基于信息量模型的深圳市地質災害危險性研究

王智強

(深圳市自然資源和不動產評估發展研究中心(深圳市地質環境監測中心)，廣東 深圳 518040)

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

1 地質災害分布規律

對近年來發生的50個斜坡類地質災害點進行分析統計。災情等級屬于較大級別的7處,占總體的13.72%,其余災情等級均屬于一般級別,占總體的86.28%。主要發生在低山丘陵區域,時間主要受強降雨影響,而巖土體結構和巖性則控制著地質災害的發育類型：

1)受高程控制。

深圳市斜坡類地質災害主要發生在丘陵山區、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,94%分布在高程0 m～100 m范圍內。0 m～100 m是人類活動的主要高程范圍,人類活動強度高,地質環境條件被改造強烈(見圖1)。

2)受地層巖性控制。

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

3)受斷裂控制。

斷裂發育區巖土體破碎,土體物理力學性質較差,裂隙發育是地下水的重要徑流通道,在降雨條件下,更易達到飽和。57%歷史發災點分布在距離斷層0 m～500 m的區域,82%分布在距離斷層0 m～1 000 m的區域。地質災害的發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,其地質災害的發育程度不同。斜坡類地質災害發育在東南向的占總數的22%,其次是西南向,占總數的18%。深圳汛期盛行東南風和西南風,將南側海面上部的水氣源源不斷輸送到陸地,在迎風面形成降雨量較大,巖土體更易達到飽和形成崩塌、滑坡地質災害(見圖4)。

2 評價模型

2.1 信息量法

信息量法由信息論發展而來,是一種建立在統計分析法基礎上評價預測方法[8]。信息量法認為因子信息量越大,對滑坡的貢獻越大,因子信息量越小對滑坡的貢獻越小。其表達式如下:

(1)

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

2.2 統計分析樣本

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

2.3 評價因子的選取

結合深圳實際本次選取高程、坡度、坡向、地形起伏度、工程地質巖組、與斷層的距離、人類工程活動強度等為評價因子,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個區間。

3)坡向。坡向由數字高程模型生成后,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。

6)工程地質巖組。根據工程地質圖,深圳市工程地質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～較堅硬砂泥質巖綜合體等九組。

7)人類活動強度。根據可能引發地質災害的危險建筑邊坡的分布[9],進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[10]。因此對各評價因子進行了獨立性檢驗和共線性檢驗。根據檢驗結果,各評價因子相關指數均小于0.4,見表2,屬于弱相關[11]。VIF指標小于10,見表3,不存在共線性的問題。不同因子信息量計算結果見表4。

表2 各因子相關系數矩陣

表4 不同因子信息量計算結果匯總表

3 易發性分析

利用GIS軟件將不同因子的信息量重新賦值給因子層,并進行疊加計算,得出易發性指數,并采用自然間斷點法對易發性指數進行了重新劃分,劃分為高易發區,中易發區,低易發區,非易發區四類。易發性指數分布見圖5。

4 危險性分析

在易發性評價的基礎上,以降雨為誘發因素,選取與易發性統一的空間分辨率柵格單元,采用統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據參與計算,年均降雨量分布及等值線圖見圖6。在易發指數柵格圖基礎上疊加降雨量分布柵格圖最終得到危險性指數分布圖,見圖7。

采用自然間斷點法將危險性指數分為三類,并結合近年來深圳市地質災害工程治理和地質災害發災情況,將深圳市劃分為高危險區、中危險區和低危險區3個類別,其中地質災害高危險區分為7個亞區;地質災害中危險區分為2個亞區;地質災害低危險區分為10個亞區。

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

2)地質災害中危險區(C):中危險區共有2個亞區,主要分布在深圳市中東部。該范圍內主要為低丘陵～低臺地地貌,總面積1 236.08 km2,占研究區總面積62.71%。該區主要特點是:范圍廣,分布分散,植被多發育好。區內巖石(層)節理裂隙較為發育。該區丘陵地區的殘坡積層一般厚5 m～15 m,局部較厚,可達10 m～20 m,表層土體主要為砂質黏性土和粉質黏土,土體較松散,巖石(層)節理裂隙較為發育,人工邊坡上極易形成崩塌,滑坡災害。植被比較發育,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和削坡建房為主。

3)地質災害低危險區(D):研究區的地質災害低危險區主要在寶安西部、南山區中部、福田區南部、羅湖區南部區域。區域范圍內人類工程活動很少,地勢較平坦。低危險區總面積為493.98 km2,占研究區總面積的25.05%。

5 結論

1)對近年的歷史發災記錄進行了分析,94%歷史發災點分布在高程0 m～100 m范圍內,42%歷史發災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的區域,斜坡類地質災害發育在東南向的占總數的22%。

2)采用信息量模型,選擇高程,坡度,坡向,工程地質巖組,距斷層遠近,起伏度,人類活動強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)結合深圳近年來地質災害發育現狀,將深圳市劃分為高危險區、中危險區和低危險區三個等級,其中高危險區面積241.35 km2,占調查區總面積12.24%;中危險區面積1 236.08 km2,占調查區總面積62.71%;低危險區面積493.98 km2,占總面積25.05%。為深圳市地質災害管理及下一輪防治規劃提供了數據支撐。