會(huì)寧縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及形成條件分析

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(1.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050；2.西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710016；3.山東省菏澤市建設(shè)工程勘察院，山東 菏澤 274000)

會(huì)寧縣地處黃土高原和青藏高原交接地帶，是我國(guó)受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為活躍的地區(qū)之一。更新世以來(lái)沉積的巨厚黃土，經(jīng)地殼抬升，在地表水流作用下，形成大量的黃土梁峁和侵蝕溝壑。受地質(zhì)環(huán)境限制，不穩(wěn)定斜坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育[1]。

經(jīng)過(guò)調(diào)查，整個(gè)城區(qū)的30%左右處于地質(zhì)災(zāi)害的威脅之中，會(huì)寧縣現(xiàn)有人口12.5萬(wàn)人，其中受地質(zhì)災(zāi)害威脅的居民有1 500多戶6 000余人，威脅企事業(yè)單位10個(gè)，涉及人員20 000余人，涉及財(cái)產(chǎn)35.32億元，地質(zhì)災(zāi)害已嚴(yán)重威脅著會(huì)寧城市的安全[2]。

因此，開(kāi)展會(huì)寧縣地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)調(diào)查和綜合研究，研究城區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要類型和發(fā)育特征，對(duì)于減災(zāi)防災(zāi)、保護(hù)革命老區(qū)、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。本文在會(huì)寧縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了會(huì)寧縣地質(zhì)災(zāi)害主要類型、分布規(guī)律和發(fā)育特征，為今后城區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、監(jiān)測(cè)預(yù)警、城區(qū)規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的基礎(chǔ)資料和信息。

1 會(huì)寧縣地質(zhì)環(huán)境條件

會(huì)寧縣位于甘肅省中部，地處內(nèi)陸，降水較少，降水量年內(nèi)分布不均。6-9月是區(qū)內(nèi)暴雨出現(xiàn)季節(jié)。區(qū)內(nèi)水系屬黃河水系，主要河流有祖厲河。區(qū)內(nèi)地形地貌主要有構(gòu)造侵蝕黃土丘陵和侵蝕堆積河谷谷地2種地貌類型。侵蝕黃土丘陵主要分布在城區(qū)的東北部，沖溝發(fā)育，溝谷密度在3～5 km/km2，海拔1 600～2 000 m，相對(duì)高差200～300 m。侵蝕堆積河谷谷地主要分布于祖厲河河谷區(qū)一、二級(jí)階地。本區(qū)出露的地層以第四系黃土、黃土狀土和第三系紅色砂巖、泥巖為主。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為賦存于河谷區(qū)一、二級(jí)階地上的粗砂質(zhì)礫卵石層孔隙潛水。本區(qū)地處“祁呂賀蘭山字型構(gòu)造體系”西翼“盾地”，同時(shí)受“隴西旋卷構(gòu)造的”的改造；構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)，新構(gòu)造運(yùn)主要表現(xiàn)為垂直升降運(yùn)動(dòng)。按《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》區(qū)內(nèi)屬地震活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)，地震烈度Ⅷ[3]。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型與分布特征

據(jù)本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)，會(huì)寧縣發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型主要有不穩(wěn)定斜坡、泥石流，區(qū)內(nèi)發(fā)育的不穩(wěn)定斜坡、泥石流災(zāi)害共有30處[5-8]。其中不穩(wěn)定斜坡23處，集中分布于祖厲河岸兩側(cè)階地前緣斜坡地帶；泥石流溝7條，主要分布于縣城周邊，分別為縣城北側(cè)的鴨掌溝、教場(chǎng)溝、陸家岔溝，縣城南側(cè)燕家岔溝、史家岔溝、步龍岔溝和范家大灣溝。

3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

3.1 不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育特征

3.1.1 基本特征

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，會(huì)寧縣發(fā)育的23處不穩(wěn)定斜坡，均位于縣城區(qū)祖厲河兩岸的三級(jí)階地前緣的斜坡地帶，不穩(wěn)定斜坡寬356～2 633 m，高5～25 m，坡度45°～83°，坡體呈陡崖?tīng)睿鶠辄S土斜坡，規(guī)模以中型為主，小型次之，其基本特征如下表1。

3.1.2 結(jié)構(gòu)特征

會(huì)寧縣城區(qū)不穩(wěn)定斜坡主要分布于祖厲河兩岸，斜坡自坡腳至坡頂皆由第四系黃土地層構(gòu)成，屬于黃土斜坡，主體為上更新統(tǒng)黃土狀土(Q3eol)，結(jié)構(gòu)疏松，多大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，透水性好，遇水黃土強(qiáng)度急劇降低。

