基于GIS的東莞市斜坡地質(zhì)災害易發(fā)性評價

劉岳霖, 張永鑫, 李 林

(1.廣東省地質(zhì)局 第九地質(zhì)大隊,廣東 東莞 523000; 2.博天環(huán)境集團股份有限公司,北京 100082; 3.江西省地質(zhì)工程(集團)公司,江西 南昌 330029)

近年來,東莞市局部地區(qū)地質(zhì)災害現(xiàn)象頻繁發(fā)生,地質(zhì)災害防治工作保持著高度警惕。截至2015年底,東莞市共有斜坡地質(zhì)災害隱患點349處(崩塌134處、滑坡44處、不穩(wěn)定斜坡171處),威脅人口1 236人,潛在經(jīng)濟損失8 526萬元,分布于東莞市24個鎮(zhèn)(街)。以做好東莞市地質(zhì)災害防治工作為目的,在專家指導的基礎上,確定了地質(zhì)災害發(fā)育的影響因素,進行易發(fā)性評價,對指導地質(zhì)災害防災減災工作具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

東莞市位于珠江口東岸的珠江三角洲城市群中,地理位置東經(jīng)113°31′～114°15′,北緯22°39′～23°09′,東西長70.45 km,南北寬46.80 km,全市陸域面積2 465 km2。

1.1 氣象

東莞市屬于亞熱帶季風氣候。多年平均日照總時數(shù)約為1 909 h,無霜期達320 d以上,年平均相對濕度為79%。全年氣候溫和,溫度變幅小,年平均溫差約14.4 ℃[1],多年平均氣溫21.2～22.2 ℃,絕對最高氣溫38.7 ℃(2004年7月2日),絕對最低氣溫-1.9 ℃(2008年2月11日);多年平均降雨量1 902.5 mm,年最大降雨量2 711.2 mm(2008年),年最小降雨量972.1 mm(1963年),日最大雨量為545.4 mm(1981年6月30日)。降雨多集中在4—10月份,約占全年降水量的87.6%。

1.2 水文

東莞市主要河流有東江、石馬河、寒溪水、企石河[2]，市境東北部有東江干流流入，沿北部邊境自東向西至橋頭鎮(zhèn)新開河河口；西南部有石馬河流入，流至企石鎮(zhèn)有企石河流入，流至石龍鎮(zhèn)分出東江南支流后，東江北干流續(xù)流至石灘鎮(zhèn)，與來自廣州市增城區(qū)的支流匯流，經(jīng)麻涌鎮(zhèn)大盛村注入獅子洋；東江南支流斜向西南流，于石碣鎮(zhèn)峽口村與來自市境中部的寒溪水匯流，經(jīng)沙田鎮(zhèn)泗盛村注入獅子洋。東江北干流與南支流之間為東江三角洲的河網(wǎng)區(qū)[3]。

1.3 地形地貌

東莞市地貌以丘陵臺地、沖積平原為主,地勢東南高、西北低[4]。東南部多山,山體起伏較大,海拔多在200～600 m,坡度30°左右[5];中南部低山丘陵成片,為丘陵臺地區(qū);東北部接近東江河濱,海拔30～80 m之間,坡度小,地勢起伏和緩;西北部地勢低平、水網(wǎng)縱橫,屬于三角洲平原區(qū);西南部地勢平坦而低陷,受潮汐影響較大,屬于江河沖積平原[6]。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

東莞市處于中國東南沿海大陸邊緣,區(qū)域上屬于高要—惠來東西向斷裂帶與北東向河源斷裂帶的交匯部位,構(gòu)造形跡較復雜,主體為北東向和北西向。其中,深大斷裂包括:河源深大斷裂帶和高要—惠來深斷裂帶;大斷裂包括:珠江口斷裂帶和紫金—博羅斷裂帶;區(qū)域斷裂包括:竹山斷裂帶、樟木頭斷裂帶、青塘斷裂帶和觀音山斷裂帶。

1.5 新構(gòu)造運動與地震

1.5.1 新構(gòu)造運動

(1) 地殼垂直運動:區(qū)域內(nèi)存在有四級階地,說明第四紀以來地殼經(jīng)歷了四次運動與相對穩(wěn)定階段。地殼下降現(xiàn)象主要表現(xiàn)為三角洲平原地層普遍存在腐木層、泥炭層及文化層等,說明三角洲在發(fā)育過程中經(jīng)歷了地殼下降階段。

(2) 活動性斷裂:區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)主要的活動性斷裂有河源深大斷裂、高要—惠來深大斷裂、珠江口大斷裂和紫金—博羅大斷裂,分布有溫熱泉,是斷裂至今活動的表現(xiàn)。

