基于降水、地震對(duì)海原縣地質(zhì)災(zāi)害影響的耦合分析

弓永峰 高 宇 仲佳鑫 / 寧夏國(guó)土資源調(diào)查監(jiān)測(cè)院

基于降水、地震對(duì)海原縣地質(zhì)災(zāi)害影響的耦合分析

弓永峰 高 宇 仲佳鑫 / 寧夏國(guó)土資源調(diào)查監(jiān)測(cè)院

依托1∶5萬(wàn)海原縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查項(xiàng)目，在研究地質(zhì)災(zāi)害的類型、分布、發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，將降水、地震的多元信息與地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)信息進(jìn)行耦合分析.分析表明，海原縣地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素為降水、地質(zhì)和人類活動(dòng)。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)，提出了具體的防治措施.

海原縣；地質(zhì)災(zāi)害；降水；地震

海原縣南、西華山-六盤(pán)山斷裂帶上，該斷裂切割古生代以來(lái)的所有地塊，近期活動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致地震頻率高，破壞性大，尤其是1920年聞名于世的8.5級(jí)海原大地震，使西安州、甘鹽池兩座古城蕩然無(wú)存。地震時(shí)山崩地裂，滑坡遍布，河流壅塞，交通斷絕，房屋倒塌，有23.4萬(wàn)人在這次地震中失去了生命，景象十分凄慘[1]。地震導(dǎo)致海原縣地質(zhì)環(huán)境極度惡化，巖土體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)。近年來(lái)，隨著極端降水天氣的加劇，海原縣地質(zhì)災(zāi)害有增長(zhǎng)之勢(shì)，嚴(yán)重威脅群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2011年底，海原縣查明各種地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)145處，死亡20人，經(jīng)濟(jì)損失1490.7萬(wàn)元，受威脅人口7863人。

本文依托1:5萬(wàn)海原縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查項(xiàng)目，在確定海原縣地質(zhì)災(zāi)害的類型、分布及發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，通過(guò)將降水、地震與地質(zhì)災(zāi)害特征的進(jìn)行耦合分析，確立了地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因子，針對(duì)性地提出了防治措施。

1.地質(zhì)災(zāi)害類型、分布及發(fā)育特征

1.1 地質(zhì)災(zāi)害類型、分布

海原縣地質(zhì)災(zāi)害類型有滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流和地面塌陷，總計(jì)145處，其中滑坡49處，崩塌18處，泥石流48處，不穩(wěn)定斜體29處，地面塌陷1處?；隆⒈浪筒环€(wěn)定斜坡主要分布于海原縣南部海原大地震的主震區(qū)，泥石流主要分布在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)差異明顯的地形突變帶。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

滑坡多為中小型，長(zhǎng)度15-200m、寬度20-200m、厚度2-10m、坡度21-50°、坡高20-120m。按物質(zhì)組成可分為土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡[2]，以土質(zhì)滑坡為主。坡體內(nèi)部節(jié)理面控制著滑坡后壁拉裂位置，層面控制著滑動(dòng)面的位置；崩塌均為小型土質(zhì)崩塌，坡高5-40m，坡度71-90°，自然因素誘發(fā)10處、人工誘發(fā)8處；不穩(wěn)定斜坡分為基巖結(jié)構(gòu)、黃土結(jié)構(gòu)和黃土-基巖雙層結(jié)構(gòu)，具有坡度跨度大、潛在危害大、誘發(fā)因素清楚、宏觀前兆明顯、可預(yù)防性強(qiáng)的基本特征；泥石流分為泥流、泥石流和水石流，多為溝谷型，具有匯水面積大，松散堆積物發(fā)育，溝縱坡降較大，堆積扇不發(fā)育，擴(kuò)散角15-30°，扇長(zhǎng)100-1000m，扇寬50-500m。

2 .基于降水、地震與地質(zhì)災(zāi)害特征的耦合分析

影響海原縣地質(zhì)災(zāi)害形成的因素主要有自然因素和人類活動(dòng)[3].自然因素主要為降水和地震。通過(guò)將降水、地震的多元信息與地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)信息進(jìn)行耦合分析，并綜合考慮人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響，得出海原縣地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素為降水、地質(zhì)和人類活動(dòng)。

