基于信息量模型的深圳市地质灾害危险性研究

王智强

(深圳市自然资源和不动产评估发展研究中心(深圳市地质环境监测中心)，广东 深圳 518040)

深圳市地质灾害类型以斜坡类地质灾害为主,主要为崩塌和滑坡。主要发生在“龙舟水”及台风暴雨期间。规模以微型和小型为主,突发性强,难以提前发现[1]。深圳市人口密度大,经济密度高,规模较小的地质灾害也有可能造成较大的人员伤亡和财产损失。许丹丹等[2-6]对深圳市的地质灾害分布规律进行了研究,研究了地层岩性等因素对地质灾害分布的影响,但均是以隐患点为主要研究对象。实际情况是很多发灾点并不在地质灾害隐患点台账,因此地质灾害的管理思路急需从隐患点管理向危险区管理进行转变,最终实现隐患点与风险区管理的“双防双控”管理模式,但针对深圳市的地质灾害危险区划研究较少,因此急需对深圳市地质灾害危险性分区进行区划研究。相关研究结论的获取能够为深圳市地质灾害危险区管控提供必要的参考依据和政策启示。

1 地质灾害分布规律

对近年来发生的50个斜坡类地质灾害点进行分析统计。灾情等级属于较大级别的7处,占总体的13.72%,其余灾情等级均属于一般级别,占总体的86.28%。主要发生在低山丘陵区域,时间主要受强降雨影响,而岩土体结构和岩性则控制着地质灾害的发育类型：

1)受高程控制。

深圳市斜坡类地质灾害主要发生在丘陵山区、高台地等人工开挖坡脚处[7],其中53%分布在高程0 m～50 m范围内,94%分布在高程0 m～100 m范围内。0 m～100 m是人类活动的主要高程范围,人类活动强度高,地质环境条件被改造强烈(见图1)。

2)受地层岩性控制。

不同工程地质岩组,抗剪强度及水理性质不同,其地质灾害的发育程度不同。花岗岩坡残积土与泥质岩干湿强度变化大,遇水易软化崩解。斜坡类地质灾害主要发育在坚硬块状侵入岩综合体,占总数的42%。其次是发育在较硬～较坚硬砂泥质岩综合体,占总数的24%(见图2)。

3)受断裂控制。

断裂发育区岩土体破碎,土体物理力学性质较差,裂隙发育是地下水的重要径流通道,在降雨条件下,更易达到饱和。57%历史发灾点分布在距离断层0 m～500 m的区域,82%分布在距离断层0 m～1 000 m的区域。地质灾害的发育受断裂带的影响明显(见图3)。

4)受坡向控制。

坡向是影响斜坡变形的主要因素。不同坡向,其地质灾害的发育程度不同。斜坡类地质灾害发育在东南向的占总数的22%,其次是西南向,占总数的18%。深圳汛期盛行东南风和西南风,将南侧海面上部的水气源源不断输送到陆地,在迎风面形成降雨量较大,岩土体更易达到饱和形成崩塌、滑坡地质灾害(见图4)。

2 评价模型

2.1 信息量法

信息量法由信息论发展而来,是一种建立在统计分析法基础上评价预测方法[8]。信息量法认为因子信息量越大,对滑坡的贡献越大,因子信息量越小对滑坡的贡献越小。其表达式如下:

(1)

其中，I(XI,A)为指标XI提供边坡失稳的信息量值；S为预测区总单元数;N为预测区已知变形破坏单元总数;SI为XI的单元个数;NI为有指标XI的变形破坏单元个数。

2.2 统计分析样本

统计样本为深圳市在册的地质灾害隐患点共计607处,包括自然斜坡地质灾害隐患点43处,和可能引发地质灾害的危险建筑边坡564处。以607处在册点提取各评价因子的分级信息量,并计算易发性指数和危险性指数。

2.3 评价因子的选取

结合深圳实际本次选取高程、坡度、坡向、地形起伏度、工程地质岩组、与断层的距离、人类工程活动强度等为评价因子,各因子的分类情况及信息量详述如下：

1)高程。由数字高程模型将全市高程分为0 m～50 m，50 m～100 m，100 m～150 m，150 m～200 m，200 m～300 m，>300 m六类。

2)坡度。坡度由数字高程模型生成后按照0°～15°，15°～25°，25°～35°，35°～45°，45°～90°重分类为5个区间。

3)坡向。坡向由数字高程模型生成后,按照北、东北、东、东南、南、西南、西、西北及水平重分为九类。

4)地形起伏度。地形起伏度由数字高程模型生成后,按照0°～10°，10°～20°，20°～30°，>30°分为四类。

5)距离断裂的距离。根据深圳市断裂分布,生成0 m～500 m，500 m～1 000 m，1 000 m～2 000 m和>2 000 m四类缓冲区。

6)工程地质岩组。根据工程地质图,深圳市工程地质岩组分为红层碎屑岩组、坚硬块状侵入岩综合体、较硬～较坚硬 火山熔岩及火山碎屑岩组、较硬～较软页岩泥质岩综合体、砂类土-黏性土等沉积土体、坚硬混合花岗岩组、较坚硬片岩综合体、较硬碳酸盐岩综合体和较硬～较坚硬砂泥质岩综合体等九组。