1.5.2 地震

東莞市位于東南沿海地帶,根據(jù)東莞市地震局資料可知,地震烈度以Ⅵ度為主,Ⅶ度僅分布在東莞西部地區(qū),主要位于以下地區(qū):

(1) 長安、虎門、厚街、沙田、道滘、洪梅、望牛墩、麻涌共8個鎮(zhèn)轄區(qū)范圍內(nèi)。

(2) 中堂鎮(zhèn)的下蘆村、馬瀝村、四鄉(xiāng)村;萬江區(qū)的大汾村、新村、新谷涌村、簡沙洲村、新和村、流涌村;南城區(qū)的白馬村、石鼓村、袁屋邊村。

1.6 工程地質(zhì)巖組

東莞市主要出露有震旦系、泥盆系、石炭系、侏羅系、第三系和第四系地層[7],綜合考慮地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)及巖石的強度,可將巖體劃分為5個工程地質(zhì)巖組,分別為厚層狀、層狀、軟—較軟的砂頁巖、粉砂巖、頁巖、泥巖、較松散的礫巖、砂礫巖巖組(Ⅰ類),層狀—塊狀較堅硬—硬火山巖巖組(Ⅱ類),層狀—塊狀較硬—堅硬石英巖、片麻石英巖組(Ⅲ類),塊狀堅硬花崗巖巖組(Ⅴ類),厚層狀中等巖溶化、堅硬碳酸巖類巖組(Ⅳ類)。

2 研究方法

國內(nèi)外文獻中對地質(zhì)災害易發(fā)性評價的評價方法描述很多,主要包括地形地貌分析法、綜合指數(shù)法、模糊綜合評價法、信息量法、邏輯回歸法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、灰色聚類法[8]等。地形地貌分析法主要是由地質(zhì)專家根據(jù)自己的工作經(jīng)驗對研究區(qū)作出直接判斷,往往帶有較強的主觀性,目前已較少運用。其余方法則應用較多,焦玉國(2016)[9]嚴格按照《縣(市)地質(zhì)災害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》技術要求,采用綜合指數(shù)法對泰安市地質(zhì)災害易發(fā)程度進行劃分,取得了較好的研究成果。施成艷等(2016)[10]在黃山市徽州區(qū)1∶5萬地質(zhì)災害詳細調(diào)查的基礎上,利用綜合指數(shù)法對該地區(qū)進行了地質(zhì)災害風險區(qū)劃。楊德宏等(2015)[11]在陜西省旬陽縣地質(zhì)災害詳細調(diào)查的基礎上,引入了層次分析法來確定因子權(quán)重,并利用綜合指數(shù)法進行易發(fā)性分區(qū),取得了可靠的研究成果。趙成等(2009)[12]在研究了甘肅省地質(zhì)災害成災環(huán)境的基礎上,應用模糊數(shù)學方法進行了易發(fā)區(qū)、防治區(qū)劃分,取得了良好的效果。武運泊等(2015)[13]運用了層次分析法來確定因子權(quán)重,以模糊數(shù)學理論為基礎,建立巖溶塌陷危險性評價兩級綜合評判模型,評價結(jié)果真實可靠。王寧濤等(2012)[14]運用地質(zhì)統(tǒng)計學理論,運用信息量模型對湖北省五峰縣進行地質(zhì)災害易發(fā)性定量評價,取得了良好的評價效果。許沖等(2013)[15]以汶川地震區(qū)為研究區(qū),基于邏輯回歸模型,繪制了汶川地震滑坡危險性索引圖,取得了良好的預測效果。田春山等(2016)[16]在研究廣東省地質(zhì)災害類型和發(fā)育特點的基礎上,建立了確定性系模型和邏輯回歸模型,較為客觀地評價了地質(zhì)災害易發(fā)性。劉藝梁等(2010)[17]以三峽壩區(qū)為研究區(qū),分別建立了邏輯回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,預測結(jié)果表明邏輯回歸模型的預測精度相對較高。曹祿來等(2014)[18]將T-S模糊系統(tǒng)理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡相結(jié)合,建立了云南東川泥石流模糊神經(jīng)網(wǎng)絡模型,獲得了客觀合理的評價結(jié)果。張麗等(2009)[19]采用灰色聚類法反映了吉林省磐石市地質(zhì)災害危險程度,經(jīng)與實際情況對比,分析結(jié)果可靠。

經(jīng)過對評價方法分析比較,結(jié)合收集資料及研究要求,本文綜合考慮采用層次分析法結(jié)合綜合指數(shù)法對東莞市斜坡地質(zhì)災害易發(fā)性進行評價。

3 評價分析

3.1 評價因子的選取

根據(jù)東莞市地質(zhì)災害防治工作經(jīng)驗及前人的研究成果,本次易發(fā)分區(qū)的評價因子包括工程地質(zhì)巖組,構(gòu)造發(fā)育程度,地形坡度,多年平均降雨量,植被覆蓋程度,人類工程活動程度,地質(zhì)災害點密度。

