杨笑男 叶竞雄 周长瑞 赵晨凯
(天津市勘察院，天津 300191)
0 引言
基于GIS的地质灾害危险性评估具有宏观性强、时效性强、信息量覆盖面广的特点，本文依托GIS技术进行地质灾害危险性的评价与预测，以青藏铁路拉日段为例进行研究，重点介绍了层次分析法的一般原理和建模步骤，以及利用Arcgis软件强大的空间数据分析与处理功能，对各个评价因子进行数字化栅格计算方法，建立研究区地质灾害危险性评价体系，详细阐述了利用GIS技术进行地质灾害危险性评价的过程，为该地区地质灾害防治工作提供参考依据。
1 研究区基本情况
拉萨至日喀则段铁路全长约253 km，为青藏铁路的首条延伸铁路线。线路总体呈东西走向，主要通过拉萨河、年楚河、雅鲁藏布江宽谷区、雅鲁藏布江峡谷区及吉琼低高山越岭区等地貌单元，地势起伏较大、地质条件复杂，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发育程度相应较高。对拉萨至日喀则铁路线进行地形剖面切割，最高海拔高度5 101 m，最低海拔高度3 639 m，平均海拔高度4 115 m。
2 评价因子的确定与量化
2.1 评价体系的构建
区域地质灾害的形成条件包括地质背景条件、诱发条件、历史条件三类，根据现场实际调查情况，综合考虑滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的形成条件和影响因素，确定的评价指标有:工程岩组类型、地质灾害分布、坡度、起伏度、活动断裂、人类工程活动、沟谷河流分布、降雨量。构建的评价指标体系为:一级因子为三个方面，二级因子将一级因子细化为八个目标因子(具体见图1)。
图1 研究区地质灾害危险性评价体系
2.2 评价因子的信息化
在上述八种致灾因子确定之后，将所获得的信息数据导入GIS中进行处理分析，分别生成灾害因子叠加分析图，包括:研究区崩塌密度图、滑坡密度图、研究区泥石流密度图、研究区地形起伏度分布图、研究区人类活动及水系分布图、研究区DEM数字高程图、研究区地形坡度分布图、研究区工程岩组分布图、研究区活动断裂分布图以及研究区降水分布图等。
基于上述专题图层，可以分两类方法进行赋值:首先，对于可以直接量化的评价因子指标，可以在矢量化的和栅格化的专题图层上提取相应的可用数据信息，根据实际情况，对各个指标分级赋值;其次，对于不能直接赋值的指标，采用专家评分方法，划分等级，通过层次分析法推出权重值，进而赋值分析。
此外，ArcGIS10的空间分析模块主要是基于栅格数据模型的，根据拉萨至日喀则段铁路规划区范围和工程地质条件，将栅格大小定为30 m×30 m，将面积2 637 km2的规划区划分为2 930 000个栅格单元，将上述单因素等级量化结果离散成栅格数据，即可得到用于叠加分析因子。
3 地质灾害危险性评价过程
3.1 基于GIS的层次分析法
按照上文所述方法，并充分考虑研究区所特有的地质类型特征，采用分层递阶方法建立层次评价模型，可将青藏铁路拉萨至日喀则段地质灾害危险性评价模型分为四个层次，分为总体目标层、约束层(第一级指标层)、评价指标层(第二级指标层)和对象层(第四指标层)四个层次，从而建立一套完整系统的模型评价体系(见图2)。
3.2 权重值的计算
表1 青藏铁路拉萨至日喀则段地质灾害危险性影响因素比较矩阵
影响因素和评价指标的权重，采用在专家打分法的基础上，构造比较矩阵，由上述层次分析法(AHP)理论方法计算各指标的具体权重值。首先，要充分调查统计研究区的具体情况等，初步确定评价因子的备选类别，然后，再通过咨询专家意见，给出确切的评价因子指标并进行均化处理，构造明确的相关判断矩阵，进 行求解，从而得出指标的权重。
图2 青藏铁路拉日线地质灾害危险性层次评价模型
最后，要根据表1所示比较矩阵，进行一致性判断。
由于n=8，RI可取值1.41，经过计算，λmax=8.524 3，CR= 0.053 1＜0.1，符合一致性判断，各影响因素权重分配表见表2。
表2 青藏铁路拉萨至日喀则段地质灾害危险性影响因素权重分配表
4 评价成果图分析
1)利用ArcGIS10软件强大的空间分析能力，先进行空间信息的重分类(Reclassify)，重分类即基于原有数值，对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。本文即是将所得权重值赋值到各个评价因子在GIS中所形成的图层中。
2)在ArcGIS软件中进行栅格叠加计算(Raster Calculator)，对重分类(Reclassify)处理后的栅格文件运算，获得每个栅格独立的地质灾害危险性指数值。
3)上一步的叠加计算结果显示，区内所有栅格的危险性指数值大致分布在1.29～4.49之间(见图3)，最大值为4.49，指数值集中分布在2.04～2.83之间，平均值为2.49，标准差为0.49，变异系数为0.197，与同类工程比较，变异系数较小，说明工程地质条件指数值分布的平稳性较好，表明在实际中，研究区的地质灾害危险性在区域上的变化具有一定的递变性。
图3 评价区危险性栅格计算值分布图
在ArcGIS中进行栅格赋值计算后，生成的图像如图4所示。高危险性区域主要集中在拉萨至日喀则段的左岸，且从图4中可以看出其在区域上的变化具有一定的递变性，这与我们在实际的调查中所获得的信息基本符合。经过进一步区划处理，将拉萨至日喀则段铁路划分为11个子区段，其中A1，A2，A3为低危险区;B1，B2，B3为中危险区;C1，C2，C3为较高危险区;D1，D2为高危险区。
5 结语
1)从权重分配表中可以看出，活动断裂的权重最高，其次是地质灾害发育特征和工程地质岩组，这三个因素是影响铁路工程选址所要首先考虑的，同时也是地质灾害危险性评价的基础部分，地形坡度的权重值也相对较高，微地貌类型(地表起幅度)、人类工程活动和降水量的权值则相对较小。
图4 地质灾害危险性分区
2)以GIS技术为依托，对研究区地质灾害的危险性进行评价，将拉萨至日喀则段铁路沿线研究区分为低危险区域、中危险区域、较高危险区域和高危险区域，并作出判断评价。此外，数据统计结果显示，与同类工程比较，工程地质条件指数值分布的平稳性较好，计算变异系数较小，表明地质灾害危险性在区域上的变化具有一定的递变性。
3)GIS技术的使用主要是其最基本的一些技术管理功能和空间分析功能，在层次分析法的使用上有不精确之处，危险性分析难免有些粗略之处。可以更多地对GIS进行二次开发，模拟建立区域性地质灾害危险性预警系统，为区域性地质灾害的空间预测、预报与防治等提供更多的帮助，从而更有利于各项工作的开展。
4)通过本文课件，利用GIS所做的宏观面上的工作，对铁路的选线规划、后期的铁路工程维护与保养(对潜在灾害点防治)都有尤为重要的作用，该方法具有很好的移植性，可供类似项目研究参考。
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