廣西桂林市規(guī)劃中心城區(qū)巖溶塌陷危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

石覃劍， 江思義， 吳 福， 劉慶超， 李海良

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，廣西 南寧 530029)

0 引言

巖溶塌陷作為巖溶地區(qū)特有的地質(zhì)災(zāi)害，成為了制約巖溶地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)與發(fā)展的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題之一，基于對(duì)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害特征及其影響因素的分析，綜合考慮影響巖溶塌陷的地質(zhì)因素、人類工程活動(dòng)因素和巖溶塌陷現(xiàn)狀，評(píng)估巖溶塌陷危險(xiǎn)可能性，具有重要的實(shí)際意義，預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果可為巖溶塌陷防治對(duì)策提供依據(jù)[1-3]。

巖溶塌陷的社會(huì)經(jīng)濟(jì)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)作為巖溶塌陷風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的前提[3]，多與巖溶塌陷易損性評(píng)價(jià)一并討論。目前對(duì)巖溶塌陷風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究成果有很多，如雷明堂等[4]以貴州六盤(pán)水市為例，提出了城市巖溶塌陷災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，并提出了對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)性評(píng)估模型；崔霖峰等[5]以湖北武漢市典型地段為例，利用層次分析法分別建立了巖溶塌陷易發(fā)性、危險(xiǎn)性和易損性評(píng)價(jià)模型，并作出相應(yīng)評(píng)價(jià)；陳邦松[6]利用層次分析法對(duì)武漢市的巖溶塌陷進(jìn)行了易發(fā)性、危險(xiǎn)性、易損性和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估。

目前對(duì)桂林規(guī)劃中心城區(qū)的研究成果多集中在巖溶發(fā)育特征和分布規(guī)律[8]、易發(fā)性評(píng)價(jià)[9]和地下空間適宜性評(píng)價(jià)[10]等方面，對(duì)研究區(qū)巖溶塌陷易損性、危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)未有涉及。本次研究評(píng)價(jià)以桂林市規(guī)劃中心城區(qū)的地質(zhì)環(huán)境為基礎(chǔ)，選擇了巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、歷史成災(zāi)傷亡人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、威脅人口和威脅資產(chǎn)5個(gè)要素作為評(píng)判因子對(duì)工作區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為桂林市規(guī)劃中心城區(qū)的巖溶塌陷防治對(duì)策提供指導(dǎo)和借鑒。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)包括桂林市的五城區(qū)(除草坪鄉(xiāng)和大埠鄉(xiāng)外)和臨桂區(qū)臨桂鎮(zhèn)、四塘鄉(xiāng)、兩江鎮(zhèn)部分地區(qū)，以及靈川縣的靈川鎮(zhèn)、定江鎮(zhèn)、大圩鎮(zhèn)等部分地區(qū)，北緯25°0′0″～25°24′0″，東經(jīng)110°03′26″～110°29′14″。桂林市五城區(qū)面積447 km2(包括秀峰53.5 km2、疊彩52 km2、象山86.5 km2、七星(高新)83 km2、雁山171 km2)，臨桂新區(qū)及臨桂區(qū)的臨桂鎮(zhèn)、四塘鄉(xiāng)、兩江鎮(zhèn)部分地區(qū)，面積約336 km2，以及靈川縣定江鎮(zhèn)、靈川鎮(zhèn)面積47 km2，工作區(qū)總面積880 km2，其中研究區(qū)巖溶區(qū)面積為603.35 km2。桂林市屬于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候型溶蝕侵蝕區(qū)，是典型的巖溶地貌。桂林作為世界旅游名城，研究區(qū)有極大的發(fā)展需求。通過(guò)開(kāi)展城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，解決研究區(qū)建設(shè)中遇到的地質(zhì)環(huán)境容量問(wèn)題，為桂林城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及管理提供技術(shù)支撐[8-10]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，巖溶地區(qū)大規(guī)模的工程建設(shè)日益增多，由此引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重。如何充分考慮巖溶塌陷的危險(xiǎn)性，對(duì)巖溶塌陷防治對(duì)策提供指導(dǎo)和借鑒，有效地規(guī)劃巖溶地區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，保證建設(shè)和地質(zhì)環(huán)境的協(xié)調(diào)是亟待解決的重大問(wèn)題。

