苏南地区地质灾害区划评价

余成， 葛伟亚， 贾军元， 邢怀学， 雷廷， 李亮

(中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016)

0 引言

目前，易发性分区和危险性评价是地质灾害区划研究的重点。比较典型的是“云南省丽江古城地质灾害易发性区划”与“湖南长沙市地质灾害易发性区划”，在“舟曲县城区地质灾害区划”中将危险性评价引入其中，进一步充实了评价体系。随着研究的深入，发现地质灾害危害的程度与该区的人口数量、经济发展水平以及抵御灾害的能力等社会经济要素相关性较大。本文尝试从重要性指标、危害性指标和易发性指标3个方面，建立评价体系，对苏南地区进行地质灾害区划研究，并在区划基础上引入社会经济条件对地质灾害危害程度的影响。地质灾害区划评价是一项复杂的工作，不仅涉及的内容包罗万象，而且难以用统一的标准度量。近年来，国内外区划评价方法已由定性分析方法向定性与定量相结合的方法方向发展，用得较多的是层次分析法，可以通过相互联系的有序层次使复杂问题中的各种因素结构化[1-4]。因此，本文拟运用层次分析法，建立评级指标体系，并给各指标赋一定权重，使评价结论有理可依[1]。

1 研究区概况

研究区范围为苏南五市，涵盖南京、无锡、常州、苏州和镇江市，位于中国东南沿海长江三角洲中心地带，是中国经济较发达的地区，也是人口密度较大、城镇化程度较高的区域之一。区内常住人口约3 400万人，城镇化率为76%，2017年GDP总量达到5.03万亿元，人均GDP突破15.09万元，接近发达国家水平。

苏南地貌类型较为复杂，包含堆积地貌、侵蚀剥蚀地貌及构造剥蚀地貌。根据地形地貌、水文地质、工程地质等因素划分，将苏南划分为3个工程地质区： (1)长江三角洲冲积平原工程地质区地形平坦、西高东低，沿江一带地势低洼，土体岩性以砂性土为主，局部为黏性土； (2)太湖冲积平原工程地质区地势平坦，水系发育，土体岩性以黏性土为主，东部与西部差别较为明显，土体组成为多层结构，孤立分布的基岩残丘以碎屑岩建造和岩浆岩建造为主； (3)宁镇—宜溧低山丘陵工程地质区地形起伏较大，丘陵标高在100～200 m之间，丘陵之下发育山间盆地和河谷平原，三大建造的岩体类型均有分布，土体工程地质层以下蜀组黏性土为主。

苏南降水量在1 000 mm以上，与同纬度地区相比，雨水充沛，年际变化小，年降水变化率在12%～24%之间。夏季6月和7月间，受东亚季风的影响，苏南地区进入梅雨期，梅雨期降水量常年平均值大部地区在250 mm左右，梅雨期内暴雨频发，强降水集中。苏南地区水资源丰富，地表水网密布，水域面积宽广，地下水分布广泛。

经统计，近年来苏南共发生地质灾害385处，其中滑坡、崩塌地质灾害333处，地面塌陷27处，地裂缝25处。突发性地质灾害以小型滑坡、崩塌为主，主要发育在南京、镇江、无锡等地的低山丘陵区； 地面塌陷灾害主要发育在地下矿产资源开采及强烈开采岩溶地下水的南京、镇江等地，地裂缝灾害主要发生于苏锡常(苏州无锡和常州)地区。

2 技术方法

2.1 评价指标体系

地质灾害区划通常将地质灾害的地质环境条件、诱发因素(易发性)和灾害事件的后果(危害性)三要素作为评价指标，并考虑所处位置的人类工程活动强度建立评价体系[5-6]。

重要性基于人类工程活动强度，可以用人口密度与人均GDP相关参数表征。危害性主要考虑现状灾害度及隐患灾害度[7-8]。现状灾害度用地质灾害造成的经济损失和人员伤亡人数表征，隐患灾害度用经济预估损失和灾害威胁范围内人数表征[2]。地质灾害易发性要分灾害种类考虑，就苏南而言，主要考虑滑坡崩塌、采空塌陷、岩溶塌陷及地面沉降等地质灾害的易发性。滑坡崩塌用地形坡度、构造发育线密度及岩性特征来表征，同时考虑地质灾害调查的隐患点密度； 采空塌陷用开采深度、历史和方式表征； 岩溶塌陷考虑岩溶发育程度、上覆土层厚度和岩溶水开采强度； 地面沉降考虑地面沉降发育程度、含水砂层厚度、弱透水层厚度及深层水开采强度(图1)。

