基于GIS的江苏宜兴市地质灾害易发区评价

陈福春，刘 洪

（江苏省地质调查研究院，江苏 南 京 2 10018）

0 引言

地质灾害易发区是指具备地质灾害发生的地质环境条件和气候条件，容易或可能发生地质灾害的区域。地质灾害易发区的划分方法有综合危险性指数法［1-2］、信息量模型［3］、袭扰系数法［4-5］等，随着地理信息系统（GIS）的发展，其强大空间信息管理和分析功能为地质灾害信息的规划化管理提供了有力的工具，也为地质灾害在不同模型条件下的风险评估提供了有效的技术支持［6-7］。

基于GIS进行地质灾害易发区评价，是将影响单个灾种（滑坡和崩塌、岩溶地面塌陷、采空地面塌陷）地质灾害易发程度的因素用一张专题图层表示，然后进行基于栅格的空间叠加分析，每一个图层对应的栅格之间作相应的四则运算或者是函数运算，得到一张新的栅格专题图层——地质灾害易发程度综合指数图层，根据确定的综合指数分界值，划分出易发程度分区图。本文以MAPGIS作平台，利用其空间分析功能，对宜兴市的地质灾害易发区进行了划分和评价。

1 评价过程

1.1 网格剖分

运用栅格数据处理方法对宜兴市1∶10万行政区划图进行规则网格剖分，为了提高评价结果的精度，单元面积选取0.5km×0.5km，共划分8233个单元。

1.2 数学模型

利用MAPGIS空间分析功能，采用人机对话方式，对8233个评价单元按照判别划分标准，分别提取滑坡和崩塌、岩溶地面塌陷、采空地面塌陷易发程度的因子信息，再进行叠加分析（图1），数学模型如下：

G= ∪ Gi=G1∪ G2∪ … ∪ Gn（n=1，2，3）

图1 空间迭加分析模型Fig.1 Spatial superposition analysis model

1.3 单灾种专题层的生成

采用评判因子加权指数模型，分别生成滑坡和崩塌、岩溶地面塌陷、采空地面塌陷易发程度指数的剖分图层。

1.3.1 滑坡、崩塌

宜兴市低山丘陵的面积较大，尤其是南部的低山丘陵山区，基岩广泛裸露，崇山峻岭与冲沟、谷地相依展布，地形起伏，冲沟发育，多呈“V”形谷，平面上呈直线形，发育长度1～5km，冲沟较陡，一般在30°～45°，切割深度一般 100～350m，最深达400m左右。太华镇、丁蜀镇等的很多村庄沿冲沟两侧依山而建，建房和修路切削山坡现象非常普遍，而低山区的露天采矿也形成了大量的不稳定斜坡，存在滑坡和崩塌的隐患。根据以往调查资料，宜兴市已发生的滑坡、崩塌11处，存在滑坡、崩塌隐患191处，主要分布在南部丁蜀镇、湖滏镇、太华镇、张渚镇等的低山丘陵区。另外，部分露天采矿产生的废石（土）沿塘口周围山坡堆放，没有防护措施，由于结构松散，坡度陡、高度大，在暴雨、重力和振动作用下，有产生滑坡的可能。

表1 滑坡、崩塌、地面塌陷评判因子权重一览表Table 1 The weigh t of judgment factor

根据对区内滑坡、崩塌灾害发育分布特征的认识，按照地形坡度、地层岩性、地质构造发育程度、地层产状、以及滑坡、崩塌发育特征和人类工程活动将滑坡、崩塌易发程度划分为四个级别（表2、图2）。

表2 滑坡、崩塌灾害易发程度判别指标一览表Table 2 The land-slide and collapse easy-happening degree judgment index

1.3.2 岩溶地面塌陷

宜兴市为第四系覆盖的隐伏岩溶块段分布区面积较大，主要分布在南部的张渚盆地、湖滏盆地、中部新街街道的陆平、高塍镇的静堂村、北部芳桥镇的阳山、杨巷镇的安乐山、金峰山一带，岩性为粉晶、微晶石灰岩和白云岩，上覆第四系松散层的厚度7～70m，丁蜀—湖滏盆地的部分地区上覆第四系松散层的厚度小于10m，存在严重的地面塌陷隐患。

根据以前调查资料，宜兴市发生的岩溶地面塌陷分布在丁蜀镇查林村，最早发生于20世纪90年代初，截至2003年，该处已发生地面塌陷坑12处，塌陷坑平面形态多为圆形，直径3～9m，深度2～6m，规模均为小型，地面塌陷造成周围房屋开裂、电力设施基础变形、公路路基变形，造成湖光路交通中断、地下设施的线缆断裂、自来水管道破裂，危害严重，损失巨大。

岩溶地面塌陷的发生是地质构造、岩溶发育的覆盖型碳酸盐岩地层、上覆第四系松散层厚度、岩性、地下水开采等综合因素的结果。根据岩溶发育程度、上覆第四系松散层厚度、地下水动力条件及岩溶塌陷发展趋势划分为三个级别（表3、图3）。

1.3.3 采空地面塌陷

采空地面塌陷是指地下矿层大面积被采空后，改变了原生地质环境和围岩应力，矿层上部的岩层失去支撑，平衡条件被破坏，产生顶板弯曲、变形、陷落，如影响到地表，则造成地面塌陷。

