陳福春，劉 洪

（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南 京 2 10018）

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)是指具備地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件和氣候條件，容易或可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的劃分方法有綜合危險性指數(shù)法［1-2］、信息量模型［3］、襲擾系數(shù)法［4-5］等，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）的發(fā)展，其強(qiáng)大空間信息管理和分析功能為地質(zhì)災(zāi)害信息的規(guī)劃化管理提供了有力的工具，也為地質(zhì)災(zāi)害在不同模型條件下的風(fēng)險評估提供了有效的技術(shù)支持［6-7］。

基于GIS進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)評價，是將影響單個災(zāi)種（滑坡和崩塌、巖溶地面塌陷、采空地面塌陷）地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的因素用一張專題圖層表示，然后進(jìn)行基于柵格的空間疊加分析，每一個圖層對應(yīng)的柵格之間作相應(yīng)的四則運(yùn)算或者是函數(shù)運(yùn)算，得到一張新的柵格專題圖層——地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合指數(shù)圖層，根據(jù)確定的綜合指數(shù)分界值，劃分出易發(fā)程度分區(qū)圖。本文以MAPGIS作平臺，利用其空間分析功能，對宜興市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)進(jìn)行了劃分和評價。

1 評價過程

1.1 網(wǎng)格剖分

運(yùn)用柵格數(shù)據(jù)處理方法對宜興市1∶10萬行政區(qū)劃圖進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格剖分，為了提高評價結(jié)果的精度，單元面積選取0.5km×0.5km，共劃分8233個單元。

1.2 數(shù)學(xué)模型

利用MAPGIS空間分析功能，采用人機(jī)對話方式，對8233個評價單元按照判別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分別提取滑坡和崩塌、巖溶地面塌陷、采空地面塌陷易發(fā)程度的因子信息，再進(jìn)行疊加分析（圖1），數(shù)學(xué)模型如下：

G= ∪ Gi=G1∪ G2∪ … ∪ Gn（n=1，2，3）

圖1 空間迭加分析模型Fig.1 Spatial superposition analysis model

1.3 單災(zāi)種專題層的生成

采用評判因子加權(quán)指數(shù)模型，分別生成滑坡和崩塌、巖溶地面塌陷、采空地面塌陷易發(fā)程度指數(shù)的剖分圖層。

1.3.1 滑坡、崩塌

宜興市低山丘陵的面積較大，尤其是南部的低山丘陵山區(qū)，基巖廣泛裸露，崇山峻嶺與沖溝、谷地相依展布，地形起伏，沖溝發(fā)育，多呈“V”形谷，平面上呈直線形，發(fā)育長度1～5km，沖溝較陡，一般在30°～45°，切割深度一般 100～350m，最深達(dá)400m左右。太華鎮(zhèn)、丁蜀鎮(zhèn)等的很多村莊沿沖溝兩側(cè)依山而建，建房和修路切削山坡現(xiàn)象非常普遍，而低山區(qū)的露天采礦也形成了大量的不穩(wěn)定斜坡，存在滑坡和崩塌的隱患。根據(jù)以往調(diào)查資料，宜興市已發(fā)生的滑坡、崩塌11處，存在滑坡、崩塌隱患191處，主要分布在南部丁蜀鎮(zhèn)、湖滏鎮(zhèn)、太華鎮(zhèn)、張渚鎮(zhèn)等的低山丘陵區(qū)。另外，部分露天采礦產(chǎn)生的廢石（土）沿塘口周圍山坡堆放，沒有防護(hù)措施，由于結(jié)構(gòu)松散，坡度陡、高度大，在暴雨、重力和振動作用下，有產(chǎn)生滑坡的可能。

表1 滑坡、崩塌、地面塌陷評判因子權(quán)重一覽表Table 1 The weigh t of judgment factor

根據(jù)對區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌災(zāi)害發(fā)育分布特征的認(rèn)識，按照地形坡度、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度、地層產(chǎn)狀、以及滑坡、崩塌發(fā)育特征和人類工程活動將滑坡、崩塌易發(fā)程度劃分為四個級別（表2、圖2）。