2 評(píng)級(jí)研究

2.1 評(píng)價(jià)因子的選取和權(quán)重計(jì)算

本次研究選擇巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、歷史成災(zāi)傷亡人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、威脅人口和威脅資產(chǎn)5個(gè)要素作為評(píng)判因子對(duì)工作區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，歷史成災(zāi)傷亡人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、威脅人口和威脅資產(chǎn)4個(gè)要素根據(jù)表1選取量化指標(biāo)區(qū)間值，計(jì)算每個(gè)區(qū)塊的危險(xiǎn)系數(shù)(表2)，將危險(xiǎn)系數(shù)相同的區(qū)塊合并，劃分為巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)、危險(xiǎn)性中等區(qū)和危險(xiǎn)性小區(qū)。

表1 巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)劃分依據(jù)表

易發(fā)性因子(Y1)量化以易發(fā)性分區(qū)圖為基礎(chǔ)信息，死亡人數(shù)(Y2)、直接經(jīng)濟(jì)損失(Y3)以桂林市巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，受威脅人數(shù)(Y4)、潛在經(jīng)濟(jì)損失(Y5)以桂林市規(guī)劃地類為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。另外，非巖溶分布區(qū)及裸露型巖溶區(qū)因子分級(jí)賦值0分。各評(píng)價(jià)因子量化計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1～圖6。

圖1 易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)圖

圖2 死亡人數(shù)評(píng)價(jià)指數(shù)圖

圖3 直接經(jīng)濟(jì)損失評(píng)價(jià)指數(shù)圖

圖4 受威脅人數(shù)評(píng)價(jià)指數(shù)圖

圖5 潛在經(jīng)濟(jì)損失評(píng)價(jià)指數(shù)圖

圖6 工作區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性賦值分析圖

2.2 MapGIS加權(quán)疊加及量化分析

根據(jù)巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果，巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性劃分為危險(xiǎn)性大區(qū)、危險(xiǎn)性中等區(qū)、危險(xiǎn)性小區(qū)3個(gè)等級(jí)及非易發(fā)區(qū)(表3)。

表3 巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)劃表

其中工作區(qū)巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性大區(qū)為58.31 km2，約占工作區(qū)面積的6.63%；巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性中等區(qū)為178.04 km2，約占工作區(qū)面積的20.23%；巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性小區(qū)為235.05 km2，約占工作區(qū)面積的26.71%；非巖溶、裸露型巖溶區(qū)和主要水域面積共408.60 km2，約占工作區(qū)面積的46.43%。

圖7 工作區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)劃圖

(1)危險(xiǎn)性大區(qū)。該區(qū)面積約58.31 km2，占工作區(qū)面積6.63%，主要分布于桂林市主城區(qū)、臨桂新區(qū)中心區(qū)等地，區(qū)內(nèi)地貌特征為漓江，桃花江一、二級(jí)河流階地，孤峰平原及峰林平原，地層巖性為泥盆系上統(tǒng)東村組(D3d)，桂林組(D3g)，融縣組(D3r)灰?guī)r、白云巖，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈；區(qū)內(nèi)第四系土層主要為桂平組(Qhg)、白沙組(Qpb)雙層結(jié)構(gòu)沖積砂礫石層，次為臨桂組(Ql)單層結(jié)構(gòu)溶余堆積黏土、粉質(zhì)黏土。厚度一般5～10 m，部分地段15～30 m，北部矮山塘村、五福村以及桂林市三里店一帶覆蓋層厚度可達(dá)40 m，底部土層呈軟-流塑性狀；區(qū)內(nèi)地下水變化幅度<5 m/a，受人類工程活動(dòng)影響，地下水在基巖面上下反復(fù)波動(dòng)；區(qū)內(nèi)現(xiàn)有塌陷158個(gè)，塌陷發(fā)育密度71.20個(gè)/km2，人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈。

該區(qū)人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，主要為基礎(chǔ)建設(shè)抽排水引起地下水位大幅度的變化以及機(jī)械振動(dòng)對(duì)覆蓋層土體的擾動(dòng)，加速地下水對(duì)土層的潛蝕及崩解，引發(fā)塌陷。