3.1.3 變形特征

會(huì)寧縣城區(qū)不穩(wěn)定斜坡斜坡頂部為居民居住區(qū)，坡腳為祖河河道。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，斜坡變形破環(huán)跡象明顯，坡體發(fā)育有不規(guī)則小裂縫、落水洞及黃土陷穴等，坡面不平，雨水沖刷及侵蝕作用強(qiáng)烈，局部發(fā)育規(guī)模較小的崩塌、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害，破壞形式多以小型黃土崩塌為主，一般體積數(shù)十方至數(shù)百方，其破壞方式一般為傾倒式(圖1)。

3.2 泥石流的發(fā)育特征

會(huì)寧縣周邊共發(fā)育泥石流災(zāi)害7處，其中教場(chǎng)溝、鴨掌溝、步龍岔溝和范家大灣溝4處泥石流溝為中型，其余為小型，泥石流最大一次沖出量為2.03×104～9.84×104m3。鴨掌溝、教場(chǎng)溝、步龍岔溝穿越城區(qū)，陸家岔溝和范家大灣溝穿越城市規(guī)劃區(qū)，對(duì)城區(qū)造成一定威脅。

圖1 會(huì)寧縣典型不穩(wěn)定斜坡剖面圖

位置編號(hào)可能的破壞類型基本特征及規(guī)模寬/m高/m坡度/°坡向/°規(guī)模祖厲河河岸YXP-011崩塌47015～2083.0150中型YXP-012崩塌57810～1556.0140中型 YXP-013崩塌68510～1558.0160中型YXP-014崩塌3561055.0225～270小型YXP-015崩塌1 15010～1561.00～45中型YXP-016崩塌2 57615～2070.0145中型YXP-017崩塌86015～2062.0230中型YXP-018崩塌2 6331045235中型YXP-019崩塌3 92910～1575250中型YXP-020崩塌45015～2083.0135中型YXP-021崩塌57810～1583.0140中型YXP-022崩塌68510～1585.0150中型YXP-023崩塌3561055.0340小型YXP-024崩塌1 15010～1575350中型YXP-025崩塌2 57615～2070.045～70中型YXP-026崩塌86015～2062.080中型YXP-027崩塌2 633104545～135中型YXP-028崩塌3 92910～158045～135中型ZXP-029崩塌71915～208645～90中型ZXP-030崩塌60010～156345～135中型YXP-031崩塌3 92910～155045～135中型YXP-032崩塌47020～2583.0225～315中型YXP-033崩塌53020～2585.0225～315中型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，7條泥石流所含的固體物質(zhì)主要是殘坡積物，黏度大，夾少量塊石，從物質(zhì)組成來(lái)看，7條泥石流均為泥流。從流域形態(tài)來(lái)看，均屬溝谷型泥石流，溝坡陡峻，溝道縱比降大，溝程較短；從固體物質(zhì)提供方式來(lái)看，為坡面侵蝕泥石流，固體物質(zhì)主要由坡面或沖溝侵蝕提供；從流體性質(zhì)來(lái)看， 均為稀性泥石流，破壞力較弱；從發(fā)育階段來(lái)看，均屬青壯年發(fā)展期泥石流，坡面巖土體較為破碎，隨著風(fēng)化作用日益加劇，在暴雨或連續(xù)降雨的條件下，泥石流存在進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。

4 地質(zhì)災(zāi)害形成條件

4.1 不穩(wěn)定斜坡形成條件

4.1.1 地形地貌

地形地貌是斜坡發(fā)生變形破壞的先決條件[9]。會(huì)寧縣地處黃土高原的西北部，具備特殊的地質(zhì)環(huán)境背景，主要表現(xiàn)為地形起伏變化大，溝谷切割較強(qiáng)烈，植被覆蓋率低、坡面巖土體破碎等特點(diǎn)。全縣以祖厲河為主干，分布樹(shù)枝狀支溝，侵蝕切割作用強(qiáng)烈，有利于地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

(1)坡度

坡度是影響黃土斜坡穩(wěn)定性的最主要因素[10]，坡度越大，臨空的危勢(shì)和斜坡體內(nèi)應(yīng)力也越大，斜坡易產(chǎn)生變形破壞。據(jù)調(diào)查資料，不穩(wěn)定斜坡坡度分布，在45°～83°之間。在這一區(qū)間內(nèi)，斜坡均有失穩(wěn)轉(zhuǎn)化為崩塌的可能。通過(guò)對(duì)調(diào)查資料的統(tǒng)計(jì)，78.26%的不穩(wěn)定穩(wěn)斜坡坡度主要集中在61°～90°(表2)。