3.2 評價單元

對東莞市行政區(qū)劃圖按照1 km×1 km進行網(wǎng)格剖分,將全市剖分為2 675個單元網(wǎng)格。

3.3 評價因子權(quán)重確定

采用層次分析法確定各個評價因子權(quán)重。雖然在兩兩影響因子對比時帶有一定程度的主觀性,但所有關系的兩兩對比進行綜合判定權(quán)重,有效避免了個別因子判定不合理而導致的偏差過大的情況。評價因子權(quán)重判斷矩陣見表1。

表1 評價因子權(quán)重判斷矩陣表Table 1 Matrix table of weight judgment of evaluation factor

用層次分析輔助軟件YAAHP計算,求得λmax=7.083 4,CI=0.013 9,查表RI=1.36,CR=0.010 2<0.1,判斷矩陣通過一致性檢驗。運用公式(1)計算的各評價因子的權(quán)重系數(shù),見表2。

(1)

表2 各影響因子的權(quán)重表Table 2 Weight table of each influencing factor

3.4 綜合指數(shù)判別

根據(jù)以往研究成果和地質(zhì)災害防治工作實際,各評價單元按評價因子分級標準取值(見表3),取得所有評價因子的指數(shù)值,利用GIS軟件空間分析功能,進行指數(shù)疊加,對計算所得結(jié)果進行分析,綜合考慮給出易發(fā)程度等級劃分標準(見表4)。

3.5 易發(fā)分區(qū)

根據(jù)易發(fā)程度等級劃分標準,將東莞市劃分為高易發(fā)區(qū),中易發(fā)區(qū)及低易發(fā)區(qū)(見圖1)。

(1) 東莞市斜坡地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)總面積76.88 km2,占全市陸域面積的3.10%,主要分布在虎門新聯(lián)—長安錦廈、黃江長龍—黃江土塘、鳳崗天堂圍—塘廈橫塘、樟木頭樟洋—樟木頭圩鎮(zhèn)的丘陵臺地一帶,共存在地質(zhì)災害隱患點127處,災害點密度1.65處/km2,威脅人口573人,潛在經(jīng)濟損失3 318萬元。

表3 評價因子分級標準Table 3 Grading standards of evaluation factors

表4 易發(fā)程度分區(qū)表Table 4 Zoning table of susceptibility degree

(2) 東莞市斜坡地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)總面積458.07 km2,占全市陸域面積的18.60%,主要分布在大嶺山大塘—大嶺山蓮花山、大嶺山大嶺—茶山盧邊、謝崗五星—大朗屏山、東城柏洲邊—橋頭石水口、鳳崗雁田—樟木頭圩鎮(zhèn)的低丘陵臺地地帶,共存在地質(zhì)災害隱患點148處,災害點密度0.32處/km2,威脅人口383人,潛在經(jīng)濟損失3 834萬元。

(3) 東莞市斜坡地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)總面積1 930.05 km2,占全市陸域面積的78.30%,主要分布在東部—中部—北部地勢較平坦地帶,共存在地質(zhì)災害隱患點74處,災害點密度0.038處/km2,威脅人口280人,潛在經(jīng)濟損失1 374萬元。

4 結(jié)論

(1) 東莞市斜坡地質(zhì)災害類型主要有崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡3種,共有地質(zhì)災害隱患點349處,崩塌134處,滑坡44處,不穩(wěn)定斜坡171處,分布在24個鎮(zhèn)(街),地質(zhì)災害隱患點量多面廣、分布零散。

圖1 東莞市斜坡地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)圖Fig.1 Slope geological disasters susceptibility degree division map of Dongguan City

(2) 東莞市斜坡地質(zhì)災害易發(fā)性主要受地質(zhì)災害點密度、工程地質(zhì)巖組、人類工程活動、多年平均降雨量、地形坡度、構(gòu)造發(fā)育、植被覆蓋等因素的影響,利用層次分析法確定了各影響因子的權(quán)重。

(3) 采用綜合指數(shù)法進行運算,劃分了高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)。其中,地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)總面積76.88 km2,占全市陸域面積的3.10%,地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)總面積458.07 km2,占全市陸域面積的18.60%,地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)總面積1 930.05 km2,占全市陸域面積的78.30%。從劃分結(jié)果來看,高、中易發(fā)區(qū)占總面積比例為21.70%;總體來說,東莞市斜坡地質(zhì)災害易發(fā)程度較低。

(4) 與歷史災害點的分布對比,地質(zhì)災害易發(fā)評價結(jié)果符合地質(zhì)災害防治實際情況,研究成果具有一定的指導意義,為管理部門決策提供了參考依據(jù)。