陜北延安地區(qū)2013年“7.3”暴雨特征及地質災害成災模式淺析*

黃玉華，馮 衛(wèi)，李政國

（國土資源部黃土地質災害重點實驗室／中國地質調查局西安地質調查中心，陜西西安710054）

陜北延安地區(qū)2013年“7.3”暴雨特征及地質災害成災模式淺析*

黃玉華，馮 衛(wèi)，李政國

（國土資源部黃土地質災害重點實驗室／中國地質調查局西安地質調查中心，陜西西安710054）

2013年7月3日以來百年不遇的持續(xù)性強降雨，在陜北黃土高原延安地區(qū)引發(fā)了大量的崩塌滑坡泥石流地質災害。通過和往年降雨情況進行對比，分析了此次強降雨的特征。調查認為，本次持續(xù)性強降雨是大范圍地質災害產生的主要誘發(fā)因素。類型主要有小規(guī)模黃土崩塌、淺表層黃土滑坡、坡面型黃土泥流，以及上述災種復合轉化形成的溝谷型泥流。闡述了這幾種地質災害的發(fā)育特征和成災模式，從降雨、地形、地層組合、溝谷地貌等方面分析了地質災害發(fā)生的臨災條件。

“7.3”暴雨；地質災害；發(fā)育特征；成災模式；延安地區(qū)

2013年7月3日以來，延安地區(qū)遭遇百年一遇的持續(xù)性強降雨，是該地區(qū)自1945年有氣象記載以來降雨過程最長、強度最大的一次降雨，造成嚴重的財產損失和人員傷亡。持續(xù)強降雨造成大量的窯洞房屋坍塌，道路損毀，交通中斷，電力、通訊設施破壞。受損淤地壩500余處、水庫22座。延安市寶塔區(qū)勝利水庫、富縣大申號水庫出現(xiàn)險情。農作物受災面積47 800 hm2，絕收17 533 hm2，緊急轉移撤離群眾62.38萬人。引發(fā)崩塌、滑坡、坡面型泥流等地質災害多達8 000余處，死亡近30人。截至7月31日18時，全市共計154.5萬人次受災，死亡43人，直接經濟損失102.7億元。

延安屬于典型的黃土地貌區(qū)，地表破碎，溝壑縱橫，第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土廣泛分布，土質疏松，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，是陜西省黃土地質災害高易發(fā)區(qū)，而汛期更是地質災害高發(fā)期。陜西省地質災害的發(fā)育特征及分布規(guī)律研究［1－5］、地質災害與降雨之間的關系研究［6－9］、滑坡災害致災模式及機理研究［10］、陜西崩滑地質災害實例分析［11］、災害管理［12］等方面，前人都做了大量的研究。關于本次百年未遇的強降雨條件下陜北黃土地區(qū)地質災害的研究尚不多見。在國土資源部，陜西省、延安市各級政府的統(tǒng)一部署下，筆者帶隊在延安市開展了汛期地質災害應急排查。本文通過調查過程中的典型實例，闡明了了本次暴雨誘發(fā)的地質災害發(fā)育特征，分析了成災模式，提出了地質災害的臨災判別條件，以期對陜北黃土區(qū)今后的地質災害防治提供一些借鑒。

1 延安“7.3”暴雨特征

1.1 往年降雨特征

延安市位于陜西黃土高原中部，屬典型的暖溫帶與中溫帶過渡區(qū)的西北干旱氣候，1960－2008年以來，年平均降水總量507.7 mm，最大年降水量871.2 mm（1964年），最小330.0 mm（1974年），相差2.6倍。日最大降水量139.9 mm（1981年），時最大62 mm（1979年）。降水主要集中在6－10月，約占全年降水的70%多；而7、8月為月降雨量最大的兩個月份，月降雨量在110～140 mm之間。年平均降雨量超過500 mm的縣主要集中在子長、志丹、安塞、延川、延長及寶塔區(qū)一帶，降雨量整體由北至南，從東向西呈逐漸減少，其中以富縣和洛川的年平均降雨量最少，均在500 mm以下。

