關于地質災害與地質環(huán)境關系的探討

任凱珍，冒 建，陳國滸

(1.北京市地質研究所，北京 100120; 2.中國地質大學（北京），北京 100083)

關于地質災害與地質環(huán)境關系的探討

任凱珍1，2，冒 建1，陳國滸1

(1.北京市地質研究所，北京 100120; 2.中國地質大學（北京），北京 100083)

本文主要介紹了地質災害與地質環(huán)境的分布關系，并得出地質環(huán)境對地質災害易發(fā)程度的影響等級，為地質災害易發(fā)區(qū)劃或預警區(qū)劃因子權重的確定提供參考。

地質災害；地形地貌；巖土體類型；地質構造；地震；人類活動

本研究區(qū)為北京山區(qū)，研究的地質災害類型為崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地面塌陷。地質災害主要孕災因子可以歸為地形地貌、巖土體類型、地質構造、地震、水系、大氣降水、植被覆蓋情況、人類工程活動等。地質災害易發(fā)區(qū)劃或預警區(qū)劃的模型中，不同地區(qū)孕災因子權重不同。本文通過分析地質災害與各因子的分布關系，確定各因子的相對權重，為提高地質災害易發(fā)區(qū)劃或預警區(qū)劃模型的準確性提供參考。

1 地質災害與地質環(huán)境的相關性概述

（1）地質災害與地形地貌

不利的地形地貌是崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡以及泥石流等地質災害發(fā)生的主控因素，為其災害提供能量和活動場所（能量轉換條件）。

影響崩塌、滑坡發(fā)育的主要微地貌因素為坡度、坡形。崩塌一般都發(fā)生于地形坡度大于50e，高度大于30m的高陡邊坡上（見照片1），以垂直運動為主。山坡指山的側面，是山岳的重要組成部分。按其傾斜程度可分為陡坡、斜坡、緩坡等，其中陡坡和斜坡發(fā)生失穩(wěn)、崩塌的幾率最大。山坡按其形態(tài)可分為直線坡，凹形坡、凸形坡，階梯狀坡等，其中凸形坡最不穩(wěn)定，發(fā)生斜坡失穩(wěn)、崩塌的幾率最大。

影響泥石流發(fā)育的主要微地貌因素為坡降、溝谷形態(tài)。北京地區(qū)近幾十年來，泥石流大部分出現于末級或二級支溝，流長多在幾百至三千米，溝谷形態(tài)以 ∨型為多（見照片2），溝床縱比降在 80 ～350 ，多數在 100 ～250 。地形相對高差越大，泥石流的動能就越大，流速也快，沖擊力與破壞力都極強。例如1991年 6月10日楊樹溝泥石流，其流域面積僅0.77km2，溝長1.65km，地形高差達511m，溝床平均縱比降165 ，下游段的流速為 5～8 m/s，泥石流龍頭高達十余m，它不僅將溝口房屋全部摧毀，且憑借巨大動能沖過寬達100m 的張家大溝河谷，將道路毀壞[1]。

照片1 2005年琉辛路崩塌災害

照片2 懷柔柏窯泥石流溝

據統(tǒng)計，北京地區(qū)地質災害點主要分布在高程大于1000m的地區(qū)，其次為高程500m～1000m、200～500m、高程小于200m的地區(qū)。高程大于1000m地區(qū)的地質災害點分布頻數為0.228個/km2；高程500m～1000m地區(qū)地質災害點分布頻數為0.179個/km2；高程200m～500m地區(qū)的地質災害點分布頻數0.089個/km2；高程小于200m地區(qū)的地質災害點分布頻數0.009個/km2（見圖1）。

圖1 高程與地質災害分布關系直方圖

（2）地質災害與巖土體類型

北京山區(qū)巖石類型多樣，其節(jié)理裂隙發(fā)育，風化剝蝕強烈。常形成較厚的殘坡積層。暴雨時節(jié)，陡坡處易形成滑塌，同時產生土壤侵蝕。一些較堅硬的巖石，沿節(jié)理裂隙常出現不穩(wěn)定巖塊，形成崩塌。這些崩塌體有時可直接觸發(fā)形成泥石流，有時則殘存于坡腳或溝內。另外，溝床、河岸常堆積沖積、沖洪積、洪積、坡洪積物等，因其結構疏松，抗水蝕力差，易遭水流的沖刷與侵蝕。上述基巖崩塌體、坡面碎屑物和溝內沉積物構成了山區(qū)泥石流主要物質。北京山區(qū)殘坡積物長期積累之后在重力和坡面流的作用下停積于坡腳、溝內，補充溝床物質，僅少部分以崩塌或坍滑形式直接參加泥石流。但溝床中的沖洪積等松散物則大部分直接加入泥石流[1]。

本次將巖土體劃分為四類：堅硬巖組（Ⅰ）、較堅硬巖組（Ⅱ）、較軟巖組（Ⅲ）、其他巖組（Ⅳ）。據統(tǒng)計，北京地區(qū)地質災害點主要分布在較軟巖組地區(qū)，依次是較堅硬巖組地區(qū)、堅硬巖組地區(qū)、其他巖組地區(qū)。較軟巖組地區(qū)的地質災害點分布頻數為0.224；較堅硬巖組地區(qū)為0.146；堅硬巖組地區(qū)為0.137；其他巖組地區(qū)為0.022（圖2）。

