平原區(qū)多災種地質(zhì)災害危險性分區(qū)評價

平原區(qū)多災種地質(zhì)災害危險性分區(qū)評價

1陸性氣候區(qū)基巖地層通州位于北京市東南部，大運河北端。區(qū)域地理坐標北緯39°36′～40°02′,東經(jīng)116°32′～116°56。氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?、半干旱大陸性季風氣候區(qū),多年平均氣溫11.4℃,多年平均降雨量610.0mm。其地屬平原區(qū),地表均被第四系地層覆蓋。其下伏的基巖地層主要有中遠古代長城系(Ch)、薊縣系(Jx)、晚元古代青白口系(Qn)、古元代寒武系(∈)、奧陶系(O)和石炭-二疊系(C-P)。通州區(qū)主要的斷裂有:南苑—通縣斷裂、禮賢斷裂、夏墊斷裂。針對通州區(qū)地理位置及地質(zhì)環(huán)境特點,確定通州區(qū)主要的地質(zhì)災害類型有四種,即:地面沉降、砂土液化、斷裂構(gòu)造及地裂縫。2不同類型泥石流的危險性分區(qū)評價由于地質(zhì)災害發(fā)育特征、形成機制及危害特征差異很大,針對不同類型的地質(zhì)災害選取不同模型、方法進行單災種的危險性分區(qū)評價,在此基礎上進行多災種地質(zhì)災害危險性綜合分區(qū)評價(圖1)。3環(huán)境地質(zhì)背景地質(zhì)災害危險性分區(qū)評價指標體系包括歷史地質(zhì)災害發(fā)育程度指標和環(huán)境地質(zhì)條件(形成地質(zhì)災害的環(huán)境地質(zhì)背景)指標。各影響指標在不同類型地質(zhì)災害中的主次地位和具體要素不盡相同。根據(jù)通州區(qū)歷史地質(zhì)災害發(fā)育程度和環(huán)境地質(zhì)條件特點,確定通州區(qū)地質(zhì)災害各災種危險性分區(qū)評價指標及取值(定性)標準。3.1抗災害因素作用砂土液化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3方面因素:災害發(fā)育強度、地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件。砂土液化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6項評價指標,評價指標及量化取值見表1。3.2評價評價指標和量化價值標準地面沉降危險性評價構(gòu)成指標包括2個:地面累計沉降量和沉降速率。量化取值見表2。3.3地裂縫成因:地裂縫+火炬地裂縫危險性評價構(gòu)成指標包括3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6項評價指標,評價指標及量化取值見表3。3.4抗震斷裂錯動根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)第4.1.7規(guī)定,存在如下條件之一時,可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響:(1)抗震設防烈度小于8度;(2)非全新世活動斷裂;(3)抗震設防烈度為8、9度時,前第四紀基巖隱伏斷裂的土層覆蓋層厚度分別大于60m和90m。對于不符合以上規(guī)定的情形,在抗震設防烈度為8、9度時,應避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小于表4中的規(guī)定。4單災品種災害風險分類的評價4.1砂漿巖的危險分類4.1.1關聯(lián)度及權(quán)重的確定危險性分區(qū)評價方法采用模糊綜合評價法,計算方法如下:(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。1976年地震液化程度因子量化值構(gòu)成參考數(shù)列:x0(k)=[x0(1)、x0(2)、x0(3)、……x0(43)、x0(44)、x0(45)];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: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.計算關聯(lián)度系數(shù)ξi(k),計算公式如下:ξi(k)=minimink|x0(k)?xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)?xi(k)||x0(k)?xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)?xi(k)|ξi(k)=minimink|x0(k)-xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)-xi(k)||x0(k)-xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)-xi(k)|Ⅳ.關聯(lián)度計算及權(quán)重確定,關聯(lián)度計算公式如下:ri=145∑i=145ξi(k)ri=145∑i=145ξi(k)權(quán)重計算公式如下:ni=ri∑i=05rini=ri∑i=05ri根據(jù)公式,計算出各影響因子的權(quán)重,見表5。