基于GIS的深圳市岩溶塌陷易发性评估

卜康正， 刘 阳， 郑先昌

(广州大学 土木工程学院，广东 广州 510006)

近年来随着深圳经济快速发展，城市化进程的加快，在人类活动与自然地质活动的作用下，深圳市已发生多起岩溶塌陷事故，对人民的生产和生活造成较大影响，给城市发展带来了较大的负面影响。经初步统计，深圳市已发岩溶塌陷地质灾害风险源28处。因此，有必要对深圳市岩溶塌陷的易发性进行评估。

1 特征分析

经对深圳地区所有的塌陷发生时间进行统计，发现诱发塌陷的因素和形成机制很多，其在时间上存在明显的规律性：岩溶地面塌陷主要集中在枯水季节，汛期明显减少，地面塌陷多发期在1～4月和8～12月两个时段。通过对比地面塌陷时间和年度月降雨量关系，发现两者在拐点位置比较一致，地面塌陷的季节性与枯水季节地下水位下降有关。

此外，岩溶地面塌陷分布受可溶岩空间展布控制，因而呈现明显的地域性特征。该特征表现在：岩溶塌陷基本分布在覆盖型可溶岩分布区，由于岩溶的构造控制作用较强，应力集中区塌陷发育较多，如断裂带、褶皱轴部等；岩溶地质发育区主要在横岗、坑梓、龙岗、坪山、坪地和葵涌片区，面积约60 km2，是城市发展的重要地带，也是深圳市未来发展的后备基地。

虽然地面塌陷前期形成土洞阶段的孕育时间有长有短，但是塌陷过程常是突发性的。地层结构中溶洞越大，地下水动力越强，松散砂土层越厚，第四系潜水与岩溶水连通性越好，塌陷突发性越强。由于塌陷的突发性特征，使得塌陷发生时难以防备，导致楼房等工程建设的破坏也难以治理。

2 易发性评估

岩溶地面塌陷是一种突发性的地质灾害，影响的因素具有多样性及复杂性，在准确预测方面目前尚无绝对可靠的方法。本文评估采用经验指标评估法进行易发性的预测，即根据岩溶地面塌陷的形成条件及主要影响因素，选取以下几个主要因素，按它们对塌陷发育的影响大小分为三到四级，综合已有经验，分别赋予权重指标，详见表1。

表1 易发性评估因子及经验指标表

具体评估采用中国地质环境监测院《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》(实施细则)中推荐的地质灾害综合危险性指数法。

根据各单元内岩溶地质特征，对各网格单元岩溶塌陷预测因子分别赋值并求和，利用GIS空间分析功能划分出岩溶塌陷区，岩溶塌陷预测指标如表2(a)所示。

由于影响岩溶塌陷的因素有主次之分，为了更加如实地反映各因素对塌陷的贡献，必须给每一指标赋予不同的权重。评估的权重采用专家经验法，具体权重见表2(b)、(c)、(d)、(e)，W表示该指标占主题层的权重。

表2 岩溶塌陷因子权重表

(b) 判断矩阵A-B及权重分配

(c) 判断矩阵B1-C及权重分配

(d) 判断矩阵B2-C及权重分配

(e) 判断矩阵B3-C及权重分配

经过层次总排序及一致性检验后，总权重分配见表3。

表3 岩溶塌陷地质灾害易发性评估指标权重分配表

3 岩溶塌陷地质灾害易发性评估结果

本次评估的结果是建立在搜集和整理深圳市已有环境地质数据的基础上，对深圳市地质岩溶塌陷重点区域，用统计模型研究各种影响因素(如岩性、覆盖层等)对岩溶塌陷的影响程度，评估结果如图1所示。

图1 深圳市岩溶塌陷易发性区划图

用GIS软件计算出图1的各区分布面积，其中，易发性极高的区域面积为6.7 km2，占深圳总面积的0.34%，易发性高的区域面积为29.5 km2，面积比重为1.51%，易发性中的区域面积为24.4 km2，占总面积1.25%。易发性极高、高的区域集中在龙岗区和坪山新区，这些区域的相关单位应采取限制地下水开采量、填堵岩溶孔隙、灌注水泥砂浆、采用桩基础穿越溶洞等工程措施减少岩溶塌陷发生的可能性，同时还须采用浅层地质雷达、高密度电法、地下水动态监测、水文动态监测等方法对岩溶易发性极高、高的区域进行监测。

深圳市历史岩溶塌陷的空间分布见表4。

表4 深圳市历史岩溶塌陷空间分布表

续表4

序号塌陷点塌陷日期7感水湖北西稻田1986.58G205国道K2981+274.6～290段左侧2006.2.9新西村入村的水泥路中部1996.10.210新西村民居大院水井1996.10.211龙岗某大厦基坑多处塌陷1996.912龙岗某大厦勘察钻孔ZK621996.2.2313巫屋20m商业街楼房墙外1992.8.2514巫屋20m商业街三栋房内1992.9.615盛平新建厂房宿舍楼1994.6.416坑梓水厂6号孔1991.417坑梓文化宫北侧工地1991.12.1918坑梓镇信用社前街道中部1990年冬19坑梓农贸市场西北正建民房(二层)未知20坑梓酒店东北角1991年初21坑梓汽车站北约30m1991.4-522田段心村与淡深公路间1991.423田段心村东北角1991.424牛背岭与石陂头之间1990年冬25牛背岭未知26牛背岭村西北稻田未知27龙西玉湖村民房1997.5.2328坪山街道咸水湖刘氏宗祠北侧2016.4.28

根据表4，对图1易发性区划图进行了验证。结果表明：28个历史岩溶类地质灾害中，77.8%落入极高易发和高易发区域中，其中极高区域占59.3%，高区域占18.5%，证明图1的分区能够较好地反映历史岩溶塌陷地质灾害的分布情况，基本上反映了深圳市岩溶塌陷地质灾害的空间分布情况。

4 结论

本文根据深圳市各区域内岩溶地质特征，对各网格单元岩溶塌陷预测因子分别赋值并求和，利用GIS空间分析功能，区划出深圳市岩溶塌陷易发性分区，结果表明岩溶塌陷易发性极高、高区域的面积分别为6.7 km2和29.5 km2，分别占深圳市总面积的0.34%和1.51%，且主要分布在龙岗区和坪山新区。这些地区应采取必要的工程措施减少岩溶塌陷发生的可能性，防止岩溶塌陷影响人民生活和城市安全。