陜北崩塌災(zāi)害發(fā)育特征和空間分布規(guī)律——以神木縣為例

姚超偉，李永紅，劉海南，杜江麗，仵撥云，彭捷

（陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054）

隨著全球性氣候變化，各類極端天氣不斷增加，自然誘發(fā)災(zāi)害的頻率日益加大。特別是陜北地區(qū)近年接連發(fā)生多起地質(zhì)災(zāi)害，由于突發(fā)性強(qiáng)，致災(zāi)后果嚴(yán)重，屢見報(bào)端，引起了社會(huì)廣泛關(guān)注。其中以崩塌災(zāi)害前兆不明顯，一旦發(fā)生多為群死群傷，成為陜北地區(qū)的“傷亡性地質(zhì)災(zāi)害”，而且數(shù)量還呈增加趨勢。

神木縣是陜北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)第一強(qiáng)縣，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜多樣，以采煤為主的人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，崩塌災(zāi)害占到全縣地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的76%，發(fā)育極為典型［1]。本文依托“陜西省榆林市神木縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查”項(xiàng)目，在野外實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)資料數(shù)據(jù)，對神木縣崩塌的發(fā)育特征及空間分布規(guī)律進(jìn)行探討，以期為陜北地區(qū)的減災(zāi)防災(zāi)工作提供一定參考。

1 神木縣地質(zhì)環(huán)境條件與崩塌概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件概況

神木縣地處黃土高原與毛烏素沙漠過渡區(qū)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以地殼的振蕩性上升為主，且西部相對于東部的地殼上升幅度要大得多，從而造成神木縣西北高、東南低的地形，海拔738.7～1 448.7 m，相對高差達(dá)710 m。因此神木縣形成“西平東溝”地貌，即西部為平坦的沙漠灘地地貌，東部為溝深谷密的河谷階地區(qū)和土石丘陵區(qū)。神木縣屬半干旱大陸性氣候，多年平均降水量為423.2 mm，時(shí)間上主要集中在7～9月，空間上從西北向東南遞增?？h域內(nèi)水系均屬黃河流域，干流深切，支流密布，其中窟野河、禿尾河為兩條最大支流，北部湖泊較多，但受高強(qiáng)度采煤等因素影響，區(qū)內(nèi)水體濕地面積呈現(xiàn)萎縮趨勢［2]。神木縣屬于華北地層區(qū)鄂爾多斯地層小區(qū)，出露有三疊系、侏羅系、白堊系、新近系和第四系地層［3]。含水層有第四系松散層孔隙潛水、基巖孔隙裂隙潛水和基巖裂隙承壓水［4]。20世紀(jì)以前有記錄的地震僅發(fā)生過9次，震級(jí)均小于6級(jí)，20世紀(jì)至今無地震災(zāi)害發(fā)生的記載。近年來，由于煤礦大規(guī)模開采，神木縣煤礦采空區(qū)遍布，采空區(qū)塌陷導(dǎo)致的礦震時(shí)有發(fā)生，但均小于4級(jí)。

1.2 神木縣崩塌災(zāi)害概況

（1）地質(zhì)災(zāi)害概況

目前，神木縣共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)264處，地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌、滑坡、地面塌陷，其中崩塌200處、滑坡34處、地面塌陷30處（表1）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2013年8月，神木縣因地質(zhì)災(zāi)害已至少造成16人死亡，89間房屋、201.3 h m2田地、3 935 m公路損毀。

表1 神木縣地質(zhì)災(zāi)害類型

（2）崩塌地質(zhì)災(zāi)害概況

崩塌是神木縣最發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害，具分布廣、數(shù)量大、活動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)崩塌200處。從規(guī)模來看，巨型1處、大型21處、中型105處、小型73處；從穩(wěn)定性看，穩(wěn)定性差60處、穩(wěn)定較差119處、穩(wěn)定性好21處；從險(xiǎn)情等級(jí)看，中型9處、小型157處、不危險(xiǎn)34處。威脅633戶、2 639人、1 577間房、32 250 m公路。

2 崩塌發(fā)育特征

據(jù)200處崩塌實(shí)地詳細(xì)調(diào)查資料，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)和統(tǒng)計(jì)，得出坡度、坡向、高度、厚度、寬度、斜坡巖土體類型主要集中分布區(qū)間，以及最集中分布區(qū)［5]。

