灰色关联度分析法在北京通州区地裂缝灾害危险性评价中的应用

刘德成，靳小平，周自梁

(北京市地质矿产勘查开发总公司，北京 100050)

灰色关联度分析法在北京通州区地裂缝灾害危险性评价中的应用

刘德成，靳小平，周自梁

(北京市地质矿产勘查开发总公司，北京 100050)

地裂缝是地质灾害中的地面变形灾害之一，是直接或间接地恶化环境、降低环境质量、危害人类和生物圈发展的地质事件。本文介绍了利用灰色关联度分析法对地裂缝灾害危险性进行评价，并系统阐述了灰色关联度分析法的评价方法与模型，旨在为城市规划和防灾减灾提供科学依据。文中以北京市通州区为例，对北京市通州区地裂缝现状进行了说明并对其进行了成因分析，选取了灾害发育强度、地质条件和水文地质条件三项因子共六个评价指标，然后对评价指标进行权重计算评定地裂缝的危险性等级，并绘制区划图。根据区划的结果，划分地裂缝中度易发区、轻度易发区、微度易发区以及非易发区。

地裂缝;危险性;灰色关联度分析法;北京市通州区

0 引言

地裂缝灾害是地质灾害中的地面变形灾害之一，是直接或间接地恶化环境、降低环境质量、危害人类和生物圈发展的地质事件。1976年唐山发生7.8级大地震，直接或间接地导致了北京的许多地区，都出现了地裂缝，在这次地震中，通州区的地裂缝情况是比较严重的。本文采用了灰色关联度分析法对通州区地裂缝灾害危险性进行评价，旨在为城市规划和防灾减灾提供科学依据。

通州区位于北京市东南部，京杭大运河北端。西邻朝阳区、大兴区，北与顺义区接壤，东隔潮白河与河北省三河市、大厂回族自治县、香河县相连，南和天津市武清县、河北省廊坊市交界。紧邻北京中央商务区(CBD)，素有“一京二卫三通州”之称。

通州区位于华北大平原，出露地层均为第四系，由粘性土和砂层组成，粘性土是相对隔水层，砂层为含水层。砂层较多，含水砂层间的粘性土较薄且延展不甚稳定。其下伏的基岩地层主要有中远古代长城系(Ch)、蓟县系(Jx)、晚远古代青白口系(Qn)、古元代寒武系(∈)、奥陶系(O)和石炭－二叠系(C－P)。通州区主要断裂有:南苑—通县断裂、礼贤断裂、夏垫断裂。

1 北京通州区地裂缝现状及成因分析

1.1 地裂缝现状及危害

通州区地裂缝最早出现在邢台地震后，于1967年冬在通县农业印刷厂发现。唐山地震前，1975年2 ～10月通州区次渠镇麦庄、西集镇上坡村分别出现地裂缝。1976年唐山地震后，通州区郎府－西集地区曾出现过大量的地裂缝。其中有两条主要的地裂缝:第一条是合和站—上坡地裂缝，呈NE向展布，长约400～500m，1975年海城地震后发现，1976年唐山地震中重复出现;第二条是张各庄地裂缝，位于夏垫断裂带附近，出现多组地裂缝。

1.2 地裂缝成因分析

地裂缝是在内外力作用下岩石和土层发生变形，当力的作用与积累超过岩土层内部的结合力时，岩土层发生破裂，其连续性遭到破坏，形成裂隙［1］。在地下因遭受周围岩土层的限制和上部岩土层的重压作用，其闭合比较紧密，而地表由于其围压作用力减小，又具一定的自由空间，裂隙一般较宽，表现为裂缝即地裂缝。

通州区的地裂缝属于受地貌形态控制的地裂缝，主要分布在河流的两岸，均为顺河堤方向发育。在地裂缝集中出现的西集－郎府地区，地处潮白河中下游平原河流改道频繁的泛滥区，古河道极为发育，这些地区地势低洼，沉积物新，结构疏松，同时这个地区也是唐山地震后砂土液化严重的地区。通州区的地裂缝并没有出现与断裂走向相一致的规律性，同时结合通州区的构造断裂分布、活动性、第四纪覆盖层工程地质特征和水文地质条件综合分析认为，该区地裂缝是由于砂土液化喷砂冒水造成地面塌陷引发的地裂缝，属于非构造性地裂缝［2］。

