李华勇1，毛学雷2
（1台州循环经济发展有限公司，浙江 台州 318000 ；2 浙江省工程物探勘察设计院有限公司，浙江 杭州 310015）
摘 要：本文运用模糊综合评价方法对黄山区地质灾害危险性进行分区评价与分析。综合野外地质灾害调查资料与已有地质资料的分析，建立了适合黄山区实际地质环境条件的崩塌、滑坡、泥石流等灾害的评价指标体系。利用层次分析法确定该评价指标体系中评价因子的权值，采用半梯形分布隶属函数获得评价因子对地质灾害危险性级别的隶属度。通过隶属度矩阵和影响因素权重的模糊变换，根据最大隶属度原则得出每一单元的危险性评价结果。结果表明，危险性小的区域约占总区域的28.78%，危险性中等的区域约占总区域的29.38%，危险性大的区域约占总区域的41.84%。按此评价结果可对黄山区进行区划，同时还对黄山区地质灾害防治提供一定的依据和参考。
关键词：地质灾害；危险性评价；模糊综合评价；黄山区
0 引言
黄山区位于安徽省西南部，行政上归属黄山市，地理坐标为：东经 117°49′02″~118°21′09″，北纬29°59′35″ ~30°31′04″。辖7个镇（甘棠镇、汤口镇、仙源镇、太平湖镇、谭家桥镇、焦村镇、耿城镇）12个乡（新丰乡、永丰乡、新华乡、广阳乡、乌石乡、龙门乡、三口乡、新明乡、桃源乡、贤村乡、郭村乡、清溪乡），总面积1745km2，人口16.3万，人口密度92人/Km2。
黄山区是安徽省西南部的一个地质灾害多发的地区之一，近年来由于受到人类工程活动的影响，使得该区地质环境质量逐年恶化，常有滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生。为了使该区地质灾害危险性评价结果能更好地服务于当地群众与政府，同时使该区地质灾害的研究更具有深度，并能起到一定的指导作用，决定选用有效的模糊数学综合评价方法[1-3]，一改传统的定性化分析，对黄山区地质灾害危险性进行定量化分析研究。
1 地质环境背景
黄山区属于北亚热带湿润性季风气候，湿润多雨。多年平均降雨量1679.3 mm，最大年降雨量2068.4 mm，最小年降雨量1338.9 mm。主要降水发生在4~7月，降水量占全年的60%以上，尤以6、7月份集中，年最大降水量可达2000mm以上。区内地形切割较深，降水充沛，地表迳流通畅，水系发育，跨长江、新安江两大水系，其分水岭位于黄山山脉主脉。主要支流为麻川河、婆溪河和秧溪河等，最大地表水体太平湖（陈村水库）为人工湖，平水期湖面海拔110 m，面积97km2，蓄水量约25亿m3。
区内地势东南高西北低，该区地处黄山山脉主体部分，海拔高度一般在500~1500 m，最高峰为莲花峰，座落在黄山风景区，海拔1873 m；最低处为新丰乡胜丰村，海拔85m。地貌类型有中山（>1000m）、低山（500~1000m）和丘陵（<500m）三种。
区内地层发育较齐全，除缺失中生代部分地层外，从中元古代至第四纪地层均有出露。根据岩土体所具有的不同工程地质特征，区内工程地质岩组可分为块裂状较硬花岗岩弱风化岩组、似均质状较松散花岗闪长岩全风化岩组、中厚层碎裂状硬长石石英砂岩岩组、中厚层块裂状硬石英砂岩岩组、中厚层稀裂状中等岩溶化硬白云岩岩组和块裂状具泥化夹层较软千枚岩岩组六种类型。
区内岩浆活动频繁，且分布范围广泛，主要为燕山期和印支期，少量为皖南期。呈岩基、岩株或脉岩状，受区域断裂控制，多呈北东走向，以花岗岩（γ）、花岗闪长岩（γδ）、二长岩（η）、二长花岗岩（ηγ）、闪长玢岩（δμ）为主。
区内地质构造复杂，经历了多期次的构造运动，断层、褶皱发育，新构造运动强烈。褶皱构造主要为黄山复向斜，该复向斜位于本区西北部，形成于印支期，轴向北东45°，次级褶皱发育。断裂构造以北东向压性、压扭性断层为主，并多被北西向断层切割，沿断层两侧岩石变形强度差异不大，区内岩体多沿北东向断层出露。北东向断裂主要有：谭家桥断裂、星塘断裂；北西向断裂为汤口断裂。上述断裂均有复活的迹象。
区内地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碎屑岩类、变质岩类和岩浆岩类裂隙水和碳酸盐岩岩溶水。区内松散岩类孔隙水，主要分布在河流中下游河谷两侧及山间谷地第四纪沉积物中，矿化度小于0.5g/l，水质类型为HCO3-Ca型。碎屑岩类、变质岩类、岩浆岩类裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水主要分布在中低山区和低山丘陵区，矿化度一般为0.5-1g/l，水化学类型为HCO3-Ca型或HCO3-Na·Ca型。
