天津濱海新區(qū)海岸帶地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

喬吉果，宮少軍，趙 衛(wèi)

(1.天津市海洋地質(zhì)勘查中心，天津 300170;2.天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所，天津 300170)

0 引言

災(zāi)害地質(zhì)指對人類生命財產(chǎn)能夠造成危害的地質(zhì)因素，即有可能成災(zāi)的各種地質(zhì)條件，包括某些地質(zhì)體和地質(zhì)作用。這一概念表示災(zāi)害未必會發(fā)生，而是可能己發(fā)生，或可能只是一種潛在威脅［1-2］。相對陸地地質(zhì)災(zāi)害來說，涉及更大的范圍和廣度。沿海地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型多，災(zāi)害產(chǎn)生的原因也較為復(fù)雜，濱海地區(qū)在大規(guī)模的建設(shè)中經(jīng)常會遇到各種地質(zhì)構(gòu)造和不良的地質(zhì)環(huán)境，它們給工程的穩(wěn)定和正常使用帶來了潛在的危害。本文主要以濱海新區(qū)為研究對象，運用層次分析法，將海岸帶災(zāi)害地質(zhì)歸為七種災(zāi)害，建立評價指標(biāo)體系，進行危險性綜合評價，為濱海新區(qū)海岸帶經(jīng)濟發(fā)展和工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

濱海新區(qū)位于渤海灣西岸(圖1)，北起澗河口，經(jīng)漢沽、塘沽、大港三區(qū)，止于歧口，海岸線153.33km，人口約248.21萬;氣候?qū)儆跍貛О霛駶櫞箨懠撅L(fēng)型氣候，年平均氣溫12.3℃。1月份最冷，7月份最熱，年平均降水量為550～680mm，夏季降水量占全年降水量的80%。

濱海地區(qū)地勢低平，陸地地面標(biāo)高一般為0～2.0m，最低為-1m，地面坡度小于1/10000，是我國典型的淤泥質(zhì)海岸岸段;西部陸域為海積沖積低平原和海積低平原，由海侵層和河流沖積層交互形成;海積低平原沿海岸呈帶狀分布，主要由濱海鹽灘、瀉湖洼地構(gòu)成，地表以淤泥質(zhì)粘性土為主，土壤鹽漬化嚴(yán)重;東部海域與陸地之間相隔平坦寬闊的潮間帶(潮灘)，寬約3～7.3km，坡度 0.4‰ ～1.4‰，潮灘向海域自然延伸形成寬緩的海底，平均坡度約0.4‰～0.6‰［3］。區(qū)內(nèi)災(zāi)害地質(zhì)特征分布復(fù)雜:海河斷裂、大神堂、滄東斷裂均為全新世活動斷裂，活動性較強，地面沉降、土壤鹽堿化、岸線侵蝕、港灣淤積、風(fēng)暴潮等災(zāi)害頻發(fā)，成為制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵因素［4］。

圖1 濱海新區(qū)位置圖Fig.1 Position of Binhai New Area

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

本文主要運用層次分析法(AHP)，該方法是將定量和定性相結(jié)合起來的一種方法，用決策者的經(jīng)驗判斷各衡量目標(biāo)能否實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對重要程度，并合理地給出每個決策方案的每個標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)數(shù)，利用權(quán)數(shù)求出各方案的優(yōu)劣次序;可以使用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法，此方法已被廣泛用于地震、地面沉降、海水入侵、地殼穩(wěn)定性評價及區(qū)劃等方面［5-8］。

2.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要源于濱海新區(qū)近海海底地質(zhì)災(zāi)害圖、濱海新區(qū)地震動峰值加速度區(qū)劃圖、濱海新區(qū)海底地貌圖、地面沉降分布圖、濱海新區(qū)腐蝕性分區(qū)圖、濱海新區(qū)地殼穩(wěn)定性區(qū)劃、濱海新區(qū)地震烈度分區(qū)、天津濱海新區(qū)地震斷裂危險性分區(qū)(1∶20萬)。

3 評價指標(biāo)體系建立

3.1 選擇評價因子

災(zāi)害地質(zhì)危險性是反映災(zāi)害地質(zhì)危害程度的綜合指標(biāo)，受多種因素影響和制約。本文將按照層次分析法原理，將濱海新區(qū)災(zāi)害地質(zhì)因子按照準(zhǔn)則層、指標(biāo)層、子指標(biāo)層三級標(biāo)準(zhǔn)進行分級(表1)。

