基于FAHP的高原山地滑坡危险性评价.pdf

基于 FAHP 的高原山地滑坡危险性评价 * 张栋1， 2范育青1， 2辛程鹏1， 2 1． 毕节学院 采矿与安全工程研究院， 贵州 毕节 551700; 2． 毕节学院 资源与安全工程学院，贵州 毕节， 551700 摘要 为定量地对高原山地滑坡灾害危险性进行评价， 以受滑坡危害影响严重的贵州省织金县为例， 在层次分析法评 价滑坡危害性的基础上， 根据织金县实地考察情况， 选取影响该区域滑坡危害性的 15 个影响因素进行分析。采用模 糊层次分析法， 建立了适合当地的滑坡危害性评价系统， 并对部分地区进行计算， 其结果基本符合实际勘察结果， 该评 价系统可以定量对织金县滑坡危害性进行评价。 关键词 滑坡灾害; 模糊层次分析法; 危险性评价; 影响因素 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201410030 APPLICATION OF FUZZY ANALYTIC HIEＲAＲCHY PＲOCESS IN HAZAＲD UATION OF LANDSLIED IN THE PLATEAU MOUNTAINS Zhang Dong1， 2Fan Yuqing1， 2Xin Chengpeng1， 2 1． Ｒesearch Institute of Mining and Safety Engineering， Bijie University，Bijie 551700， China; 2． School of Ｒesources and Safety Engineering，Bijie University，Bijie 551700，China AbstractFor the quantitative uation of slide hazard in the plateau mountains，taking Zhijin County of Guizhou Province affected by the landslide hazards for example，based on the hierarchy analysis to uate the landslide hazard， according to the specific situation in Zhijin County，the 15 influence factors were analyzed for the regional landslide hazards， and FAHP was used to establish the local landslide hazard uation system，and some areas were calculated，and the results were consistent with those of actual survey，the uation system could quantitatively uate landslide hazards in Zhijin County． Keywordslandslide;fuzzy analytic hierarchy process;hazard uation;influence factors * 毕节地区行政公署 － 贵州大学科技合作专项基金项目资助 毕循专 合字 2010 ZK006 。 收稿日期 2013 －11 －08 0引言 随着西部大开发战略的实施， 大规模的基础建 设、 能源开发等项目的开展， 使得地方经济的发展与 地质灾害的矛盾日益凸显。近年来， 随着贵州经济建 设的发展， 各类地质灾害 尤以滑坡为主 不断发生， 对其地质环境和经济发展的影响不断加剧， 危害日益 严重。因此， 为了满足经济发展的需要， 对地质灾害 的研究显得尤为迫切和重要。滑坡灾害风险评价是 滑坡灾害风险管理的基础工作， 同时也是制定各项防 灾减灾措施的重要依据。本文以贵州省织金县滑坡 为例， 利用模糊层次分析法， 结合该区滑坡灾害的影 响因素， 建立了定量分析滑坡灾害危险性的滑坡灾害 评价系统， 为滑坡灾害的管理与防治工作提供了科学 依据。 1模糊层次分析法及其基本步骤 1. 1原理 模糊层次分析法 FAHP 是将模糊综合评价法 和层次分析法相结合使用的一种综合评价方法。其 将问题及因素构建为目标层、 准则层、 方案层， 然后根 据专家打分构造下层对上层影响的判断矩阵， 进而求 出下层因素对上层相对重要性权重， 然后根据各因素 隶属度等级分层次进行模糊评价， 最后评价出总的评 价结果。 1. 2模糊层次分析法基本步骤 1 构建层次结构模型。