黄山区地处皖南山区腹地，为中低山和低山丘陵区，是安徽省两山一湖旅游发展战略的核心地带，人类工程活动强烈，形成了一大批地质灾害隐患点[4]。
2 地质灾害发育特征
区内地质灾害以灾种简单、点多、规模小、分布范围和发生的时间集中、稳定性差、损失大为主要特征。区内共发育317处地质灾害（隐患）点（包括黄山风景区38处），其中崩塌点71处，滑坡点53处，泥石流沟6处，其中三条泥石流沟处于发展期，三条处于衰退期，灾害隐患点187处。在317处地质灾害（隐患）点中，小型规模的284个，中型规模的30处，大型隐患点仅3处。
区内地质灾害发育的微地貌类型主要为陡坡和陡崖，其中降雨和人类工程活动是诱发地质灾害发生的两大主要因素。滑坡类型以牵引式滑动为主，主要由于滑坡处在斜坡陡峭处且坡脚遭受到侵蚀而造成。区内发育的崩塌，其形成机理主要有倾倒式、拉裂式、错断式三种。
3 评价因子系统的建立
3.1 评价因子的选取
控制和影响地质灾害孕育发生的主要影响因素可归为三大类：地质环境因素、诱发因素和地质灾害历史因素[5]。地质环境因素为地质灾害的发生提供了内部条件，是地质灾害发育的基础；诱发因素是产生地质灾害的外因，是地质灾害发生的充分条件，为地质灾害地产生提供了突变条件；地质灾害历史因素反映以前发生的地质灾害对人类及其生存环境造成的影响，可以根据现有地质灾害的状况预示其发生、发展的趋势，因此指标体系的确定应把它作为一个重要的方面考虑在内。考虑研究区特殊的环境条件，通过对研究区地质灾害环境的调查分析，对研究区崩塌、滑坡、泥石流等灾害，选定的影响因素主要有以下11种：
其中地质环境因素（
）主要包括：
①地面坡度（
）。坡度是地质灾害发生的一个主要因素，是各种地质灾害形成的力源。一般来说，一个区域内，地面坡度越大，地质灾害发生的规模和概率也越大；
②相对高差（
）。单元内最高点海拔与最低点海拔之差即为流域最大相对高差。一般来说，流域相对高差越大，山坡稳定性越差，崩塌、滑坡和泥石流等不良地质现象越发育；
③植被覆盖率（
）。一般植被覆盖率小的区域岩石裸露，易遭风化侵蚀，水土保持能力差，易产生地表径流，从而易引起滑坡、泥石流灾害，故其占的面积越大，形成崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的危险性越大；
④地层岩性（
）。地层岩性是地质灾害发生、发展的物质基础。地层岩性对崩塌、滑坡、泥石流发生危险的影响表现在地层结构和岩性两个方面。一般来说，岩性越软，越容易产生破坏，软硬相间的地层结构也容易产生破坏；
⑤断裂构造密度（
）。即单位面积内断裂构造的长度（Km/Km2），一个地区断裂构造越发育，岩石越破碎，岩体稳定性越差，越容易形成崩塌、滑坡，也为泥石流活动提供了物质来源。地质构造对地质灾害的影响，主要体现在断层以及特殊构造体系的宏观区域控制作用上，一般情况下，断层及特殊构造体系部位的地质灾害分布密度较大。地质构造的发育在很大程度上控制着地貌单元的划分，也是影响地质灾害分布规律的重要因素之一[6]；
⑥河流切割（
）。河流切割为地质灾害的发育提供了良好的空间条件，是滑坡、崩塌的主要孕育场所。由于黄山区地表水系相当发育，因此选择这一评价指标能较好地反映黄山区的地质环境条件对地质灾害发育的影响。
诱发因素（
）主要包括：
①多年平均降雨量（
）。降雨不仅增加了斜坡上岩土体的荷载，而且润湿软化软弱结构面，降低岩土体的凝聚力，破坏了斜坡上岩土体原有的力学平衡，从而诱发了滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的发生；
③人类工程活动（
）。人们频繁的社会经济工程活动，如开挖坡脚建房、修路、开山垦荒等，破坏了地质环境、生态环境，直接或间接地影响着地质环境的演变和地质灾害的形成与发展。
地质灾害历史因素（
）主要包括：
①地质灾害分布密度（
）。单位面积内崩塌、滑坡、泥石流等灾害的数量（个/Km2。）直接反映了崩塌、滑坡、泥石流等灾害的发育现状，地质灾害往往具有群发性、灾害链等特点，已有灾点局部区域可能复活形成新的灾害或催生其他类型的地质灾害。地质灾害分布密度是一个地区这类地质现象发育程度的客观反映，是地质灾害危险程度评价中的重要的因子；