1.2 延安“7.3”暴雨特征

表1數據來自延安市氣象局，資料分析結果表明，2013年7月3－31日，延安各地7月降雨量幾乎相當于全年的降雨量。月累積最大降雨量581 mm（安塞縣），最低253.7 mm（黃陵縣），是往年7月平均降雨量的2.26～5.24倍。其中超過400 mm的有安塞縣、寶塔區(qū)、延川縣、志丹縣、甘泉縣、宜川縣、吳旗縣等7縣。單日最大降雨量最高143.7mm（洛川，2013－07－26），最低49.8 mm（黃陵縣，2013－07－23）。全月總降雨日最多19 d，最少14 d。日降雨量超過25 mm的大雨日數最多達9次（安塞縣、延川縣），日降雨量超過50 mm的暴雨日數最多達6次（延川縣），其中日降雨量超過100 mm的大暴雨日數安塞縣、洛川縣、宜川縣各有1次。

總體來看，此次降雨中心集中在安塞縣、寶塔區(qū)、延川縣一帶。北部子長縣、南部黃陵縣、黃龍縣降雨量相對較低。該次降雨是延安地區(qū)1945年有氣象記錄以來，同期累積降雨量最大，降雨日最多，暴雨次數最多、過程最長、暴雨日間隔時間最短的一次強降水過程，簡稱“7.3”暴雨。

2 地質災害發(fā)育特征與成災模式

據不完全統(tǒng)計，此次強降雨引發(fā)的地質災害多達8 000余處，屬于區(qū)域群發(fā)性地質災害。點多面廣，爆發(fā)時間集中，與降雨有明顯的一致性。主要有崩塌、泥流、滑坡三種類型，尤以坡面型泥流、小型滑塌和淺表層滑坡為甚。而造成人員傷亡和財產損失最為嚴重的則是持續(xù)性強降雨鏈生的復合型災害。表2中簡要列出了“7.3”暴雨引發(fā)的地質災害主要發(fā)育特征及分布規(guī)律。

2.1 崩塌

（1）崩塌特征

崩塌是此次強降雨作用下最易發(fā)生的地質災害類型。以黃土崩塌為主，多發(fā)生在黃土斜坡高陡谷緣的晚更新世黃土（Qp3）中，這類黃土顆粒粗，土質結構疏松、富含大孔隙、濕陷性強、垂直節(jié)理發(fā)育、抗剪強度低、崩解性強。崩塌體規(guī)模較小，土方量一般在數方～數十方之間。對當地的土窯洞、接口窯、依山修建的房屋、路畔等威脅極大。其次，在公路沿線的基巖崩塌也有發(fā)生。

（2）崩塌破壞模式

此次強降雨引發(fā)的崩塌主要發(fā)生在由晚更新世黃土（Qp3）組成的黃土邊坡。晚更新世黃土以披覆的形式沉積在下伏老地層上。黃土中發(fā)育大量的垂直節(jié)理、卸荷裂隙、孔洞、落水洞等利于降雨入滲的優(yōu)勢通道［13］。降雨除地表徑流外，還有部分沿這些優(yōu)勢通道入滲，導致黃土趨于飽和，抗剪強度大幅度降低，從而造成邊坡崩塌破壞。如市政府后山黃土崩塌，發(fā)生于2013年7月22日，崩塌體高15 m，寬約8 m，方量約20 m3，導致3孔窯洞被毀（圖1、圖2）。

表1 2013年7月延安各地降雨量特征值

表2 “7.3”暴雨引發(fā)地質災害主要特征

圖1 市政府后山黃土崩塌剖面圖

圖2 延安市政府后山黃土崩塌毀壞窯洞

2.2 淺表層滑坡

（1）滑坡發(fā)育特征

根據滑坡的滑面位置，陜北滑坡主要有黃土層內滑坡，黃土－基巖接觸面滑坡、黃土基巖混合滑坡。經調查，本次暴雨并沒有引發(fā)體積在10 ×104m3以上的中、大型滑坡，原有監(jiān)測點部分出現(xiàn)垮塌、裂縫、下挫等變形跡象。強降雨引發(fā)的的主要為淺表層滑坡，發(fā)育地層以晚更新世馬蘭黃土和植被較發(fā)育的坡積層為主。此類滑坡在坡度＞40°的直線型坡面發(fā)育者居多，滑坡厚壁高度較小，滑床比較平直，部分可見明顯擦痕現(xiàn)象。滑坡厚度多在0.4～1.5 m，一般在2 m以內，長度和寬度大小不等，多在數十米之內。