大量查询资料， 并根据 331 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 当地具体情况综合分析影响目标形成的各种因素， 对 于影响因素较多且有多层次的影响因素的， 可以根据 实际情况将总目标和影响因素分层列出。 2 构造模糊判断矩阵。模糊判断矩阵中元素 rij 的值表示本层次的影响因素 i 和 j 之间对于上一层某 元素的相对重要性。模糊层次分析法中同层两元素 间模糊关系值用 0. 1 ～0. 9 的标度给出， 其具体意义 见表 1。 表 1 0. 1 ～0. 9 数量标度含义 Table 1Scale meaning from 0. 1 to 0. 9 标度定义说明 0. 5同等重要两元素相比较， 同等重要。 0. 6稍微重要两元素相比较， 一元素比另一元素稍微重要。 0. 7明显重要两元素相比较， 一元素比另一元素明显重要。 0. 8重要的多两元素相比较， 一元素比另一元素重要得多。 0. 9极端重要两元素相比较， 一元素比另一元素极端重要。 0. 1、 0. 2、 0. 3、 0. 4 反比较 若元素 ai与元素 aj相比较得到判断 rij， 则元素 aj与元素 ai相比较得到的判断为 rji1 － rij。 3 构造模糊判断一致矩阵并计算元素权重。对 模糊判断矩阵 Ｒ rij nn按行求和， 记 ri为 ri∑ n k 1 rik 1 则模糊一致矩阵各元素值为 rij ri－ rj /2n 0. 5 2 由上述所得模糊判断一致矩阵求各因素权重公 式为 wi 1 n － 1 2α ∑ n j 1 rij nα ， i 1， 2， ， n 3 式中 参数 α 满足 α ≥ n － 1 /2 。 4 模糊判断一致矩阵一致性检验。首先构造模 糊判断一致矩阵的权重向量 W W w1， w2， ， wn T 4 然后令 W* ij Wi/ Wi Wj 5 则构造成 n 阶矩阵 W* Wij nn即模糊一致 矩阵的特征矩阵。根据矩阵间的相容性指标公式求 出模糊一致矩阵与其特征矩阵的相容性指标 I， 当相 容性指标 I ≤ α α 为决策者的态度， 一般取 α 0. 1 时， 认为该模糊一致矩阵符合一致性。如果模 糊一致矩阵不符合一致性， 则需要对该模糊判断矩阵 进行调整， 使其符合一致性。 5 建立评价矩阵。确定模糊评价评语集 V V1， V2， ， V {} n ， 利用民意测验方法请专家对单个因 素实施评价， 得到模糊评价矩阵 P pij n1n pij表 示单个因素被评为 Vi的隶属度 。 6 综合评价。对于单层次系统， 直接利用公式 C WP 计算每个因素的隶属度， 而对于多层次系 统而言， 还需要由低层向上依次计算每个层次的评价 结果， 最后得到每个因素对总体目标的隶属度。然后 将评语集 V 按照百分制换算， 如滑坡危险性评判按照 百分制四级评判划分为4 个区间即 V V1， V2， V3， V4 不易发， 低易发， 中易发， 高易发 ， V1∈［ 0， 50 ， V2∈［ 50， 70 ， V3∈［ 70， 90 ， V4∈［ 90， 100］ 。 则危险等级评价向量为 GT 25， 60， 80， 95 ， 利用 公式 C GT计算出最后的评价分数， 根据评价分数所 属评判区间对总目标进行评价。 2应用实例 2. 1研究区域概况 织金县位于贵州省西部毕节地区， 境内山峦起 伏， 沟壑纵横， 岩溶发育， 地貌为典型高原山地。地处 乌江上游支流六中河与三岔河交汇处的三角地带， 总 面积 2 868 km2。近年来， 境内矿产资源开发和水库 电站建设等人为工程活动的影响， 县内地质灾害频繁 发生， 且以滑坡灾害为主。据国土资源局统计， 2008 年织金县共发生地质灾害 68 处， 灾害类型为 滑坡 26 处、 崩塌 1 处、 泥石流 1 处、 地裂缝 17 处。共涉及 26 个乡镇， 61 个村， 84 个村民组， 受灾村民 1762 户、 6821 人， 造成经济损失 8600 多万元。 2. 2评价因子的确定及分级标准 影响滑坡发育的因素是多方面的， 各因素之间又 相互影响、 相互制约， 而且不同因素对滑坡发育的贡 献有很大差异。本文以织金县实际资料为基础， 将影 响研究该区域滑坡危险性的各种因素总结为 5 个基 本条件 地形地貌、 地层岩性、 结构构造、 水文和人类 工程活动 B1， B2， B3， B4， B5 ， 这 5 个指标又进一步 划分为 15 个评价因子， 如图 1 所示。 本文将滑坡灾害易发性划分为高易发、 中易发、 低易发和不易发 4 个等级， 根据织金县现有实际资 料， 织金县滑坡致灾因子影响程度分级量值及特征见 表 2。 