的相關(guān)判斷矩陣，進(jìn) 行求解，從而得出指標(biāo)的權(quán)重。

圖2 青藏鐵路拉日線地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性層次評(píng)價(jià)模型

最后，要根據(jù)表1所示比較矩陣，進(jìn)行一致性判斷。

由于n=8，RI可取值1.41，經(jīng)過(guò)計(jì)算，λmax=8.524 3，CR= 0.053 1＜0.1，符合一致性判斷，各影響因素權(quán)重分配表見(jiàn)表2。

表2 青藏鐵路拉薩至日喀則段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性影響因素權(quán)重分配表

4 評(píng)價(jià)成果圖分析

1)利用ArcGIS10軟件強(qiáng)大的空間分析能力，先進(jìn)行空間信息的重分類(lèi)(Reclassify)，重分類(lèi)即基于原有數(shù)值，對(duì)原有數(shù)值重新進(jìn)行分類(lèi)整理從而得到一組新值并輸出。本文即是將所得權(quán)重值賦值到各個(gè)評(píng)價(jià)因子在GIS中所形成的圖層中。

2)在ArcGIS軟件中進(jìn)行柵格疊加計(jì)算(Raster Calculator)，對(duì)重分類(lèi)(Reclassify)處理后的柵格文件運(yùn)算，獲得每個(gè)柵格獨(dú)立的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)值。

3)上一步的疊加計(jì)算結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)所有柵格的危險(xiǎn)性指數(shù)值大致分布在1.29～4.49之間(見(jiàn)圖3)，最大值為4.49，指數(shù)值集中分布在2.04～2.83之間，平均值為2.49，標(biāo)準(zhǔn)差為0.49，變異系數(shù)為0.197，與同類(lèi)工程比較，變異系數(shù)較小，說(shuō)明工程地質(zhì)條件指數(shù)值分布的平穩(wěn)性較好，表明在實(shí)際中，研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性在區(qū)域上的變化具有一定的遞變性。

圖3 評(píng)價(jià)區(qū)危險(xiǎn)性柵格計(jì)算值分布圖

在ArcGIS中進(jìn)行柵格賦值計(jì)算后，生成的圖像如圖4所示。高危險(xiǎn)性區(qū)域主要集中在拉薩至日喀則段的左岸，且從圖4中可以看出其在區(qū)域上的變化具有一定的遞變性，這與我們?cè)趯?shí)際的調(diào)查中所獲得的信息基本符合。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步區(qū)劃處理，將拉薩至日喀則段鐵路劃分為11個(gè)子區(qū)段，其中A1，A2，A3為低危險(xiǎn)區(qū);B1，B2，B3為中危險(xiǎn)區(qū);C1，C2，C3為較高危險(xiǎn)區(qū);D1，D2為高危險(xiǎn)區(qū)。

5 結(jié)語(yǔ)

1)從權(quán)重分配表中可以看出，活動(dòng)斷裂的權(quán)重最高，其次是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征和工程地質(zhì)巖組，這三個(gè)因素是影響鐵路工程選址所要首先考慮的，同時(shí)也是地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)部分，地形坡度的權(quán)重值也相對(duì)較高，微地貌類(lèi)型(地表起幅度)、人類(lèi)工程活動(dòng)和降水量的權(quán)值則相對(duì)較小。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)

2)以GIS技術(shù)為依托，對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，將拉薩至日喀則段鐵路沿線研究區(qū)分為低危險(xiǎn)區(qū)域、中危險(xiǎn)區(qū)域、較高危險(xiǎn)區(qū)域和高危險(xiǎn)區(qū)域，并作出判斷評(píng)價(jià)。此外，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，與同類(lèi)工程比較，工程地質(zhì)條件指數(shù)值分布的平穩(wěn)性較好，計(jì)算變異系數(shù)較小，表明地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性在區(qū)域上的變化具有一定的遞變性。

3)GIS技術(shù)的使用主要是其最基本的一些技術(shù)管理功能和空間分析功能，在層次分析法的使用上有不精確之處，危險(xiǎn)性分析難免有些粗略之處。可以更多地對(duì)GIS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，模擬建立區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警系統(tǒng)，為區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害的空間預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)與防治等提供更多的幫助，從而更有利于各項(xiàng)工作的開(kāi)展。

4)通過(guò)本文課件，利用GIS所做的宏觀面上的工作，對(duì)鐵路的選線規(guī)劃、后期的鐵路工程維護(hù)與保養(yǎng)(對(duì)潛在災(zāi)害點(diǎn)防治)都有尤為重要的作用，該方法具有很好的移植性，可供類(lèi)似項(xiàng)目研究參考。

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