2023年6月21日发(作者：)

第19卷　第3期2008年9月地质灾害与环境保护JournalofGeologicalHazardsandEnvironmentPreservationVol.19,　No.3September2008文章编号:　1006-4362(2008)03-0078-04岩溶塌陷地质灾害的评价方法探讨王维理1,李文平2(1.北京市勘察设计研究院,北京　100038;2.中国矿业大学,徐州　221008)利用层次分析法确定了岩溶塌陷地质灾害危险性评价指标的权重,并采用综合指数模型计算摘要:　了岩溶塌陷地质灾害的危险性指数,通过量化的危险性指数分级,划分了岩溶塌陷的危险性大小,这种方法对今后地质灾害危险性评估中岩溶塌陷的评价具有一定指导意义。关键词:　岩溶塌陷;层次分析法(AHP);危险性指数中图分类号:　P642.26　　文献标识码:　A　　岩溶塌陷地质灾害的评价一直是地质灾害研究领域的重点,目前采用的评价方法主要有灰色模糊理论、人工神经网络原理以及GIS技术等。这些方法在理论、实践中无疑发挥了巨大作用,但对于目前方兴未艾的地质灾害危险性评估工作来说,上述方法在经济性和便捷性等方面不能满足现实工作的需要。因此,本文拟在探讨一种实用性更强的评价方法。称AHP,是美国著名的运畴学家萨蒂()于1973年提出的,它是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次,使之条理化的多目标、多准则的决策方法,本身是一种有效的定量与定性相结合的分析方法。其基本思路就是将决策者对n个元素优劣的整体判断转变为对这n个元素的两两比较,然后再转为对这n个元素的整体优劣排序判断即确定各元素的权重。AHP法大体分为5个步骤,即:建立层次结构模型;构造判断矩阵;层次单排序及其一致性检验;层次总排序;层次总排序的一致性检验。2.2　评价指标权重的确定进行层次分析最关键的是建立层次结构分析模型,即确定评价系统中各因素之间的逻辑结构关系,根据前述的岩溶塌陷影响因素分析,确定本次评价的层次结构分析模型如下(图1):通过建立的层次结构模型图,采用的“1～9”标度方法,确定了各层元素对应上一层元素的判断矩阵,详细结果见表1～6。得到的判断矩阵应该要求有大致的一致性,因此,在得到上述各判断矩阵的特征根λmax后,还需对各判断矩阵进行一致性和随机性检验,检验公式为:(1)CR=CI/RI式中,CR为判断矩阵的随机一致性比率;RI为平均随机一致性指标,RI取值如表7所示;CI为判断矩1　岩溶塌陷的影响因素从现有的研究成果来看,认为岩溶塌陷的产生主要取决于岩溶条件、地下水条件、覆盖层条件、地形地貌条件以及环境条件等。其中岩溶条件包括岩性、岩溶发育程度和岩体结构;地下水条件包括地下水与岩面垂距、地下水位变幅、地下水pH值和地下水径流强度;覆盖层条件包括覆盖层厚度、覆盖层结构即不同成因的土层数和工程地质性质;地形地貌条件包括地貌单元和地形特征(坡度);环境条件包括人工抽水强度和其他人类活动。众多的影响因素错综复杂,在岩溶塌陷危险性评价过程中,首先要明确这些因素对岩溶塌陷的贡献大小。2　AHP法确定的评价指标权重2.1　AHP法简介及原理层次分析法(AnalyticalHierarchyProcess)简收稿日期:　2008202218　　改回日期:　2008206204第19卷　第3期王维理、李文平:岩溶塌陷地质灾害的评价方法探讨　　　　　　　　79图1　层次结构模型图Fig.1　Modelforhierarchicalstructure阵一致性指标,由下式计算:CI=1m-1(λmax-m)(2)表5　B4～C4i的判断矩阵Table5　JudgmentmatrixofB4～C4iB4～C4iC41C42C41C42λ式中,max为最大特征根;m为判断矩阵阶数。