2. 3建立模糊关系矩阵并计算权重 根据织金县滑坡危险性层次结构模型， 综合各因 素对滑坡危险性影响程度， 利用 0. 1 ～0. 9 标度法， 建 立模糊判断矩阵， A- B、 B1- C、 B2- C、 B3- C、 B4- C、 B5- C 的模糊判断矩阵分别为 Ｒ、 Ｒ1、 Ｒ2、 Ｒ3、 Ｒ4、 Ｒ5。 431 环境工程 Environmental Engineering 图 1织金县滑坡危险性层次结构模型 Fig． 1Hierarchy structure model for risk of landslide in Zhijin County 表 2织金县滑坡致灾因子影响程度及特征 Table 2Impact and characteristics of hazard factors for landslide in Zhijin County 因子名称 一级二级 影响程度分级量值及特征 不易发 D 级 低易发 C 级 中易发 B 级 高易发 A 级 地形 地貌 相对高差/m＜55 ～20 20 ～50＞50 地形坡度/m＜10、 ＞50 10 ～20 40 ～5020 ～40 沟谷密度/ 条 km －1 ＜1 1 ～33 ～5＞5 斜坡类型逆向坡斜向坡缓顺向坡 陡顺向坡 地层 岩性 岩性组合坚硬半坚硬软硬相间 软弱 地层产状/ ＜1010 ～20＞40 20 ～40 结构 构造 结构类型整体块状 层状碎裂散体 层理状况不发育较发育发育极发育 结构面节理 裂 隙 面 层理面 松散层与 基岩面 泥化 夹层 地质构造断层褶皱 不发育 断层褶皱 较发育 断层褶 皱发育 断层褶皱 极发育 水文 河流冲刷作用无弱 较强强烈 地下水活动弱一般较强烈强烈 人类 工程 活动 切坡加载无轻微较严重严重 采矿强度无较少较多多 水电开发程度无不高较高高 Ｒ 0. 50. 30. 20. 30. 7 0. 70. 50. 40. 50. 8 0. 80. 60. 50. 60. 9 0. 70. 50. 40. 50. 8               0. 30. 20. 10. 20. 5 Ｒ1 0. 50. 70. 40. 6 0. 30. 50. 20. 4 0. 60. 80. 50. 7             0. 40. 60. 30. 5 Ｒ2 0. 5 0. 3 0. 7 0. 5 Ｒ3 0. 50. 50. 40. 4 0. 50. 50. 40. 4 0. 60. 60. 50. 5             0. 60. 60. 50. 5 Ｒ4 0. 5 0. 3 0. 7 0. 5 Ｒ5 0. 50. 70. 4 0. 30. 50. 2         0. 60. 80. 5 利用数学应用软件 mathematica， 将 A- B 模糊判断 矩阵 Ｒ 转换成模糊判断一致矩阵 Ｒ Ｒ 0. 50. 410. 360. 410. 57 0. 590. 50. 450. 50. 66 0. 640. 550. 50. 550. 71 0. 590. 50. 450. 50. 66               0. 430. 340. 290. 340. 5 为了提高排序结果的精确度， 在计算模糊判断一 致矩阵中各因素的权重时， 计算中均取 α n － 1 /2， 利用公式 3 计算出 B 层相对于 A 层各因素 权重集为 W 0. 1750. 220. 2450. 220. 14 利用式 5 计算出模糊一致矩阵 Ｒ 所对应的特 征矩阵 W*为 W* 0. 50. 4430. 420. 440. 56 0. 560. 50. 470. 50. 61 0. 580. 530. 50. 530. 64 0. 570. 50. 470. 50. 62               0. 440. 390. 360. 390. 5 而模糊判断一致矩阵与其特征矩阵间的相容系 数 I Ｒ W* 0. 028387 ＜ 0. 1， 满足一致性。 同理可以求出 C 层各因素分别相对于 B1、 B2、 B3、 B4、 B5的权重集及模糊一致矩阵的相容系数 531 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment W1 0. 2670. 20. 30. 220. 233 ， I1 0. 0206 ＜ 0. 1; W2 0. 40. 6 ， I2 0 ＜ 0. 1; W3 0. 2330. 2330. 2670. 267 ， I3 0. 0083 ＜ 0. 1; W4 0. 40. 6 ， I4 0 ＜ 0. 