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浙江省江山市是一个地质灾害发育程度较高的城市,近期和中期的城市建设规划区或多或少与江山市地质灾害易发区重叠,影响城市建设的顺利进行。该地区目前已对岩溶地面塌陷做了很多的基础地质调查及相关的分析工作,详细论述与岩溶发育有关的碳酸盐岩地层的分布情况、矿物成分、化学学分;分析了地形地貌、地质构造、地层岩性、地下水系统特征与岩溶塌陷的关系。因此,本次研究的主要目的是在基础调查研究所获得的大量数据的基础上,建立基于MapGis的岩溶地质环境信息管理系统,以提供对岩溶塌陷灾害时空分布特征、影响因素如覆盖层特征、岩溶发育程度、地质构造、地下水等大量信息的管理、查询、分析,并在此基础上进行岩溶地面塌陷的评价和预测。
本文首先分析国内外GIS技术在岩溶塌陷信息管理及预测评价研究现状的基础上,针对江山市岩溶塌陷的具体情况,分析江山市自然地理及地质条件、岩溶发育程度、规律,岩溶塌陷的影响因素与机理,采用MapGis为平台,开发信息管理系统,同时在ARCGIS平台上实现对岩溶塌陷的预测评价。本文具体讨论以下五个方面的内容。
(1)江山市自然地理及地质条件包括江山市的气象水文、地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、岩溶发育、岩溶塌陷特征,分析江山市的自然地理及地质条件主要是为了探讨岩溶塌陷影响因素,同时也为岩溶塌陷灾害评价所需的空间背景数据库做准备,提供塌陷成因分析和预测评价所需的各种信息源。
(2)岩溶塌陷影响因素与机理分析从与岩溶地面塌陷相关的岩溶发育程度、规律、地下水、地质构造、地形地貌、覆盖层特征等方面具体分析各影响因素对塌陷的影响,其中覆盖层特征、岩溶发育程度和地下水是发生岩溶塌陷缺一不可的三个条件。其次总结岩溶塌陷的分布规律、形成机理。
(3)江山城市岩溶地质环境信息管理系统建设本次研究所建立的岩溶地质环境信息管理系统以MapGis MFC类库和VC++为实现平台。首先简要介绍MapGis二次开发的基本概念,主要涉及到MapGis的数据管理,以及对工程文件的处理。进行空间多源数据库建设,包括图形数据库和属性数据库的设计和建设,以及相互之间的连接。然后确定系统建立目标、体系结构,按照系统建立步骤,然后进行各种应用模块的编程,实现信息管理系统的功能。
(4)岩溶塌陷稳定性预测评价基于上述分析的江山市水文地质、工程地质条件,岩溶塌陷的影响因素与机理,以及研究区的实际情况,确定评价预测方法。本文采用模糊层次综合预测法进行江山市岩溶塌陷稳定性预测评价。确定影响岩溶塌陷的各个因子,构建层次结构模型,采用“1-9”标度法建立判断矩阵,计算因子权重,分析确定各因子的等级范围和隶属函数,划分预测单元,对各单元的评价因子取值并确定隶属函数值,进行模糊评价,确定各单元的等级。在ARCGIS平台上实现岩溶塌陷稳定性评价,生成岩溶塌陷的综合分区图。上述的分区预测,属于静态预测。没有考虑各因素的动态变化,即没有考虑环境条件改变的影响。实际上,有些因素一直处于变化之中,如地下水位距基岩面距离及岩溶、土洞的发育程度、第四系厚度等。因而上述分区不是一成不变的,当外界条件改变时,各分区大小及范围也会相应地变化,但是层次分析法依然适用,所需调整的是各因子的权重。
(5)场地适宜性分区确定场地工程建设适宜性分类与评价原则,依据岩溶塌陷的综合分区图,确定江山市场地适宜性分区。
岩溶地面塌陷具有漫长的演化历史,这使得岩溶塌陷的预测问题有着相当复杂的初始条件,同时由于人类活动对它产生影响的不确定性,各预测因子的取值不但因地而异,而且可能在较小的范围内也有会发生很大的变化。如此复杂的环境要准确地定出边界条件是比较困难的,也难以用传统的分析方法和数学工具严密地刻画出岩溶塌陷的孕育-发展-发生过程,况且影响岩溶塌陷产生的因素繁多,难以对全部因素都进行考察,所以需要在一个概化模型上来研究问题。当研究对象的复杂程度越高,有意义的精确化能力便越低。从这一方面看,采用模糊评价预测是比较合适的。
本文通过研究查明了江山市岩溶地面塌陷产生的地质环境条件,揭示了江山市岩溶发育规律和地面塌陷分布规律,分折研究了地层岩性、地质构造、岩溶发育程度、地下水、覆盖层对江山市岩溶塌陷的影响,确定岩溶塌陷的各个影响因素,在此基础上对岩溶塌陷进行稳定性评价,最后为场地适宜性分区。论文首次对江山市岩溶地面塌陷地质灾害的形成环境、原因、机制、影响因素、发展趋势进行了全面科学的分析评价;其预测方法可靠,考虑因素全面,岩溶塌陷综合评价结果基本反映研究区的整体状况,各分区的岩溶塌陷差异明显,可以较真实地反映工作区的特点,从理论和实际上均具有一定的合理性。因此,预测评价的结果对工作区的合理规划、协调发展具有重要的参考价值。