楊致萍+董夢婷+蔡回?zé)?/p>

摘要：在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評估中，采用層次分析法能夠使得分析評價(jià)過程更加簡潔和具有系統(tǒng)性，能夠全面的對產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的原因以及各個(gè)因素發(fā)生頻率及風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行定性、定量的分析評價(jià)，極大的提高了風(fēng)險(xiǎn)評估的準(zhǔn)確度和科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：層次分析法；礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評估；風(fēng)險(xiǎn)度

我國是一個(gè)采礦大國，且是一個(gè)發(fā)展中國家，正處在已開發(fā)和利用物質(zhì)能源和能量能源為主要特征的工業(yè)化過程中。20世紀(jì)80年代后期以來，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的高速增長需要消耗大量的礦產(chǎn)資源，進(jìn)而導(dǎo)致大量的礦產(chǎn)開發(fā)。近年來，由于采礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害不斷發(fā)生。頻繁的地質(zhì)災(zāi)害給國家，礦區(qū)企業(yè)及附近居民造成了重大損失，嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)和礦區(qū)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，提高對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識，加強(qiáng)對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)分析與評估已成為當(dāng)前一項(xiàng)重要任務(wù)。

一、層次分析法

20世紀(jì)70年代由美國著名運(yùn)籌學(xué)家薩蒂提出的層次分析法，指的是在將一個(gè)多目標(biāo)決策對象看做一個(gè)系統(tǒng)的前提下，將該目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。它的核心思想是將決策問題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評價(jià)準(zhǔn)則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后得用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。

運(yùn)用層次分析法對某系統(tǒng)進(jìn)行分析的基本步驟為：

① 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

利用系統(tǒng)中某一特性的層次劃分，確定其各個(gè)不同的分析層次，一般某一層次內(nèi)部具有相通性，即相互間屬于并列且相互獨(dú)立關(guān)系；相鄰層次間屬于包含與被包含關(guān)系（就分析對象特質(zhì)而言），或者彼此相互關(guān)聯(lián)，具有導(dǎo)出關(guān)系。

② 構(gòu)造成對比較陣

③ 計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)

④ 計(jì)算組合權(quán)向量并做組合一致性檢驗(yàn)

⑤ 構(gòu)造判斷矩陣

二、層次分析法在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估中的應(yīng)用

在利用層次分析法進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估中，首先要確定地質(zhì)災(zāi)害的目標(biāo)并且按照其產(chǎn)生目標(biāo)的原因進(jìn)行分類和一致性檢驗(yàn)，并通過對產(chǎn)生上一層次指標(biāo)的各因素進(jìn)行兩兩比較判斷，構(gòu)造出判斷矩陣，對判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出層次單排序和一致性檢驗(yàn)結(jié)果，從而確定各個(gè)因素的排序以及相應(yīng)控制方案。

（一）某礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估

1.確定目標(biāo)對象及評估因子，劃分層次模型

確定該目標(biāo)為某礦區(qū)滑坡、崩塌、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，該地產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的原因主要有地形地貌因子、巖性因子、構(gòu)造因子、水文地質(zhì)因子、采礦因子（包括地上地下采礦以及選礦、尾礦堆積、礦的運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)）以及人類活動(dòng)因子（不包括采礦活動(dòng)及其相關(guān)如選礦、尾礦堆積等活動(dòng)）等。由此劃分出其層次模型如圖1所示。

圖1某礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害層次模型

2.評估因子一致性檢驗(yàn)

對建立起的矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)時(shí)，引入一致性指標(biāo)概念，即

驗(yàn)證CI=0，則判斷矩陣各評估因子完全一致；當(dāng)CI<0時(shí)，判斷矩陣出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要對其進(jìn)行調(diào)整，CI>0時(shí)，其不一致程度較大，且其值越大，不一致程度越大。由于各因子間的相互獨(dú)立性不敏感，矩陣不一致性控制在一定的范圍內(nèi)依然是可以接受的。

3.評估因子的賦值

由于各個(gè)因子對地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生均具有貢獻(xiàn)，而某單個(gè)因子造成地質(zhì)災(zāi)害的狀況基本不存在，綜合該地區(qū)有地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)資料以來的參數(shù)，利用GIS技術(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算各地質(zhì)災(zāi)害中各因子存在頻率及變化量對地質(zhì)災(zāi)害程度變化的影響，確定其各因子的地質(zhì)災(zāi)害貢獻(xiàn)度作為其敏感度，對各因子進(jìn)行1～10賦值和分級。

4.評估因子權(quán)重輸出計(jì)算

在對各評估因子進(jìn)行矩陣計(jì)算后，得出各因子對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)度及其所占權(quán)重輸出結(jié)果如下所示。

表1某礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

地形地貌因子（0.25） 地形條件（2）

礦區(qū)面積（1）

巖性因子（0.13） 地層巖性（1）

構(gòu)造因子（0.15） 距斷裂帶距離（1）

水文地質(zhì)因子（0.06） 礦區(qū)地表水文條件（1）

礦區(qū)地底水文條件（1）

周邊水文條件（1）

采礦因子（0.42） 尾礦庫地形及尾礦堆積方式（3）

礦區(qū)采礦方式及范圍（2）

礦區(qū)采空區(qū)范圍（2）

人類活動(dòng)因子（0.15） 交通運(yùn)輸（1）

農(nóng)田等（1）

（二）該礦區(qū)滑坡風(fēng)險(xiǎn)評估

確定該礦區(qū)滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子分別為采礦活動(dòng)、滑坡災(zāi)害面密度、坡度、坡高、地層巖性等五個(gè)部分。

