白龍江流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害特征

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(1.蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院地質(zhì)工程系，甘肅蘭州730000； 2.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅蘭州730050)

白龍江流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害特征

全永慶1,賈貴義2

(1.蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院地質(zhì)工程系，甘肅蘭州730000； 2.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅蘭州730050)

根據(jù)1∶5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害詳查資料，利用GIS技術(shù)，統(tǒng)計(jì)分析了白龍江流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律和發(fā)育特征，同時(shí)分析了其分布與地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和人類活動(dòng)等因素的關(guān)系。結(jié)果表明：地質(zhì)災(zāi)害主要沿河流和道路呈線狀分布，受坡度、河流、構(gòu)造斷層、地層巖性和土地利用類型等因子的綜合控制作用較大，隨著坡度、距河流和斷層距離的增大，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和密度大體呈減小趨勢(shì)，人類活動(dòng)顯著影響著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度。

地質(zhì)災(zāi)害；分布規(guī)律；GIS；白龍江流域；甘肅

0 引 言

甘肅境內(nèi)的白龍江屬于長(zhǎng)江支流，境內(nèi)山高谷深，溝壑縱橫，地形起伏強(qiáng)烈，構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。以泥石流、滑坡為主的地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育且危害嚴(yán)重，是我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育嚴(yán)重的地區(qū)之一(諶文武等，2006；唐新凱等，2012；孟興民等，2013；Liang et al，2011；Bai et al，2014)。

由于研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁，危害性大而備受關(guān)注。張帆宇等(2005)從地質(zhì)環(huán)境因素方面，對(duì)福津河段滑坡發(fā)育特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為研究區(qū)滑坡災(zāi)害的分布和發(fā)育特征受控于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震和千枚巖產(chǎn)狀及其與山坡坡度的組合關(guān)系；鐘秀梅等(2007)深入分析了地質(zhì)構(gòu)造對(duì)國(guó)道212隴南段滑坡的影響作用，認(rèn)為斷層、巖層產(chǎn)狀和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)構(gòu)造是研究區(qū)滑坡發(fā)育與分布的主控因素；王運(yùn)興等(2011)基于野外調(diào)查數(shù)據(jù)，研究了白龍江中游(舟曲、武都和文縣)的地震次生地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征，認(rèn)為地形坡度、地層巖性和人類活動(dòng)是研究區(qū)地震次生災(zāi)害發(fā)育和分布的主要影響因素。還有很多學(xué)者，對(duì)區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害分布特征和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究和分析(任非凡等，2008；寧娜等，2013)，并取得了相應(yīng)的研究成果。然而，隨著時(shí)間的推移，研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件和災(zāi)害分布特征均有不同程度的變化，為了更準(zhǔn)確地把握研究區(qū)的災(zāi)害分布特征，以最新的1∶5萬(wàn)詳查資料為基礎(chǔ)，結(jié)合GIS技術(shù)，研究了白龍江流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害分布特征及其主要影響因素。主要統(tǒng)計(jì)分析了地形坡度、河流、構(gòu)造斷層、地層巖性和土地利用類型等因子與主要災(zāi)害分布的相關(guān)性。

1 研究區(qū)概況

白龍江流域甘肅段地處甘肅省東南部，東連陜西，南接四川，西鄰甘南州，北依天水市，東西寬283 km，南北長(zhǎng)198 km，總面積約2.4 萬(wàn)km2，行政區(qū)域涉及甘南藏族自治州的迭部、舟曲，隴南市的宕昌、武都、文縣、康縣(圖 1)。白龍江流域甘肅段位于青藏高原東北緣，屬于西秦嶺侵蝕-剝蝕構(gòu)造山地，地勢(shì)西高東低，海拔高度578～4 591 m。