(4)計算砂土液化危險性指數(shù)(Z),計算公式如下:Z=∑i=05Mi?niΖ=∑i=05Μi?ni式中:Ζ——砂土液化危險性指數(shù);i——地質(zhì)災害的某類影響因子;Μi——某類影響因子的量化分值;ni——某類影響因子的權(quán)重。4.1.2抗側(cè)力等級結(jié)果將砂土液化的危險性指數(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)律來評定砂土液化的危險性等級,標準見表6。經(jīng)評價,通州區(qū)砂土液化地質(zhì)災害危險性區(qū)劃分為5個等級,其中高度易發(fā)區(qū)占總面積的14.9%;中度易發(fā)區(qū)占總面積的15.4%;輕度易發(fā)區(qū)占總面積的50.3%;微度易發(fā)區(qū)占總面積的17.0%;非易發(fā)區(qū)占總面積的2.4%。危險性區(qū)劃等級與1976年唐山地震時通州區(qū)砂土液化強度呈正相關,區(qū)劃模型、區(qū)劃方法基本合理正確。危險性區(qū)劃圖見圖2。4.2評估土壤沉降的風險分類4.2.1沉降危險性指數(shù)法(1)單元網(wǎng)格剖分,與前一致。(2)分別讀取每個單元網(wǎng)格中地面累計沉降量(Q)和沉降速率(S)的量化數(shù)值,讀取標準見表2。(3)根據(jù)地面累計沉降量和沉降速率計算地面沉降危險性指數(shù),計算公式如下:Z=(Zq+Zs)/2Ζ=(Ζq+Ζs)/2式中:Ζ——地面沉降危險性指數(shù);Ζq——累計地面沉降量因子的量化分值;Ζs——沉降速率因子的量化分值。4.2.2地面沉降的危險性等級將地面沉降的危險性指數(shù)按照由高到低的順序排列,成為一條曲線,根據(jù)曲線分布規(guī)律來評定,地面沉降的危險性等級標準,見表7。經(jīng)評價,通州區(qū)地面沉降地質(zhì)災害危險性區(qū)劃分為3個等級,其中中度易發(fā)區(qū)占總面積的3.7%、輕度易發(fā)區(qū)占總面積的90.1%、微度易發(fā)區(qū)占總面積的6.2%。危險性區(qū)劃圖見圖3。4.3風險面積的評估4.3.1砂土墻體的結(jié)構(gòu)危險性分區(qū)評價方法采用模糊綜合評價法,其計算方法和砂土液化的計算方法一致,量化標準見表3。根據(jù)公式,計算出各影響因子的權(quán)重,見表8。4.3.2地面地震危險性區(qū)劃評價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)律來評定砂土液化的危險性等級,標準見表9。經(jīng)評價,通州區(qū)地裂縫地質(zhì)災害危險性區(qū)劃分為4個等級,其中中度易發(fā)區(qū)占總面積的12.8%;輕度易發(fā)區(qū)占總面積的27.5%;微度易發(fā)區(qū)占總面積的48.5%;非易發(fā)區(qū)占總面積的11.2%。危險性區(qū)劃等級與1976年唐山地震時通州區(qū)地裂縫強度呈正相關,區(qū)劃模型、區(qū)劃方法基本合理正確。危險性區(qū)劃圖見圖4。4.4錯誤結(jié)構(gòu)的風險分類根據(jù)前面的定性指標,對斷裂構(gòu)造危險性進行區(qū)劃,即:整個通州區(qū)為地質(zhì)災害非易發(fā)區(qū)。5綜合風險分類的多災種分類5.1計算數(shù)的計算多災種綜合危險性分區(qū)評價是在單災種區(qū)劃的基礎上進行的,多災種地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)的計算采用“取最大值法”。單災種危險性指數(shù)賦值取值標準見表10,多災種綜合危險性指數(shù)計算公式如下:Zz=Maxi=14ZiΖz=Μaxi=14Ζi式中:Zz——多災種綜合危險性指數(shù);Zi——單災種危險性指數(shù)(表10);i——地質(zhì)災害的某類災種。5.2種自然災害綜合危險性區(qū)劃標準根據(jù)計算出的多災種地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù),共劃分出5個等級。多災種地質(zhì)災害綜合危險性區(qū)劃標準見表11。經(jīng)評價,通州區(qū)高度易發(fā)區(qū)占總面積的15.4%;中度易發(fā)區(qū)占總面積的19.5%;輕度易發(fā)區(qū)占總面積的62.5%;微度易發(fā)區(qū)占總面積的2.6%。危險性區(qū)劃圖見圖5。6建立評價體系通州區(qū)最主要的地質(zhì)災害類型為砂土液化和地面沉降,其次為地裂縫。采用灰色關聯(lián)度法計算出砂土液化和地裂縫危險性指數(shù),對砂土液化、地面沉降、地裂縫和斷裂構(gòu)造的危險性進行了評價,并依據(jù)相關標準進行了危險性區(qū)劃。本次工作以地質(zhì)學和地質(zhì)災害評估理論為指導,建立了一套針對平原區(qū)的地質(zhì)災害調(diào)查與區(qū)劃的評價體系,利用所建立的評價體系,對通州區(qū)分別進行了單災種地質(zhì)災害危險性區(qū)劃和