表2 不穩(wěn)定斜坡坡度分布統(tǒng)計(jì)表

(2)坡高

坡高雖然沒(méi)有改變斜坡內(nèi)應(yīng)力的分布狀態(tài)，但控制著坡體內(nèi)各處應(yīng)力的大小，隨著坡高的增大，應(yīng)力值呈線性增加。坡高與斜坡的穩(wěn)定性也存在明顯的相關(guān)性。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：坡高在10～20 m區(qū)間內(nèi)的不穩(wěn)定斜坡的較多，占不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的73.9%，超過(guò)這一高度不穩(wěn)定斜坡發(fā)生的概率減小，原因是斜坡越高，歷經(jīng)黃土風(fēng)化已趨于穩(wěn)定，坡度越緩，反之，坡越低, 越易形成陡坡，也易受到河流以及人類工程活動(dòng)的影響，尚處于平衡調(diào)整階段，發(fā)生變形破壞的概率增高(表3)。

表3 不穩(wěn)定斜坡坡高分布統(tǒng)計(jì)表

(3)坡向

斜坡坡向受區(qū)內(nèi)水系走向的控制。斜坡坡向統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，坡向在45°～135°和225°～315°之間的斜坡在會(huì)寧縣分布相對(duì)較多。這一點(diǎn)與會(huì)寧縣河流發(fā)育的走向有關(guān)，會(huì)寧縣境內(nèi)主要河流為祖厲河，總體上呈南北走向。河流兩岸斜坡為會(huì)寧縣內(nèi)不穩(wěn)定斜坡發(fā)育的主要區(qū)段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，會(huì)寧縣不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害在45°～135°和225°～315°的坡向區(qū)間相對(duì)集中。

表4 不穩(wěn)定斜坡坡向分布統(tǒng)計(jì)表

4.1.2 地層結(jié)構(gòu)

根據(jù)野外調(diào)查，會(huì)寧縣不穩(wěn)定斜坡的地層主要由上更新統(tǒng)黃土狀粉土組成，土體較為破碎，疏松具大空隙，垂直節(jié)理發(fā)育，透水性好，易受降水沖蝕破壞，這些特性為斜坡發(fā)生變形破壞提供了有利的條件。

4.1.3 降雨

降雨是導(dǎo)致會(huì)寧縣不穩(wěn)定斜坡發(fā)育的主要誘發(fā)因素之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，年內(nèi)的不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害集中發(fā)生于7～9月，7～9月是城區(qū)暴雨出現(xiàn)季節(jié)，其中7、8月最多，平均暴雨暴發(fā)頻率為0.1～0.3次/a，約3～5 a遭遇一次。會(huì)寧縣斜坡均為黃土斜坡，由于黃土自身的工程地質(zhì)特性, 在黃土構(gòu)造節(jié)理、落水洞、裂縫等發(fā)育部位, 降雨可沿空隙下滲甚至灌入，降低土體強(qiáng)度，從而導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。

4.1.4 人類工程活動(dòng)

會(huì)寧縣人類工程活動(dòng)比較強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為城區(qū)排水、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、河道采砂。其中城區(qū)排水對(duì)斜坡的影響最大，本區(qū)內(nèi)祖厲河右岸岸坡頂部是會(huì)寧縣主要的人口居住地，人口密集，其中居民生活產(chǎn)生的污水，部分直接排泄于斜坡之上，斜坡長(zhǎng)期受沖刷，不斷改變坡體的力學(xué)平衡條件，使斜坡抗滑力不斷降低，引發(fā)小型崩塌及滑坡，這是造成祖厲河右岸邊坡的產(chǎn)生變形的主要影響因素。

4.2 泥石流形成條件

4.2.1 地形地貌

會(huì)寧縣城周邊共發(fā)育泥流災(zāi)害7處，區(qū)內(nèi)溝坡陡峻，溝道縱比降較大，溝程較短，極利于降水在短時(shí)間內(nèi)匯集，形成大規(guī)模泥流沖出溝外，而溝口縣城城區(qū)正位于泥流溝谷堆積扇形地，開(kāi)闊河谷地帶為泥石流提供了成災(zāi)條件，各流域溝谷地形特征如下表所示。