3.2 評價因子權(quán)重

影響災(zāi)害地質(zhì)的各因素對危險性斜坡破壞評估的作用有大小之分，因此，分析指標(biāo)體系中的各項因素的相互作用和相互聯(lián)系，確定它們在評價體系中的相對地位和相對影響即所占的權(quán)重，是正確進行危險性評價的重要條件。本文利用層次分析法來確定評價因子的權(quán)重。采用10分值，對海岸帶七種災(zāi)害地質(zhì)進行打分，并計算權(quán)重，專家打分見表2;經(jīng)過相對簡單的過程，確定斷裂構(gòu)造因子權(quán)重0.28，地震因子0.31，地面沉降因子權(quán)重0.13，軟土因子權(quán)重0.07，液化砂土因子權(quán)重0.08，水土腐蝕權(quán)因子重0.07、海岸侵蝕因子權(quán)重0.06。

3.3 構(gòu)建評價指標(biāo)判別標(biāo)準(zhǔn)

危險性評估常用分級方法為邏輯信息分類法和特征分類法［1，9］，將級別劃分為三級或五級。在本項研究中，采用五值邏輯分類體系，將濱海海岸帶災(zāi)害地質(zhì)危險性劃分為五個等級，即

表1 層次分析指標(biāo)［1］Table 1 Analytic hierarchy inde

表2 專家打分表Table 2 The expert scoring table

無危險(0＜A≤0.10)、較小危險度(0.11＜A≤0.30)、中危險度(0.31＜A≤0.50)、較強危險度(0.51＜A≤0.75)、強危險度(0.76＜A≤1.0);對于評價中的指標(biāo)必須量化，首先將各個因子按照對災(zāi)害危險貢獻值大小，在Spatial Analyst中選擇Reclassify進行重新分類，將每個指標(biāo)分為1、2、3、4、5 等級，分別對應(yīng)的危險性等級為無危險、較小危險、中危險、較高危險和高危險。

4 濱海新區(qū)海岸帶地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

評價前先建立基礎(chǔ)網(wǎng)格單元，根據(jù)天津海岸帶范圍，建立2000m×2000m的網(wǎng)格單元，將天津海岸帶劃分為640個網(wǎng)格單元。將各個因子按照10分制進行打分(表3～8)，并與基礎(chǔ)網(wǎng)格單元進行疊加分析，確定各個單因子評價。之后按照權(quán)重對每個單元的參數(shù)進行加權(quán)疊加，并對所有單元的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，經(jīng)分級形成綜合評價圖(圖2)。

根據(jù)綜合危險性評價結(jié)果(圖2)，濱海新區(qū)海岸帶災(zāi)害地質(zhì)危險性較大的區(qū)域主要分布在沿海岸帶及北部漢沽地區(qū)。危險度由南向北逐漸增強，距離海岸越近危險度越大，并且各范圍危險性分布相對集中，變化趨勢明顯，與所在權(quán)重較大的斷裂構(gòu)造、地震活動、地面沉降等有關(guān)。

表3 構(gòu)造因子要素分值Table 3 The structure factor score table

表4 地震活動因子要素分值表Table 4 The seismicity factor score table

表5 地面沉降因子要素分值表Table 5 The ground subsidence factor score table

表6 砂土液化與軟弱土因子要素分值Table 6 The liquefaction of sand and soft soil factor score

表7 水土腐蝕因子要素分值表Table 7 The soil corrosion factor score table

表8 海岸侵蝕因子要素分值表Table 8 The coastal erosion factor score table

無危險區(qū)面積較小，分布在大港西南側(cè)，較小危險區(qū)分布范圍較廣，集中在大港南側(cè)，塘沽西側(cè)及沿海圍填海區(qū)域，中等危險區(qū)分布在大港、塘沽、漢沽中部地區(qū)，較強危險區(qū)分布塘沽西側(cè)部分區(qū)域及漢沽茶淀-雙橋區(qū)域;強危險區(qū)主要分布漢沽大神堂、小神堂區(qū)域，面積統(tǒng)計見表9。

表9 濱海新區(qū)海岸帶災(zāi)害地質(zhì)危險面積統(tǒng)計Table 9 The Binhai New Area of coastal geohazards risk area statistics

圖2 濱海新區(qū)海岸帶地質(zhì)災(zāi)害危險綜合評價Fig.2 The comprehensive risk assessment of geological disasters inBinhai coastal map