1.采礦活動(dòng)

這里的采礦活動(dòng)包括礦區(qū)采礦、選礦、尾礦處理等作業(yè)，如地表及地下采礦、巖體破碎、爆破、礦體運(yùn)輸、選礦給排水、礦井提升、尾礦的堆積以及相應(yīng)設(shè)施系統(tǒng)的配套設(shè)施、系統(tǒng)的施工、建設(shè)活動(dòng)。

2.滑坡災(zāi)害面密度

災(zāi)害面密度的定性分析是根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)的空間分布情況統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)域的災(zāi)害點(diǎn)面密度與滑坡危險(xiǎn)性成正比。滑坡面密度的提取方法是以GIS為平臺(tái)將滑坡分布圖層轉(zhuǎn)化為柵格圖層 以10m×10m劃分單元網(wǎng)格。然后以每個(gè)網(wǎng)格為圓心 半徑500m逐個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行搜索。以圓內(nèi)部滑坡面積與圓面積之比作為該網(wǎng)格的滑坡災(zāi)害的面密度。

3.坡度

坡度是引發(fā)滑坡的重要因素之一，坡度過大由于其山體在采礦的條件下剪應(yīng)力過大造成其坡腳處應(yīng)力相對集中，使得滑坡現(xiàn)象多發(fā)；而且對于滑坡多發(fā)山體，其老滑坡的應(yīng)力破壞使得山體的抗剪應(yīng)力性減弱，更容易引發(fā)新的滑坡的產(chǎn)生。endprint

4.坡高

坡高是引發(fā)滑坡的基本因子之一，由于坡高的增加，使得山體坡腳處應(yīng)力更加集中，特別在正應(yīng)力剪應(yīng)力疊加的基礎(chǔ)上由于采礦的影響發(fā)生應(yīng)力錯(cuò)動(dòng)偏差，最終導(dǎo)致滑坡的產(chǎn)生。

5.地層巖性

地層巖性對滑坡活動(dòng)的影響是一個(gè)比較復(fù)雜的因素，綜合考慮礦區(qū)地層巖性的各種因素，按照地層巖性對滑坡的影響程度，以GIS地貌單元為基礎(chǔ)，對不同地層巖性進(jìn)行賦值，取值范圍為1～10。

滑坡各影響因子的分級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，按層次分析法的步驟首先以影響滑坡的5個(gè)因子為基礎(chǔ)建立層次分析法模型，建立判斷矩陣并驗(yàn)證出判斷矩陣具有較好的一致性，對特征向量歸一化處理后，得到滑坡各因子的權(quán)重如表3所示。

表2 滑坡影響因子分級標(biāo)準(zhǔn)

滑坡影響因子 編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

采礦活動(dòng) C1 ≤0.10 0.100.25

災(zāi)害面密度 C2 ≤0.20 0.200.6

坡度/（°） C3 ≤15 1540

坡高/m C4 ≤30 30150

地層巖性 C5 ≤2.50 2.50

表3滑坡危險(xiǎn)性評價(jià)各因子判斷矩陣及權(quán)重

影響因子 C1 C2 C3 C4 C5 權(quán)重

C1 1 2 2 2 3 0.348

C2 1/2 1 3/2 3/2 2 0.218

C3 1/2 2/3 1 1 2 0.170

C4 1/2 2/3 1 1 3/2 0.161

C5 1/3 1/2 1/2 3/2 1 0.103

對以上進(jìn)行的地質(zhì)災(zāi)害因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序便可得出該礦區(qū)造成地質(zhì)災(zāi)害的各主要原因以及其分級重要度。因此在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與控制時(shí)，需要對其進(jìn)行重點(diǎn)的控制。此時(shí)，可以通過將各危險(xiǎn)性因子權(quán)重結(jié)果導(dǎo)入GIS圖層中，利用土層疊加求取該礦區(qū)某具體網(wǎng)格內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，從而對下一步的地質(zhì)災(zāi)害管理與控制提供一定的參考意見。

結(jié)語：

利用層次分析法進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分析的優(yōu)勢主要有系統(tǒng)性較強(qiáng)，能夠?qū)υ斐傻刭|(zhì)災(zāi)害的各個(gè)部分進(jìn)行全面、詳細(xì)的分析，并得出各因子對災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)度即權(quán)重，由此確定地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)控制的最佳方案。但其在各因子的賦值計(jì)算時(shí)往往依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相對頻率、貢獻(xiàn)度，無法保證定量分析結(jié)果的正確性，使得分析結(jié)果只能作為危險(xiǎn)性排序的定性參考意見而不能對其進(jìn)行定量的評估和控制；且該方法只能對已有的兩種或多種風(fēng)險(xiǎn)控制方案進(jìn)行對比，不能直接導(dǎo)出新的控制方案，因此其在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防控制方面的應(yīng)用存在一定的局限性，需要通過綜合GIS、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)字模擬等其他技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用對其進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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楊致萍，女，1987-04-30，山西太谷縣，助理工程師，研究方向：水工環(huán)地質(zhì)