圖1 研究區(qū)位置

2 地質(zhì)災(zāi)害類型

根據(jù)1∶5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害詳查數(shù)據(jù)，研究區(qū)已查明地質(zhì)災(zāi)害2 632處，主要為滑坡、泥石流和崩塌，分別占災(zāi)害總量的39.17%、38.30%和20.25%，不穩(wěn)定斜坡有少量發(fā)育(圖2)。按照地質(zhì)災(zāi)害程度和規(guī)模大小分為特大型、大型、中型和小型，其中滑坡主要為大、中、小型；泥石流主要為大、中型；崩塌則以小型為主，中型次之，大型較少；不穩(wěn)定斜坡以小型和中型為主(圖2)。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害類型及規(guī)模

3 地質(zhì)災(zāi)害空間分布特征

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害種類多、分布范圍廣，主要分布在武都和文縣。地質(zhì)災(zāi)害以滑坡和泥石流最為發(fā)育，主要分布在白龍江中游的文縣和武都地區(qū)；其次為崩塌，主要分布在武都、康縣和文縣；不穩(wěn)定斜坡僅分布在康縣、舟曲和迭部。從災(zāi)害規(guī)模看，特大型主要分布在文縣、武都和舟曲，大、中型主要分布在武都和文縣，小型主要分布在武都、文縣和康縣(表1)。

總的分布規(guī)律表現(xiàn)為：主要沿白龍江、岷江、白水江等水系和國(guó)道212等主干道呈線狀分布，且在人口密度大、活動(dòng)頻繁的地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育，如武都區(qū)人口密度大，人類活動(dòng)最為強(qiáng)烈，災(zāi)害也最為發(fā)育(圖3)。

4 地質(zhì)災(zāi)害影響因素

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育與分布特征受控于多種因素(倪紅升等，2008)，而地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)在特征與外部觸發(fā)因素共同作用的結(jié)果(謝興楠，2009)。通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育環(huán)境和外部觸發(fā)因素的統(tǒng)計(jì)分析，可以加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響因素的認(rèn)識(shí)。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際調(diào)查情況，選擇地形坡度、河流、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及土地利用類型等參數(shù)，利用GIS的數(shù)據(jù)管理及疊加分析功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.1 坡度

坡度不僅決定山體斜坡的應(yīng)力分布，而且影響地表徑流的流動(dòng)和下滲，進(jìn)而對(duì)災(zāi)害的發(fā)生產(chǎn)生直接的影響，但并非坡度越大越容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害(張帆宇等，2005；王運(yùn)興等，2011；寧娜等，2013)。

利用90 m分辨率的SRTM DEM數(shù)據(jù)提取坡度，坡度提取時(shí)單元的確定十分重要，單元尺寸選取太大會(huì)導(dǎo)致精度較低；反之會(huì)造成數(shù)據(jù)太多，計(jì)算分析困難。為了達(dá)到同時(shí)滿足數(shù)據(jù)的精度要求和解決計(jì)算分析困難的目的，選用30 m×30 m的柵格單元。最后利用GIS的疊加分析功能，得到不同地質(zhì)災(zāi)害在不同坡度下的分布情況，從而獲得坡度與地質(zhì)災(zāi)害分布的關(guān)系(圖4)。

表1 地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)表

圖3 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布圖

圖4 地質(zhì)災(zāi)害分布與坡度關(guān)系圖

研究區(qū)基本處于60°以下坡度區(qū)域，占研究區(qū)總面積的98.6%，99.0%的地質(zhì)災(zāi)害分布在該區(qū)域。由圖4可以發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在0°～45°區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，滑坡隨著坡度的增加，災(zāi)害數(shù)量隨之增加；在大于45°的范圍內(nèi)，隨著坡度的增加而減小。其他類型的地質(zhì)災(zāi)害均隨著坡度的增加呈減小的趨勢(shì)，說(shuō)明同種影響因素對(duì)不同地質(zhì)災(zāi)害類型具有不同的影響作用。地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和密度均在0°～15°的區(qū)間達(dá)到最大值，且隨著坡度的增加而減少，這與王運(yùn)興等(2011)的研究結(jié)果有一定的出入。其主要原因是：(1) DEM數(shù)據(jù)精度的差異，王運(yùn)興等(2011)采用的是1∶10萬(wàn)精度的數(shù)據(jù)，研究采用的是90 m分辨率(約相當(dāng)于1∶25萬(wàn)精度)的數(shù)據(jù)；(2) 研究區(qū)范圍的差異；(3) 近年來(lái)，人口密度和人類活動(dòng)強(qiáng)度在進(jìn)一步加大，而人類活動(dòng)多在坡度較小的區(qū)域；(4) 90 m分辨率精度的DEM數(shù)據(jù)與1∶5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的匹配性問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

