基于GIS的建设项目地质灾害危险性评估

谈树成，金艳珠，虎雄岗，蒋顺德，冯 龙

(云南大学 地质研究所，云南昆明 650091)

0 引言

近年来，大量的自然资源被大规模的开发利用，随之而来的便是生态环境的不断恶化，自然灾害的频繁发生。其中，由人类工程活动引发的地质灾害问题最为突出，常常造成重大的损失。据不完全统计，2011年1～5月，全国共发生地质灾害442起，其中滑坡158起、崩塌147起、泥石流20起、塌陷97起、其他地质灾害10起，共有51人死亡失踪，造成直接经济损失达5.17×108元［1］。与2009年同期相比，造成的人员伤亡和社会经济损失都呈放大趋势。因此，为防灾减灾，针对一般建设项目作地质灾害危险性评估势在必行。

建设项目地质灾害危险性评估涉及到多来源多比例尺的海量的数据融合问题，是一个复杂的多源地学信息综合处理过程，传统的方法和技术手段已不能完全应付目前日益严重的地质灾害问题，需要采取更加先进的技术。而GIS作为处理地球表面空间数据之强大有力且快速有效的工具，其发展为地质灾害评估打开了新的思路与方法。近年来，国内外有关学者运用GIS技术在地质灾害方面的研究成果较多［2-7］。这些已有的研究成果，均为本研究提供很好的理论基础和方法借鉴。云南省作为全国地质灾害发生频率较高的省份之一，每年因地质灾害造成的经济损失巨大。鉴于此，本次研究以云南省某县的垃圾综合处理场建设项目为例，尝试将GIS技术引入到建设项目地质灾害危险性评估工作中，以期为地质灾害的防治提供技术支撑。

1 研究区地质环境概况

由于影响地质灾害的基本因素错综复杂且没有界限值，具有一定的不确定性、模糊性，但各影响因素之间又具有明显的空间相关性，均来自自然界的四大圈层。本研究主要从地形地貌、地层岩性、地质构造、工程地质条件、水文地质条件和人类工程活动等影响因素分析研究区的地质环境条件。

1.1 地形地貌

评估区处一北东高南西低整体向西倾斜的陡坡地形，属中低山丘陵地貌单元。地形起伏较大，坡度约18°～25°，较陡地段为 25°～35°。高程在 431 ～541m，最大高差110m(工程建设区内最大相对高差约42m)。场地现状用地为耕地和林地，主要种植小麦、蔬菜等，西南角分布一些竹林，植被覆盖良好，总体较发育。评估区地形地貌复杂。

1.2 地层岩性

据1∶20万区域地质调查报告、场地岩土工程勘察报告(初勘)及本次现场调查:评估区浅部出露第四系残坡积层()粉质粘土，表层为第四系耕植土()层，东侧乡镇公路沿线分布人工填土();下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组(J2s)砂岩、泥岩、泥质粉砂岩。评估区地层岩性及分布特征见表1。

表1 评估区地层岩性特征表Table 1 Lithological features list of evaluation area

1.3 地质构造

评估区区域上处于“川滇南北向构造带”与“四川盆地新华夏系沉降带”交接地带，地质构造发育。区域构造线方向以近南北向和北东向为主，对全区的地形地貌、水系分布和构造演化起着控制作用。经实地调查及查阅相关地质资料，评估区内无褶皱和断裂发育，地质构造不发育。

1.4 工程地质条件

根据场地岩土体工程地质勘察报告，结合区域地质资料和评估区岩性组合、结构特征、岩土体坚硬程度及工程力学性质等要素，进行岩土体类型划分。将整个评估区分布的岩土体划分为松散土体Ⅰ和岩体Ⅱ两大类。土体为耕土、块石、粉质粘土多层土体Ⅰ，主要由第四系耕植土、砂岩块石和残坡积层组成;岩体为软质薄-中厚层状强风化泥岩、泥质粉砂岩岩组Ⅱ1，为侏罗系中统沙溪庙组(J2s)泥岩、泥质粉砂岩组成;坚硬中厚层状中风化砂岩岩组Ⅱ2，为侏罗系中统沙溪庙组(J2s)砂岩组成。评估区岩土体工程地质特征见表2;评估区岩土体工程地质剖面图见图1(图3 的 D-D'剖面)。

1.5 水文地质条件

根据地下水的赋存形式、水理性质及水力特征，将地下水类型划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种。孔隙水以大气降水为主要补给，雨季水位高时，主要在评估区以外东部山区接收补给，一部分以渗溢形式向评估区西侧的坡脚排泄;另一部分下渗补给下伏基岩裂隙。裂隙水以大气降水、孔隙水下渗补给为主，水流顺坡向排泄至场地外围的西侧地势较低地带。评估区地下水埋藏浅，地表松散层厚度变化较大，缺少良好保护盖层，易遭受外来有害物质污染，地下水脆弱，水文地质条件复杂。

