基于GIS的东莞市斜坡地质灾害易发性评价

刘岳霖, 张永鑫, 李 林

(1.广东省地质局 第九地质大队,广东 东莞 523000; 2.博天环境集团股份有限公司,北京 100082; 3.江西省地质工程(集团)公司,江西 南昌 330029)

近年来,东莞市局部地区地质灾害现象频繁发生,地质灾害防治工作保持着高度警惕。截至2015年底,东莞市共有斜坡地质灾害隐患点349处(崩塌134处、滑坡44处、不稳定斜坡171处),威胁人口1 236人,潜在经济损失8 526万元,分布于东莞市24个镇(街)。以做好东莞市地质灾害防治工作为目的,在专家指导的基础上,确定了地质灾害发育的影响因素,进行易发性评价,对指导地质灾害防灾减灾工作具有重要意义。

1 研究区概况

东莞市位于珠江口东岸的珠江三角洲城市群中,地理位置东经113°31′～114°15′,北纬22°39′～23°09′,东西长70.45 km,南北宽46.80 km,全市陆域面积2 465 km2。

1.1 气象

东莞市属于亚热带季风气候。多年平均日照总时数约为1 909 h,无霜期达320 d以上,年平均相对湿度为79%。全年气候温和,温度变幅小,年平均温差约14.4 ℃[1],多年平均气温21.2～22.2 ℃,绝对最高气温38.7 ℃(2004年7月2日),绝对最低气温-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),日最大雨量为545.4 mm(1981年6月30日)。降雨多集中在4—10月份,约占全年降水量的87.6%。

1.2 水文

东莞市主要河流有东江、石马河、寒溪水、企石河[2]，市境东北部有东江干流流入，沿北部边境自东向西至桥头镇新开河河口；西南部有石马河流入，流至企石镇有企石河流入，流至石龙镇分出东江南支流后，东江北干流续流至石滩镇，与来自广州市增城区的支流汇流，经麻涌镇大盛村注入狮子洋；东江南支流斜向西南流，于石碣镇峡口村与来自市境中部的寒溪水汇流，经沙田镇泗盛村注入狮子洋。东江北干流与南支流之间为东江三角洲的河网区[3]。

1.3 地形地貌

东莞市地貌以丘陵台地、冲积平原为主,地势东南高、西北低[4]。东南部多山,山体起伏较大,海拔多在200～600 m,坡度30°左右[5];中南部低山丘陵成片,为丘陵台地区;东北部接近东江河滨,海拔30～80 m之间,坡度小,地势起伏和缓;西北部地势低平、水网纵横,属于三角洲平原区;西南部地势平坦而低陷,受潮汐影响较大,属于江河冲积平原[6]。

1.4 地质构造

东莞市处于中国东南沿海大陆边缘,区域上属于高要—惠来东西向断裂带与北东向河源断裂带的交汇部位,构造形迹较复杂,主体为北东向和北西向。其中,深大断裂包括:河源深大断裂带和高要—惠来深断裂带;大断裂包括:珠江口断裂带和紫金—博罗断裂带;区域断裂包括:竹山断裂带、樟木头断裂带、青塘断裂带和观音山断裂带。

1.5 新构造运动与地震

1.5.1 新构造运动

(1) 地壳垂直运动:区域内存在有四级阶地,说明第四纪以来地壳经历了四次运动与相对稳定阶段。地壳下降现象主要表现为三角洲平原地层普遍存在腐木层、泥炭层及文化层等,说明三角洲在发育过程中经历了地壳下降阶段。

(2) 活动性断裂:区内及邻区主要的活动性断裂有河源深大断裂、高要—惠来深大断裂、珠江口大断裂和紫金—博罗大断裂,分布有温热泉,是断裂至今活动的表现。

1.5.2 地震

东莞市位于东南沿海地带,根据东莞市地震局资料可知,地震烈度以Ⅵ度为主,Ⅶ度仅分布在东莞西部地区,主要位于以下地区:

(1) 长安、虎门、厚街、沙田、道滘、洪梅、望牛墩、麻涌共8个镇辖区范围内。

(2) 中堂镇的下芦村、马沥村、四乡村;万江区的大汾村、新村、新谷涌村、简沙洲村、新和村、流涌村;南城区的白马村、石鼓村、袁屋边村。

1.6 工程地质岩组

东莞市主要出露有震旦系、泥盆系、石炭系、侏罗系、第三系和第四系地层[7],综合考虑地层岩性、岩体结构及岩石的强度,可将岩体划分为5个工程地质岩组,分别为厚层状、层状、软—较软的砂页岩、粉砂岩、页岩、泥岩、较松散的砾岩、砂砾岩岩组(Ⅰ类),层状—块状较坚硬—硬火山岩岩组(Ⅱ类),层状—块状较硬—坚硬石英岩、片麻石英岩组(Ⅲ类),块状坚硬花岗岩岩组(Ⅴ类),厚层状中等岩溶化、坚硬碳酸岩类岩组(Ⅳ类)。

2 研究方法

国内外文献中对地质灾害易发性评价的评价方法描述很多,主要包括地形地貌分析法、综合指数法、模糊综合评价法、信息量法、逻辑回归法、人工神经网络法、灰色聚类法[8]等。地形地貌分析法主要是由地质专家根据自己的工作经验对研究区作出直接判断,往往带有较强的主观性,目前已较少运用。其余方法则应用较多,焦玉国(2016)[9]严格按照《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》技术要求,采用综合指数法对泰安市地质灾害易发程度进行划分,取得了较好的研究成果。施成艳等(2016)[10]在黄山市徽州区1∶5万地质灾害详细调查的基础上,利用综合指数法对该地区进行了地质灾害风险区划。杨德宏等(2015)[11]在陕西省旬阳县地质灾害详细调查的基础上,引入了层次分析法来确定因子权重,并利用综合指数法进行易发性分区,取得了可靠的研究成果。赵成等(2009)[12]在研究了甘肃省地质灾害成灾环境的基础上,应用模糊数学方法进行了易发区、防治区划分,取得了良好的效果。武运泊等(2015)[13]运用了层次分析法来确定因子权重,以模糊数学理论为基础,建立岩溶塌陷危险性评价两级综合评判模型,评价结果真实可靠。王宁涛等(2012)[14]运用地质统计学理论,运用信息量模型对湖北省五峰县进行地质灾害易发性定量评价,取得了良好的评价效果。许冲等(2013)[15]以汶川地震区为研究区,基于逻辑回归模型,绘制了汶川地震滑坡危险性索引图,取得了良好的预测效果。田春山等(2016)[16]在研究广东省地质灾害类型和发育特点的基础上,建立了确定性系模型和逻辑回归模型,较为客观地评价了地质灾害易发性。刘艺梁等(2010)[17]以三峡坝区为研究区,分别建立了逻辑回归和人工神经网络模型,预测结果表明逻辑回归模型的预测精度相对较高。曹禄来等(2014)[18]将T-S模糊系统理论和人工神经网络相结合,建立了云南东川泥石流模糊神经网络模型,获得了客观合理的评价结果。张丽等(2009)[19]采用灰色聚类法反映了吉林省磐石市地质灾害危险程度,经与实际情况对比,分析结果可靠。

经过对评价方法分析比较,结合收集资料及研究要求,本文综合考虑采用层次分析法结合综合指数法对东莞市斜坡地质灾害易发性进行评价。

3 评价分析

3.1 评价因子的选取

根据东莞市地质灾害防治工作经验及前人的研究成果,本次易发分区的评价因子包括工程地质岩组,构造发育程度,地形坡度,多年平均降雨量,植被覆盖程度,人类工程活动程度,地质灾害点密度。