1; W5 0. 350. 250. 4 ， I5 0. 015 ＜ 0. 1。 2. 4综合评价 本文滑坡危险性评判按照不易发、 低易发、 中易 发、 高易发四级评价标准， 分别对应分值为 V 25， 60， 80， 95进行评分。根据评价中不同选择所占的 比例形成评判矩阵 Pi i 1， 2， 3， 4。通过对白岩 脚小学滑坡的调查统计， 得到织金县白岩脚小学滑坡 评价矩阵如下 P1 0. 10. 10. 60. 2 0. 10. 10. 50. 3 0. 10. 30. 40. 2             0. 30. 50. 10. 1 P2 0. 10. 30. 40. 2 0. 20. 40. 30. 1 P3 0. 10. 30. 40. 2 0. 20. 20. 50. 1 0. 10. 30. 50. 1             0. 20. 50. 20. 1 P4 0. 1， 0. 6， 0. 2， 0. 1 0. 2， 0. 5， 0. 2， 0. 1 P5 0. 50. 30. 20. 1 0. 20. 40. 30. 1         0. 40. 30. 20. 1 B1 W1P1 0. 15， 0. 25， 0. 4， 0. 2 B2 W2P2 0. 16， 0. 36， 0. 34， 0. 14 B3 W3P3 0. 15， 0. 33， 0. 4， 0. 12 B4 W4P4 0. 16， 0. 54， 0. 2， 0. 1 B5 W5P5 0. 385， 0. 325， 0. 225， 0. 1 P B1 B2 B3 B             4 C WP 0. 19， 0. 37， 0. 32， 0. 13 综合评价得分为 H CGT 64. 28 因为 H ∈ V2， 即该滑坡危险程度为低易发性滑 坡。同理， 根据对不同地方滑坡进行评价所得到的评 判矩阵可以计算出织金县其他地方的滑坡的危险程 度， 表 3 显示了根据上述评价模型所计算出的滑坡危 险程度。 表 3织金县部分地区滑坡危险程度 Table 3Ｒisk level of landslides in some areas of Zhijin County 名称位置易发性 干田坝滑坡金龙乡新立村河边组高易发 河坎组滑坡普翁乡化落村河坎组中易发 果底组滑坡化起镇果底村果底组中易发 新田滑坡以那镇龙兴村新田组中易发 红岩脚滑坡以那镇三合村垮坡组高易发 破岩滑坡板桥乡龙井村破岩组高易发 小桥边滑坡官寨乡青山村小桥边组中易发 高检滑坡中寨乡中寨村高检组低易发 3结论 本文利用模糊层次分析法对织金县滑坡危险性 评价进行研究， 得到以下结论 1 根据织金县实际情况， 研究了影响织金县滑 坡危险性的因素， 建立了织金县滑坡危险性层次结构 模型， 并确定了各因素对总目标的权重。 2 建立了基于模糊层次分析法的织金县滑坡危 险性评价系统， 定量的对滑坡危险性进行评价， 并利 用该评价系统给出了织金县部分地区滑坡危险程度， 计算结果和现场调查的实际结果基本吻合， 证明了给 评价系统的可行性。可以为织金县滑坡危险性评估 提供了理论依据。 参考文献 ［1］谢全敏， 陈立文， 李道明， 等． 滑坡灾害危险性评价的可靠性分 析方法［J］． 武汉理工大学学报， 2007， 29 1 109- 112. ［2］宋剑． 模糊层次分析法在国际航运投资决策中的应用研究 ［D］． 大连 大连海事大学， 2008. ［3］王哲， 易发成． 基于层次分析法的绵阳市地质灾害易发性评价 ［J］． 水文地质工程地质， 2009 1 14- 23. ［4］杨秀梅， 梁收运． 基于模糊层次分析法的泥石流危险度评价 ［J］． 地质灾害与环境保护， 2008， 19 2 73- 78. ［5］汤健． 基于模糊层次分析法的数字信息质量评价方法［J］． 档 案学通讯， 2008 6 76- 81. ［6］任占伟， 毛雪松， 韩涛． 基于模糊综合评判的滑坡危险性评价 ［J］． 山西建筑， 2010， 36 3 102- 103. ［7］张吉军． 模糊层次分析法 FAHP ［J］． 模糊系统与数学， 2000， 14 2 80- 88. 下转第 144 页 631 环境工程 Environmental Engineering 率为 0. 94。则原煤的二氧化碳排放系数为 K 44 12 209 087 0. 000 000 001 26. 37 1 000 0. 94 ≈ 1. 9 003 kg/kg 3. 1. 4调查收集法 调查收集法是指可通过查阅相关资料， 如 报告、 论文、 政策法规、 指南、 标准等资料获取排放系数， 或 采用国内外相关权威机构发布给出的排放系数。