灰色關(guān)聯(lián)度分析法在北京通州區(qū)地裂縫災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉德成，靳小平，周自梁

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100050)

灰色關(guān)聯(lián)度分析法在北京通州區(qū)地裂縫災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉德成，靳小平，周自梁

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100050)

地裂縫是地質(zhì)災(zāi)害中的地面變形災(zāi)害之一，是直接或間接地惡化環(huán)境、降低環(huán)境質(zhì)量、危害人類和生物圈發(fā)展的地質(zhì)事件。本文介紹了利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)地裂縫災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并系統(tǒng)闡述了灰色關(guān)聯(lián)度分析法的評(píng)價(jià)方法與模型，旨在為城市規(guī)劃和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。文中以北京市通州區(qū)為例，對(duì)北京市通州區(qū)地裂縫現(xiàn)狀進(jìn)行了說明并對(duì)其進(jìn)行了成因分析，選取了災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)度、地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件三項(xiàng)因子共六個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算評(píng)定地裂縫的危險(xiǎn)性等級(jí)，并繪制區(qū)劃圖。根據(jù)區(qū)劃的結(jié)果，劃分地裂縫中度易發(fā)區(qū)、輕度易發(fā)區(qū)、微度易發(fā)區(qū)以及非易發(fā)區(qū)。

地裂縫;危險(xiǎn)性;灰色關(guān)聯(lián)度分析法;北京市通州區(qū)

0 引言

地裂縫災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害中的地面變形災(zāi)害之一，是直接或間接地惡化環(huán)境、降低環(huán)境質(zhì)量、危害人類和生物圈發(fā)展的地質(zhì)事件。1976年唐山發(fā)生7.8級(jí)大地震，直接或間接地導(dǎo)致了北京的許多地區(qū)，都出現(xiàn)了地裂縫，在這次地震中，通州區(qū)的地裂縫情況是比較嚴(yán)重的。本文采用了灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)通州區(qū)地裂縫災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為城市規(guī)劃和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

通州區(qū)位于北京市東南部，京杭大運(yùn)河北端。西鄰朝陽區(qū)、大興區(qū)，北與順義區(qū)接壤，東隔潮白河與河北省三河市、大廠回族自治縣、香河縣相連，南和天津市武清縣、河北省廊坊市交界。緊鄰北京中央商務(wù)區(qū)(CBD)，素有“一京二衛(wèi)三通州”之稱。

通州區(qū)位于華北大平原，出露地層均為第四系，由粘性土和砂層組成，粘性土是相對(duì)隔水層，砂層為含水層。砂層較多，含水砂層間的粘性土較薄且延展不甚穩(wěn)定。其下伏的基巖地層主要有中遠(yuǎn)古代長城系(Ch)、薊縣系(Jx)、晚遠(yuǎn)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)主要斷裂有:南苑—通縣斷裂、禮賢斷裂、夏墊斷裂。

1 北京通州區(qū)地裂縫現(xiàn)狀及成因分析

1.1 地裂縫現(xiàn)狀及危害

通州區(qū)地裂縫最早出現(xiàn)在邢臺(tái)地震后，于1967年冬在通縣農(nóng)業(yè)印刷廠發(fā)現(xiàn)。唐山地震前，1975年2 ～10月通州區(qū)次渠鎮(zhèn)麥莊、西集鎮(zhèn)上坡村分別出現(xiàn)地裂縫。1976年唐山地震后，通州區(qū)郎府－西集地區(qū)曾出現(xiàn)過大量的地裂縫。其中有兩條主要的地裂縫:第一條是合和站—上坡地裂縫，呈NE向展布，長約400～500m，1975年海城地震后發(fā)現(xiàn)，1976年唐山地震中重復(fù)出現(xiàn);第二條是張各莊地裂縫，位于夏墊斷裂帶附近，出現(xiàn)多組地裂縫。

1.2 地裂縫成因分析

地裂縫是在內(nèi)外力作用下巖石和土層發(fā)生變形，當(dāng)力的作用與積累超過巖土層內(nèi)部的結(jié)合力時(shí)，巖土層發(fā)生破裂，其連續(xù)性遭到破壞，形成裂隙［1］。在地下因遭受周圍巖土層的限制和上部巖土層的重壓作用，其閉合比較緊密，而地表由于其圍壓作用力減小，又具一定的自由空間，裂隙一般較寬，表現(xiàn)為裂縫即地裂縫。

通州區(qū)的地裂縫屬于受地貌形態(tài)控制的地裂縫，主要分布在河流的兩岸，均為順河堤方向發(fā)育。在地裂縫集中出現(xiàn)的西集－郎府地區(qū)，地處潮白河中下游平原河流改道頻繁的泛濫區(qū)，古河道極為發(fā)育，這些地區(qū)地勢低洼，沉積物新，結(jié)構(gòu)疏松，同時(shí)這個(gè)地區(qū)也是唐山地震后砂土液化嚴(yán)重的地區(qū)。通州區(qū)的地裂縫并沒有出現(xiàn)與斷裂走向相一致的規(guī)律性，同時(shí)結(jié)合通州區(qū)的構(gòu)造斷裂分布、活動(dòng)性、第四紀(jì)覆蓋層工程地質(zhì)特征和水文地質(zhì)條件綜合分析認(rèn)為，該區(qū)地裂縫是由于砂土液化噴砂冒水造成地面塌陷引發(fā)的地裂縫，屬于非構(gòu)造性地裂縫［2］。

2 評(píng)價(jià)方法與模型

地裂縫危險(xiǎn)性包括多方面因子，各因子在地裂縫中的作用既有確定性，又有模糊性［3］;因子間既存在包容性，又有獨(dú)立性。因此，評(píng)價(jià)方法采用模糊綜合評(píng)價(jià)法［4］。該方法具有正確處理各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相互聯(lián)系、相互制約、整體協(xié)調(diào)和動(dòng)態(tài)發(fā)展的特點(diǎn)。