（2）滑坡破壞模式

強降雨與滑坡之間的關系前人做了大量的研究工作［6－10，14］。淺層堆積物滑坡特定的物質組成、結構性狀及厚度條件決定了其特殊的親雨性。由其特征條件決定的降雨入滲速度、下伏滑床面匯流狀況及水力影響程度，導致了這類滑坡對降雨的特殊敏感性［9］。林孝松在研究暴雨誘發(fā)的80多個典型滑坡的發(fā)生時間和降雨歷時的統(tǒng)計分析中發(fā)現(xiàn)，在暴雨開始之后10～12 h內發(fā)生滑坡的多為淺層堆積、堆填土和粘土滑坡［8］，這說明了強降雨是淺層滑坡失穩(wěn)最關鍵的觸發(fā)因素。調查發(fā)現(xiàn)，這種淺表層次的滑坡在植被較發(fā)育的黃土斜坡上較之裸露的斜坡上更容易發(fā)生。后者在強降雨條件下，部分產生滑坡，大部分更容易產生坡面泥流。而植被較好的坡面上，植被一方面防護了坡面，另一方面又增加了坡體自重。在強降雨作用下，坡體表層發(fā)育的植被大量吸水，破體內地下水來不及排泄，引起地下水位急劇上升，導致下部土體趨于飽和。在土體強度大大降低的同時，疊加上植被本身的自重，表層土體短時間內完成蠕滑－拉裂－貫通－下滑過程，剪斷植被根須，順坡而下形成淺表層滑坡?；麦w在下滑過程中，若土體飽和或持續(xù)接受降雨的條件下，可迅速轉化為坡面泥流或溝谷泥流。如2013年7月22日上午，延安供熱廠后山發(fā)生淺表層黃土滑坡，滑坡體長35 m，寬約10m，厚1m，坡向30°，方量約40m3，導致坡腳8間房屋被埋（圖3、圖4）。

圖3 延安供熱廠后山淺表層黃土滑坡毀壞房屋

圖4 延安供熱廠后山淺表層黃土滑坡

2.3 坡面型泥流

（1）泥流發(fā)育特征

黃土高原的泥流是區(qū)內的一種災害類型，但前人研究重點多放在溝谷型黃土泥流上［15－18］。坡面型泥流是本次強降雨引發(fā)的地質災害中發(fā)育最多，危害最嚴重的災種。由于陜北降雨量較少，加之近年植被好轉，坡面型泥流是陜北往年不太常見的災害。在此次百年不遇的強降雨作用下，當累積降雨量達到200 mm時，40°～70°的斜坡上坡面型泥流大量發(fā)生（圖5，圖6），尤其是在滑坡擾動土體上和裸露的滑坡后壁（多為晚更新世黃土）上更為常見。泥流一般長度大于寬度，多呈條帶狀順坡而下。典型如7月22日上午9：45，寶塔區(qū)麻洞川鄉(xiāng)胡屯村泥流，斜坡坡長約100 m，寬約26 m，坡度55°。發(fā)生泥流區(qū)域長約62 m，寬18 m，滑向310°，土方量約60 m3。泥流掩埋農用車一輛，致使1人死亡，一人重傷。7月12日凌晨4點多，延川縣新建溝后溝爆發(fā)泥流，在救援過程中，發(fā)生二次滑塌，造成5人死亡，6間房屋損壞。13日07：10寶塔區(qū)河莊坪坡面泥流造成2人死亡，2間平房損壞。7月22日上午7時許，富縣鄜城街道辦鐘樓社區(qū)寺坡村發(fā)生泥流，致使一家四口被掩埋。