表1　A～Bi的判断矩阵表Table1　JudgmentmatrixofA～BiA～BiB1B2B3B4B5B1B2B3B4B511/331表6　B5～C5i的判断矩阵Table6　JudgmentmatrixofB5～C5iB5～C5iC51C52C51C52131/51/61/61/311/51/71/75511/41/567411/267521mRI11/331表7　平均随机一致性指标值Table7　Randomindex11.490.580.91.121.241.321.411.45表2　B1～Ci的判断矩阵Table2　JudgmentmatrixofB1～CiB1～C1iC11C12C13C11C12C13通过计算,得到了上述判断矩阵中同一层次相应因素对上一层次某元素相对重要性的排序权重,其值均小于0.1,满足一致性检验;再根据单排序权重求出各评价指标在整体系统中的相对重要性排序权重,并通过了一致性检验,综合结果见表8。表8　组合权重表Table8　CombinedweightB层C24C层C13C21C22C23C24C31C32C33C33C41C42C51C52B1B2B3B4B51341/3131/41/31表3　B2～C2i的判断矩阵Table3　JudgmentmatrixofB2～C2iB2～C2iC21C22C23C24C21C22C230.300.61.4800.40.40.070.1300000000.13000000.60.20.200000..750.25000.0.750.25C层总排序权重111/51/4111/51/45513441/310.1830.1920.1920.03360.06240.0780.0260.0260.03750.01250.030.01表4　B3～C3i的判断矩阵Table4　JudgmentmatrixofB3～C3iB3～C3iC31C32C33C31C321341/3131/41/3180地质灾害与环境保护2008年3　岩溶塌陷危险性分级3.1　危险性指数的计算根据现有的研究成果,参考包惠明[1]等专家对岩溶塌陷影响因素的分级标准,对各评价指标量化取值,见表9。采用综合指数模型计算岩溶塌陷危险性指数,计算公式如下:表9　评价指标分级标准及量化取值Table9　Thestandardforclassificationandquantifiedvalueoffactorforevaluation分级标量化分值准岩性岩溶发育程度岩体结构地下水位与基岩面垂距/m地下水位变幅/m地下水pH值地下水径流强度厚度/m结构/层工程地质性质地貌单元地形特征(坡度)人工抽水强度其他人工活动(如振动)1369评价指标非碳酸盐岩无整体>5<0.26.8～7.2泥质灰岩或白云岩夹灰岩不发育块状或层状5～20.2～1.54.5～6.8灰岩夹白云岩发育碎裂2～11.5～2.03.0～4.5灰岩很发育散体<1>2.0<3弱<0.5或>30>3中等10～301～3强5～101很强0.5～51好丘陵和中高山<5°中等阶地或岗丘5°～15°较差峰丛洼地15°～20°差孤峰或峰林平原>20°弱弱中等中等强强很强很强Y=i=16n表11　不同评价方法评估结论对比表SiWi(3)Table11　Thecontrastfordifferentmethodofevaluation北京某矿建设场地原评价方法原评估结论本次计算危险性指数本次评价结论定性评价危险性小2.66式中,Y为岩溶塌陷的危险性指数;Si为某类评价指标的量化分值;Wi为某类评价指标的权重。3.2　危险性分级广州市某建设场地模糊数学较不稳定5.15江苏某市局部岩溶人工神经网络高危险区6.27将岩溶塌陷的危险性指数按照由高到低的顺序排列,成为一条曲线,根据曲线的分布规律,并考虑到对应于现行的国土资源部发布的地质灾害危险性评估技术要求中的危险性分级,确定了岩溶塌陷的危险性等级标准,见表10。表10　岩溶塌陷危险性区划标准Table10　Thestandardfortheriskofkarsticcollapse危险性分级危险性指数分级危险性大危险性中等y>6危险性小危险性中等危险性大5　结语本文依据岩溶塌陷地质灾害危险性的评价指标体系,运用层次分析等方法建立了一种实用性较强的岩溶塌陷的评价方法,并进行了工程检验。结果表明该评价方法有很强的实用性和可操作性,这对于地质灾害危险性评估工作中岩溶塌陷地质灾害的评价有着积极的现实意义。参考文献危险性小y≤33

