李得立，李小磊，羅德江，陳國東，袁名康

(1.成都理工大學管理科學學院，成都 610059；2.中國地質環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081)

中央全面深化改革領導小組第三十五次會議通過了《關于建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預警長效機制的若干意見》，強調“開展承載能力評價，規(guī)范空間開發(fā)秩序，合理控制開發(fā)強度，促進人口、經濟、資源環(huán)境的空間均衡”[1]。地質災害評價作為地質環(huán)境承載能力評價的主要內容之一，其成果對于區(qū)域空間規(guī)劃的編制、社會經濟空間布局的優(yōu)化具有重要意義。

目前地質災害評價的研究主要有3個方面：一是評價單元的劃分，主要有柵格單元、地形地貌單元和行政單元3種[2-5]，前者可利用GIS實現單元的快速剖分，但與地形地貌及地質環(huán)境條件缺乏有機聯系[5]，地形地貌單元則可有效克服這一不足，行政單元則利于根據評價結果制訂相關措施，便于管理；二是評價指標體系的構建,不同的學者其評價目的不同，所構建的評價指標體系也不一致，但大都包含地層巖性、地質構造、地形地貌等指標，部分研究還將人類工程活動、植被覆蓋率等納入指標體系中[6-9]；三是評價方法的選取及新方法的引入，應用較多的方法有層次分析法[2，6]、線性回歸模型[10-11]、模糊綜合評價模型[12]、信息量模型[13-14]等，這些方法模型適用性與特點各不相同，前兩種方法常用于確定地質災害風險性評價指標體系的權重，后兩種方法則根據所構建的評價指標體系，提取指標值，利用模型開展定量評價。

影響地質災害風險性的因素數量多且復雜，在進行評價時要考慮所有的因素是不現實的，因此地質災害風險性評價指標體系可以看成是一個“信息不完全”的系統(tǒng)?！靶畔⒉煌耆毕到y(tǒng)的解決方法主要有模糊數學和灰色系統(tǒng)[15]。利用模糊數學理論對地質災害風險性進行評價時，關鍵問題不在于評價模型的構建，而在于各評價指標分級閾值的確定。各地區(qū)地質構造、地形地貌等千差萬別，要制定統(tǒng)一的適用于各地區(qū)的閾值是困難和不現實的?；谊P聯分析法則無須為各評價指標確定分級標準，適用于信息不完全的復雜系統(tǒng)，其評價結果具有客觀性[16]。本文針對研究區(qū)崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的特性，構建地質災害風險性評價的灰關聯分析模型并開展評價工作，為地質災害風險性評價引入新的方法。

1 評價指標與評價方法

1.1 評價指標體系的構建與權值計算

地質災害危險性評價選取地形起伏度C1(m)、地貌類型C2、工程地質巖組C3、活動斷裂距離C4 (m)、巖溶發(fā)育程度C5、地震動參數C6、年平均降雨量C7 (mm)、礦山分布密度C8(個/100km2)、土地利用程度C9、地震動峰值加速度C10(g)等10個指標[17]。在這些指標中，工程地質巖組、巖溶發(fā)育程度、地貌類型、土地利用程度等為定性指標，其定量化見表1。

表1 定性指標的分級標準

利用熵值法計算權值：設有m個地質災害危險性評價與n個評價單元所構成的數據集為S={x1,x2,…,xn},xi∈Rm,i=1,2,n。

第一步：采用極差法對原始數據的預處理(式1)，得到極差化處理后的值yij。

(1)

第二步：利用比重法(式2)計算評價值pij。

(2)

第三步：計算第j個地質災害危險性評價指標的輸出熵E和差異性系數G。

(3)

Gj=1-Ejj=1,2,…,n

(4)

第四步：計算各個地質災害危險性評價指標的權重w=(w1,w2,…,wn)′(式5)。

(5)

1.2 評價方法

灰關聯分析法是灰色理論[18]應用最廣泛的方法之一，它通過計算灰關聯度來實現對地質災害風險性的評價，以參與評價的各地形地貌單元的指標最優(yōu)值構成一個虛擬的“風險性最小”的評價單元，以其各指標值作為參考數列，參與評價的各地形地貌單元的指標值作為比較數列，計算各參與評價的各地形地貌單元與“風險性最小”評價單元之間的關聯度，并根據關聯度的大小得出評價結論。具體做法是[16]：

(1) 根據評價目的，并結合相關研究成果構建地質災害風險性評價指標體系，記為xi(i=1,2,…,m)。

(2) 提取地質災害風險性評價指標體系中各評價指標值，并以各指標的“最優(yōu)值”構成參考數列x*={x1*,x2*,…,xm*},xj*=maxxi(i=1,2,…,m)和比較數列xk(k=1,2,…,n)。