表5 泥流溝溝谷地形特征值統(tǒng)計(jì)

4.2.2 降雨

降雨是區(qū)內(nèi)泥流形成的唯一水源和激發(fā)因素。據(jù)會(huì)寧縣氣象站提供的資料，城區(qū)降雨具有雨量高度集中，降水強(qiáng)度大的特征，全年降雨大部集中在7-9月份，這三個(gè)月的多年平均總降雨量達(dá)191.2 mm，占年降雨量的56.4%以上，降雨日數(shù)不多，但多以大暴雨的形式出現(xiàn)，量多強(qiáng)度大[4]。由此，城區(qū)降水量集中、強(qiáng)度大，具有集中、突發(fā)性的特征，使泥流的形成具備了充沛的水源條件。

4.2.3 固體物質(zhì)補(bǔ)給

區(qū)內(nèi)7條泥流溝溝內(nèi)地形陡峻，巖性以黃土為主，表層風(fēng)化嚴(yán)重，面狀沖蝕發(fā)育，溝床兩側(cè)為殘坡積碎石土，主溝上游兩側(cè)及支溝區(qū)殘坡積物及溝岸崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，固體松散物質(zhì)較豐富，為泥流的形成提供了豐富的松散固體物質(zhì)來(lái)源。根據(jù)各泥流溝坡面松散固體物質(zhì)的厚度、堆積體的位置、密實(shí)固結(jié)程度、經(jīng)實(shí)際測(cè)量估算，各泥流溝可轉(zhuǎn)化的松散固體物質(zhì)總量約為185.8×104～456.8×104m3，單位面積補(bǔ)給量19.91×104～62.37×104m3/km2。

表6 泥流溝固體松散物質(zhì)補(bǔ)給量統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)會(huì)寧縣的地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查及研究，在分析地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征和形成條件的基礎(chǔ)上，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)據(jù)本次調(diào)查，會(huì)寧縣發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型主要有不穩(wěn)定斜坡、泥石流，共計(jì)30處。其中不穩(wěn)定斜坡23處，集中分布于祖厲河岸兩側(cè)階地前緣斜坡地帶；泥石流溝7條，主要分布于縣城周邊。

(2)縣城區(qū)內(nèi)發(fā)育的23處不穩(wěn)定斜坡，屬于黃土斜坡，規(guī)模以中型為主，小型次之。斜坡頂部為居民居住區(qū)，坡腳為祖河河道。斜坡變形破環(huán)跡象明顯，局部發(fā)育規(guī)模較小的崩塌、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害，破壞形式多以小型黃土崩塌為主，一般體積數(shù)十方至數(shù)百方，其破壞方式一般為傾倒式。

(3)縣城區(qū)內(nèi)發(fā)育的7處泥石流災(zāi)害中，4處泥石流溝為中型，其余為小型，泥石流最大一次沖出量為2.03×104～9.84×104m3。從物質(zhì)組成來(lái)看，7條泥石流均為泥流；從流域形態(tài)來(lái)看，均屬溝谷型泥石流；從固體物質(zhì)提供方式來(lái)看，為坡面侵蝕泥石流；從流體性質(zhì)來(lái)看，均為稀性泥石流；從發(fā)育階段來(lái)看，均屬青壯年發(fā)展期泥石流。

(4)會(huì)寧縣不穩(wěn)定斜坡的形成條件包括地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、降雨、人類工程活動(dòng)。地形地貌是斜坡發(fā)生變形破壞的先決條件；上更新統(tǒng)黃土狀粉土為坡體的主要地層，土體破碎，結(jié)構(gòu)疏松，透水性好，易受降水沖蝕破壞，為斜坡發(fā)生變形破壞提供了有利的條件；降雨是導(dǎo)致不穩(wěn)定斜坡發(fā)育的主要誘發(fā)因素；人類工程活動(dòng)是造成祖厲河右岸邊坡的產(chǎn)生變形的主要影響因素。

(5)會(huì)寧縣泥石流的形成條件包括地形地貌、降雨、固體物質(zhì)補(bǔ)給?？h城周邊發(fā)育泥石流溝坡陡峻，溝程較短，溝口縣城城區(qū)為開(kāi)闊河谷地帶為泥流提供了成災(zāi)條件；城區(qū)降水具有集中、突發(fā)性的特征，使泥流的形成具備了充沛的水源條件；溝道上游兩側(cè)及支溝區(qū)殘坡積物及溝岸崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，固體松散物質(zhì)較豐富。