图1 苏南地质灾害区划评价指标体系框图Fig.1 Regionalization and assessment index system of geological hazard in South Jiangsu

2.2 区划评价指标量化

按照性质可将地质灾害区划评价指标分为定量指标和定性指标。定量指标可根据基础统计数据确定指标值； 定性指标的量化较难，一般是通过对指标进行定性分析，确定不同等级的分值，详见地质灾害区划评价指标评判表(表1)。由于易发性评价涵盖内容繁杂，本文以较典型的地面沉降易发性评价为例，对区划评价指标量化过程进行说明。

表1 地质灾害区划评价指标评判表Tab.1 Regionalization and assessment indexes of the geological hazard areas

(续表)

(1)地面沉降发育程度。地面沉降发育程度是灾害发生的最直接反映，其危险性与地面沉降累计沉降量成正相关。鉴于苏南地面沉降调查与监测程度不一，地面沉降发育程度可通过累计沉降量反映。累计沉降量是指一定时间内某地地面下沉的累计总量。通过统计汇总不同来源的沉降量数据，生成苏南地面沉降累计沉降量分级图(图2)。地面沉降多发育在苏锡常地区，依据累计沉降量将苏南地区分为4个等级： >300 mm(很大)、(200，300] mm(较大)、(100，200] mm和≤100 mm(很小)。

图2 苏南地面沉降累计沉降量分级Fig.2 Cumulative settlement classification ofground subsidence in South Jiangsu

(2)含水砂层厚度。含水砂层指能透过和产出一定水量的土(砂)层，含水砂层厚度大，其导水性强，水井出水量大，开采地下水后砂层固结变形的潜力大。鉴于苏南地下水开采层次不一，含水砂层厚度采用主要开采层的第Ⅱ、Ⅲ承压水含水砂层厚度表示，生成第Ⅱ承压含水层厚度分区图(图3)、第Ⅲ承压含水层厚度分区图(图4)，据此将苏南地区分为4个等级： >60 m(厚)、(40，60] m(较厚)、(20，40] m(薄)和≤20 m(较薄)。

图3 苏南第Ⅱ承压含水层厚度分区Fig.3 Thickness classification of Ⅱconfined aquifer in South Jiangsu

图4 苏南第Ⅲ承压含水层厚度分区Fig.4 Thickness classification of Ⅲconfined aquifer in South Jiangsu

(3)弱透水层厚度。松散层主要由欠固结的黏土、亚黏土、砂组成，其对地面沉降的贡献取决于沉积物的松散程度和厚度2项指标。松散层除含水砂层外，有弱透水层(允许地下水以极小速度流动的弱导水岩层)和隔水层(隔水层是指透水性能差的岩层和土层)，但由于目前的地层研究并未全面揭示其分布规律，因此，用松散层厚度减去含水砂层厚度来表征弱透水层厚度，生成弱透水层厚度分区图(图5)，据此将苏南划分为4个等级： >100 m(厚)、(80，100] m(较厚)、(60，80] m(薄)和≤60 m(较薄)。

图5 苏南弱透水层厚度分区Fig.5 Thickness classification ofaquitard in South Jiangsu

(4)深层水开采强度。开采地下水是导致地面沉降的直接动力，当地下水开采量大于补给量时，地面沉降趋于严重。目前苏锡常地区地下水禁采，但同时地面沉降仍在不同程度的发生，因此，苏锡常地区以地下水水位埋深来指示，生成苏南第Ⅱ承压水水位埋深分区图(图6)，据此将深层水开采强度划分为4个等级： >40 m(很大)、(30，40] m(较大)、(20，30] m(较小)和≤20 m(很小)。

2.3 评价指标权重

采用层次分析法确定各评价指标权重，需要通过3个方面统筹考虑，分别为数据统计和处理、咨询专业人员建议和研究人员的专业判别[10]，具体方法如下。

(1)在评价指标体系的基础上，运用1至9标度法，比较同一层次的各指标对上一层次各指标的相对重要性，通过咨询专业人员建议和研究者的专业判别，确定权重值，并建立判断矩阵[9]。