②地质灾害发生规模（
）。在相同的环境条件下，致灾体的规模（体积）是造成灾害损失不同的重要因素，因此，出现过大规模的崩塌、滑坡、泥石流的地区，地质灾害危险性高。以划分单元内最大规模的致灾体为准，代表规模因子的危险度，因为单元内最大规模的灾害体表明单元内具备可能产生同等规模灾害的条件；
③地质灾害发生频率（
）。地质灾害的发生频率反映了地质灾害活动的趋势，发生频率高的地质灾害极易再次危害周边地区。
在上述指标体系构建原则的基础上，针对黄山区地质环境的特点，选取的评价指标体系的一级指标是分类指标，主要考虑地质环境因素
、诱发因素
和地质灾害历史因素
三方面；二级指标为结构指标，包含与灾害相关的若干因子
。其评价因子系统及层次结构模型见图1。
3.2 评价因子的量化和分级
评价因子在模糊综合评价模型中作为地质变量，必须赋予量化的值，即评价指标的量化。通常情况下，从数值特征上，评价指标可分为两类，一类是定量指标；另一类是定性指标。如果更细致地划分，变量可分为间隔尺度、有序尺度和名义尺度三种。
本文选定了11个评价指标因子，其中地面坡度、相对高差、植被覆盖率、断裂构造密度、河流缓冲距离、降雨量、地质灾害分布密度、地质灾害发生规模评价因子属于间隔尺度变量因子。该类变量因子在参照《地质灾害危险性评估技术规范》[6]和地质灾害规模分级表以及在结合黄山区的实际情况下，建立了如表4-1所示的评价指标因子的量化表。对于地层岩性和人类工程活动两大评价因子则属于名义尺度。对
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图1 地质灾害危险性评价因子层次结构模型图
于地层岩性评价因子可以根据前文黄山区工程地质岩组划分进行相应的分类，可分为坚硬完整岩组、较坚硬较完整岩组、破碎不完整岩组三类。人类工程活动评价因子则依据黄山区当地实际情况进行定性分类，可分为人类工程活动无或较弱、人类工程活动中等和人类工程活动强烈三类。
此外，由于同一因子的不同等级对地质灾害形成和发生所起的作用不同，所以在各因子量化的同时，还需要对因子进行分级。本文将评价因子的指标界限按其质量状况分为地质灾害危险性大、危险性中等和危险性小3个等级。综上所述，建立了如表4-1所示的评价指标因子的量化和分级表。
表1评价指标因子的量化和分级表
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4 模糊综合评判的数学模型
4.1 划分评价单元
本次以2.5Km×2.5Km=12.5Km2作为一个评价单元大小，共划分为339个评价单元。处理单元边界时，对面积小于完整单元格面积二分之一的单元格，归入临近单元格；面积大于单元格二分之一但不足整个单元格的，按完整单元格处理。
4.2 建立模糊集合
（1）建立评价集
（1）
式中：表示地质灾害危险性小；表示地质灾害危险性中等；表示地质灾害危险性大。
（2）确定参评要素集
（2）
式中：表示地质环境因子；表示诱发因子；表示地质灾害历史因子。
（3）选择参评要素的评价因子集
（3）
式中：
为地面坡度；
为相对高差；
为植被覆盖率；
为地层岩性；
为断裂构造密度；
为河流切割；
为降雨量；
为人类工程活动；
地质灾害分布密度；
为地质灾害发生规模；
为地质灾害发生频率。
4.3 确定隶属函数
考查因子
和评价集
，对于定量指标各因子量化界限值可统一表示为<a1，a1～a2，>a2，其中a1<a2。各因子的隶属函数[9]表达式和相应的隶属函数曲线[10]如表2对应的1-1、1-2、1-3所示。
表2 隶属函数表达式与对应函数曲线
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表2中的函数表达式中：为各评价因子的隶属函数；为评价因子的实际值；，为评价因子对评价级别的基准界限值，其值根据有关规范、标准，结合实际情况给出。对植被覆盖率的隶属函数则与上述对应级别相反。
对于定性指标，通过给相应的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级赋予边界值1、2、3，就可以通过以上的公式确定其隶属度。
4.4 构建模糊矩阵
利用隶属函数求评价因子对危险性级别的隶属度，构成模糊关系矩阵[11-12]。一级评价模糊关系矩阵为：