2.1 斜坡坡向

坡向是指斜坡坡面朝向的方位角，不同坡向所受日照時(shí)間和太陽輻射強(qiáng)度不同，由于差異性水熱作用致使崩塌災(zāi)害的發(fā)育程度與坡向存在關(guān)聯(lián)。把神木縣200個(gè)崩塌所處斜坡坡向按照每45°的間隔，劃分為8種類別（圖1）：N（0°～22.5°，337.5°～360°），NE（22.5°～67.5°），E（67.5°～112.5°），SE（112.5°～157.5°），S（157.5°～202.5°），SW（202.5°～247.5°），W（247.5°～292.5°），N W（292.5°～337.5°）。

由圖1可看出不同坡向區(qū)間內(nèi)崩塌的發(fā)育情況，神木縣崩塌災(zāi)害在S、SW、W這三種坡向較為集中發(fā)育，共計(jì)115處，達(dá)到崩塌總數(shù)的57.5%。原因是北半球建筑物受采光需要的影響，大都采取坐北朝南修建，切坡建房多為S、SW傾向；神木縣整體西北高、東南低，地表徑流水系向東南流動(dòng)，山區(qū)公路沿溝谷而建，臨路的山體朝向多S、SW、W，受風(fēng)化、人類工程活動(dòng)影響顯著，更容易發(fā)生崩塌。

圖1 不同坡向區(qū)間分布的崩塌個(gè)數(shù)

2.2 斜坡坡度

坡度表示斜坡的陡緩程度，是崩塌發(fā)育的重要控制因素，坡度大的斜坡更易形成崩塌。將本次調(diào)查的200個(gè)崩塌所處斜坡坡度按照每10°間隔，劃分為9個(gè)區(qū)間（圖2）：0°～10°，10°～20°，20°～30°，30°～40°，40°～50°，50°～60°，60°～70°，70°～80°，80°～90°。

圖2 不同坡度區(qū)間分布的崩塌個(gè)數(shù)

從圖2能夠得出不同坡度區(qū)間的崩塌發(fā)育情況，200處崩塌所處的斜坡坡度在40°～90°之間。其中坡度40°～60°的斜坡易發(fā)程度較低，計(jì)30處；60°～90°的斜坡高易發(fā)，計(jì)170處，且多數(shù)位于溝谷內(nèi)，由工程削坡形成卸荷裂縫，處于活躍期，穩(wěn)定性差。這表明崩塌災(zāi)害的發(fā)生隨著坡度增加急劇增多，崩塌的發(fā)生幾率與斜坡陡緩呈正比關(guān)系。

2.3 斜坡高度

隨著斜坡變高變陡，坡體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，張力范圍擴(kuò)大，在坡腳處形成應(yīng)力集中而使坡體的穩(wěn)定性不斷降低［6]。將本次所調(diào)查的200處崩塌的坡高分為5級(jí)（圖3）：0～30 m，30～60 m，60～90 m，90～120 m，＞120 m。

從圖3可以看出，崩塌災(zāi)害主要發(fā)育在斜坡高度0～60 m范圍內(nèi)，崩塌共171處，占到總數(shù)的85.5%，60～90 m范圍內(nèi)崩塌18處，占9%，90 m以上崩塌數(shù)量較少，僅11處，占5.5%。說明神木縣崩塌多發(fā)育在坡高小于60 m的區(qū)域。

2.4 斜坡厚度

200處崩塌厚度分布范圍為1～22 m，主要集中在2～10 m（圖4）。

圖4 不同斜坡厚度分布的崩塌個(gè)數(shù)

其中25處厚度約2 m，59處厚度為3 m，86處厚度為5 m，18處厚度為10 m，而厚度為1 m和15 m的崩塌個(gè)數(shù)分別為7處和2處。由此說明：神木縣基巖理裂隙切割塊體深度或厚度介于2～10 m之間。

2.5 斜坡寬度

神木縣崩塌寬度分布于10～3 000 m之間。寬度在50～100 m的崩塌最多，有55處，占崩塌總數(shù)27.5%（圖5）；其次是10～50 m的有46處，占崩塌總數(shù)23%；100～150 m的有37處，占崩塌總數(shù)18.5%；150～200 m 的有29處，占崩塌總數(shù)14.5%；200～150 m的有6處，占崩塌總數(shù)3%；250～300 m的有10處，占崩塌總數(shù)5%；寬度大于300 m崩塌災(zāi)害17處，占崩塌總數(shù)8.5%。