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第19卷　第3期2008年9月地质灾害与环境保护JournalofGeologicalHazardsandEnvironmentPreservationVol.19,　No.3September2008文章编号:　1006-4362(2008)03-0078-04岩溶塌陷地质灾害的评价方法探讨王维理1,李文平2(1.北京市勘察设计研究院,北京　100038;2.中国矿业大学,徐州　221008)利用层次分析法确定了岩溶塌陷地质灾害危险性评价指标的权重,并采用综合指数模型计算摘要:　了岩溶塌陷地质灾害的危险性指数,通过量化的危险性指数分级,划分了岩溶塌陷的危险性大小,这种方法对今后地质灾害危险性评估中岩溶塌陷的评价具有一定指导意义。关键词:　岩溶塌陷;层次分析法(AHP);危险性指数中图分类号:　P642.26　　文献标识码:　A　　岩溶塌陷地质灾害的评价一直是地质灾害研究领域的重点,目前采用的评价方法主要有灰色模糊理论、人工神经网络原理以及GIS技术等。这些方法在理论、实践中无疑发挥了巨大作用,但对于目前方兴未艾的地质灾害危险性评估工作来说,上述方法在经济性和便捷性等方面不能满足现实工作的需要。因此,本文拟在探讨一种实用性更强的评价方法。称AHP,是美国著名的运畴学家萨蒂()于1973年提出的,它是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次,使之条理化的多目标、多准则的决策方法,本身是一种有效的定量与定性相结合的分析方法。其基本思路就是将决策者对n个元素优劣的整体判断转变为对这n个元素的两两比较,然后再转为对这n个元素的整体优劣排序判断即确定各元素的权重。AHP法大体分为5个步骤,即:建立层次结构模型;构造判断矩阵;层次单排序及其一致性检验;层次总排序;层次总排序的一致性检验。2.2　评价指标权重的确定进行层次分析最关键的是建立层次结构分析模型,即确定评价系统中各因素之间的逻辑结构关系,根据前述的岩溶塌陷影响因素分析,确定本次评价的层次结构分析模型如下(图1):通过建立的层次结构模型图,采用的“1～9”标度方法,确定了各层元素对应上一层元素的判断矩阵,详细结果见表1～6。得到的判断矩阵应该要求有大致的一致性,因此,在得到上述各判断矩阵的特征根λmax后,还需对各判断矩阵进行一致性和随机性检验,检验公式为:(1)CR=CI/RI式中,CR为判断矩阵的随机一致性比率;RI为平均随机一致性指标,RI取值如表7所示;CI为判断矩1　岩溶塌陷的影响因素从现有的研究成果来看,认为岩溶塌陷的产生主要取决于岩溶条件、地下水条件、覆盖层条件、地形地貌条件以及环境条件等。其中岩溶条件包括岩性、岩溶发育程度和岩体结构;地下水条件包括地下水与岩面垂距、地下水位变幅、地下水pH值和地下水径流强度;覆盖层条件包括覆盖层厚度、覆盖层结构即不同成因的土层数和工程地质性质;地形地貌条件包括地貌单元和地形特征(坡度);环境条件包括人工抽水强度和其他人类活动。众多的影响因素错综复杂,在岩溶塌陷危险性评价过程中,首先要明确这些因素对岩溶塌陷的贡献大小。2　AHP法确定的评价指标权重2.1　AHP法简介及原理层次分析法(AnalyticalHierarchyProcess)简收稿日期:　2008202218　　改回日期:　2008206204第19卷　第3期王维理、李文平:岩溶塌陷地质灾害的评价方法探讨　　　　　　　　79图1　层次结构模型图Fig.1　Modelforhierarchicalstructure阵一致性指标,由下式计算:CI=1m-1(λmax-m)(2)表5　B4～C4i的判断矩阵Table5　JudgmentmatrixofB4～C4iB4～C4iC41C42C41C42λ式中,max为最大特征根;m为判断矩阵阶数。