选 择一个可靠的、 满意的、 最贴近实际要求及准确性高 的排放系数。如通过调查分析收集了国家发展和改 革委员会应对气候变化司研究确定的我国各地区电 力二氧化碳排放系数， 见表 1［8 ］， 若对山东省的商用 建筑碳排放进行审计可选用二氧化碳排放系数为 1. 0021 kg/ kW h 。 表 120082010 年我国区域电网平均二氧化碳排放系数 Table 1The average CO2emission factor of China＇ s regional power grid in 20082010 电网名称覆盖省市 二氧化碳排放系数/ kg kW －1 h－1 华北区域电网北京市、 天津市、 河北省、 山西 省、 山东省、 内蒙古自治区 1. 0021 东北区域电网辽宁省、 吉林省、 黑龙江省1. 0935 华东区域电网上海市、 江苏省、 浙江省、 安 徽省、 福建省 0. 9280 华中区域电网河南省、 湖北省、 湖南省、 江 西省、 四川省、 重庆市 0. 8244 西北区域电网陕西省、 甘肃省、 青海省、 宁 夏自治区、 新疆自治区 0. 9944 南方区域电网广东省、 广西自治区、 云南 省、 贵州省、 海南省 0. 9344 3. 2排放系数法计算二氧化碳排放量 大型商用建筑消耗能源产生的碳排放量依据 IPCC 计算碳排放指南， 并且结合各能源统计数据的 特点， 二氧化碳排放量采用的计算式为 Gi KiBi 3 式中 Gi为消耗能源 i 产生的二氧化碳排放量;K i为 能源 i 对应 CO2排放系数; Bi为能源 i 实际消耗量。 4结论 对大型商用建筑进行碳排放审计是建筑领域进 行低碳研究的基础， 它是一种重要的监督、 评价、 审核 机制， 其研究为碳排放量化提供了一套完整的审计流 程。商用建筑碳排放的审计应围绕其内涵开展， 通过 建立分碳排放源、 分阶段、 分系统、 分设备等方式进行 讨论分析研究， 选择确定碳排放审计的计算方法， 最 终形成一套既准确又可灵活操作的大型商用建筑碳 排放量化体系。同时， 对不同条件、 不同机构等碳排 放量的审计， 有利于研究分析大型商用建筑碳排放量 的影响因素， 进而促进大型商用建筑减排研究的开 展， 提出合理的减排方法， 切实做到节能减排， 最终实 现建筑领域低碳的要求。 参考文献 ［1］中国 国务院． 中国的能源政策 2012 生段书［Ｒ］． 建设科技， 2012． ［2］许燕禄． 商业建筑节能量计算方法探讨［J］． 建设科技， 2012 10 60- 62． ［3］环境保护署及机电工程署． 香港建筑物 商业、 住宅或公共用 途 的温室气体排放及减除的核算和报告指引［Ｒ］． 香港 香港 特别行政区政府， 2008． ［4］张涛， 吴佳洁， 乐云． 建筑材料全寿命期 CO2排放量计算方法 ［J］． 工程管理学报， 2012， 26 1 23- 26． ［5］郭运功． 特大城市温室气体排放量测算与排放特征分析 － 以上 海为例［D］． 上海 华东师范大学， 2009． ［6］GB/T 25892008 综合能耗计算通则［S］． ［7］罗智星， 杨柳， 刘加平， 等． 建筑材料 CO2排放计算方法及其减 排策略研究［J］． 建筑科学， 2011， 27 4 1- 8． ［8］国家发展和改革委员会应对气候变化司． 2012 年中国区域电 网的基准线排放因子［Ｒ］． 中华人民共和国 国家发展和改革 委员会应对气候变化司， 2013． 第一作者 吕丽汀 1988 － ， 女， 在读硕士， 研究方向为水系统节能与 优化理论与技术。479854182 qq． com 通讯作者 王龙 1952 － ， 男， 教授、 硕导， 研究方向为水系统节能与优 化、 水处理技术研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 wang sdjzu． edu． cn 上接第 136 页 ［8］兰继斌， 徐扬， 霍良安， 等． 模糊层次分析法权重研究［J］． 系统 工程理论与实践， 2006 9 107- 112. ［9］滕继东， 项梦杰， 李苏， 等． 改进模糊层次分析法确定地质灾害 危险性评价指标权重的研究［ J］ ． 安徽农业科学， 2008， 36 1 22- 23. ［ 10］魏晓颖． 基于模糊层次分析法的电力公司财务风险评价［D］． 北京 华北电力大学， 2012. 第一作者 张栋 1969 － ， 男， 博士， 高级工程师， 主要从事地球物理、 地质灾害防治及评价等方面的教学和科研工作。168711285 qq． com 441 环境工程 Environmental Engineering