由此可知：該段發(fā)育的崩塌寬度主要在10～200 m之間。崩塌的寬度受人類工程活動(dòng)的影響，說明工程建設(shè)過程中邊坡開挖的長度集中分布于10～200 m間。

2.6 斜坡巖土體類型

斜坡巖土體是崩塌形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同巖土體由于其本身結(jié)構(gòu)類型的不同，對崩塌災(zāi)害造成的影響存在差異，從而控制崩塌災(zāi)害的發(fā)育。將200個(gè)崩塌所處斜坡分成5類（圖6）：土巖（粘性土＋砂泥巖）雙層結(jié)構(gòu)、土粘土巖（粘性土＋紅粘土）、雙層結(jié)構(gòu)與巖體（砂泥巖）單層結(jié)構(gòu)、土體（粘性土）單層結(jié)構(gòu)、土巖多層結(jié)構(gòu)等。

從圖6可以看出，巖體單層結(jié)構(gòu)在人類工程活動(dòng)影響下更容易發(fā)生崩塌災(zāi)害，崩塌數(shù)量占到總數(shù)的40%。這是由于神木縣境內(nèi)多出露砂泥巖，巖體相對土體在卸荷作用下，易產(chǎn)生卸荷裂隙，同時(shí)單層巖體的厚度一般不大，砂泥巖互層的巖體差異風(fēng)化導(dǎo)致的危巖體懸空普遍存在。

圖5 不同斜坡寬度分布的崩塌個(gè)數(shù)

圖6 不同巖土體類型分布的崩塌個(gè)數(shù)

綜上，神木縣崩塌災(zāi)害所處斜坡坡向以S、SW、W為主，坡度多在60°～90°，坡高多小于60 m，厚度以3 m、5 m為主，坡寬多在0～200 m之間，巖土體類型多為巖體單層結(jié)構(gòu)。

3 崩塌空間分布規(guī)律

3.1 崩塌在不同地貌單元的分布規(guī)模

由于地形地貌的差異、人類工程活動(dòng)的影響程度不同，東部丘陵區(qū)崩塌較發(fā)育（圖7），共132處，占全縣崩塌總數(shù)的66%；河谷階地區(qū)次之，共66處，占全縣崩塌總數(shù)的33%；西部沙漠灘地區(qū)最少，共發(fā)育2處，占全縣崩塌的1%。

圖7 不同地貌單元內(nèi)崩塌的分布

東部丘陵區(qū)是境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布最廣的區(qū)域，該地貌單元溝深谷密，斜坡相對較陡，工農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)生活活動(dòng)強(qiáng)度較大，切坡建房、開山修路、礦山開采等劇烈影響地質(zhì)環(huán)境，特別是切坡建房，嚴(yán)重破壞了原有邊坡的應(yīng)力平衡狀態(tài)，坡面陡直裸露，節(jié)理裂隙發(fā)育，崩塌密集形成，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全［7]。據(jù)調(diào)查，該范圍內(nèi)崩塌災(zāi)害的數(shù)量占全縣總數(shù)的66%，主要分布于人口密集、工程活動(dòng)較強(qiáng)地段。

河谷階地區(qū)是神木縣崩塌災(zāi)害發(fā)育最集中的地貌單元，包含了黃河、窟野河、禿尾河水系，該區(qū)域范圍內(nèi)河流下蝕嚴(yán)重，地形相對高差大，基巖出露較厚，兩岸斜坡近似直立，階面、漫灘卻較為平坦，人類切坡建房、開山修路的工程活動(dòng)等對地質(zhì)環(huán)境影響極大，尤其是204省道、301省道，形成的邊坡高陡破碎，隨著風(fēng)化作用，崩塌極易發(fā)生。該地貌單元內(nèi)發(fā)育的崩塌災(zāi)害數(shù)量占全縣崩塌總數(shù)的33%，主要分布于公路兩側(cè)地段。

西部沙漠灘地區(qū)是境內(nèi)崩塌分布較少的區(qū)域，人口分布較少，工程活動(dòng)不強(qiáng)烈，且地勢平坦，災(zāi)害較少發(fā)育，該區(qū)共計(jì)2處，分布于高家堡鎮(zhèn)西南，占總數(shù)的1%。