（4）
式中：为要素因子对评价等级的隶属度；为要素参评因子个数。
二级评价模糊关系矩阵为
（5）
式中：为要素个数。
4.5 层次分析法确定权值
（1）建立评价系统层次分析结果模型[13]
为了使黄山区地质灾害危险性评价研究结果的准确性，同时鉴于地质灾害危险性评价方法的现状和发展趋势，在地质灾害危险性评价时，根据不同层次评价因子的特点，本文采用层次分析法（AHP法）确定各参评因子的权重值。以地质灾害危险性为总目标层，以地质环境因素、诱发因素、地质灾害历史因素为要素层，各影响因素为评价因子层，建立地质灾害危险性评价层次结构模型图（图1）。
（2）层次分析法确定权值
采用1-9标度法对各层中的因子对上一层次目标的相对重要性进行两两比较，构造判断矩阵；计算出最大特征值、对应的特征向量、各层次的单排序；进行判断矩阵一致性检验。各层判断矩阵计算结果见表3～表6。
表3 地质灾害危险性评价影响要素层层次分析结果
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4.6 模糊变换与综合评判
采用 M（?，+）模糊变换算子进行模糊变换，一级综合评价为：
（6）
由一级评价结果组成二级综合评价模糊关系矩阵，进行二级模糊变换
（7）
根据最大隶属度原则，评价计算单元所属危险性级别[5]。
4.7 模糊综合评价算例
现以第100单元为例，对其进行模糊综合评价。该评价单元内发育有5处地质灾害点，地质灾害以潜在崩塌为主，潜在崩塌发育有3处，已发生的崩塌和滑坡各有1处；地质灾害分布密度为0.4处/Km2；地质灾害规模为0.39*104m3；地质灾害发生频率为0.008次/a?Km2；地面坡度在13.5°左右；地形相对高差大于200 m；植被覆盖率较低；工程地质岩组类型为似均质状较松散花岗闪长岩全风化岩组（γδ）和中厚层碎裂状硬长石石英砂岩岩组（S+D）；断裂构造密度为0；河流切割较严重；多年降雨量平均值为1679.3 mm；人类工程活动主要是交通建设用地，人类工程活动强烈。
根据上述条件，利用隶属函数求得模糊关系矩阵如下：
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进行一级模糊变换：
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由此得二级模糊关系矩阵：
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作二级模糊变换
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根据最大隶属度原则判别，本单元评价结果为危险性大。
同理根据以上模式分别对其他336个评价单元进行计算，便可得出相应的评价结果。
5 地质灾害危险性模糊综合评判结果
根据上述计算模式分别对其他336个评价单元进行计算，便可得出相应的评价结果。经总结计算得到地质灾害危险性大区面积占黄山区总面积约41.84%，地质灾害危险性中等区面积占黄山区总面积约29.38%，地质灾害危险性小区面积占黄山区总面积约28.78%。由计算结果可以看出，地质灾害危险性大的单元主要分布在黄山区各主要道路附近，呈现带状规律展布（图2）。充分体现了近年来由于人类工程活动的频繁，对原有地质环境破坏的严重性，而导致大量的潜在地质灾害点发育，严重危害着当地居民的生命和财产安全。
6 结论与建议
本文详细分析了黄山区的地质环境特征和地质灾害发育的特点，选取了能充分反映控制本区地质灾害危险性大小的11个评价因子。利用层次分析法确定该评价指标体系中评价因子的权值，采用半梯形分布隶属函数获得评价因子对地质灾害危险性级别的隶属度。通过隶属度矩阵和影响因素权重的模糊变换，根据最大隶属度原则得出每一单元的危险性评价结果。结果表明，危险性小的区域约占总区域的28.78%，危险性中等的区域约占总区域的29.38%，无危险性大的区域约占总区域的41.84%。按此评价结果可对黄山区进行区划，同时对黄山区地质灾害防治提供一定的依据和参考。
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图2 黄山区地质灾害危险性等级分布图
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