4.2 河流

研究區(qū)內(nèi)水系較為發(fā)育，較大的有貫穿全區(qū)的白龍江干流、文縣境內(nèi)的白水江和宕昌境內(nèi)的岷江等支流(圖1)。

圖5 地質(zhì)災(zāi)害分布與距河流距離關(guān)系圖

利用GIS技術(shù)對(duì)90 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行水文分析，得到河流分布圖，再運(yùn)用GIS技術(shù)的緩沖分析功能，將研究區(qū)劃為5個(gè)緩沖區(qū)：(A) 0～500 m；(B) 500～1 000 m；(C) 1 000～1 500 m、(D) 1 500～2 000 m；(E) >2 000 m。最后運(yùn)用GIS的疊加分析功能，得到距河流距離與地質(zhì)災(zāi)害的分布關(guān)系(圖5)。地質(zhì)災(zāi)害主要分布在距河流0～500 m的范圍，共1 305處，占地質(zhì)災(zāi)害總量的49.58%，同時(shí)災(zāi)害密度也達(dá)到最大的54.2處/100 km2?？傮w而言，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和災(zāi)害密度均呈現(xiàn)隨著距河流距離的增加而減小的趨勢(shì)。主要原因在于，自古以來(lái)，人們都有在河流階地建房居住的習(xí)慣，在距河流一定的范圍內(nèi)，人類活動(dòng)頻繁；同時(shí)，由于河流的切割、沖刷，使得河流兩岸具有較好的臨空條件和外動(dòng)力條件，導(dǎo)致距河流較近的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育。

4.3 地層巖性

地層巖性作為影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的內(nèi)在因素之一，其變形程度、抗風(fēng)化能力、均勻性及其強(qiáng)度都存在較大的差異，這些差異不僅決定了其工程性質(zhì)，同時(shí)影響著地質(zhì)災(zāi)害的形成與發(fā)展。研究區(qū)主要為千枚巖、板巖、薄層灰?guī)r巖組和中厚層灰?guī)r、板巖巖組，變質(zhì)砂巖、變質(zhì)礫巖、板巖巖組也有較大范圍的分布。根據(jù)巖石的成因類型、巖相變化、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)等將其劃分為以下工程巖組類型：(A) 斷層巖巖組；(B) 變質(zhì)砂巖、變質(zhì)礫巖、板巖巖組；(C) 變質(zhì)安山巖、變質(zhì)凝灰?guī)r、變質(zhì)玄武巖巖組；(D) 千枚巖、板巖、薄層灰?guī)r巖組；(E) 中厚層灰?guī)r、板巖巖組；(F) 中厚層砂巖、板巖夾灰?guī)r巖組；(G) 厚層礫巖、砂礫巖巖組；(H) 粉砂巖、泥巖、薄層砂礫巖巖組；(I) 砂卵礫石巖巖組；(J) 巖漿巖巖組。

根據(jù)1∶50萬(wàn)地質(zhì)圖，運(yùn)用GIS技術(shù)的疊加分析和統(tǒng)計(jì)分析功能，得到地層巖性與地質(zhì)災(zāi)害的分布關(guān)系(圖6)。從災(zāi)害數(shù)量來(lái)分析，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在千枚巖、板巖、薄層灰?guī)r巖組區(qū)，災(zāi)害數(shù)量為1 415處，占災(zāi)害總量的53.76%；其次為中厚層灰?guī)r、板巖巖組區(qū)，災(zāi)害數(shù)量有377處，占災(zāi)害總量的14.32%。從災(zāi)害密度來(lái)分析，災(zāi)害密度最大為砂卵礫石層巖組區(qū)，為105.55處/100 km2；其次為粉砂巖、泥巖、薄層砂礫巖巖組，為43.59處/100 km2。