3.2 崩塌在不同流域間的分布規(guī)律

流域差異對地質(zhì)災(zāi)害的影響，主要表現(xiàn)在河（溝）谷流水對河谷岸坡的側(cè)蝕、對河（溝）道下切、搬運(yùn)作用和雨期地表匯水對坡面的面蝕沖刷作用。經(jīng)調(diào)查分析認(rèn)為，對神木縣崩塌災(zāi)害的作用突出表現(xiàn)在如下：本區(qū)黃河及支流窟野河、禿尾河等支溝沿岸由于河流的下切和側(cè)蝕作用，斜坡基巖祼露、高陡，加之風(fēng)化等因素影響，斜坡穩(wěn)定性下降，崩塌災(zāi)害十分發(fā)育。

圖8 不同流域內(nèi)的崩塌分布

其中窟野河流域內(nèi)崩塌災(zāi)害點(diǎn)最多為131處（圖8），神木縣窟野河段地形切割較深，其中在縣城長約8 k m的河段內(nèi)發(fā)育崩塌災(zāi)害15處，平均每公里就有2個(gè)崩塌災(zāi)害點(diǎn)。

禿尾河流域內(nèi)崩塌災(zāi)害點(diǎn)雖然僅有26處，但部分黃土溝壑地形高差大，河流曲率大，崩塌災(zāi)害點(diǎn)密度大，其成因多與河流側(cè)切有關(guān)，發(fā)育特征是坡體下部受河流側(cè)切侵蝕掏空，上部土體沿層內(nèi)裂隙面或土巖接觸面滑動(dòng)或崩落。

黃河沿岸及其他較小的支溝內(nèi)發(fā)育43處崩塌災(zāi)害點(diǎn)。

由此可知，神木縣崩塌災(zāi)害在不同流域內(nèi)的分布不同。窟野河流域分布最多，占總數(shù)的65.5%；黃河沿岸及其他較小的支溝次之，占總數(shù)的21.5%；禿尾河流域分布最少，占總數(shù)的13%。

3.3 崩塌在不同鎮(zhèn)（辦事處）的分布規(guī)律

神木縣下轄15鎮(zhèn)6個(gè)辦事處，不同的鎮(zhèn)（辦事處）由于地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件等的不同及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人類工程活動(dòng)強(qiáng)度的差異，其崩塌災(zāi)害分布是不均勻的（表2）。

其中崩塌發(fā)育最多的前5個(gè)鎮(zhèn)（辦事處）為：永興辦事處，計(jì)28處，占崩塌總數(shù)的14%；店塔鎮(zhèn)25處，占12.5%；賀家川鎮(zhèn)21處，占10.5%；萬鎮(zhèn)鎮(zhèn)19處，占9.5%；欄桿堡鎮(zhèn)17處，占8.5%。錦界鎮(zhèn)、爾林兔鎮(zhèn)、大柳塔鎮(zhèn)、大保當(dāng)鎮(zhèn)崩塌災(zāi)害不發(fā)育。

表2 各鎮(zhèn)（辦事處）崩塌數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

綜上，神木縣崩塌災(zāi)害主要分布于丘陵和河谷階地地貌單元內(nèi)，且以窟野河流域居多，是永興、店塔、賀家川、萬鎮(zhèn)、欄桿堡等鎮(zhèn)（辦事處）的重點(diǎn)防御對象。

4 崩塌時(shí)間分布規(guī)律

通常認(rèn)為，崩塌災(zāi)害在6～10月份易發(fā)多發(fā)，尤其是7～8月暴雨期，大氣降水沿裂縫灌入邊坡土體，增大了土體負(fù)荷，破壞了土體結(jié)構(gòu)，軟化了軟弱面，降低了土體的粘聚力，加重了下滑力，使其上覆已裂離穩(wěn)定土體的土塊失去支撐而產(chǎn)生崩塌［8]。

但是在陜北地區(qū)不容忽視的是，其冬季嚴(yán)寒期長，春季氣溫快升多變，由凍脹、凍融誘發(fā)崩塌災(zāi)害造成群死群傷現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。如2010年3月10日凌晨1時(shí)30分，陜北地區(qū)榆林市子洲縣雙湖峪鎮(zhèn)石溝發(fā)生崩塌災(zāi)害（圖9），44人被埋。