图1 评估区地质工程剖面图Fig.1 Geological engineering section of evaluation area1-耕植土;2-泥质粉砂岩;3-推测地形界线;4-第四系残坡积层;5-砂岩;6-耕土、块石、粉质粘土多层土体;7-侏罗系中统沙溪庙组:砂岩、泥岩、泥质粉砂岩;8-填挖方区范围;9-软质薄-中厚层状强风化泥岩、泥质粉砂岩岩组;10-第四系粉质粘土;11-场地整平标高;12-坚硬中厚层状中风化砂岩岩组

1.6 人类工程活动

据现场调查，评估区人类工程活动主要表现为耕种和修建道路，但随着工程项目的建设，场地在整平过程中将涉及到大规模的深挖高填活动，对地质环境改变较大。总体，人类工程活动对地质环境的影响强烈。

表2 岩土体结构类型特征表Table 2 Geotechnical engineering structure type characteristic list

综合判定，研究区地质环境条件复杂，这些特殊的地质环境特征为地质灾害的发育提供极其有利的条件，可进一步促进或诱发各种地质灾害的发生。

2 基于GIS的地质灾害危险性评估

由于影响地质灾害的因素众多，其相互关系复杂，涉及到的数据信息庞大，而传统的技术在数据采集、输入、编辑、处理、分析、输出、显示及信息的实时更新方面显得比较落后。因此，本研究将GIS技术引入，可以有效地处理地质灾害危险性评估工作中的一系列问题。

2.1 评估模型的建立

针对评估区地形地貌、地层岩性、水文地质及工程地质条件，地质灾害分布及发育情况，不良工程地质作用等进行全面的野外实地调查，获取多源空间数据，利用GIS技术对地质灾害空间数据进行一体化管理。以此为基础，进行地质灾害危险性现状评估、预测评估及综合评估，制作地质灾害危险性综合评估图(图2)。最后，针对评估结果提出相关防治措施及建议。

2.2 地质灾害危险性评估

2.2.1 现状评估

评估区现状发育潜在不稳定斜坡1个(BW1)、滑坡一个(H1)，BW1因人工开挖已出现临空面，H1已出现滑坡体下滑现象，均处于不稳定状态。BW1若失稳形成滑坡灾害，易危害乡镇公路及拟建场地北东侧的建筑物安全;H1若失稳易垮塌，危害乡镇公路及拟建场地南东侧的建筑物安全。总体上评估区现状地质灾害中等发育。

2.2.2 预测评估

根据评估区地质环境条件和现状地质灾害或不良地质现象对工程可能造成的潜在危害，结合主要建筑物工程布设、工程活动方式、强度及工程运营方式等预测工程建设和运营可能加剧、引发和遭受地质灾害的危险性。

(1)工程建设加剧地质灾害危险性的预测

评估区现状地质灾害中等发育，主要发育BW1潜在不稳定斜坡和H1滑坡。BW1斜坡体物质组成为泥岩与泥质粉砂岩互层，上部为松散层覆盖，结构较松散，且外侧无支护。拟建工程建设过程中，机械振动可能加剧潜在不稳定斜坡失稳，从而产生松散层坍塌、风化岩滑坡等灾害，危害周边乡镇公路、附近区域及东侧拟建建(构)筑物安全。H1滑坡上部为松散层，下部为风化岩，现状滑坡陡立，已出现滑坡体下滑现象，且无支护。在工程建设整平过程中，在施工开挖、振动及地表水影响下，会加剧其失稳，产生松散层坍塌、风化岩滑坡、崩塌灾害，危害周边乡镇公路、附近区域及南东侧拟建建(构)筑物安全。工程建设加剧BW1和H1活动的可能性、危害性及危险性中等至大。

(2)工程建设及运营中可能引发的地质灾害危险性预测

拟建项目建设的工程活动方式以填挖方为主，其它还有建筑物基槽(础)开挖等活动。①填方区可能引发填土滑坡、坍滑、填土不均匀沉降等灾害危害

图2 基于GIS的建设项目地质灾害危险性评估模型Fig.2 Architecture of Geo-hazard evaluation of construction project based on GIS

拟建场地西侧为填方，填方过程中，易引发填方边坡失稳、填土体滑移产生的填土滑坡、填土加载残坡积层滑坡;因填土夯实、碾压程度不够，可能引发填土不均匀沉降、地面开裂等灾害危害。其可能性、危害性及危险性中等至大。