(2)通过方根法求得相应的判断矩阵特征根的最大值所对应的特征向量，该值可以反映各评价指标重要性排列，即是各评价指标的权重。

(3)对求得的权重应进行合理性校核，通过数学方法检验判断矩阵的一致性，数学方程为

CR=CI/RI

CI=(λmax-n)/(n-1) ，

(1)

式中：CR为一致性指标；λmax为最大特征根；n为矩阵阶数；RI为平均随机一致性指标。

检验计算CR<0.10，则说明一致性检验合格，其对应的权重可以用于地质灾害区划评价(表2)。

表2 地质灾害区划评价指标权重Tab.2 Regionalization and assessment indexes weight of the geological hazard areas

(续表)

2.4 区划评价流程

通过分析苏南地区地质灾害资料，建立地质灾害区划评价指标体系。研究表明影响苏南的地质灾害类型主要包括地面沉降、滑坡崩塌、采空塌陷和岩溶塌陷，并对这4类进行评价。

第一步，运用本文建立的地质灾害区划评价方法，评价主要地质灾害类型的易发性。在网格化剖分的基础上，评价岩溶塌陷与滑坡崩塌的易发性，而地面沉降与采空塌陷的易发性评价单元是以对应的易发区域为基础。

第二步，运用地质灾害综合评价模型计算区划指数:

(2)

式中：PI为区划指数值；u为各指标的值；w为各指标的权重；i为所有评价指标的计数，i= 1，2，3，…，n；n为评价指标的数量。

按照PI值大小，将苏南地区分为2个区： 当PI>1.8时，为地质灾害重点防治区； 当PI≤1.8时，为地质灾害一般防治区。按照灾害类型，又将地质灾害重点防治区分为滑崩重点防治区、地面沉降重点防治区2种类型。

3 结果

根据上述区划评价方法进行地质灾害区划评价，通过MapGIS软件绘制出苏南地区地质灾害区划图(图7)。

地面沉降重点防治区主要分布在苏州、无锡、常州一带，是苏南地面沉降最严重的区域，累计沉降量均超过100 mm，最大沉降量达3.0 m，苏锡常地区地面沉降主要是由于长期超采地下水造成的，2000年以来，苏锡常全域禁止开采地下水，地面沉降的趋势得到有效缓解，有的地区地面甚至出现回升，但局部地区仍以5～10 mm/a的速度在沉降。建议区内应该严格控制地下水开采、人工回灌，同时加强监测，按年度制定控制指标[6]。

图7 苏南地质灾害区划Fig.7 Geological hazard regionalization of South Jiangsu

滑坡崩塌重点防治区分布在宁镇山脉、南京浦口、宜兴、溧阳等低山丘陵区。滑坡崩塌重点防治区面积约3 200 km2，区内地质条件复杂，地貌类型多样，地形变化较大，由于早期城市建设需要，区内出现了大量采石场，江苏省矿山治理实施后，关停了大部分采石厂，遗留了大量采石宕口，形成了很多滑坡崩塌隐患。建议在区内建立和完善突发性地质灾害群测群防网络，加强区内工程活动的监督、管理，并对滑坡、崩塌隐患点进行勘察、治理，对重点矿山和露采矿山集中区进行地质灾害专项调查、监测[3]。

4 结论与建议

(1)基于重要性、危害性和易发性，建立了由7个二级指标、20个三级指标组成的苏南地质灾害区划评价指标体系，提出了地质灾害区划评价方法流程。

(2)苏南共划定4个地质灾害重点防治区，面积为7 230 km2，占苏南总面积的25.94%。这其中包括： 地面沉降重点防治区1个，面积为4 070 km2； 滑坡崩塌重点防治区3个，面积3 200 km2。建议在地质灾害重点防治区实地摸排，查清地质灾害现状，对典型的地质灾害隐患点进行研究，建立一套适合苏南滑坡崩塌的治理方法。

(3) 使用层次分析法对苏南地质灾害进行了区划评价，同时构建了相应的评价体系和指标体系，使区划工作科学化与系统化，提高了评价结果的准确性，对苏南地区的地质灾害研究与治理工作具有一定的支撑作用。