(2)危險(xiǎn)性中等區(qū)。該區(qū)面積約178.04 km2，占工作區(qū)面積20.23%，主要分布桂林市五城區(qū)外圍、臨桂新區(qū)、雁山鎮(zhèn)、柘木鎮(zhèn)等地，區(qū)內(nèi)地貌特征為漓江、相思河、二級(jí)河流階地以及孤峰平原；區(qū)內(nèi)地層巖性為桂林組(D3g)，融縣組(D3r)，東村組(D3d)，唐家灣組(D2t)，東崗嶺組(D2d)灰?guī)r、白云巖，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)-中等，區(qū)內(nèi)第四系覆蓋物主要以桂平組(Qhg)雙層結(jié)構(gòu)沖積砂礫石層為主，次為臨桂組(Ql)、望高組(Qpw)單層結(jié)構(gòu)溶余堆積黏土、粉質(zhì)黏土，土層厚度<15 m，底部土層呈軟-流塑性狀；區(qū)內(nèi)地下水變化幅度<5 m/a，多在基巖面以上波動(dòng)；區(qū)內(nèi)現(xiàn)有塌陷196個(gè)，塌陷發(fā)育密度9.69個(gè)/km2，人類工程活動(dòng)中等。

該區(qū)人類工程活動(dòng)主要表現(xiàn)為新建筑、車輛荷載，以及以村為單位集中開(kāi)采地下水而引發(fā)的地下水位變化，促進(jìn)地下水對(duì)上覆土層的機(jī)械潛蝕作用。

(3)危險(xiǎn)性小區(qū)。該區(qū)面積約235.05 km2，占工作區(qū)面積26.71%，主要分布于定江鎮(zhèn)、大河鄉(xiāng)、臨桂新區(qū)、雁山鎮(zhèn)、二塘鄉(xiāng)、柘木鎮(zhèn)等地，區(qū)內(nèi)地貌特征為漓江、相思河、二級(jí)河流階地以及孤峰平原；區(qū)內(nèi)地層巖性為桂林組(D3g)，東村組(D3d)，唐家灣組(D2t)，東崗嶺組(D2d)灰?guī)r、白云巖，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)-中等，區(qū)內(nèi)第四系覆蓋物主要以桂平組(Qhg)雙層結(jié)構(gòu)沖積砂礫石層為主，次為臨桂組(Ql)、望高組(Qpw)單層結(jié)構(gòu)溶余堆積黏土、粉質(zhì)黏土，土層厚度<15 m，底部土層呈軟-流塑性狀；區(qū)內(nèi)地下水變化幅度<5 m/a，多在基巖面以上波動(dòng)；區(qū)內(nèi)現(xiàn)有塌陷62個(gè)，塌陷發(fā)育密度2.32個(gè)/km2，人類工程活動(dòng)中等-弱。

人類工程活動(dòng)主要表現(xiàn)為新建筑、車輛荷載，其他區(qū)域主要為村落，以及以村為單位集中開(kāi)采地下水而引發(fā)的地下水位變化，促進(jìn)地下水對(duì)上覆土層的機(jī)械潛蝕作用。

3 結(jié)論

(1)桂林規(guī)劃中心城區(qū)的巖溶塌陷危險(xiǎn)性分區(qū)的地質(zhì)環(huán)境因素細(xì)分為5個(gè)：巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、歷史成災(zāi)傷亡人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、威脅人口和威脅資產(chǎn)。

(2)依據(jù)預(yù)測(cè)分區(qū)指標(biāo)計(jì)算，將研究區(qū)巖溶塌陷易發(fā)分區(qū)分為危險(xiǎn)性大區(qū)、危險(xiǎn)性中等區(qū)、危險(xiǎn)性小區(qū)、非危險(xiǎn)區(qū)四種類型，計(jì)算研究區(qū)的面積為880.00 km2，其中巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性大區(qū)為58.31 km2；巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性中等區(qū)為178.04 km2；巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性小區(qū)為235.05 km2；非巖溶、裸露型巖溶區(qū)和主要水域面積共408.60 km2。