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我国是世界煤炭高产地,煤田面积约占国土面积的6%,居世界产煤国家之前列,但随着我国经济的迅猛发展,煤炭开采的规模和强度持续加大,给矿区带来一系列的地质灾害问题。广西合山市是广西最大的煤炭基地,煤矿开采始于1905年,至今有97年的历史,拥有东矿、柳花矿、溯河、里兰、河里、马鞍等8个矿区,307家小煤窑。合山煤田地质储量6.7亿吨,藏煤面积260km2,因此,1982年经国务院批准,成为首座因煤炭开采而设立的工矿城市。
长期以来,合山市和全国几乎所有的资源型城市一样,把主要力量放在煤炭开采上,在支持国家建设以及人民生活需要做出巨大贡献的同时,自身也遇到了资源型城市特有的问题和困难:一是地质灾害频发,二是生态环境严重恶化。城市中包括采空地面塌陷、岩溶地面塌陷、地裂缝等地质灾害频频发生,已成为制约当地经济社会发展、危及人民群众生产、生活的重要隐患。因而开展合山市地质灾害防灾减灾工作、进行地质灾害防治规划已是刻不容缓。正是在此背景下,经过国家及自治区两级发改、财政、国土资源等上级部门的调查审核并报国务院审批,合山市于2009年3月初被国务院批准列为全国第二批资源枯竭城市之一,旨在为尽快整治矿区地质灾害,恢复矿区生态环境。
本文正是在合山市资源枯竭型城市治理工程项目中提炼了本论文的研究课题——合山市地质灾害危险性综合评价研究。目的在于探索适合该矿区特殊的地质灾害评价方法,获得研究区的地质灾害危险性分区,为整个合山市的地质灾害防治工作和资源枯竭型城市治理工程等提供科学的依据。
本文在综合评价过程中,首先查明研究区地质环境条件,通过野外地质调查和收集相关资料,查明研究区的地形地貌、地层岩性、地质构造,工程地质条件、水文地质条件等地质环境特征以及地质灾害的发育状况;第二步,查明研究区典型地质灾害类型——岩溶地面塌陷、采空地面塌陷和地裂缝,对典型地质灾害进行成因机制分析,确定影响地质灾害发育的控制条件和影响因素:第三步,以研究区煤炭矿区特殊的地质环境条件及其典型的地质灾害类型为依据,建立起一个适合该城市矿区的地质灾害评价体系,并根据相关规范、标准,参考专家意见,对参评因子进行分级和量化;第四步,用两种综合评价方法--模糊综合评判法和灰色聚类法,对研究区地质灾害分别进行综合评价分区,相互验证评估结果;最后综合两种评价结果,获得合山市地质灾害危险性等级和分区。
通过对研究区的地质灾害危险性综合评价,得出以下结论:
(1)研究区是以煤炭开采为主的矿区城市,地质环境受矿山开采影响强烈,且处于岩溶发育区,灾害类别主要为采空地面塌陷、岩溶地面塌陷和地裂缝等。
(2)论文筛选确定了8个独立且具有代表性的指标因子,分别为地貌类型、地层岩性、地质构造、开采深度、岩溶发育强度、地下水动力条件、人类工程活动、地质灾害现状,建立了三级评价指标体系,在后面的具体应用中,证明了评价指标选择的合理性。同时参考相关规范、标准,和专家意见,对参评因子进行分级和量化,在具体应用中,证明了对指标的分级量化是合理可靠的。
(3)本文运用层次分析-模糊综合评判法和灰色聚类分析两种方法建立起区域地质灾害危险性综合评价的数学模型,一方面,可以采用不同的指标数量对区域地质灾害危险性进行综合评价,另一方面,又便于相互验证评估,获得更符合本研究区的评价结果。
(4)模糊综合评价法在确定评价指标的权重时,采用了层次分析法A(HP)这种较为合理的定性定量相结合的系统分析方法,构建一个能够反应评价因子两两之间关系的判断矩阵,再通过层次分析,计算出各评价因子的权重。评价结果较为理想,证明这种确定权重的方法对研究区是可行的。
(5)模糊综合评判法和灰色聚类分析两种方法,就评价结果来说基本相同,地质灾害危险程度分区的结果与地质灾害现状基本吻合,评价结果得以相互验证,结果令人满意。在城市矿区地质灾害危险性评价中,综合运用这两种方法是一次尝试,丰富了矿区地质灾害危险性评价理论的方法体系。
(6)本文采用的两种评价方法均可形成一套完整的系统,一方面可以在计算机上利用软件实现所有算法,另一方面,可利用MAPGIS平台将原始数据和结果数据导入导出,实现危险性分区的可视化,非常方便直观,为今后开展城市矿区地质灾害危险性综合评价提供了较高的参考价值。
(7)综合两种评价结果并结合定性分析,最终将合山市分为三个危险性等级9个区。其中,高危险性等级区(A1,A2),占评价总面积19%,中危险性等级区(B1、B2,B3,B4,B5),占评价总面积21%,低危险性等级区(C1,C2),占评价总面积60%。低危险区域占多数,因此,合山市地质环境质量总体较好。
(8)地质灾害高危险区有河里乡高危险性等级区(A1),市区高危险性等级区(A2);中危险区有马安矿中危险等级区(B1),合山矿务局~塘村中危险等级区(B2),歪贝~弄茶路口中危险等级区(B3),河里乡中危险等级区(B4),合山矿务局机修厂~思光、石村~那羊中危险等级区(B5);低危险区有里朝地质灾害低危险等级区(C1),河里、北泗地质灾害低危险等级区(C2)。这些危险区域的分布基本符合野外调查实际结果,可为今后合山市矿区地质灾害防治工作提供可靠合理的参考,具有很大的实用性。