圖6 地質(zhì)災(zāi)害分布與地層巖性關(guān)系圖

研究區(qū)砂卵礫石層及第四系松散堆積物，主要分布于河床與低階地和溝谷，是人類活動(dòng)的主要場(chǎng)所，故地質(zhì)災(zāi)害密度最大。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在千枚巖、板巖、薄層灰?guī)r巖組、砂卵礫石層、粉砂巖、泥巖、薄層砂礫巖巖組和中厚層灰?guī)r、板巖巖組區(qū)，此類巖組屬于淺變質(zhì)碎屑巖、灰?guī)r和碎屑沉積巖，較為破碎，強(qiáng)度較低，為易于風(fēng)化、破碎的巖體，滲透性強(qiáng)，并且空氣和水交替進(jìn)入破碎巖體中，形成一種氧化與還原環(huán)境的交替，致使巖體較為破碎，強(qiáng)度低，如遇觸發(fā)因素，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

4.4 構(gòu)造斷層

研究區(qū)斷層縱橫切割，破壞了巖土體結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性，為崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生既提供了物質(zhì)條件，又創(chuàng)造了動(dòng)力條件(鐘秀梅等，2007)。

根據(jù)1∶50萬(wàn)地質(zhì)圖，運(yùn)用GIS技術(shù)的緩沖分析功能，將研究區(qū)劃為5個(gè)緩沖區(qū)：(A) 0～500 m；(B) 500～1 000 m；(C) 1 000～1 500 m；(D) 1 500～2 000 m；(E) >2 000 m。然后進(jìn)行疊加、統(tǒng)計(jì)分析，得到地質(zhì)災(zāi)害分布與斷層的關(guān)系(圖7)。由統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，災(zāi)害總量、災(zāi)害密度和各不同類型的災(zāi)害，在2 000 m范圍內(nèi)，近似呈線性減小的趨勢(shì)。其中緩沖區(qū)E的災(zāi)害數(shù)量和災(zāi)害密度均有較大的跳躍，主要原因是緩沖區(qū)面積很大，占整個(gè)研究區(qū)的49.32%，同時(shí)也有斷層影響范圍的因素，從而打破了其線性分布的規(guī)律；地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和密度均隨著距斷層距離的增加呈近似線性減小，表明地質(zhì)災(zāi)害受斷層影響較大。

圖7 地質(zhì)災(zāi)害分布與距斷層距離關(guān)系

4.5 土地利用類型

按照土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)可將其分為：(A) 草地；(B) 城鄉(xiāng)工礦居民用地；(C) 未利用土地；(D) 林地；(E) 水域；(F) 耕地。

研究區(qū)最主要的土地類型為林地、草地和耕地，分別占研究區(qū)總面積的42.17%、38.07%和17.17%。運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)1∶25萬(wàn)土地利用類型圖和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)疊加、統(tǒng)計(jì)分析，得出土地利用類型和地質(zhì)災(zāi)害的分布關(guān)系(圖8)。從災(zāi)害數(shù)量來(lái)看，災(zāi)害主要分布在耕地和草地，分別為1 326，942處，占災(zāi)害總數(shù)的50.44%和35.83%。從災(zāi)害密度來(lái)看，城鄉(xiāng)工礦居民用地和水域的災(zāi)害密度較大，分別為102.87，71.08 處/100 km2。

圖8 地質(zhì)災(zāi)害分布與土地利用類型關(guān)系圖

從上述分析數(shù)據(jù)可以看出，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在人口密度大和活動(dòng)強(qiáng)烈的土地利用類型中。其中，水域?yàn)?zāi)害密度較大的原因是河流、溝谷構(gòu)成的水域地形切割條件好，具有較好的臨空條件，加上水流的侵蝕和外部觸發(fā)作用，很容易產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)分析，主要得出以下結(jié)論。