(3) 對原始指標值作規(guī)范化處理，將各指標值初值化為0～1之間的數，以消除不同量綱對指標值的影響(式1)。記參考數列和比較數列構造的矩陣G，規(guī)范化后的矩陣Y。

(4) 確定分辨系數0<ρ<1，計算各比較數列與參考數列中各點與點之間的關聯系數rki(式6)再以全部關聯系數構成關聯系數矩陣R(式7)：

(6)

(7)

(5) 利用熵值法計算出權重w。

(6) 由關聯系數矩陣R和權值向量w求評價結果Z(式8)，再根據Z每一個分量值的大小對各評價單元地質災害風險性做出排序和等級劃分。

Z=Rw

(8)

2 評價方法、結果與分析

2.1 研究區(qū)概況

2.1.1 自然地理

樂山市位于四川中南部、四川盆地西南部、成都平原至川西南山地過渡帶。北連眉山市，東鄰自貢市，南接宜賓市和涼山彝族自治州，西界雅安市。介于東經102°55′～104°00′、北緯28°25′～29°55′之間。南北長165 km，東西寬90～120 km，幅員面積12 723 km2。市境地勢呈西南高、東北低的傾斜狀，地貌以山地為主，丘陵次之，平原較少，分別占全市幅員面積的67%、21%、12%。海拔高程306～4 288 m。氣候屬水熱組合優(yōu)越的中亞熱帶季風濕潤氣候，為我國內地四川盆地西部特殊的“海洋性氣候島”的一部分。地層從前震旦系峨邊群到第四系全新統(tǒng)都有賦存。

2.1.2 地質災害現狀

受自然和人類工程活動的綜合作用，樂山市境內地質災害種類發(fā)育較齊全、數量多，但分布不均，且具突發(fā)性及不可預見性。地質災害種類以滑坡、崩塌(危巖)為主，其次為潛在不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地面塌陷(地面裂縫)。其中滑坡約占50%，崩塌約占30%，潛在不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質災害約占20%。

2.2 評價單元

樂山市全境根據其地貌成因形態(tài)可分為三大類八亞類，即侵蝕構造地形(高山、中山、低山)、構造剝蝕地形(包括深切割丘陵、中切割丘陵、淺切割丘陵、)、侵蝕堆積地形(包括沖積扇平原、河流及階地等)。各類地貌亞類及單元(34個)分布面積見表2。

(1) 高山區(qū)(編號1-1、1-2)

主要分布于樂山市西側邊緣及西南角，分為2塊，面積444.19 km2。該地域地勢起伏大，多為山脊、山峰地帶，地理上為樂山市與雅安市、涼山州的分界地帶。山坡陡峭，一般大于50°，海拔在3 500～4 288 m之間，相對高差大于1 000 m。 行政隸屬金口河區(qū)、峨邊縣、馬邊縣。

(2) 中山區(qū)(編號2-1、2-2、2-3)

主要分布于樂山市西南部的大渡河南北兩側的峨眉山市、金口河區(qū)、沙灣區(qū)西部、峨邊縣、馬邊縣及沐川縣西南邊緣地帶，分為3塊，分布面積大，共計5 587.23 km2。該地域地勢起伏很大，河谷切割深，峽谷多為“V”形谷，谷坡陡峭，坡度40°～80°，海拔在1 000～3 500 m之間，相對高差大，1 000～2 500 m。

(3) 低山區(qū)(編號3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6)

主要分布于樂山市北部、東南部，可分為6塊，分布面積2 535.8 km2。該地域低山突起，地勢起伏較大，切割較深，可見“V”形谷或不對稱的“U”形谷，谷坡較陡，一般30°～45°，多為深溝窄谷低山地貌。海拔一般在520～950 m之間，相對高差大于200 m。

(4) 深切割丘陵(編號4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9)

深切割丘陵區(qū)分布于研究區(qū)東北部及東部地區(qū)，且分為9塊，分布面積1 222.21 km2。海拔340～560 m，平均海拔415 m，相對高差100～160 m，谷寬小于100 m，丘陵多呈單斜狀，分水嶺單薄，橫向溝谷發(fā)育，呈“U”形或“V”形，以深丘窄谷地貌為主。

(5) 中切割丘陵(編號5-1、5-2、5-3、5-4、5-5)

分布在研究區(qū)東北部，分割為5塊，面積1 228.93 km2。多為圓頂丘，“U”型谷，谷底較開闊，丘坡較陡。高程400～500 m，切割深度50～60 m。

(6) 淺切割丘陵(編號6-1、6-2、6-3、6-4、6-5)

分布在研究區(qū)東北部，分割為5塊，面積648.01 km2。以臺狀和趾狀淺丘為主，具有圓丘、塔狀丘、脊狀丘等多種形態(tài)，丘頂圓緩常呈條帶形或串珠狀，溝谷開闊、平緩或者以殘丘零星點綴，形若平原。海拔在350～442 m之間，平均海拔383 m，相對高差30～50 m，谷寬大于100 m，以緩丘谷帶小壩地貌相結合。