②挖方区可能引发切层滑坡、垮塌、反向陡倾节理岩体的倾倒破坏等灾害危害

拟建场地东侧为挖方，开挖过程中，地表残坡积层可能产生垮塌，下部强风化泥岩、泥质粉砂岩、中风化砂岩岩体开挖地段岩体风化剧烈，岩体易沿层面产生切层滑坡、风化层垮塌、反向陡倾节理岩体的倾倒破坏等危害;开挖形成的高陡边坡在施工过程中易失稳，可能引发崩塌和滑坡危害，对施工人员产生危害。其可能性、危害性及危险性中等至大。

③基槽(础)开挖可能引发槽壁垮塌和浅层滑坡灾害

拟建工程建筑拟采用浅基础型式建设，建设过程中开挖基槽(础)，开挖深3～7m，支护措施不当或基础施工不及时，在地下水或雨季降水浸泡等影响下，易引发槽壁垮塌和浅层滑坡灾害，主要影响施工安全及工程进度，可能性、危害性及危险性中等至大。

此外，拟建项目为垃圾处理场，工程运营过程中可能产生渗漏危害，若污水处理站防渗措施不当，废液可能沿松散层及风化层产生渗漏，易造成地下水、下游地表水及其土壤等污染危害。其可能性、危害性及危险性中等至大。

(3)工程建设可能遭受地质灾害危险性的预测

拟建项目为内挖外填建设，易遭受外侧填方、工程建设加载、地表乱排水引发的填土滑坡和残坡积层、风化岩层加载滑坡;还易遭受内侧挖方边坡引发的残坡积和风化岩形成的松散层滑坡和风化岩滑坡;挖、填过渡区易遭受因加载引发的差异性不均匀沉降。其可能性、危害性及危险性中等至大。

2.2.3 综合分区评估

根据地质灾害现状评估与预测评估情况，结合评估区地质环境条件、拟建工程分布特征等条件，利用GIS技术对拟建工程建设场地进行危险性分区，将评估区地质灾害危险性划分为危险性大(Ⅰ)区和危险性中等(Ⅱ)区二级二区。在此基础上，针对各个区段进行综合评估，得到建设项目地质灾害综合分区评估区(图3)。由图3可得，地质灾害危险性大(Ⅰ)区占评估区面积的39.27%，包含了所有的设计建筑用地、东部的乡镇公路，涵盖了所有挖方、填方及基槽(础)开挖活动，现状发育一潜在不稳定斜坡BW1和滑坡H1;而地质灾害危险性中等(Ⅱ)区占评估区面积的60.73%，为工程建设区外围地带，区内无任何建筑物，现状地质灾害不发育。

总体，对这些可能加剧、引发和遭受的地质灾害及不良工程地质问题，需采取多种措施处理，工程建设场地适宜性综合确定为基本适宜。

图3 建设用地地质灾害综合评估图Fig.3 comprehensive evaluation figure of construction land geological disasters

2.3 防治措施

根据评估区地质环境条件，结合拟建工程各建(构)筑物具体布置情况及项目特点，建议采取以下防治措施:

(1)拟建场地处于斜坡上，开挖地段应按规范设计合理的放坡或开挖坡比，并对边坡采取相应的工程措施进行治理;填方区支挡设施应注意基础设置，旁边挡土墙基础建议放置于中等风化岩层上;填方前应将斜坡松散残积层清除，防止填土下方形成软弱层。

(2)该工程挖填方量大，工程建设过程中，应切实注意挖、填方边坡的有效支挡，建议勘察工作针对场地稳定性和支挡工程作专项勘察评价。

(3)填筑区回填时严格按国家现行规范规定执行，应在勘察的基础上设计出可靠稳定的支护方案，填筑前先在外侧进行支护，选择适宜的回填土采取分层碾压、夯实，避免有粉土回填，避免回填出现临空面，以防填土边坡失稳和产生不均匀沉降引发地面变形开裂。

总之，地质灾害防治应以“预防为主，预防与治理相结合”为原则，在工程建设及运营过程中，建设单位应提高地质灾害的防治意识，做好相关的防护措施，防止地质灾害的发生。

3 结语

本研究将GIS技术引入，综合考虑研究区域地形地貌、地层岩性、地质构造与区域地壳稳定性、岩土体工程地质条件、水文地质条件、人类工程活动等影响地质灾害的诸多因素，判断评估区地质环境条件复杂程度。在此基础上，依据地质灾害现状评估和预测评估结果，综合评估将区内划分为地质灾害危险性大区和地质灾害危险性中等区两个区。得出:评估区现状地质灾害中等发育，工程建设可能加剧、引发和遭受的地质灾害危害性及危险性中等至大，这些地质灾害可通过一定防治措施避免或减轻其危害，建设用地总体适宜性为基本适宜。该研究方法可为类似的地质灾害危险性评估提供参考价值，研究成果为拟建工程的勘察、设计、施工、征地及地质灾害防治与区划等工作提供科学依据。

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