基于信息量模型的深圳市地質(zhì)災(zāi)害危險性研究

王智強(qiáng)

(深圳市自然資源和不動產(chǎn)評估發(fā)展研究中心(深圳市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心)，廣東 深圳 518040)

深圳市地質(zhì)災(zāi)害類型以斜坡類地質(zhì)災(zāi)害為主,主要為崩塌和滑坡。主要發(fā)生在“龍舟水”及臺風(fēng)暴雨期間。規(guī)模以微型和小型為主,突發(fā)性強(qiáng),難以提前發(fā)現(xiàn)[1]。深圳市人口密度大,經(jīng)濟(jì)密度高,規(guī)模較小的地質(zhì)災(zāi)害也有可能造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。許丹丹等[2-6]對深圳市的地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律進(jìn)行了研究,研究了地層巖性等因素對地質(zhì)災(zāi)害分布的影響,但均是以隱患點為主要研究對象。實際情況是很多發(fā)災(zāi)點并不在地質(zhì)災(zāi)害隱患點臺賬,因此地質(zhì)災(zāi)害的管理思路急需從隱患點管理向危險區(qū)管理進(jìn)行轉(zhuǎn)變,最終實現(xiàn)隱患點與風(fēng)險區(qū)管理的“雙防雙控”管理模式,但針對深圳市的地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)劃研究較少,因此急需對深圳市地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)進(jìn)行區(qū)劃研究。相關(guān)研究結(jié)論的獲取能夠為深圳市地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)管控提供必要的參考依據(jù)和政策啟示。

1 地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

對近年來發(fā)生的50個斜坡類地質(zhì)災(zāi)害點進(jìn)行分析統(tǒng)計。災(zāi)情等級屬于較大級別的7處,占總體的13.72%,其余災(zāi)情等級均屬于一般級別,占總體的86.28%。主要發(fā)生在低山丘陵區(qū)域,時間主要受強(qiáng)降雨影響,而巖土體結(jié)構(gòu)和巖性則控制著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育類型：

1)受高程控制。

深圳市斜坡類地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在丘陵山區(qū)、高臺地等人工開挖坡腳處[7],其中53%分布在高程0 m～50 m范圍內(nèi),94%分布在高程0 m～100 m范圍內(nèi)。0 m～100 m是人類活動的主要高程范圍,人類活動強(qiáng)度高,地質(zhì)環(huán)境條件被改造強(qiáng)烈(見圖1)。

2)受地層巖性控制。

不同工程地質(zhì)巖組,抗剪強(qiáng)度及水理性質(zhì)不同,其地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度不同?；◢弾r坡殘積土與泥質(zhì)巖干濕強(qiáng)度變化大,遇水易軟化崩解。斜坡類地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在堅硬塊狀侵入巖綜合體,占總數(shù)的42%。其次是發(fā)育在較硬～較堅硬砂泥質(zhì)巖綜合體,占總數(shù)的24%(見圖2)。

3)受斷裂控制。

斷裂發(fā)育區(qū)巖土體破碎,土體物理力學(xué)性質(zhì)較差,裂隙發(fā)育是地下水的重要徑流通道,在降雨條件下,更易達(dá)到飽和。57%歷史發(fā)災(zāi)點分布在距離斷層0 m～500 m的區(qū)域,82%分布在距離斷層0 m～1 000 m的區(qū)域。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育受斷裂帶的影響明顯(見圖3)。

4)受坡向控制。

坡向是影響斜坡變形的主要因素。不同坡向,其地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度不同。斜坡類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育在東南向的占總數(shù)的22%,其次是西南向,占總數(shù)的18%。深圳汛期盛行東南風(fēng)和西南風(fēng),將南側(cè)海面上部的水氣源源不斷輸送到陸地,在迎風(fēng)面形成降雨量較大,巖土體更易達(dá)到飽和形成崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害(見圖4)。

2 評價模型

2.1 信息量法

信息量法由信息論發(fā)展而來,是一種建立在統(tǒng)計分析法基礎(chǔ)上評價預(yù)測方法[8]。信息量法認(rèn)為因子信息量越大,對滑坡的貢獻(xiàn)越大,因子信息量越小對滑坡的貢獻(xiàn)越小。其表達(dá)式如下:

(1)

其中，I(XI,A)為指標(biāo)XI提供邊坡失穩(wěn)的信息量值；S為預(yù)測區(qū)總單元數(shù);N為預(yù)測區(qū)已知變形破壞單元總數(shù);SI為XI的單元個數(shù);NI為有指標(biāo)XI的變形破壞單元個數(shù)。

2.2 統(tǒng)計分析樣本

統(tǒng)計樣本為深圳市在冊的地質(zhì)災(zāi)害隱患點共計607處,包括自然斜坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點43處,和可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險建筑邊坡564處。以607處在冊點提取各評價因子的分級信息量,并計算易發(fā)性指數(shù)和危險性指數(shù)。

2.3 評價因子的選取

結(jié)合深圳實際本次選取高程、坡度、坡向、地形起伏度、工程地質(zhì)巖組、與斷層的距離、人類工程活動強(qiáng)度等為評價因子,各因子的分類情況及信息量詳述如下：

1)高程。由數(shù)字高程模型將全市高程分為0 m～50 m，50 m～100 m，100 m～150 m，150 m～200 m，200 m～300 m，>300 m六類。

2)坡度。坡度由數(shù)字高程模型生成后按照0°～15°，15°～25°，25°～35°，35°～45°，45°～90°重分類為5個區(qū)間。

3)坡向。坡向由數(shù)字高程模型生成后,按照北、東北、東、東南、南、西南、西、西北及水平重分為九類。

4)地形起伏度。地形起伏度由數(shù)字高程模型生成后,按照0°～10°，10°～20°，20°～30°，>30°分為四類。

5)距離斷裂的距離。根據(jù)深圳市斷裂分布,生成0 m～500 m，500 m～1 000 m，1 000 m～2 000 m和>2 000 m四類緩沖區(qū)。

6)工程地質(zhì)巖組。根據(jù)工程地質(zhì)圖,深圳市工程地質(zhì)巖組分為紅層碎屑巖組、堅硬塊狀侵入巖綜合體、較硬～較堅硬 火山熔巖及火山碎屑巖組、較硬～較軟頁巖泥質(zhì)巖綜合體、砂類土-黏性土等沉積土體、堅硬混合花崗巖組、較堅硬片巖綜合體、較硬碳酸鹽巖綜合體和較硬～較堅硬砂泥質(zhì)巖綜合體等九組。

7)人類活動強(qiáng)度。根據(jù)可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險建筑邊坡的分布[9],進(jìn)行核密度分析并采用自然間斷法分為五類(見表1)。

表1 各評價因子分類

2.4 獨立性檢驗

評價因子的選取并不是越多越好,評價因子過少,考慮因素不全面,評價因子過多各因子的影響可能重復(fù)[10]。因此對各評價因子進(jìn)行了獨立性檢驗和共線性檢驗。根據(jù)檢驗結(jié)果,各評價因子相關(guān)指數(shù)均小于0.4,見表2,屬于弱相關(guān)[11]。VIF指標(biāo)小于10,見表3,不存在共線性的問題。不同因子信息量計算結(jié)果見表4。

表2 各因子相關(guān)系數(shù)矩陣

表4 不同因子信息量計算結(jié)果匯總表

3 易發(fā)性分析

利用GIS軟件將不同因子的信息量重新賦值給因子層,并進(jìn)行疊加計算,得出易發(fā)性指數(shù),并采用自然間斷點法對易發(fā)性指數(shù)進(jìn)行了重新劃分,劃分為高易發(fā)區(qū),中易發(fā)區(qū),低易發(fā)區(qū),非易發(fā)區(qū)四類。易發(fā)性指數(shù)分布見圖5。