2 评价方法与模型

地裂缝危险性包括多方面因子，各因子在地裂缝中的作用既有确定性，又有模糊性［3］;因子间既存在包容性，又有独立性。因此，评价方法采用模糊综合评价法［4］。该方法具有正确处理各评价指标间的相互联系、相互制约、整体协调和动态发展的特点。

2.1 指标体系构成

地裂缝危险性评价指标依据危险性含义选取，其构成指标包括三方面因素: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，最终确定六项评价指标，危险性评价指标构成见图1。

图1 地裂缝危险性评价指标构成Fig.1 Land crack critical evaluation quota system

2.2 指标因子量化及取值标准指标因子量化及取值标准见表1。

表1 地裂缝危险性评价指标及量化取值标准Table 1 The quantization and sampling standards of the impact factors of Land crack

2.3危险性指数计算方法

危险性区划指数的确定方法步骤如下:

(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。分别读取6个影响因子的量化数值。45个样本单元格的1976年地震地裂程度因子量化值构成参考数列，记x0(k)= ［x0(1)、x0(2)、x0(3)、……x0(43)、x0(44)、x0(45)］，其余的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，分别记作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:

Ⅳ.关联度计算及权重确定，关联度计算公式如下:

(4)计算地裂缝危险性指数(Z)，计算公式如下:

式中:Z——地裂缝危险性指数;

i——地质灾害的某类影响因子;

Mi——某类影响因子的量化分值;

ni——某类影响因子的权重。

3 危险性评价

3.1 危险性指数计算结果

对地裂缝灾害危险性评价指标进行权重计算，各指标计算结果见表2。

表2 关联度及权重结果表Table 2 Degree of association and weighing results table

3.2 危险性区划

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地裂缝的危险性等级，标准见表3，危险性区划图见图2。

表3 地裂缝危险性区划标准Table 3 Ground fissures risk zoning standards

4 结论

根据区划的结果，地裂缝中度易发区(B)主要分布在侯各庄－军庄、后榆林庄、梁各庄和烧酒巷一带，分布面积116.62km2，轻度易发区(C)分布面积较广，主要分布寨辛庄－西潞苑、贾后疃－军屯、后甫－梁家务、六郎庄、柏福、渠头和小甸屯一带。分布面积2 51.14km2，微度易发区(D)分布面积最广，主要分布在尹各庄、高各庄－辛安屯、通惠河两侧、马营－兴隆庄一带，分布面积442.39km2，非易发区(E)主要分布在吴各庄、徐辛庄、永顺镇、北苑－梨园镇、朱家堡、西下营－安定营一带，分布面积102.19km2。

图2 地裂缝危险性区划图Fig.2 Ground fissure risk zoning

［1］南京大学水文地质工程地质教研室.工程地质学［M］.北京:地质出版社，1982:62.

［2］中华人民共和国地质矿产部.中国地质灾害与防治［M］.北京:地质出版社，1991:13.

［3］付雁鹏，高嘉瑞.模糊数学在水质评价中的应用［M］.武汉:华中工学院出版社，1986:46.

［4］罗元华，张梁，张业成.地质灾害风险评估方法［M］.北京:地质出版社，1998:79.

Abstract:Ground fissures are one of the ground deformation disasters in geological hazards，and they are the geological events which deterate enviroment，reduce the quality of the enviroment，harm the development of human beings and the biosphere derectly or inderectly.This paper introduced the method of grey degree of association evaluation to evaluate the risk of ground fissures，and explained the evaluation methods and models with this method systematieally in order to provide scientific basis for urban planning and disaster prevention and mitigation.Taking Tongzhou，one district of beijing for the exemple，we illustrated the status of ground fissures in Tongzhou District，and used the genetic analysis，selected six evaluation indicators from three factors，in which are about disaster and development strength，geological conditions and hydrogeological conditions，and then calculatedd the weights of evaluation indicators to assess the risk level of the ground fissures，and mapped the zoning map.As the results，it was devided into moderate－prone areas，mild－prone areas，little－prone areas and non－prone areas.

Key words:ground fissures;dangerous;grey degree of association evaluation method;Tongzhou District，Beijing City

Application of grey degree of association evaluation method in ground fissures in Tongzhou District of Beijing

LIU De－cheng，JIN Xiao－ping，ZHOU Zi－liang
(Bejing Geology and Mineral Resources Prospecting and Developing Company，Beijing100050，China)

1003－8035(2010)03－0073－04

P642.2

A

2010－03－11;

2010－05－07

刘德成(1978—)，男，学士，环境工程专业，主要从事地质灾害调查、评价、设计、治理、施工等工作。

E－mail:79－78@163.com