圖2 巖組類型與地質災害分布關系直方圖

（3）地質災害與地質構造

北京地區(qū)地質構造復雜、斷層發(fā)育。在各種力的作用下，地質構造復合部位巖體常遭受嚴重破壞，形成了豐富的松散物質，這往往是地質災害分布最密集的地區(qū)。斷層帶的巖體能形成大量的松散物質；褶曲軸部產生大量的壓裂隙或張裂隙，在風化作用下易產生大量的松散物質；褶曲翼部比軸部變形舒緩，該地區(qū)松散物質較軸部少。

泥石流發(fā)育與斷裂構造活動有著密切關系。懷柔沙河青石嶺活動性斷裂帶順其河谷穿過整個流域，斷裂帶中段寬度幾百m，在后山鋪 棗樹林達1000m，影響范圍較大。一方面斷裂帶通過河谷區(qū)使河谷侵蝕下切加速，兩側山體抬升相對加快，地形切割深，河谷沉積了巨厚的沖洪積物；兩側山高坡陡，支溝縱坡大，溝床平均比降多在 150～270%。另一方面斷裂活動使巖體受到嚴重破壞，節(jié)理裂隙十分發(fā)育。被多組節(jié)理切割的塊體經進一步風化剝蝕，形成大量危巖體，發(fā)生頻繁的崩塌、剝落，產生豐富的固體物質，遇適當降雨便形成眾多泥石流溝谷[1]。

本次研究將地質構造發(fā)育程度分為四類，即強烈、較強烈、中等、弱。據統(tǒng)計，北京地區(qū)地質災害點主要分布在地質構造強烈區(qū)。地質構造強烈區(qū)的地質災害點分布頻數為0.181個/km2；較強烈區(qū)為0.136個/ km2；中等區(qū)為0.133個/km2；弱區(qū)為0.036個/km2（圖3）。

（4）地質災害與地震

地震常觸發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等災害。地震引發(fā)的崩塌、滑坡和泥石流一般比自然滑坡、泥石流規(guī)模大，形成時間短。一般崩塌、滑坡和泥石流發(fā)育過程經歷較長的時間，有明顯的階段性；而地震崩塌、滑坡常常在剎那間完成崩落或下滑的全過程，地震泥石流也常在震時迅速暴發(fā)。

圖3 地質構造與地質災害分布關系直方圖

次強地震之后發(fā)生大量的滑坡和崩塌，為形成大型的泥石流提供了物質來源。泥石流流動過程中下切河床，沖刷兩岸，使邊坡又失去平衡，產生新的滑坡。地震滑坡和泥石流災害延續(xù)時間長，可能延續(xù)到數年之多。

據調查統(tǒng)計，北京地區(qū)地質災害主要分布在地震烈度6度區(qū)，其次是烈度7度、烈度8度區(qū)。地震烈度6度區(qū)的地質災害點分布頻數為0.156個/km2； 7度區(qū)為0.056個/km2；8度區(qū)為0.004個/km2（圖4）。

圖4 地震與地質災害分布關系直方圖

（5）地質災害與水系

由于天氣的多變性和地表物質組成的復雜性，輸入流域各個部分的泥沙不可能總是正好與其輸出量相等。因此，流域地貌無時無刻不處在變化中。另一方面，地貌又在侵蝕與堆積之自動調整作用下發(fā)展，最后形成一種較穩(wěn)定的形態(tài)結構。崩塌、泥石流是地貌發(fā)育到一定階段的特殊產物，是流域進行物質和能量調整的一種方式，與水系有著密切的關系。

北京地區(qū)地質災害主要分布在大清河流域，依次是潮白河流域、永定河流域、薊運河流域、北運河流域，其流域的地質災害點分布頻數依次為0.158個/km2、 0.098個/km2、0.059個/km2、0.051個/km2和0.030個/km2（圖5）。

圖5 北京地區(qū)各水系與地質災害分布關系直方圖

（6）地質災害與降水強度

眾所周知，強降雨與地質災害的關系極為密切，是誘發(fā)地質災害最主要的原因，絕大多數崩滑流都是由降雨引發(fā)。北京地區(qū)崩塌、滑坡、泥石流災害的發(fā)生，大部分為局地暴雨誘發(fā)而成。暴雨型降水持續(xù)時間短，一般為1天，甚至幾個小時；降雨強度大。

據統(tǒng)計，北京地區(qū)地質災害主要分布在多年平均降雨量為550～650mm的地區(qū)，依次是大于650mm、450～550mm和小于450mm的地區(qū)。多年平均降雨量為550～650mm的地區(qū)的地質災害點分布頻數為0.1915個/km2；大于650mm分布頻數為0.1212個/ km2；450～550mm的地區(qū)分布頻數為0.1153個/km2；小于450mm的地區(qū)的分布頻數為0.0096個/km2（圖6）。