4 危險性分析

在易發(fā)性評價的基礎(chǔ)上,以降雨為誘發(fā)因素,選取與易發(fā)性統(tǒng)一的空間分辨率柵格單元,采用統(tǒng)計模型方法開展危險性評價。危險性分為高、中、低三個等級。本次工作向深圳市氣象局收集了深圳市51個雨量站2013年1月1日～2021年11月30日的日降雨量資料,并考慮降雨的周期性,從中選取6個年度降雨周期共72個月的月累計降雨量數(shù)據(jù)參與計算,年均降雨量分布及等值線圖見圖6。在易發(fā)指數(shù)柵格圖基礎(chǔ)上疊加降雨量分布柵格圖最終得到危險性指數(shù)分布圖,見圖7。

采用自然間斷點法將危險性指數(shù)分為三類,并結(jié)合近年來深圳市地質(zhì)災(zāi)害工程治理和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)災(zāi)情況,將深圳市劃分為高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)3個類別,其中地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)分為7個亞區(qū);地質(zhì)災(zāi)害中危險區(qū)分為2個亞區(qū);地質(zhì)災(zāi)害低危險區(qū)分為10個亞區(qū)。

1)地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)(B):地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)共有7個亞區(qū)。主要分布于深圳市東南、中部、東北部,區(qū)域內(nèi)以低山、丘陵地貌為主,分布面積為241.35 km2,占研究區(qū)總面積12.24%。該區(qū)的主要特點是:海拔較高、地形起伏較大。整體范圍基巖風(fēng)化強(qiáng),破碎,殘坡積層一般在5 m～20 m厚,局部較厚,植被發(fā)育良好。該地區(qū)因人類工程活動頻繁,以削坡修路為主,大多數(shù)削坡修路形成的不穩(wěn)定斜坡無護(hù)坡措施,雨季崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害危險性高。

2)地質(zhì)災(zāi)害中危險區(qū)(C):中危險區(qū)共有2個亞區(qū),主要分布在深圳市中東部。該范圍內(nèi)主要為低丘陵～低臺地地貌,總面積1 236.08 km2,占研究區(qū)總面積62.71%。該區(qū)主要特點是:范圍廣,分布分散,植被多發(fā)育好。區(qū)內(nèi)巖石(層)節(jié)理裂隙較為發(fā)育。該區(qū)丘陵地區(qū)的殘坡積層一般厚5 m～15 m,局部較厚,可達(dá)10 m～20 m,表層土體主要為砂質(zhì)黏性土和粉質(zhì)黏土,土體較松散,巖石(層)節(jié)理裂隙較為發(fā)育,人工邊坡上極易形成崩塌,滑坡災(zāi)害。植被比較發(fā)育,局部地段巖土體裸露,人類工程活動比較頻繁,人類工程活動的工程以道路交通建設(shè)和削坡建房為主。

3)地質(zhì)災(zāi)害低危險區(qū)(D):研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害低危險區(qū)主要在寶安西部、南山區(qū)中部、福田區(qū)南部、羅湖區(qū)南部區(qū)域。區(qū)域范圍內(nèi)人類工程活動很少,地勢較平坦。低危險區(qū)總面積為493.98 km2,占研究區(qū)總面積的25.05%。

5 結(jié)論

1)對近年的歷史發(fā)災(zāi)記錄進(jìn)行了分析,94%歷史發(fā)災(zāi)點分布在高程0 m～100 m范圍內(nèi),42%歷史發(fā)災(zāi)點分布在堅硬塊狀侵入巖綜合體,57%分布在距離斷層0 m～500 m的區(qū)域,斜坡類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育在東南向的占總數(shù)的22%。

2)采用信息量模型,選擇高程,坡度,坡向,工程地質(zhì)巖組,距斷層遠(yuǎn)近,起伏度,人類活動強(qiáng)度等因素為評價因子,分析了評價因子分級信息量,坡度大于45°的信息量最高。

3)結(jié)合深圳近年來地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀,將深圳市劃分為高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)三個等級,其中高危險區(qū)面積241.35 km2,占調(diào)查區(qū)總面積12.24%;中危險區(qū)面積1 236.08 km2,占調(diào)查區(qū)總面積62.71%;低危險區(qū)面積493.98 km2,占總面積25.05%。為深圳市地質(zhì)災(zāi)害管理及下一輪防治規(guī)劃提供了數(shù)據(jù)支撐。