(1) 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育，災(zāi)種多樣，主要為滑坡、崩塌、泥石流和不穩(wěn)定斜坡。地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模以大、中、小型為主，特大型地質(zhì)災(zāi)害較少，且主要分布在文縣、武都和舟曲；地質(zhì)災(zāi)害高密度區(qū)，主要分布在文縣和武都等人口密度大及人類活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害總體沿白龍江等主要水系和國(guó)道212等主干道呈線狀分布，沿線也是人口分布密集、活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域。

(2) 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和人類活動(dòng)等因素的綜合控制作用較為明顯，其中人類活動(dòng)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與分布的影響表現(xiàn)最為明顯，同時(shí)受到大氣降水和地震活動(dòng)等外部觸發(fā)因素的影響。

(3) 地質(zhì)災(zāi)害主要分布在0°～45°的范圍內(nèi)，在0°～15°范圍，地質(zhì)災(zāi)害密度和數(shù)量均達(dá)到最大值，且隨著坡度的增大，災(zāi)害數(shù)量和災(zāi)害密度均有減小的趨勢(shì)，間接反映了人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的顯著影響。

地質(zhì)災(zāi)害主要分布在距河流0～500 m范圍，該區(qū)域是道路展布、村莊集中分布等人類活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，隨著距離的增大，災(zāi)害數(shù)量和災(zāi)害密度均呈減少趨勢(shì)。

(4) 地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在千枚巖、板巖、薄層灰?guī)r巖組，砂卵礫石層巖組和粉砂巖、泥巖、薄層砂礫巖巖組等巖組區(qū)。在2 km范圍內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害總量、密度和不同地質(zhì)災(zāi)害類型的數(shù)量均隨著距斷層距離的增加呈近似線性減小的趨勢(shì)。

(5) 地質(zhì)災(zāi)害主要分布在耕地、草地、城鄉(xiāng)工礦居民用地和水域等人類活動(dòng)較為頻繁、擾動(dòng)大及周?chē)R空條件較好的地段。

6 致 謝

撰寫(xiě)論文過(guò)程中得到了梁收運(yùn)教授的幫助與指導(dǎo)，參考使用了甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院提供的數(shù)據(jù)資料，在此表示衷心的感謝！

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Characteristics of Geo-hazards at Gansu Segment in Bailongjiang River Basin

QUANYong-qing1,JIAGui-yi2

(1.Geological Engineering Department, College of Civil Engineering and Mechanics, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2. Gansu Institute of Geological Environment Monitoring, Lanzhou 730050, China)

According to 1∶50,000 detailed geological disasters investigation information, the authors analyzed the characteristics and distribution regularities of geological disasters by GIS technology and analyzed the relationship among the geological disasters and the influence factors including landform, stratum lithology, geological structure, human activity etc. The results showed that the geological disasters were mainly distributed along with rivers and roads, and influenced by slope gradient, rivers, faults, stratum lithology and land use types in a large extent, and with the increasing of slope gradient, the distance to the rivers and faults, the numbers and density of geological disasters showed a decreasing trend, especially human activity significantly affected the growth degree of the geological disasters.

Geological disasters; Distribution regularities; GIS; Bailongjiang River reaches; Gansu

10.3969/j.issn.1674-3636.2014.04.676

2014-03-05；

：2014-04-10；編輯：蔣艷

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目“甘肅省白龍江流域主要城鎮(zhèn)環(huán)境工程地質(zhì)勘查”(1212011089083)

全永慶(1988— )，男，碩士研究生，地質(zhì)工程專業(yè),研究方向?yàn)楣こ痰刭|(zhì)與環(huán)境地質(zhì)，E-mail：yongqingquan0843@163.com

P694

：A

：1674-3636(2014)04-0676-06