圖6 北京地區(qū)多年平均降雨量與地質災害分布關系直方圖

（7）地質災害與植被

植被一般起著阻止和減緩泥石流發(fā)生的作用，其作用大小取決于植被的種類與覆蓋狀況。植被起著截留降水，減輕地表徑流的作用。這些作用使土壤流失大為減少，減慢了松散固體物質的聚集速度。但是，土壤處于飽和臨界狀態(tài)時，由于重力作用，植被對保持水土和防風固沙有一定的反作用。北京山區(qū)坡面土層薄，植被根系深度淺，固結土體能力差，截流量極為有限，土壤易于飽和，在暴雨或歷時較長的中等強度降雨時，植被就無法起到抑制地質災害的作用。另外，我們也常見到許多植物生長于巖石的節(jié)理逢隙中，加速了巖石的風化、破裂。

不同植被種類和覆蓋度的抑制作用有一定的差異，有時這種差異還較大。茂密森林可極大地削弱泥石流，降低其暴發(fā)頻率；反之，次生林、灌木林對土體的保護作用相對減弱，灌草叢作用更差。同一類樹種，覆蓋度愈低，保護土壤的功能愈差，對泥石流松散固體物消減作用就愈小。

（8）人類活動與地質災害

人類活動可引發(fā)地質災害的生成。墾殖、砍伐、放牧等活動可能造成水土嚴重流失，生態(tài)環(huán)境日益惡化。采礦廢棄礦石、修路棄土廢渣為泥石流提供了豐富的物源。地下采空導致門頭溝戒臺寺和趙家臺滑坡。

一般將人類工程活動對地質災害的影響程度分為強烈、較強烈、中等、弱四級，其中采礦地區(qū)常為人類工程活動強烈區(qū)；修路地區(qū)為較強烈區(qū)；放牧、坡地開荒、旅游開發(fā)等為中等區(qū)；其他工程活動為弱區(qū)。據統(tǒng)計，北京地區(qū)地質災害主要分布在人類工程活動強烈區(qū)，地質災害點分布頻數為0.5136個/km2；人類工程活動弱區(qū)的地質災害點分布頻數為0.1415個/km2（圖7）。

圖7 人類活動與地質災害分布關系直方圖

2 結論

在地質災害預警區(qū)劃中常選用的因子為地面高程、巖組類型、地質構造、降水量、植被覆蓋度、人類活動。如果將孕災因子對地質災害易發(fā)程度影響等級分為大、較大、較小和小，共四級，根據其高程、巖組類型、地質構造、降水量、植被覆蓋度、人類活動與地質災害分布關系直方圖得出：在北京地區(qū)，高程和地質構造因子對地質災害易發(fā)程度影響等級為大；巖組類型、降水量和人類活動因子對地質災害易發(fā)程度的影響等級為較大；植被覆蓋度因子對地質災害易發(fā)程度影響等級為小，見表1。因此，在北京地區(qū)地質災害易發(fā)區(qū)劃或預警區(qū)劃中，高程、地質構造因子權重相對大；巖組類型、降水量、人類活動因子權重相對較大；植被覆蓋度因子權重相對小。通過對地質災害點與地質災害易發(fā)區(qū)劃或預警區(qū)劃因子分布關系的分析，得出各因子的相對權重，為地質災害易發(fā)或預警區(qū)劃提供參考，減少了人為判斷干擾，提高了區(qū)劃的準確度。

表1 孕災因子對地質災害易發(fā)程度影響等級表

[1]劉連剛，韋京蓮等. 北京地質災害[M]第1版.中國大地出版社,2008.

[2]孫石磊等.論地質災害與地質環(huán)境的關系[J],科技情報開發(fā)與經濟,2006.

[3]彭滿華等.綜合指數法和AHP法在地質災害危險性綜合評估中的應用[J],巖土工程技術,2006.

[4]韋方強等.泥石流危險性分區(qū)及其在泥石流減災中的應用[J],中國地質災害與防治學報,2007.

[5]李樹德.泥石流災害與環(huán)境[J],水文地質工程地質,1996.

[6]夏法等.廣東的地質災害與地質環(huán)境[J],自然災害學報,1995.

[7]孫石磊等.論地質災害與地質環(huán)境的關系[J],科技情報開發(fā)與經濟,2006.

[8]魏孔明.試論地質災害與地質環(huán)境[J],環(huán)境科學動態(tài),2004.

Discussion on the Relation between the Geological Hazard and the Geological Environment

REN Kaizhen1,2, MAO Jian1, CHEN Guohu1

(1. Geological Institute of Beijing, Beijing 100120; 2. China University of Geosciences, Beijing 100083)

The paper summarizes the relation between the geological hazard and the geological environment. By analyzing the relation between them, the influence grades of the geological environment on the geological hazard probability of occurrence are obtained. It s applied to set the weight of factors in the easy-happening zoning or in the early-warning zoning.

Geological hazard; Topography and landform; Type of the rock-soil mass; Geological structure; Earthquake; Human activity

X43

A

1007-1903(2011)01-0045-04