2.1 降水與地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布特征的耦合分析

崩塌、滑坡、泥石流與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，它的發(fā)生是多種因素的組合，但降水是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一[4].Brand對(duì)滑坡災(zāi)害與降雨資料進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，大多數(shù)滑坡的發(fā)生時(shí)間與最大時(shí)降雨量同步，并指出利用24h累積降雨量預(yù)測(cè)滑坡具有很重要的意義[5]；李長(zhǎng)江等分析了滑坡頻度與降雨量的分形關(guān)系，認(rèn)為降雨引發(fā)滑坡的頻度與降雨量之間遵循分形的冪指數(shù)關(guān)系[6].本文通過(guò)分析海原縣近30年的降水資料，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害與降水在時(shí)間和空間上的耦合關(guān)系明顯。

2.1.1 降水與地質(zhì)災(zāi)害時(shí)間上耦合分析 降水與地質(zhì)災(zāi)害在時(shí)間上具有一致性。首先，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率與大氣降水的強(qiáng)度相關(guān)，1998年海原縣年均降水量較往年平均降水量多，相對(duì)應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量也較往年多。其次，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與汛期對(duì)應(yīng)，海原縣主汛期為7-9月，地質(zhì)災(zāi)害在這三個(gè)月的發(fā)生次數(shù)占全年總數(shù)的80%以上。

2.1.2 降水與地質(zhì)災(zāi)害空間上耦合分析 暴雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素[8]，地質(zhì)災(zāi)害與強(qiáng)降水在空間上高度一致。降水相對(duì)較多的地區(qū)，也是地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)。海原縣南部降水量大于北部，南部地質(zhì)災(zāi)害也比北部發(fā)育。1998年海原縣降水落區(qū)與地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)重合較多，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻次達(dá)到峰值。1984年、1985年降水量與1998年相近，但雨區(qū)并未與地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)重合，地質(zhì)災(zāi)害頻次較少。

通過(guò)耦合分析得出，降水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響主要有兩個(gè)方面：一是海原縣多數(shù)坡體被改造為梯田，增加了匯水面積，減小了地表徑流系數(shù)，導(dǎo)致更多的降水下滲；二是水體滲入，坡體自重增加，粘聚力和內(nèi)摩擦角降低，抗滑帶摩擦系數(shù)減小，抗滑力不足以平衡下滑力，誘發(fā)坡體下滑。

2.2 地震與地質(zhì)災(zāi)害特征的耦合分析

海原縣位于我國(guó)南北地震帶的北端[7][8]，地震頻發(fā)、強(qiáng)度大，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，自1920年到1982年間，震中位于海原縣境內(nèi)的強(qiáng)震共發(fā)生了10次，平均近7年就有一次強(qiáng)震，尤以聞名于世的海原8.5級(jí)大地震震級(jí)最高，破壞性最大，影響范圍最廣[9]。極震區(qū)烈度Ⅻ度，Ⅺ度以上遭災(zāi)面積達(dá)2000km2，地震觸發(fā)的滑坡、崩塌在海原縣南部、西吉縣北部遍布。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)海原大地震誘發(fā)黃土滑坡作了大量研究。白銘學(xué)、王增光等對(duì)海原大地震引發(fā)的固原石碑塬黃土層的低角度滑移進(jìn)行了研究[10]。王家鼎、張倬元等對(duì)黃土滑坡提出了遠(yuǎn)程、斜拋、粉層化機(jī)理學(xué)說(shuō)[11]。

2.2.1 地震與黃土結(jié)構(gòu)耦合分析 海原縣地處我國(guó)黃土高原的西北邊緣，黃土源于騰格里沙漠。由于距物源區(qū)較近，顆粒成分以大顆粒粉砂質(zhì)為主，顯微結(jié)構(gòu)顯示黃土顆粒孔隙大、孔隙率高、結(jié)構(gòu)松散、固結(jié)差、強(qiáng)度低，以支架橋接方式連接，連接面積小，強(qiáng)度低。物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)證明該區(qū)黃土含水率低、干密度小、濕陷系數(shù)高。地震波與黃土結(jié)構(gòu)破壞的耦合構(gòu)成了黃土地震滑坡的主要因素。為了驗(yàn)證黃土體在地震動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生變形的機(jī)理，項(xiàng)目組曾試圖在李俊滑坡堆積體進(jìn)行鉆探取樣分析，可是鉆進(jìn)45米左右時(shí)，鉆機(jī)漏漿明顯，大量注入粘土泥球都無(wú)濟(jì)于事，說(shuō)明黃土結(jié)構(gòu)曾遭受過(guò)地震波高強(qiáng)度的破壞，也證實(shí)了海原地震以豎向振動(dòng)為主。結(jié)果表明，強(qiáng)大的地震力容易使黃土結(jié)構(gòu)破損，黃土粒間空隙破壞，黃土整體強(qiáng)度喪失，促使地震烈度驟增，黃土坡體產(chǎn)生瞬間崩潰而形成滑坡。