5 結(jié)論

(1)根據(jù)專家咨詢打分，兩兩對比影響因子對災(zāi)害地質(zhì)危險的影響程度，采用10分值打分，計算各個評價因子權(quán)重，結(jié)果表明地震活動構(gòu)造地面沉降等因子對濱海新區(qū)災(zāi)害地質(zhì)危險影響較大。

(2)基于GIS平臺開發(fā)評估軟件進行災(zāi)害地質(zhì)危險評估，將研究區(qū)災(zāi)害地質(zhì)危險分為無危險、較低危險度、中危險、較高危險、高危險五個級別，其中無危險區(qū)主要分大港濕地西南側(cè)，面積約7.936km2;較小危險區(qū)集中在大港南側(cè)，塘沽西側(cè)及沿海圍填海區(qū)域，面積約1512.71 km2，中等危險區(qū)分布在大港、塘沽、漢沽中部地區(qū)，面積約796.16 km2;較強危險區(qū)分布塘沽西側(cè)部分區(qū)域及漢沽茶淀-雙橋區(qū)域，面積約226.30 km2;強危險區(qū)主要分布漢沽大神堂、小神堂區(qū)域，面積約16.89 km2;總體來說，濱海新區(qū)海岸帶無危險區(qū)所占比例最小，其次是強危險度，所占比例最多的是較小危險度，其次是中等危險度。

［1］杜軍，李培英.中國海岸帶災(zāi)害地質(zhì)穩(wěn)定性區(qū)劃［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2008，17(4):1-6.DU Jun，LI Peiying.Stability zoning of hazard geology in coastal zone of China ［J］.Journal of Natuml Disasters，2008，17(4):1-6.

［2］鐘兆站.中國海岸帶自然災(zāi)害與環(huán)境評估［J］.地理科學(xué)進展，1997，16(3):44-50.ZHONG Zhaozhan.Feature and evaluati on of natural d isasters and environm ent in the coastal zones of china［J］.Progress in Geography.1997，16(3):44-50.

［3］天津市海岸帶國土資源綜合地質(zhì)調(diào)查報告［M］.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，2006:30-40.The report of comprehensive geological survey of land and resources in Tianjin coastal zone［M］.Tianjin Institute of geological surveys，2006:30-40.

［4］喬吉果，詹華明，龍江平，等.天津市沿海涉海工程的自然災(zāi)害風(fēng)險分析［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2012，23(4):53-59.QIAO Jiguo，ZHAN Huaming，LONG Jiangping，et al.Natural hazards risk assessment for the related project in the coastal of Tianjin.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2012，23(4):53-59.

［5］胡蓓蓓，姜衍祥.天津市區(qū)及近郊區(qū)地面沉降災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃.中國人口·資源與環(huán)境，2008，18(4):29-34.HU Beibei，JIANG Yanxiang.Assement and aonation of land subsidence disaster risk in urban and suburb of Tianjin ［J］.China Population Resources and Environment，2008，18(4):29-34.

［6］杜建軍，馬寅生.京津地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價［J］.地球?qū)W報，2008，29(4):502-509.DU Jianjun，MA Yinsheng.The evaluation of regional crustal stability in Beijing and Tianjin area［J］.Acta Geoscientica Sinica，2008，29(4):502-509.

［7］許沖，戴福初，姚鑫.GIS支持下基于層次分析法的汶川地震區(qū)滑坡易發(fā)性評價［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28(2):3978-3985.XU Chong，DAI Fuchu，YAO Xin.GIS based landslide susceptibility ssessment usinganalytical hierarchy process in wenchuan earthquake region ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28(2):3978-3985.

［8］喬吉果，龍江平，許沖.基于模糊數(shù)學(xué)方法的長江三角洲濱海地區(qū)海水入侵現(xiàn)狀評價［J］.海洋學(xué)研究，2011，29(4):57-64.QIAO Jiguo，LONG Jiangping，XU Dong.Evaluation for the present status of seawater intrusionin the coastal areas of hangjiang River Deltawith fuzzy mathematic method［J］.Journal of Marine Sciences，2011，29(4):57-64.

［9］李媛媛，李晉.基于3S技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測信息系統(tǒng)構(gòu)建［J］.災(zāi)害學(xué)，2006，21(4):27-30.LI Yuanyuan，LIJin.Desingn ofgeologicalhazard monitoring information system based on 3S technologies［J］.Journal of Catastrophology，2006，21(4):27-30.