表2 滑坡、崩塌災(zāi)害易發(fā)程度判別指標(biāo)一覽表Table 2 The land-slide and collapse easy-happening degree judgment index

1.3.2 巖溶地面塌陷

宜興市為第四系覆蓋的隱伏巖溶塊段分布區(qū)面積較大，主要分布在南部的張渚盆地、湖滏盆地、中部新街街道的陸平、高塍鎮(zhèn)的靜堂村、北部芳橋鎮(zhèn)的陽山、楊巷鎮(zhèn)的安樂山、金峰山一帶，巖性為粉晶、微晶石灰?guī)r和白云巖，上覆第四系松散層的厚度7～70m，丁蜀—湖滏盆地的部分地區(qū)上覆第四系松散層的厚度小于10m，存在嚴(yán)重的地面塌陷隱患。

根據(jù)以前調(diào)查資料，宜興市發(fā)生的巖溶地面塌陷分布在丁蜀鎮(zhèn)查林村，最早發(fā)生于20世紀(jì)90年代初，截至2003年，該處已發(fā)生地面塌陷坑12處，塌陷坑平面形態(tài)多為圓形，直徑3～9m，深度2～6m，規(guī)模均為小型，地面塌陷造成周圍房屋開裂、電力設(shè)施基礎(chǔ)變形、公路路基變形，造成湖光路交通中斷、地下設(shè)施的線纜斷裂、自來水管道破裂，危害嚴(yán)重，損失巨大。

巖溶地面塌陷的發(fā)生是地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育的覆蓋型碳酸鹽巖地層、上覆第四系松散層厚度、巖性、地下水開采等綜合因素的結(jié)果。根據(jù)巖溶發(fā)育程度、上覆第四系松散層厚度、地下水動力條件及巖溶塌陷發(fā)展趨勢劃分為三個級別（表3、圖3）。

1.3.3 采空地面塌陷

采空地面塌陷是指地下礦層大面積被采空后，改變了原生地質(zhì)環(huán)境和圍巖應(yīng)力，礦層上部的巖層失去支撐，平衡條件被破壞，產(chǎn)生頂板彎曲、變形、陷落，如影響到地表，則造成地面塌陷。

宜興市地下開采的礦山主要有煤礦、陶土礦，雖已全部關(guān)閉，但經(jīng)過長期的地下開采，形成了面積較大的采空區(qū)，由于采礦規(guī)模、礦床埋深及所處地理位置的不同，其采空區(qū)的危害程度、危險性也不同，存在著嚴(yán)重的地面塌陷隱患。根據(jù)調(diào)查資料，宜興市已發(fā)生采空地面塌陷6處，主要分布在丁蜀鎮(zhèn)、湖滏鎮(zhèn)的陶土礦、煤礦采空區(qū)范圍內(nèi)。目前，尚有3處采空塌陷處于不穩(wěn)定狀態(tài)，塌陷區(qū)范圍呈擴(kuò)大趨勢，對采空區(qū)上方的道路、建筑物和田地構(gòu)成潛在危害。

圖2 滑坡、崩塌災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)剖分圖層Fig.2 Division coverage of land slide and collapse easy-happening degree index

圖3 巖溶地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)剖分圖層Fig.3 Division coverage of karst ground collapse easy-happening degree index

表3 巖溶地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度判別指標(biāo)一覽表Table 3 The karst ground collapse easy-happening degree judgment index

采空地面塌陷主要是由于地下開采礦產(chǎn)資源造成的，只要存在采空區(qū)的地帶都有可能發(fā)生塌陷，只是由于開采方法、采空區(qū)大小和地質(zhì)條件的不同，其易發(fā)程度不同。因此，凡是已經(jīng)形成地下采空區(qū)并且未采取回填處理的地帶均劃為地面塌陷易發(fā)區(qū)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)采空區(qū)頂板埋深、頂板巖性、構(gòu)造發(fā)育以及采空塌陷的發(fā)育情況劃分為四個級別，由于宜興市地下礦山均采用無底柱崩落法開采，在易發(fā)區(qū)級別的劃分中不考慮開采方法（表4、圖4）。

表4 采空地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度判別指標(biāo)一覽表Table 4 The mining ground collapse easy-happening degree judgment index