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)成

地裂縫危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)危險(xiǎn)性含義選取，其構(gòu)成指標(biāo)包括三方面因素:災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)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(shí)考慮因子量化及取得的可行性，對(duì)指標(biāo)因子采用合并和舍去的辦法，最終確定六項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成見圖1。

圖1 地裂縫危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成Fig.1 Land crack critical evaluation quota system

2.2 指標(biāo)因子量化及取值標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)因子量化及取值標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 地裂縫危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及量化取值標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The quantization and sampling standards of the impact factors of Land crack

2.3危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算方法

危險(xiǎn)性區(qū)劃指數(shù)的確定方法步驟如下:

(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(zāi)害簡圖，共剖分網(wǎng)格900個(gè)(網(wǎng)格完整度小于0.5的不計(jì))。每個(gè)單元網(wǎng)格即為最小的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)單位。

(2)讀取每個(gè)單元格中6個(gè)影響因子的量化值(M)，量化標(biāo)準(zhǔn)見表1。

(3)采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法確定影響因子的權(quán)重(n)。

Ⅰ.隨機(jī)抽取45個(gè)單元網(wǎng)格作為計(jì)算樣本。

Ⅱ.建立參考數(shù)列和比較數(shù)列。分別讀取6個(gè)影響因子的量化數(shù)值。45個(gè)樣本單元格的1976年地震地裂程度因子量化值構(gòu)成參考數(shù)列，記x0(k)= ［x0(1)、x0(2)、x0(3)、……x0(43)、x0(44)、x0(45)］，其余的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，分別記作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(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)ξi(k)，計(jì)算公式如下:

Ⅳ.關(guān)聯(lián)度計(jì)算及權(quán)重確定，關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式如下:

(4)計(jì)算地裂縫危險(xiǎn)性指數(shù)(Z)，計(jì)算公式如下:

式中:Z——地裂縫危險(xiǎn)性指數(shù);

i——地質(zhì)災(zāi)害的某類影響因子;

Mi——某類影響因子的量化分值;

ni——某類影響因子的權(quán)重。

3 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.1 危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算結(jié)果

對(duì)地裂縫災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 關(guān)聯(lián)度及權(quán)重結(jié)果表Table 2 Degree of association and weighing results table

3.2 危險(xiǎn)性區(qū)劃

將地裂縫的危險(xiǎn)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(píng)定地裂縫的危險(xiǎn)性等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)見表3，危險(xiǎn)性區(qū)劃圖見圖2。

表3 地裂縫危險(xiǎn)性區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Ground fissures risk zoning standards

4 結(jié)論

根據(jù)區(qū)劃的結(jié)果，地裂縫中度易發(fā)區(qū)(B)主要分布在侯各莊－軍莊、后榆林莊、梁各莊和燒酒巷一帶，分布面積116.62km2，輕度易發(fā)區(qū)(C)分布面積較廣，主要分布寨辛莊－西潞苑、賈后疃－軍屯、后甫－梁家務(wù)、六郎莊、柏福、渠頭和小甸屯一帶。分布面積2 51.14km2，微度易發(fā)區(qū)(D)分布面積最廣，主要分布在尹各莊、高各莊－辛安屯、通惠河兩側(cè)、馬營－興隆莊一帶，分布面積442.39km2，非易發(fā)區(qū)(E)主要分布在吳各莊、徐辛莊、永順鎮(zhèn)、北苑－梨園鎮(zhèn)、朱家堡、西下營－安定營一帶，分布面積102.19km2。

圖2 地裂縫危險(xiǎn)性區(qū)劃圖Fig.2 Ground fissure risk zoning

［1］南京大學(xué)水文地質(zhì)工程地質(zhì)教研室.工程地質(zhì)學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1982:62.

［2］中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治［M］.北京:地質(zhì)出版社，1991:13.

［3］付雁鵬，高嘉瑞.模糊數(shù)學(xué)在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［M］.武漢:華中工學(xué)院出版社，1986:46.

［4］羅元華，張梁，張業(yè)成.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法［M］.北京:地質(zhì)出版社，1998:79.

Abstract:Ground fissures are one of the ground deformation disasters in geological hazards，and they are the geological events which deterate enviroment，reduce the quality of the enviroment，harm the development of human beings and the biosphere derectly or inderectly.This paper introduced the method of grey degree of association evaluation to evaluate the risk of ground fissures，and explained the evaluation methods and models with this method systematieally in order to provide scientific basis for urban planning and disaster prevention and mitigation.Taking Tongzhou，one district of beijing for the exemple，we illustrated the status of ground fissures in Tongzhou District，and used the genetic analysis，selected six evaluation indicators from three factors，in which are about disaster and development strength，geological conditions and hydrogeological conditions，and then calculatedd the weights of evaluation indicators to assess the risk level of the ground fissures，and mapped the zoning map.As the results，it was devided into moderate－prone areas，mild－prone areas，little－prone areas and non－prone areas.

Key words:ground fissures;dangerous;grey degree of association evaluation method;Tongzhou District，Beijing City

Application of grey degree of association evaluation method in ground fissures in Tongzhou District of Beijing

LIU De－cheng，JIN Xiao－ping，ZHOU Zi－liang
(Bejing Geology and Mineral Resources Prospecting and Developing Company，Beijing100050，China)

1003－8035(2010)03－0073－04

P642.2

A

2010－03－11;

2010－05－07

劉德成(1978—)，男，學(xué)士，環(huán)境工程專業(yè)，主要從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)、治理、施工等工作。

E－mail:79－78@163.com