表1　A～Bi的判断矩阵表Table1　JudgmentmatrixofA～BiA～BiB1B2B3B4B5B1B2B3B4B511/331表6　B5～C5i的判断矩阵Table6　JudgmentmatrixofB5～C5iB5～C5iC51C52C51C52131/51/61/61/311/51/71/75511/41/567411/267521mRI11/331表7　平均随机一致性指标值Table7　Randomindex11.490.580.91.121.241.321.411.45表2　B1～Ci的判断矩阵Table2　JudgmentmatrixofB1～CiB1～C1iC11C12C13C11C12C13通过计算,得到了上述判断矩阵中同一层次相应因素对上一层次某元素相对重要性的排序权重,其值均小于0.1,满足一致性检验;再根据单排序权重求出各评价指标在整体系统中的相对重要性排序权重,并通过了一致性检验,综合结果见表8。表8　组合权重表Table8　CombinedweightB层C24C层C13C21C22C23C24C31C32C33C33C41C42C51C52B1B2B3B4B51341/3131/41/31表3　B2～C2i的判断矩阵Table3　JudgmentmatrixofB2～C2iB2～C2iC21C22C23C24C21C22C230.300.61.4800.40.40.070.1300000000.13000000.60.20.200000..750.25000.0.750.25C层总排序权重111/51/4111/51/45513441/310.1830.1920.1920.03360.06240.0780.0260.0260.03750.01250.030.01表4　B3～C3i的判断矩阵Table4　JudgmentmatrixofB3～C3iB3～C3iC31C32C33C31C321341/3131/41/3180地质灾害与环境保护2008年3　岩溶塌陷危险性分级3.1　危险性指数的计算根据现有的研究成果,参考包惠明[1]等专家对岩溶塌陷影响因素的分级标准,对各评价指标量化取值,见表9。采用综合指数模型计算岩溶塌陷危险性指数,计算公式如下:表9　评价指标分级标准及量化取值Table9　Thestandardforclassificationandquantifiedvalueoffactorforevaluation分级标量化分值准岩性岩溶发育程度岩体结构地下水位与基岩面垂距/m地下水位变幅/m地下水pH值地下水径流强度厚度/m结构/层工程地质性质地貌单元地形特征(坡度)人工抽水强度其他人工活动(如振动)1369评价指标非碳酸盐岩无整体>5<0.26.8～7.2泥质灰岩或白云岩夹灰岩不发育块状或层状5～20.2～1.54.5～6.8灰岩夹白云岩发育碎裂2～11.5～2.03.0～4.5灰岩很发育散体<1>2.0<3弱<0.5或>30>3中等10～301～3强5～101很强0.5～51好丘陵和中高山<5°中等阶地或岗丘5°～15°较差峰丛洼地15°～20°差孤峰或峰林平原>20°弱弱中等中等强强很强很强Y=i=16n表11　不同评价方法评估结论对比表SiWi(3)Table11　Thecontrastfordifferentmethodofevaluation北京某矿建设场地原评价方法原评估结论本次计算危险性指数本次评价结论定性评价危险性小2.66式中,Y为岩溶塌陷的危险性指数;Si为某类评价指标的量化分值;Wi为某类评价指标的权重。3.2　危险性分级广州市某建设场地模糊数学较不稳定5.15江苏某市局部岩溶人工神经网络高危险区6.27将岩溶塌陷的危险性指数按照由高到低的顺序排列,成为一条曲线,根据曲线的分布规律,并考虑到对应于现行的国土资源部发布的地质灾害危险性评估技术要求中的危险性分级,确定了岩溶塌陷的危险性等级标准,见表10。表10　岩溶塌陷危险性区划标准Table10　Thestandardfortheriskofkarsticcollapse危险性分级危险性指数分级危险性大危险性中等y>6危险性小危险性中等危险性大5　结语本文依据岩溶塌陷地质灾害危险性的评价指标体系,运用层次分析等方法建立了一种实用性较强的岩溶塌陷的评价方法,并进行了工程检验。结果表明该评价方法有很强的实用性和可操作性,这对于地质灾害危险性评估工作中岩溶塌陷地质灾害的评价有着积极的现实意义。参考文献危险性小y≤33