圖5 延安寶塔山坡面型泥流

圖6 寶塔區(qū)劉萬家溝坡面型泥流

（2）泥流發(fā)育模式

持續(xù)性的強降雨是導致泥流發(fā)育的最主要誘發(fā)因素。降雨開始時，雨水沖刷帶走剖面大量松軟土層，當進行到半小時后，入滲量便超過泥沙沖蝕量。此時土壓力和孔隙水壓力上升，基質吸力持續(xù)下降，邊坡負荷增加，抗剪強度減小，逐漸進入臨界狀態(tài)。隨著降雨持時越長，坡體表面土體達到飽和狀態(tài)，在重力作用下，坡體表面泥土夾雜雨水突然沿坡面沖出，形成泥流。這在野外降雨誘發(fā)坡面泥流的模擬實驗也得到了證明。坡面流與崩滑土體匯集到溝谷，在持續(xù)降雨條件下極易轉化為溝谷型泥石流。

2.4 鏈生復合型災害

本次持續(xù)性的強降雨引發(fā)的崩、滑災害往往并不是單一的、截然可分的單一災種。在前期降水量使部分土體達到飽和的情況下和崩滑災害發(fā)生后降雨持續(xù)的情況下，又鏈生轉化成復合型的災害。主要有以下兩種模式。

（1）崩滑→坡面泥流型

崩塌或者滑坡發(fā)生后，崩塌體或滑塌體迅速發(fā)展成坡面型泥流。大體有2種情況：①崩滑發(fā)生后，崩滑體土體松散，且含水量充分，在滑動中迅速轉化為坡面泥流流。②強降雨引發(fā)崩滑，滑動土體下滑過程中繼續(xù)接受降雨，形成泥流。

（2）崩滑流→溝谷泥流型

溝谷兩岸斜坡在強降雨下發(fā)生崩滑、坡面型泥流，堆積體匯集到溝谷內，形成溝谷泥石流物源，降雨量達到一定值時，形成溝谷型泥石流。這種類型在高速公路沿線大量存在，溝谷型泥石流沖出溝谷，阻斷公路，沖毀公路設施，導致高速公路停運（圖7）。

圖7 包茂高速公路沿線坡面型泥流、滑塌轉化為溝谷型泥流阻斷公路

3 地質災害臨災條件判斷

地質災害通常是指在特定的地質地形地貌條件下，以地質動力活動或地質環(huán)境發(fā)生異常變化為主要成因、以降雨和人類工程活動為主要誘因的自然災害，在延安地區(qū)以崩塌、泥（石）流、滑坡等類型為主。地質災害的形成是個復雜的過程，其發(fā)生是內因和外因綜合作用下的結果。內因如區(qū)域構造活動的結果為災害形成提供的地形地貌條件；具有特殊的微結構、孔隙性、濕陷性、節(jié)理裂隙、物質構成等特征的黃土地層巖性為滑坡形成提供了物質基礎。外因如降雨、地下水位突變、不合理的人類工程經濟活動等。這些前人都做了大量的研究工作，也取得了豐碩的成果。以下僅依據延安地區(qū)的地質環(huán)境條件，結合本次持續(xù)性降雨條件下，闡述地質災害易發(fā)生的主要臨災判斷條件。

表3 黃土高原區(qū)地質災害發(fā)生前期降雨情況分析［14］

3.1 降雨條件

降雨是地質災害最主要的誘發(fā)因素之一，也使得降雨量成為地質災害預警最重要的一個指標因子。張雅斌通過對1960－2006年有地質災害和相對應降雨量的記錄研究表明（表3），當日平均降水量達到20 mm左右，降雨日數為5 d左右，10 mm以上日數2 d左右，25 mm以上日數約1 d時，崩塌、滑坡、泥石流三種地質災害就開始發(fā)生。崩塌發(fā)生前一般最多存在10個降雨日，小于等于2 d的僅有8次，占11.4%；滑坡發(fā)生前一般最多有9個降雨日，小于等于2 d的僅有3次，占8.1%；泥石流發(fā)生前降雨日數均在4 d以上。地質災害發(fā)生前期往往有3個以上的降雨日數。崩塌發(fā)生前期連續(xù)降雨日數平均3.8 d，最長達10 d，連續(xù)降雨日3 d以上的有46次，占65.7%，連續(xù)降雨日小于等于2d共24次，占34.3%；滑坡發(fā)生前連續(xù)降雨日平均4.2 d，最長達9 d，連續(xù)降雨日3 d以上的有29次占82.9%。