(7) 沖積平原(壩)區(qū)(編號7-1、7-2、7-3)

主要分布在研究區(qū)東部的青衣江兩側，涉及峨眉山市和夾江縣，另外在馬邊縣縣城一帶見一平壩。3塊平原(壩)面積494.98 km2。

(8) 河流、階地、河漫(心)灘區(qū)(編號8-1)

主要為岷江、大渡河、青衣江及沿岸，面積為561.66 km2。大部由河水占據，河漫灘及心灘由現代沖洪積物(砂、卵石、礫石)構成。

樂山市全域可根據地貌成因形態(tài)分為三大類八亞類，即侵蝕構造地形(高山、中山、低山)、構造剝蝕地形(包括深切割丘陵、中切割丘陵、淺切割丘陵)、侵蝕堆積地形(包括沖積扇平原、河流及階地等)。各類地貌亞類及單元(34個)分布面積見表2。

表2 樂山市地貌類型及地質災害(隱患)點分布表

2.3 指標值的提取與權值的確定

根據構建的地質災害風險性評價指標體系，分別提取其指標值，對其中的定性指標按表1的規(guī)則進行定量化處理。因評價指標體系中各指標的量綱、數量級是不同的，在進行綜合評價之前采用公式(1)對原始數據進行預處理，處理后的部分指標項如表3所示。

表3 地質災害風險性評價指標數據

地質災害風險性評價的指標體系中各指標重要性是不同的，合理確定權重是提高評價結果可靠性的關鍵點之一。利用熵值法計算出了各指標的權重w=( 0.103 1,0.104 5,0.105 4,0.103 6,0.104 6,0.105 7,0.105 8,0.105 8,0.056 9,0.104 6)。

2.4 地質災害危險性評價

在對樣本數據進行處理和計算出地質災害風險性評價的指標體系中各指標權值后，利用構建的灰關聯分析方法對樂山市所劃分出單元進行評價。首先確定參考數列，因構建的指標皆為負向指標，故取表3中各列最小值作為最優(yōu)值,x*={25,25,45,25,25,45,65,65,0,25}。利用公式(6)計算關聯系數并進行灰關聯評價(式8)，評價的結果及其各評價單元地質災害風險性排序如表4所示。從表4的評價結果看，灰關聯度在0.616 5～0.935 5之間，可劃分為高(III級：≤0.75)、中(II級：0.75

根據表4及圖1，高風險性(Ⅲ級)區(qū)主要涉及中山區(qū)(2-1、2-2、2-3單元)、低山區(qū)(3-2、3-3單元)、深切丘陵區(qū)(4-1單元)、淺切丘陵區(qū)(6-1單元)等7個地貌單元；低風險性(Ⅰ級)區(qū)涉及河谷區(qū)(7-1、7-2、7-3、8-1單元)等4個地貌單元；其余23個地貌單元均為中風險性(Ⅱ級)。

圖1 地質災害風險性評價結果及分級圖

地貌編號評價結果排序地貌編號評價結果排序1-10.790684-70.86 11-20.790 674-80.757 922-10.729 7124-90.842 6272-20.710 845-10.799 5212-30.737 335-20.775233-10.774 455-30.803 3113-20.667 8265-40.834 4103-30.616 5165-50.842 8303-40.762 4136-10.743 2243-50.822 6196-20.792 3203-60.816 696-30.788 8144-10.679 4296-40.772 9254-20.756 766-50.825 3184-30.842 8157-10.869 2324-40.775227-20.865314-50.754 4177-30.909334-60.775 5288-10.935 534

3 結論與討論

(1) 針對地質災害風險性評價單元劃分問題，在對評價區(qū)地貌成因形態(tài)進行分析的基礎上，劃分出侵蝕構造地形、構造剝蝕地形、侵蝕堆積地形等三大類，高山、中山、低山、深切割丘陵、中切割丘陵、淺切割丘陵、沖積扇平原、河流及階地等八亞類共計34個單元。這種劃分方法既方便提取各評價指標值，也利于有針對性的提出防治措施。

(2) 文中的評價指標權值計算方法以及灰關聯分析法在樂山市資源環(huán)境承載力評價中進行了實際應用，并根據評價結果進行了地質災害風險性的等級劃分。經驗證，使用該方法所得到的分區(qū)結果與實地調查結果吻合較好。

(3) 文中的地質災害主要是指崩塌、滑坡、泥石流等。事實上由于地質災害的多樣性以及影響因素的復雜性，使得要建立科學、實用的指標體系還需要深入的研究；其次要加強方法的理論分析和適用性分析外，還應加強多種方法評價結果不一致性問題的研究，以提高地質災害風險性評價的可靠性。