劉德成，靳小平，周自梁

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100050)

灰色關(guān)聯(lián)度分析法在北京通州區(qū)地裂縫災害危險性評價中的應用

劉德成，靳小平，周自梁

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100050)

地裂縫是地質(zhì)災害中的地面變形災害之一，是直接或間接地惡化環(huán)境、降低環(huán)境質(zhì)量、危害人類和生物圈發(fā)展的地質(zhì)事件。本文介紹了利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對地裂縫災害危險性進行評價，并系統(tǒng)闡述了灰色關(guān)聯(lián)度分析法的評價方法與模型，旨在為城市規(guī)劃和防災減災提供科學依據(jù)。文中以北京市通州區(qū)為例，對北京市通州區(qū)地裂縫現(xiàn)狀進行了說明并對其進行了成因分析，選取了災害發(fā)育強度、地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件三項因子共六個評價指標，然后對評價指標進行權(quán)重計算評定地裂縫的危險性等級，并繪制區(qū)劃圖。根據(jù)區(qū)劃的結(jié)果，劃分地裂縫中度易發(fā)區(qū)、輕度易發(fā)區(qū)、微度易發(fā)區(qū)以及非易發(fā)區(qū)。

地裂縫;危險性;灰色關(guān)聯(lián)度分析法;北京市通州區(qū)

0 引言

地裂縫災害是地質(zhì)災害中的地面變形災害之一，是直接或間接地惡化環(huán)境、降低環(huán)境質(zhì)量、危害人類和生物圈發(fā)展的地質(zhì)事件。1976年唐山發(fā)生7.8級大地震，直接或間接地導致了北京的許多地區(qū)，都出現(xiàn)了地裂縫，在這次地震中，通州區(qū)的地裂縫情況是比較嚴重的。本文采用了灰色關(guān)聯(lián)度分析法對通州區(qū)地裂縫災害危險性進行評價，旨在為城市規(guī)劃和防災減災提供科學依據(jù)。

通州區(qū)位于北京市東南部，京杭大運河北端。西鄰朝陽區(qū)、大興區(qū)，北與順義區(qū)接壤，東隔潮白河與河北省三河市、大廠回族自治縣、香河縣相連，南和天津市武清縣、河北省廊坊市交界。緊鄰北京中央商務區(qū)(CBD)，素有“一京二衛(wèi)三通州”之稱。

通州區(qū)位于華北大平原，出露地層均為第四系，由粘性土和砂層組成，粘性土是相對隔水層，砂層為含水層。砂層較多，含水砂層間的粘性土較薄且延展不甚穩(wěn)定。其下伏的基巖地層主要有中遠古代長城系(Ch)、薊縣系(Jx)、晚遠古代青白口系(Qn)、古元代寒武系(∈)、奧陶系(O)和石炭－二疊系(C－P)。通州區(qū)主要斷裂有:南苑—通縣斷裂、禮賢斷裂、夏墊斷裂。

1 北京通州區(qū)地裂縫現(xiàn)狀及成因分析

1.1 地裂縫現(xiàn)狀及危害

通州區(qū)地裂縫最早出現(xiàn)在邢臺地震后，于1967年冬在通縣農(nóng)業(yè)印刷廠發(fā)現(xiàn)。唐山地震前，1975年2 ～10月通州區(qū)次渠鎮(zhèn)麥莊、西集鎮(zhèn)上坡村分別出現(xiàn)地裂縫。1976年唐山地震后，通州區(qū)郎府－西集地區(qū)曾出現(xiàn)過大量的地裂縫。其中有兩條主要的地裂縫:第一條是合和站—上坡地裂縫，呈NE向展布，長約400～500m，1975年海城地震后發(fā)現(xiàn)，1976年唐山地震中重復出現(xiàn);第二條是張各莊地裂縫，位于夏墊斷裂帶附近，出現(xiàn)多組地裂縫。