圖9 凍融凍脹引發(fā)崩塌

實(shí)際上每年雨季過后，氣溫逐漸降低，坡體頂部或坡腳處潮濕帶中的水分難以蒸發(fā)，在冬季發(fā)生凍脹，水—冰—土相互作用，巖土體節(jié)理裂隙或孔隙被撐大，在春季消融，裂隙或孔隙結(jié)構(gòu)逐漸調(diào)整，如此循環(huán)，從而影響巖土體的表層坡體結(jié)構(gòu)，在坡肩附近形成剝落，在坡腳處形成掏蝕［9]。凍融凍脹還對坡體中節(jié)理裂隙的發(fā)育起到加速作用，初春時(shí)氣溫回升，坡頂積雪、冰層逐漸融化，水分沿節(jié)理裂隙下滲，加之春季氣溫多變，尤其是夜間氣溫較低，節(jié)理裂隙中的水分易再次凝結(jié)、膨脹，對節(jié)理裂隙形成劈裂，加速崩塌發(fā)育［10]。

總體來說，隨著誘發(fā)因素不斷增加，以及境內(nèi)氣候差異較大，加上貫穿全年的工程活動(dòng)擾動(dòng)，陜北崩塌災(zāi)害發(fā)生時(shí)間從季節(jié)性災(zāi)害向全年性災(zāi)害發(fā)生轉(zhuǎn)變。由此可見全年為崩塌災(zāi)害防范期，任何時(shí)候都不能有麻痹大意和僥幸的心理。

5 防治對策

根據(jù)本文得出的陜北地區(qū)崩塌災(zāi)害發(fā)育特征和空間分布規(guī)律，充分考慮陜北特有地質(zhì)環(huán)境，為防治工作提供建議［11]：

（1）對于大多數(shù)崩塌災(zāi)害點(diǎn)，威脅人數(shù)較少，工程治理費(fèi)用昂貴，避讓成為最優(yōu)選擇。

（2）對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)的工程建設(shè)項(xiàng)目，必須先進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估，查明現(xiàn)有崩塌，預(yù)測可能加劇或誘發(fā)的崩塌，保證工程項(xiàng)目安全。

（3）加大政府投入，科學(xué)開展崩塌災(zāi)害治理工程，消除災(zāi)害隱患。

（4）加強(qiáng)重點(diǎn)地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治知識(shí)教育，提高群眾減災(zāi)防災(zāi)意識(shí)，健全群測群防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（5）建立崩塌災(zāi)害相應(yīng)防災(zāi)預(yù)案，加強(qiáng)防范，發(fā)現(xiàn)災(zāi)險(xiǎn)情及時(shí)處置。

6 結(jié)語

陜北地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，溝壑縱橫，加上近年來人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，崩塌已成為陜北地區(qū)數(shù)量最多、分布最廣、危害最大的傷亡性地質(zhì)災(zāi)害，并有急劇增多的趨勢。以神木縣為例，統(tǒng)計(jì)分析“陜西省榆林市神木縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查”取得的成果資料，得出陜北地區(qū)崩塌災(zāi)害多發(fā)生在丘陵和河谷階地地貌單元內(nèi)大于60°的坡體上，坡向以S、SW、W為主，坡高小于60 m，厚度約為3 m、5 m，坡寬在10～200 m之間，斜坡巖土體類型多為巖體單層結(jié)構(gòu)；發(fā)生時(shí)間與常規(guī)認(rèn)識(shí)有所差異，并非僅在汛期而是全年易發(fā)。防治工作要加強(qiáng)重點(diǎn)宣傳培訓(xùn)，以預(yù)防為主，從而保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，保障經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

［1]劉海南，姚超偉，李永紅，等.陜西省神木縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告［R].西安：陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，2014.

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［9]段釗，趙法鎖，陳新建，等.陜北黃土高原區(qū)崩塌發(fā)育類型及影響因素分析［J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2012，21（6）：142－149.

［10]葉萬軍，楊更社，彭建兵，等.凍融循環(huán)導(dǎo)致洛川黃土邊坡剝落病害產(chǎn)生機(jī)制的試驗(yàn)研究［J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（1）：201－205.

［11]李永紅，滕宏泉，賀衛(wèi)中，等.基于防治地質(zhì)災(zāi)害四大體系編制地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃［J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2014，25（2）：40－48.