宜兴市地下开采的矿山主要有煤矿、陶土矿，虽已全部关闭，但经过长期的地下开采，形成了面积较大的采空区，由于采矿规模、矿床埋深及所处地理位置的不同，其采空区的危害程度、危险性也不同，存在着严重的地面塌陷隐患。根据调查资料，宜兴市已发生采空地面塌陷6处，主要分布在丁蜀镇、湖滏镇的陶土矿、煤矿采空区范围内。目前，尚有3处采空塌陷处于不稳定状态，塌陷区范围呈扩大趋势，对采空区上方的道路、建筑物和田地构成潜在危害。

图2 滑坡、崩塌灾害易发程度指数剖分图层Fig.2 Division coverage of land slide and collapse easy-happening degree index

图3 岩溶地面塌陷灾害易发程度指数剖分图层Fig.3 Division coverage of karst ground collapse easy-happening degree index

表3 岩溶地面塌陷灾害易发程度判别指标一览表Table 3 The karst ground collapse easy-happening degree judgment index

采空地面塌陷主要是由于地下开采矿产资源造成的，只要存在采空区的地带都有可能发生塌陷，只是由于开采方法、采空区大小和地质条件的不同，其易发程度不同。因此，凡是已经形成地下采空区并且未采取回填处理的地带均划为地面塌陷易发区，在此基础上，根据采空区顶板埋深、顶板岩性、构造发育以及采空塌陷的发育情况划分为四个级别，由于宜兴市地下矿山均采用无底柱崩落法开采，在易发区级别的划分中不考虑开采方法（表4、图4）。

表4 采空地面塌陷灾害易发程度判别指标一览表Table 4 The mining ground collapse easy-happening degree judgment index

1.4 综合指数

利用MapGIS的空间分析模块，按照单灾种权重，对单灾种地质灾害易发程度分区图层进行代数叠加分析，得到易发程度综合指数剖分图，每一单元网格的综合指数在0.90～2.90，根据综合指数频数分布，确定1.00、1.60和2.00作为地质灾害易发程度综合指数分区阀值，由此得到地质灾害易发程度综合指数分区图（图5），然后根据实际的地质环境背景条件和地质灾害发育分布现状进行校正，得到宜兴市地质灾害易发区图（图6）。

图4 采空地面塌陷灾害易发程度指数剖分图层Fig.4 Division coverage of mining collapse

图5 地质灾害易发程度综合指数分区图Fig.5 Division coverage of geological hazards easy-happening degree comprehensive index

2 易发区评价

由宜兴市地质灾害易发区图可以看出，地质灾害易发区主要分布在南部的低山丘陵、岗地地区，广大的平原区为地质灾害不易发区，总面积1454.68 km2，区划结果准确地反映了宜兴市地质灾害分布、发育现状和危害程度。

2.1 地质灾害高易发区

分布在南部太华镇和湖滏镇邵家段的低山丘陵区及煤矿、陶土矿的地下采空区，总面积44.71km2，占全区面积2.19％，特点是村庄沿山边沟谷分布，村民建房、修路切削山坡非常普遍，形成了大量的不稳定斜坡，斜坡岩性为层状砂岩、石英砂岩，夹薄层的粉砂岩、泥岩，斜坡坡度陡（部分斜坡甚至为顺向坡），距离村民房屋很近，一旦发生滑坡和崩塌，危害十分严重，而地下开采煤矿、陶土矿形成了面积较大地下采空区，且未采取充填等处理措施，存在地面塌陷的隐患。

图6 宜兴市地质灾害易发区图Fig.6 The easy-happening degree zoning of geological hazards in Yixing city

2.2 地质灾害中易发区

分布在张渚镇、丁蜀镇、湖滏镇、西渚镇的低山丘陵区，总面积99.94km2，占全区面积4.90％，特点是露天采矿活动强烈，形成了大量的不稳定斜坡，受爆破振动，斜坡面岩石破碎、松散，容易发生滑坡、崩塌，威胁采石工人和机械设备的安全，危害较为严重。

2.3 地质灾害低易发区

分布在除高、中易发区外的其他低山丘陵和岗地区，面积439.37km2，占全区面积21.55％，人类影响地质环境的工程活动较弱，形成的不稳定斜坡规模小，露采矿山已停采废弃，形成的不稳定斜坡经过自然滑塌和人工复绿，已基本稳定，危害较小；张渚盆地、湖滏盆地、新街街道的陆平、高塍镇的静堂村、芳桥镇的阳山、杨巷镇的安乐山、金峰山等地隐伏岩溶发育，上覆第四系松散层厚度小于70m，如强烈开采岩溶地下水，可能引发岩溶地面塌陷。

3 结论

本文根据宜兴市地质灾害发育的地质环境条件、地质灾害发育现状和人类工程经济活动的强度，采用GIS空间分析功能对宜兴市进行了地质灾害易发区划分，将宜兴市的地质灾害易发程度划分为高、中、低和不易发四个等级。划分的结果比较符合宜兴市地质灾害发育实际情况，为规划和宏观指导全市的地质灾害防治工作，促进国土资源的可持续发展，提供了科学依据。

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