1.2 地裂縫成因分析

地裂縫是在內(nèi)外力作用下巖石和土層發(fā)生變形，當力的作用與積累超過巖土層內(nèi)部的結(jié)合力時，巖土層發(fā)生破裂，其連續(xù)性遭到破壞，形成裂隙［1］。在地下因遭受周圍巖土層的限制和上部巖土層的重壓作用，其閉合比較緊密，而地表由于其圍壓作用力減小，又具一定的自由空間，裂隙一般較寬，表現(xiàn)為裂縫即地裂縫。

通州區(qū)的地裂縫屬于受地貌形態(tài)控制的地裂縫，主要分布在河流的兩岸，均為順河堤方向發(fā)育。在地裂縫集中出現(xiàn)的西集－郎府地區(qū)，地處潮白河中下游平原河流改道頻繁的泛濫區(qū)，古河道極為發(fā)育，這些地區(qū)地勢低洼，沉積物新，結(jié)構(gòu)疏松，同時這個地區(qū)也是唐山地震后砂土液化嚴重的地區(qū)。通州區(qū)的地裂縫并沒有出現(xiàn)與斷裂走向相一致的規(guī)律性，同時結(jié)合通州區(qū)的構(gòu)造斷裂分布、活動性、第四紀覆蓋層工程地質(zhì)特征和水文地質(zhì)條件綜合分析認為，該區(qū)地裂縫是由于砂土液化噴砂冒水造成地面塌陷引發(fā)的地裂縫，屬于非構(gòu)造性地裂縫［2］。

2 評價方法與模型

地裂縫危險性包括多方面因子，各因子在地裂縫中的作用既有確定性，又有模糊性［3］;因子間既存在包容性，又有獨立性。因此，評價方法采用模糊綜合評價法［4］。該方法具有正確處理各評價指標間的相互聯(lián)系、相互制約、整體協(xié)調(diào)和動態(tài)發(fā)展的特點。

2.1 指標體系構(gòu)成

地裂縫危險性評價指標依據(jù)危險性含義選取，其構(gòu)成指標包括三方面因素:災害發(fā)育強度、地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件。地裂縫是由諸多因子組合作用的結(jié)果。為了使問題簡化，同時考慮因子量化及取得的可行性，對指標因子采用合并和舍去的辦法，最終確定六項評價指標，危險性評價指標構(gòu)成見圖1。

圖1 地裂縫危險性評價指標構(gòu)成Fig.1 Land crack critical evaluation quota system

2.2 指標因子量化及取值標準指標因子量化及取值標準見表1。

表1 地裂縫危險性評價指標及量化取值標準Table 1 The quantization and sampling standards of the impact factors of Land crack

2.3危險性指數(shù)計算方法

危險性區(qū)劃指數(shù)的確定方法步驟如下:

(1)單元網(wǎng)格剖分，采用1km×1km的網(wǎng)格剖分1∶50000通州區(qū)地理、地質(zhì)及地質(zhì)災害簡圖，共剖分網(wǎng)格900個(網(wǎng)格完整度小于0.5的不計)。每個單元網(wǎng)格即為最小的危險性評價單位。

(2)讀取每個單元格中6個影響因子的量化值(M)，量化標準見表1。

(3)采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法確定影響因子的權(quán)重(n)。

Ⅰ.隨機抽取45個單元網(wǎng)格作為計算樣本。

Ⅱ.建立參考數(shù)列和比較數(shù)列。分別讀取6個影響因子的量化數(shù)值。45個樣本單元格的1976年地震地裂程度因子量化值構(gòu)成參考數(shù)列，記x0(k)= ［x0(1)、x0(2)、x0(3)、……x0(43)、x0(44)、x0(45)］，其余的場地液化條件判別成果、地層巖性、地貌、河道發(fā)育情況、淺層地下水水位等因子的量化值構(gòu)成比較數(shù)列，分別記作xi(k)={x1=［x1(1)、x1(2)、x1(3)、……x1(43)、x1(44)、x1(45)］、x2=［x2(1)、x2(2)、x2(3)、……x2(43)、x2(44)、x2(45)］、……x5=［x5(1)、x5(2)、x5(3)、……x5(43)、x5(44)、x5(45)］}。

Ⅲ.計算關(guān)聯(lián)度系數(shù)ξi(k)，計算公式如下:

Ⅳ.關(guān)聯(lián)度計算及權(quán)重確定，關(guān)聯(lián)度計算公式如下:

(4)計算地裂縫危險性指數(shù)(Z)，計算公式如下:

式中:Z——地裂縫危險性指數(shù);

i——地質(zhì)災害的某類影響因子;

Mi——某類影響因子的量化分值;

ni——某類影響因子的權(quán)重。

3 危險性評價

3.1 危險性指數(shù)計算結(jié)果

對地裂縫災害危險性評價指標進行權(quán)重計算，各指標計算結(jié)果見表2。

表2 關(guān)聯(lián)度及權(quán)重結(jié)果表Table 2 Degree of association and weighing results table

3.2 危險性區(qū)劃

將地裂縫的危險性指數(shù)按照由高到低的順序排列，成為一條曲線，根據(jù)曲線的分布規(guī)律來評定地裂縫的危險性等級，標準見表3，危險性區(qū)劃圖見圖2。

表3 地裂縫危險性區(qū)劃標準Table 3 Ground fissures risk zoning standards

4 結(jié)論

根據(jù)區(qū)劃的結(jié)果，地裂縫中度易發(fā)區(qū)(B)主要分布在侯各莊－軍莊、后榆林莊、梁各莊和燒酒巷一帶，分布面積116.62km2，輕度易發(fā)區(qū)(C)分布面積較廣，主要分布寨辛莊－西潞苑、賈后疃－軍屯、后甫－梁家務、六郎莊、柏福、渠頭和小甸屯一帶。分布面積2 51.14km2，微度易發(fā)區(qū)(D)分布面積最廣，主要分布在尹各莊、高各莊－辛安屯、通惠河兩側(cè)、馬營－興隆莊一帶，分布面積442.39km2，非易發(fā)區(qū)(E)主要分布在吳各莊、徐辛莊、永順鎮(zhèn)、北苑－梨園鎮(zhèn)、朱家堡、西下營－安定營一帶，分布面積102.19km2。

圖2 地裂縫危險性區(qū)劃圖Fig.2 Ground fissure risk zoning

［1］南京大學水文地質(zhì)工程地質(zhì)教研室.工程地質(zhì)學［M］.北京:地質(zhì)出版社，1982:62.

［2］中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部.中國地質(zhì)災害與防治［M］.北京:地質(zhì)出版社，1991:13.

［3］付雁鵬，高嘉瑞.模糊數(shù)學在水質(zhì)評價中的應用［M］.武漢:華中工學院出版社，1986:46.

［4］羅元華，張梁，張業(yè)成.地質(zhì)災害風險評估方法［M］.北京:地質(zhì)出版社，1998:79.

Abstract:Ground fissures are one of the ground deformation disasters in geological hazards，and they are the geological events which deterate enviroment，reduce the quality of the enviroment，harm the development of human beings and the biosphere derectly or inderectly.This paper introduced the method of grey degree of association evaluation to evaluate the risk of ground fissures，and explained the evaluation methods and models with this method systematieally in order to provide scientific basis for urban planning and disaster prevention and mitigation.Taking Tongzhou，one district of beijing for the exemple，we illustrated the status of ground fissures in Tongzhou District，and used the genetic analysis，selected six evaluation indicators from three factors，in which are about disaster and development strength，geological conditions and hydrogeological conditions，and then calculatedd the weights of evaluation indicators to assess the risk level of the ground fissures，and mapped the zoning map.As the results，it was devided into moderate－prone areas，mild－prone areas，little－prone areas and non－prone areas.

Key words:ground fissures;dangerous;grey degree of association evaluation method;Tongzhou District，Beijing City

Application of grey degree of association evaluation method in ground fissures in Tongzhou District of Beijing

LIU De－cheng，JIN Xiao－ping，ZHOU Zi－liang
(Bejing Geology and Mineral Resources Prospecting and Developing Company，Beijing100050，China)

1003－8035(2010)03－0073－04

P642.2

A

2010－03－11;

2010－05－07

劉德成(1978—)，男，學士，環(huán)境工程專業(yè)，主要從事地質(zhì)災害調(diào)查、評價、設(shè)計、治理、施工等工作。

E－mail:79－78@163.com