2.2.2 地震與地形地貌特征耦合分析 海原縣特殊的地形地貌造成地震波的作用效果差異顯著。海原縣南（西）華山、月亮山與黃土丘陵結(jié)合部位及南部黃土丘陵區(qū)與河谷平原結(jié)合部位地貌突變明顯，地形相對(duì)高差大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。地震與地貌的耦合效應(yīng)較為復(fù)雜，初步認(rèn)為地形突變段可能導(dǎo)致地震波傳播強(qiáng)度、傳播方向發(fā)生差異變化是誘發(fā)災(zāi)害集中的原因之一。地震與地形的耦合主要表現(xiàn)在不同的相對(duì)高差和坡度表現(xiàn)出不同的災(zāi)害表觀特征。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，海原縣地震滑坡集中分布在坡體相對(duì)高差50-100米，坡度在25-35°之間。

2.2.3 地震與活動(dòng)斷裂帶耦合分析 海原地震斷裂屬南西華山斷裂帶的一個(gè)分支，其活動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為東西向或北西向?yàn)樽笮呋?，近南北向?yàn)閿D壓逆沖。主壓應(yīng)力方向?yàn)楸睎|～北北東，垂直于逆沖斷裂，與東西向斷裂斜交而使其產(chǎn)生左旋走滑。地震滑坡密集區(qū)主要位于地震斷裂帶轉(zhuǎn)交接部位或樞紐部位的河谷兩側(cè)，且其滑動(dòng)方向除了受自然重力影響而向臨空處滑動(dòng)外，主要還受活動(dòng)斷裂應(yīng)力場(chǎng)的控制。多數(shù)巨型、特大型滑坡的主滑方向?yàn)楸蔽飨?，與主壓應(yīng)力方向一直，與北西～北北西張應(yīng)力相同。由此反映出，走向北北西的海原地震斷裂對(duì)黃土滑坡的空間分布及滑動(dòng)方向具有明顯的控制作用。

2.3 人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響

海原縣人類削坡、坡體加載等活動(dòng)將原坡體平衡態(tài)打破，使斜坡產(chǎn)生卸荷、拉張和風(fēng)化裂隙，產(chǎn)生滑坡、崩塌、斜坡失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)調(diào)查，新發(fā)生的滑坡、崩塌均與人類活動(dòng)存在不同程度的相關(guān)性。一是亂砍濫伐破壞地質(zhì)環(huán)境，亂砍亂伐→破壞地質(zhì)環(huán)境→氣候反常→暴雨頻發(fā)→滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生。二是劈山建房、修路、開(kāi)礦引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。由于海原縣地處山區(qū)，地形狹窄，平地短缺，居民往往在崖邊挖窯或開(kāi)挖坡腳建房，破壞了坡體的穩(wěn)定性。另一方面，狹窄的溝（河）谷階地本身也是洪水、泥石流的威脅對(duì)象；修建于山區(qū)、黃土丘陵區(qū)的村民便道一般位于河（溝）谷兩側(cè)，在狹窄地段，切坡不可避免，卻很少進(jìn)行工程防護(hù)，極易形成崩塌、滑坡災(zāi)害隱患；建筑石料、粘土礦露天開(kāi)采形成的高陡邊坡，易引發(fā)崩塌、滑坡災(zāi)害。

3 .防治措施

為了保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，必須堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，以“以人為本”和“五位一體”戰(zhàn)略為指導(dǎo)，堅(jiān)持“預(yù)防為主，避讓與治理相結(jié)合”，統(tǒng)籌推進(jìn)“四大體系”建設(shè)，協(xié)調(diào)推進(jìn)受威脅群眾的搬遷避讓工作，切實(shí)保護(hù)、改善和合理開(kāi)發(fā)利用生態(tài)環(huán)境。

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弓永峰， 1983年10月出生，碩士研究生，工程師，副科長(zhǎng)，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的研究