而本次“7.3”降雨過程中，單日最大降雨量最高達到143.7 mm，最低49.8 mm。全月總降雨日最多19 d，最少14 d。日降雨量超過25 mm的大雨日數最多達9 d，日降雨量超過50 mm的暴雨日數最多達6 d，更有降雨量超過100 mm的大暴雨日數安塞縣、洛川縣、宜川縣各有1次。這些都遠遠大于前人研究得出的災害發(fā)生的降水條件。

3.2 坡度和坡高條件

坡度和坡高是滑坡崩塌發(fā)生的重要因素，理論上講，坡度越大，坡高越高，地質災害發(fā)生的概率越大。在一定的坡高和坡度條件下，滑坡穩(wěn)定性決定于邊坡土體的性質；而在土性條件一定時，臨界狀態(tài)的粘性土坡，坡高與坡度在理論上反相關，砂性土坡穩(wěn)定性和坡高無關。自然斜坡，處于臨界到穩(wěn)定狀態(tài)，粘性土坡的坡高越大，坡度就越緩。通過對延安發(fā)生滑坡的斜坡坡高和坡度的統(tǒng)計結果如圖8，圖9。坡度25°～55°，坡高20～120 m的斜坡上，是發(fā)生黃土滑坡的優(yōu)勢斜坡；坡度＞60°，坡高在10～30 m之間的斜坡前緣陡崖上，是崩塌發(fā)生的優(yōu)勢坡段。在強降雨和開挖坡腳或加載條件下，發(fā)生的概率大大增加。

3.3 地層巖性條件

圖8 崩塌發(fā)生數量與坡高關系柱狀圖

圖9 滑坡發(fā)生的坡高和坡高散點圖

地層巖性是地質災害發(fā)育的物質基礎，對災害的影響主要表現(xiàn)在易崩地層、易滑地層、軟弱結構面等的巖層組合上。區(qū)內易滑動的地層組合主要有披覆式黃土－古土壤結構、黃土－紅粘土結構、黃土－基巖結構。以上三種易滑地層結構的共同特點是有一個相對隔水的底板，上覆的黃土在其上滑動。黃土中的垂直節(jié)理是黃土崩塌形成的主要結構因素；中生代地層中，砂巖和泥頁巖軟硬相間，砂巖被兩組節(jié)理切割形成的塊狀結構則是巖體崩塌形成的有利結構形式。于由砂巖和泥、頁巖組成的斜坡，差異性風化強烈、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體被切割破碎程度嚴重的容易發(fā)生基巖崩塌。坡度大于60°，晚更新世黃土（Qp3）厚度在10米以上的陡崖，在降雨條件下容易發(fā)生黃土崩塌。坡度大于25°，由黃土和基巖組成的斜坡，且晚更新世黃土（Qp3）順坡披蓋，厚度較厚，在強降雨條件下，容易發(fā)生黃土滑坡和坡面型泥流。

