平原区多灾种地质灾害危险性分区评价

平原区多灾种地质灾害危险性分区评价

1陆性气候区基岩地层通州位于北京市东南部，大运河北端。区域地理坐标北纬39°36′～40°02′,东经116°32′～116°56。气候属暖温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区,多年平均气温11.4℃,多年平均降雨量610.0mm。其地属平原区,地表均被第四系地层覆盖。其下伏的基岩地层主要有中远古代长城系(Ch)、蓟县系(Jx)、晚元古代青白口系(Qn)、古元代寒武系(∈)、奥陶系(O)和石炭-二叠系(C-P)。通州区主要的断裂有:南苑—通县断裂、礼贤断裂、夏垫断裂。针对通州区地理位置及地质环境特点,确定通州区主要的地质灾害类型有四种,即:地面沉降、砂土液化、断裂构造及地裂缝。2不同类型泥石流的危险性分区评价由于地质灾害发育特征、形成机制及危害特征差异很大,针对不同类型的地质灾害选取不同模型、方法进行单灾种的危险性分区评价,在此基础上进行多灾种地质灾害危险性综合分区评价(图1)。3环境地质背景地质灾害危险性分区评价指标体系包括历史地质灾害发育程度指标和环境地质条件(形成地质灾害的环境地质背景)指标。各影响指标在不同类型地质灾害中的主次地位和具体要素不尽相同。根据通州区历史地质灾害发育程度和环境地质条件特点,确定通州区地质灾害各灾种危险性分区评价指标及取值(定性)标准。3.1抗灾害因素作用砂土液化危险性评价指标依据危险性含义选取,其构成指标包括3方面因素:灾害发育强度、地质条件和水文地质条件。砂土液化是由诸多因子组合作用的结果。为了使问题简化,同时考虑因子量化及取得的可行性,对指标因子采用合并和舍去的办法,最终确定6项评价指标,评价指标及量化取值见表1。3.2评价评价指标和量化价值标准地面沉降危险性评价构成指标包括2个:地面累计沉降量和沉降速率。量化取值见表2。3.3地裂缝成因:地裂缝+火炬地裂缝危险性评价构成指标包括3方面因素:灾害发育强度、地质条件和水文地质条件。地裂缝是由诸多因子组合作用的结果。为了使问题简化,同时考虑因子量化及取得的可行性,对指标因子采用合并和舍去的办法,最终确定6项评价指标,评价指标及量化取值见表3。3.4抗震断裂错动根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第4.1.7规定,存在如下条件之一时,可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响:(1)抗震设防烈度小于8度;(2)非全新世活动断裂;(3)抗震设防烈度为8、9度时,前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖层厚度分别大于60m和90m。对于不符合以上规定的情形,在抗震设防烈度为8、9度时,应避开主断裂带。其避让距离不宜小于表4中的规定。4单灾品种灾害风险分类的评价4.1砂浆岩的危险分类4.1.1关联度及权重的确定危险性分区评价方法采用模糊综合评价法,计算方法如下:(1)单元网格剖分,采用1km×1km的网格剖分1∶50000通州区地理、地质及地质灾害简图,共剖分网格900个(网格完整度小于0.5的不计)。每个单元网格即为最小的危险性评价单位。(2)读取每个单元格中6个影响因子的量化值(M),量化标准见表1。(3)采用灰色关联度分析法确定影响因子的权重(n)。Ⅰ.随机抽取45个单元网格作为计算样本。Ⅱ.建立参考数列和比较数列。1976年地震液化程度因子量化值构成参考数列:x0(k)=[x0(1)、x0(2)、x0(3)、……x0(43)、x0(44)、x0(45)];场地液化条件判别成果、地层岩性、地貌、河道发育情况、浅层地下水水位等因子的量化值构成比较数列: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.计算关联度系数ξi(k),计算公式如下:ξi(k)=minimink|x0(k)−xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)−xi(k)||x0(k)−xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)−xi(k)|ξi(k)=minimink|x0(k)-xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)-xi(k)||x0(k)-xi(k)|+0.5maximaxk|x0(k)-xi(k)|Ⅳ.