3.2 评价单元

对东莞市行政区划图按照1 km×1 km进行网格剖分,将全市剖分为2 675个单元网格。

3.3 评价因子权重确定

采用层次分析法确定各个评价因子权重。虽然在两两影响因子对比时带有一定程度的主观性,但所有关系的两两对比进行综合判定权重,有效避免了个别因子判定不合理而导致的偏差过大的情况。评价因子权重判断矩阵见表1。

表1 评价因子权重判断矩阵表Table 1 Matrix table of weight judgment of evaluation factor

用层次分析辅助软件YAAHP计算,求得λmax=7.083 4,CI=0.013 9,查表RI=1.36,CR=0.010 2<0.1,判断矩阵通过一致性检验。运用公式(1)计算的各评价因子的权重系数,见表2。

(1)

表2 各影响因子的权重表Table 2 Weight table of each influencing factor

3.4 综合指数判别

根据以往研究成果和地质灾害防治工作实际,各评价单元按评价因子分级标准取值(见表3),取得所有评价因子的指数值,利用GIS软件空间分析功能,进行指数叠加,对计算所得结果进行分析,综合考虑给出易发程度等级划分标准(见表4)。

3.5 易发分区

根据易发程度等级划分标准,将东莞市划分为高易发区,中易发区及低易发区(见图1)。

(1) 东莞市斜坡地质灾害高易发区总面积76.88 km2,占全市陆域面积的3.10%,主要分布在虎门新联—长安锦厦、黄江长龙—黄江土塘、凤岗天堂围—塘厦横塘、樟木头樟洋—樟木头圩镇的丘陵台地一带,共存在地质灾害隐患点127处,灾害点密度1.65处/km2,威胁人口573人,潜在经济损失3 318万元。

表3 评价因子分级标准Table 3 Grading standards of evaluation factors

表4 易发程度分区表Table 4 Zoning table of susceptibility degree

(2) 东莞市斜坡地质灾害中易发区总面积458.07 km2,占全市陆域面积的18.60%,主要分布在大岭山大塘—大岭山莲花山、大岭山大岭—茶山卢边、谢岗五星—大朗屏山、东城柏洲边—桥头石水口、凤岗雁田—樟木头圩镇的低丘陵台地地带,共存在地质灾害隐患点148处,灾害点密度0.32处/km2,威胁人口383人,潜在经济损失3 834万元。

(3) 东莞市斜坡地质灾害低易发区总面积1 930.05 km2,占全市陆域面积的78.30%,主要分布在东部—中部—北部地势较平坦地带,共存在地质灾害隐患点74处,灾害点密度0.038处/km2,威胁人口280人,潜在经济损失1 374万元。

4 结论

(1) 东莞市斜坡地质灾害类型主要有崩塌、滑坡、不稳定斜坡3种,共有地质灾害隐患点349处,崩塌134处,滑坡44处,不稳定斜坡171处,分布在24个镇(街),地质灾害隐患点量多面广、分布零散。

图1 东莞市斜坡地质灾害易发程度分区图Fig.1 Slope geological disasters susceptibility degree division map of Dongguan City

(2) 东莞市斜坡地质灾害易发性主要受地质灾害点密度、工程地质岩组、人类工程活动、多年平均降雨量、地形坡度、构造发育、植被覆盖等因素的影响,利用层次分析法确定了各影响因子的权重。

(3) 采用综合指数法进行运算,划分了高易发区、中易发区、低易发区。其中,地质灾害高易发区总面积76.88 km2,占全市陆域面积的3.10%,地质灾害中易发区总面积458.07 km2,占全市陆域面积的18.60%,地质灾害低易发区总面积1 930.05 km2,占全市陆域面积的78.30%。从划分结果来看,高、中易发区占总面积比例为21.70%;总体来说,东莞市斜坡地质灾害易发程度较低。

(4) 与历史灾害点的分布对比,地质灾害易发评价结果符合地质灾害防治实际情况,研究成果具有一定的指导意义,为管理部门决策提供了参考依据。