3.4 溝谷地形條件

河流和溝谷地貌的演化階段或發(fā)育程度對斜坡的變形特征、破壞模式以及地質災害的規(guī)模和致災程度具有明顯的控制作用。老年期河谷兩岸多屬古滑坡和老滑坡，在自然狀況下一般都是穩(wěn)定的。但由于是重要集鎮(zhèn)所在的區(qū)域，人類工程活動強烈，人類活動觸發(fā)的滑坡、崩塌最多，且造成重大災害。壯年期河谷的主要擴展方式為重力侵蝕，河谷凹岸的斜坡易發(fā)生變形失穩(wěn)，尤其在河谷的交匯部位，是集鎮(zhèn)和大的村莊所在的區(qū)域，人口和建筑工程比較密集，人類工程活動較強烈，河流側蝕引起的自然災害和人類活動引發(fā)的工程災害兼有，且造成較大災害。谷坡變形失穩(wěn)主要為黃土滑坡。其特點是滑坡點密度較大，規(guī)模以中小型為主；崩塌則以小型為主。幼年期溝谷發(fā)展演變過程依次是由細溝、淺溝、懸溝、沖溝和干溝，最后發(fā)展到河溝。細溝、淺溝、懸溝發(fā)育的深度和寬度都很小，一般不具備發(fā)生滑坡、崩塌的地形條件。沖溝的溝底較窄，滑坡不發(fā)育，崩塌頻發(fā)，干溝內以崩塌為主，滑坡次之。當溝谷兩邊斜坡黃土疏松（或發(fā)生黃土崩滑現(xiàn)象較多）、植被覆蓋度低、溝谷坡降較大，溝谷內礦渣等廢棄物較多，行洪不暢等現(xiàn)象時，在強降雨條件下容易產生破壞力極強的溝谷型泥石流。另外，強降雨沖毀淤地壩形成溝谷型黃土泥流也應引起高度重視。

4 結論

（1）該次降雨是延安地區(qū)有氣象記錄以來，同期累積降雨量最大，降雨日最多，暴雨次數最多、歷時最長的一次降雨。是此次地質災害發(fā)生最重要的誘發(fā)因素。

（2）此次強降雨誘發(fā)的地質災害主要有坡面型泥流、小型滑塌和淺表層滑坡，而造成人員傷亡和財產損失最為嚴重的則是持續(xù)性強降雨鏈生的由這幾種災害轉化疊加的復合型災害：崩滑→坡面泥流型和崩滑流→溝谷泥流型。

（3）地質災害的形成是個復雜的過程，其發(fā)生是諸多內因和外因綜合作用下的結果。在坡高、坡度、巖性組合、溝谷發(fā)育程度等地形地貌和地層巖性等方面達到災害發(fā)育的易發(fā)條件時，降雨的激發(fā)是引發(fā)災害最關鍵的因素之一。

致謝：本文撰寫過程中得到徐友寧研究員的指導，參與調查的還有延安市國土資源局的賀和平、宋軍等同志。文中地質災害和造成損失等相關數據來自陜西省省國土資源廳和延安市國土資源局，氣象資料來自延安市氣象局，在此一并致謝！

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Characteristics and Geological Disaster M ode of the Rainstorm Happened on July 3.2013 in Yanan Area of Shaanxi Province

Huang Yuhua，F(xiàn)eng Wei and Li Zhengguo
（Key Laboratory for Geo-hazards in Loess Area，MLR／Xi’an Center of Geological Survey，China Geology Survey，Xi’an 710054，China）

Since the persistentheavy rainfall happened on July 3，2013，a large number of collapse and landslide debris flow disasters are caused in Northern Shaanxi Loess Plateau.By comparingwith rainfalls in the previous years，characteristics of the heavy rainfall are analyzed.According to investigation，the persistent rainstorm is the main inducing factor produced awide range of geological disasters.There are small scale loess collapse，shallow loess landslide，loess slope in mud flows and gullymudflow formed by compositing transformation in the above types of geological hazards.The development characteristics and disastermode of the geological hazards are elaborated. The forming disaster conditions about geological hazards are analyzed from the aspect of rainfall，terrain，stratum combination，ravine landform and so on.

“7.3”rainstorm；geological hazard；development characteristic；pattern of disaster formation；Yanan area

X43

A

1000－811X（2014）02－0054－06

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.012

黃玉華，馮衛(wèi)，李政國.陜北延安地區(qū)2013年“7.3”暴雨特征及地質災害成災模式淺析［J］.災害學，2014，29（2）：54－59.［Huang Yuhua，F(xiàn)eng Wei，Li Zhengguo.Characteristics and Geological Disaster Mode of the Rainstorm Happened on July 3.2013 in Yanan Area of Shaanxi Province［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：54－59.］

2013－09－03

2013－10－13

國土資源大調查項目延安市地質災害調查與綜合研究（1212011140001）

黃玉華（1975－），男，陜西商南人，高級工程師，主要從事地質災害調查研究工作.E－mail：hyuhua＠foxmail.com