关联度计算及权重确定,关联度计算公式如下:ri=145∑i=145ξi(k)ri=145∑i=145ξi(k)权重计算公式如下:ni=ri∑i=05rini=ri∑i=05ri根据公式,计算出各影响因子的权重,见表5。(4)计算砂土液化危险性指数(Z),计算公式如下:Z=∑i=05Mi⋅niΖ=∑i=05Μi⋅ni式中:Ζ——砂土液化危险性指数;i——地质灾害的某类影响因子;Μi——某类影响因子的量化分值;ni——某类影响因子的权重。4.1.2抗侧力等级结果将砂土液化的危险性指数按照由高到低的顺序排列,成为一条曲线,根据曲线的分布规律来评定砂土液化的危险性等级,标准见表6。经评价,通州区砂土液化地质灾害危险性区划分为5个等级,其中高度易发区占总面积的14.9%;中度易发区占总面积的15.4%;轻度易发区占总面积的50.3%;微度易发区占总面积的17.0%;非易发区占总面积的2.4%。危险性区划等级与1976年唐山地震时通州区砂土液化强度呈正相关,区划模型、区划方法基本合理正确。危险性区划图见图2。4.2评估土壤沉降的风险分类4.2.1沉降危险性指数法(1)单元网格剖分,与前一致。(2)分别读取每个单元网格中地面累计沉降量(Q)和沉降速率(S)的量化数值,读取标准见表2。(3)根据地面累计沉降量和沉降速率计算地面沉降危险性指数,计算公式如下:Z=(Zq+Zs)/2Ζ=(Ζq+Ζs)/2式中:Ζ——地面沉降危险性指数;Ζq——累计地面沉降量因子的量化分值;Ζs——沉降速率因子的量化分值。4.2.2地面沉降的危险性等级将地面沉降的危险性指数按照由高到低的顺序排列,成为一条曲线,根据曲线分布规律来评定,地面沉降的危险性等级标准,见表7。经评价,通州区地面沉降地质灾害危险性区划分为3个等级,其中中度易发区占总面积的3.7%、轻度易发区占总面积的90.1%、微度易发区占总面积的6.2%。危险性区划图见图3。4.3风险面积的评估4.3.1砂土墙体的结构危险性分区评价方法采用模糊综合评价法,其计算方法和砂土液化的计算方法一致,量化标准见表3。根据公式,计算出各影响因子的权重,见表8。4.3.2地面地震危险性区划评价将地裂缝的危险性指数按照由高到低的顺序排列,成为一条曲线,根据曲线的分布规律来评定砂土液化的危险性等级,标准见表9。经评价,通州区地裂缝地质灾害危险性区划分为4个等级,其中中度易发区占总面积的12.8%;轻度易发区占总面积的27.5%;微度易发区占总面积的48.5%;非易发区占总面积的11.2%。危险性区划等级与1976年唐山地震时通州区地裂缝强度呈正相关,区划模型、区划方法基本合理正确。危险性区划图见图4。4.4错误结构的风险分类根据前面的定性指标,对断裂构造危险性进行区划,即:整个通州区为地质灾害非易发区。5综合风险分类的多灾种分类5.1计算数的计算多灾种综合危险性分区评价是在单灾种区划的基础上进行的,多灾种地质灾害综合危险性指数的计算采用“取最大值法”。单灾种危险性指数赋值取值标准见表10,多灾种综合危险性指数计算公式如下:Zz=Maxi=14ZiΖz=Μaxi=14Ζi式中:Zz——多灾种综合危险性指数;Zi——单灾种危险性指数(表10);i——地质灾害的某类灾种。5.2种自然灾害综合危险性区划标准根据计算出的多灾种地质灾害综合危险性指数,共划分出5个等级。多灾种地质灾害综合危险性区划标准见表11。经评价,通州区高度易发区占总面积的15.4%;中度易发区占总面积的19.5%;轻度易发区占总面积的62.5%;微度易发区占总面积的2.6%。危险性区划图见图5。6建立评价体系通州区最主要的地质灾害类型为砂土液化和地面沉降,其次为地裂缝。采用灰色关联度法计算出砂土液化和地裂缝危险性指数,对砂土液化、地面沉降、地裂缝和断裂构造的危险性进行了评价,并依据相关标准进行了危险性区划。本次工作以地质学和地质灾害评估理论为指导,建立了一套针对平原区的地质灾害调查与区划的评价体系,利用所建立的评价体系,对通州区分别进行了单灾种地质灾害危险性区划和