7)人类活动强度。根据可能引发地质灾害的危险建筑边坡的分布[9],进行核密度分析并采用自然间断法分为五类(见表1)。

表1 各评价因子分类

2.4 独立性检验

评价因子的选取并不是越多越好,评价因子过少,考虑因素不全面,评价因子过多各因子的影响可能重复[10]。因此对各评价因子进行了独立性检验和共线性检验。根据检验结果,各评价因子相关指数均小于0.4,见表2,属于弱相关[11]。VIF指标小于10,见表3,不存在共线性的问题。不同因子信息量计算结果见表4。

表2 各因子相关系数矩阵

表4 不同因子信息量计算结果汇总表

3 易发性分析

利用GIS软件将不同因子的信息量重新赋值给因子层,并进行叠加计算,得出易发性指数,并采用自然间断点法对易发性指数进行了重新划分,划分为高易发区,中易发区,低易发区,非易发区四类。易发性指数分布见图5。

4 危险性分析

在易发性评价的基础上,以降雨为诱发因素,选取与易发性统一的空间分辨率栅格单元,采用统计模型方法开展危险性评价。危险性分为高、中、低三个等级。本次工作向深圳市气象局收集了深圳市51个雨量站2013年1月1日～2021年11月30日的日降雨量资料,并考虑降雨的周期性,从中选取6个年度降雨周期共72个月的月累计降雨量数据参与计算,年均降雨量分布及等值线图见图6。在易发指数栅格图基础上叠加降雨量分布栅格图最终得到危险性指数分布图,见图7。

采用自然间断点法将危险性指数分为三类,并结合近年来深圳市地质灾害工程治理和地质灾害发灾情况,将深圳市划分为高危险区、中危险区和低危险区3个类别,其中地质灾害高危险区分为7个亚区;地质灾害中危险区分为2个亚区;地质灾害低危险区分为10个亚区。

1)地质灾害高危险区(B):地质灾害高危险区共有7个亚区。主要分布于深圳市东南、中部、东北部,区域内以低山、丘陵地貌为主,分布面积为241.35 km2,占研究区总面积12.24%。该区的主要特点是:海拔较高、地形起伏较大。整体范围基岩风化强,破碎,残坡积层一般在5 m～20 m厚,局部较厚,植被发育良好。该地区因人类工程活动频繁,以削坡修路为主,大多数削坡修路形成的不稳定斜坡无护坡措施,雨季崩塌、滑坡等地质灾害危险性高。

2)地质灾害中危险区(C):中危险区共有2个亚区,主要分布在深圳市中东部。该范围内主要为低丘陵～低台地地貌,总面积1 236.08 km2,占研究区总面积62.71%。该区主要特点是:范围广,分布分散,植被多发育好。区内岩石(层)节理裂隙较为发育。该区丘陵地区的残坡积层一般厚5 m～15 m,局部较厚,可达10 m～20 m,表层土体主要为砂质黏性土和粉质黏土,土体较松散,岩石(层)节理裂隙较为发育,人工边坡上极易形成崩塌,滑坡灾害。植被比较发育,局部地段岩土体裸露,人类工程活动比较频繁,人类工程活动的工程以道路交通建设和削坡建房为主。

3)地质灾害低危险区(D):研究区的地质灾害低危险区主要在宝安西部、南山区中部、福田区南部、罗湖区南部区域。区域范围内人类工程活动很少,地势较平坦。低危险区总面积为493.98 km2,占研究区总面积的25.05%。

5 结论

1)对近年的历史发灾记录进行了分析,94%历史发灾点分布在高程0 m～100 m范围内,42%历史发灾点分布在坚硬块状侵入岩综合体,57%分布在距离断层0 m～500 m的区域,斜坡类地质灾害发育在东南向的占总数的22%。

2)采用信息量模型,选择高程,坡度,坡向,工程地质岩组,距断层远近,起伏度,人类活动强度等因素为评价因子,分析了评价因子分级信息量,坡度大于45°的信息量最高。

3)结合深圳近年来地质灾害发育现状,将深圳市划分为高危险区、中危险区和低危险区三个等级,其中高危险区面积241.35 km2,占调查区总面积12.24%;中危险区面积1 236.08 km2,占调查区总面积62.71%;低危险区面积493.98 km2,占总面积25.05%。为深圳市地质灾害管理及下一轮防治规划提供了数据支撑。