1.4 綜合指數(shù)

利用MapGIS的空間分析模塊，按照單災(zāi)種權(quán)重，對單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖層進(jìn)行代數(shù)疊加分析，得到易發(fā)程度綜合指數(shù)剖分圖，每一單元網(wǎng)格的綜合指數(shù)在0.90～2.90，根據(jù)綜合指數(shù)頻數(shù)分布，確定1.00、1.60和2.00作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合指數(shù)分區(qū)閥值，由此得到地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合指數(shù)分區(qū)圖（圖5），然后根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境背景條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布現(xiàn)狀進(jìn)行校正，得到宜興市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)圖（圖6）。

圖4 采空地面塌陷災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)剖分圖層Fig.4 Division coverage of mining collapse

圖5 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合指數(shù)分區(qū)圖Fig.5 Division coverage of geological hazards easy-happening degree comprehensive index

2 易發(fā)區(qū)評價

由宜興市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)圖可以看出，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)主要分布在南部的低山丘陵、崗地地區(qū)，廣大的平原區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)，總面積1454.68 km2，區(qū)劃結(jié)果準(zhǔn)確地反映了宜興市地質(zhì)災(zāi)害分布、發(fā)育現(xiàn)狀和危害程度。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)

分布在南部太華鎮(zhèn)和湖滏鎮(zhèn)邵家段的低山丘陵區(qū)及煤礦、陶土礦的地下采空區(qū)，總面積44.71km2，占全區(qū)面積2.19％，特點(diǎn)是村莊沿山邊溝谷分布，村民建房、修路切削山坡非常普遍，形成了大量的不穩(wěn)定斜坡，斜坡巖性為層狀砂巖、石英砂巖，夾薄層的粉砂巖、泥巖，斜坡坡度陡（部分斜坡甚至為順向坡），距離村民房屋很近，一旦發(fā)生滑坡和崩塌，危害十分嚴(yán)重，而地下開采煤礦、陶土礦形成了面積較大地下采空區(qū)，且未采取充填等處理措施，存在地面塌陷的隱患。

圖6 宜興市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)圖Fig.6 The easy-happening degree zoning of geological hazards in Yixing city

2.2 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)

分布在張渚鎮(zhèn)、丁蜀鎮(zhèn)、湖滏鎮(zhèn)、西渚鎮(zhèn)的低山丘陵區(qū)，總面積99.94km2，占全區(qū)面積4.90％，特點(diǎn)是露天采礦活動強(qiáng)烈，形成了大量的不穩(wěn)定斜坡，受爆破振動，斜坡面巖石破碎、松散，容易發(fā)生滑坡、崩塌，威脅采石工人和機(jī)械設(shè)備的安全，危害較為嚴(yán)重。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)

分布在除高、中易發(fā)區(qū)外的其他低山丘陵和崗地區(qū)，面積439.37km2，占全區(qū)面積21.55％，人類影響地質(zhì)環(huán)境的工程活動較弱，形成的不穩(wěn)定斜坡規(guī)模小，露采礦山已停采廢棄，形成的不穩(wěn)定斜坡經(jīng)過自然滑塌和人工復(fù)綠，已基本穩(wěn)定，危害較??；張渚盆地、湖滏盆地、新街街道的陸平、高塍鎮(zhèn)的靜堂村、芳橋鎮(zhèn)的陽山、楊巷鎮(zhèn)的安樂山、金峰山等地隱伏巖溶發(fā)育，上覆第四系松散層厚度小于70m，如強(qiáng)烈開采巖溶地下水，可能引發(fā)巖溶地面塌陷。

3 結(jié)論

本文根據(jù)宜興市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀和人類工程經(jīng)濟(jì)活動的強(qiáng)度，采用GIS空間分析功能對宜興市進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分，將宜興市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分為高、中、低和不易發(fā)四個等級。劃分的結(jié)果比較符合宜興市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育實(shí)際情況，為規(guī)劃和宏觀指導(dǎo)全市的地質(zhì)災(zāi)害防治工作，促進(jìn)國土資源的可持續(xù)發(fā)展，提供了科學(xué)依據(jù)。

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