地形因素與地質(zhì)災(zāi)害分布相關(guān)性分析

孫 超，曹 頤，王昕洲，葉瑩瑩，韓 沖，王林英

SUN Chao,CAO Yi,WANG Xin-zhou,YE Ying-ying,HAN Chong,WANG Lin-ying

河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，河北 石家莊 050021

Hebei Institute of Environmental Geology Exploration,Shijiazhuang 050021,China

地質(zhì)災(zāi)害，包括自然因素或者人為活動引發(fā)的危害人民生命財產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害，自1990年至2015年，河北省地質(zhì)災(zāi)害共造成775人死亡和失蹤，約95 000 000萬元財產(chǎn)損失，最高年份1996年直接經(jīng)濟損失達840 819萬元[1]。其中，自然因素是地質(zhì)災(zāi)害的主要成因，可分為地形因素、地質(zhì)因素、降水因素等，地形地勢作為地質(zhì)災(zāi)害的一個主要形成條件，對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布起著十分重要的作用，并具有直觀、數(shù)據(jù)易于獲取等特點，歷來為眾多地學(xué)工作者所關(guān)注[2-5]，并采用了層次分析法[6]、線性回歸模型[7]、模糊綜合評價模型[8]、灰關(guān)聯(lián)分析法[9]等方法進行研究。任何方法的選取均基于詳實的調(diào)查數(shù)據(jù)，通過基于河北省1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果，選取了具有代表性的崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患3 570處，從分布高程、坡度、匯水面積等因素進行統(tǒng)計分析，通過對地形與地質(zhì)災(zāi)害分布相關(guān)性的研究，探究河北省地質(zhì)災(zāi)害在地形地勢方面的特點，研究地形因素對地質(zhì)災(zāi)害的空間分布的影響，為政府規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

1 河北省地形地勢概述

河北省地勢西北高、東南低，由西北向東南傾斜。地貌復(fù)雜多樣，高原、山地、丘陵、盆地、平原類型齊全，有壩上高原、燕山和太行山山地、河北平原三大地貌單元。壩上高原屬蒙古高原一部分，地形南高北低，平均海拔1 200～1 500 m，面積15 954 km2，占全省總面積的8.5%。燕山和太行山山地，包括中山山地區(qū)、低山山地區(qū)、丘陵地區(qū)和山間盆地4種地貌類型，海拔多在2 000 m以下，山地面積90 280 km2，占全省總面積的48.1%。河北平原區(qū)是華北平原的一部分，按其成因可分為山前沖洪積平原，中部沖湖積平原區(qū)和濱海平原區(qū)3種地貌類型，全區(qū)面積81 459 km2，占全省總面積的43.4%。

2 海拔高程與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系

河北省崩塌和滑坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量隨高度增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(圖1)，在200～700 m高程集中分布，52.8%的崩塌以及62.0%的滑坡分布在該區(qū)域(表1)，主要原因與河北省人口分布呈現(xiàn)緊密聯(lián)系。由于海拔增高氣溫和氣壓也隨之降低，它直接制約著人的生理機能和生命活動，隨高度增加而導(dǎo)致的氣候惡劣、地形陡峭、交通不便、土地貧瘠等不利因素，不僅使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)深受影響，對其它經(jīng)濟活動也不利。研究表明，海拔0～800 m是人居適宜性最好的區(qū)間[10]，地質(zhì)災(zāi)害因此也主要分布于該區(qū)間，海拔小于200 m的丘陵區(qū)，由于地形起伏度小，山體平緩開闊，一般不容易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害，海拔高于800 m區(qū)間由于人口密度低，缺乏威脅對象，多以自然現(xiàn)象而不是地質(zhì)災(zāi)害的形式體現(xiàn)。

圖1 崩塌、滑坡分布高程比例變化曲線Fig.1 Change curves of elevation of collapse and landslide

表1 崩塌、滑坡分布高程比例統(tǒng)計表

Table 1 Scale distribution table of elevation of collapse and landslide

分布高程(m)崩塌滑坡<1003.3%1.0%100～20010.8%5.4%200～3009.6%13.8%300～40012.5%11.6%400～50010.9%10.8%500～6009.1%13.8%600～70010.7%12.0%700～8008.5%8.0%800～9005.6%6.6%900～1 0005.0%4.0%1 000～1 1003.6%4.6%1 100～1 2003.3%3.0%1 200～1 3002.2%1.0%1 300～1 4001.9%1.1%1 400～1 5001.2%0.9%1 500～1 6001.2%1.4%>1 6000.6%1.0%

以同位于保定地區(qū)面積接近的淶源縣和易縣為例，淶源縣海拔在800～1 400 m的相對較高海拔區(qū)，易縣90%以上為低山丘陵，海拔相對較低，人口密度易縣遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于淶源縣，但在地質(zhì)災(zāi)害隱患的數(shù)量和密度上淶源縣為易縣的五倍左右(表2)。

表2 淶源縣、易縣人口、地質(zhì)災(zāi)害密度對比表

3 山體坡度、溝床比降與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系

3.1 山坡坡度

地形坡度是斜坡穩(wěn)定的重要影響因素，坡度不僅影響斜坡內(nèi)的應(yīng)力分布，而且對斜坡表面地表水徑流、斜坡體內(nèi)地下水的補徑排、斜坡上松散物質(zhì)的堆積厚度、植被蓋度等起著決定性的控制作用，進而控制斜坡體的穩(wěn)定性，是斜坡地質(zhì)災(zāi)害的重要影響因素[11]。崩塌數(shù)量整體隨坡度增加呈現(xiàn)遞增趨勢，滑坡數(shù)量隨坡度增加呈現(xiàn)先升后降趨勢(圖2)。河北省72.4%的崩塌發(fā)育在坡度大于60°的陡峻斜坡上，78.3%的滑坡發(fā)育在坡度20°～50°的斜坡上(表3)，即50°基本為崩塌和滑坡的劃分界線。

圖2 崩塌、滑坡分布坡度比例變化曲線Fig.2 Change curves of elevation of slope and landslide

表3 崩塌、滑坡坡度比例分布表

Table 3 Scale distribution table of slope gradient of collapse and landslide

坡度崩塌滑坡<20°0%5.8%20～30°2.3%28.9%30°～40°6.1%33.1%40°～50°8.4%16.3%50°～60°10.9%7.3%60°～70°20.7%4.9%70°～80°28.6%3.0%>80°23.1%0.9%

泥石流溝谷山坡坡度的大小直接影響到泥石流固體物質(zhì)的補給方式與數(shù)量，泥石流溝內(nèi)存在利于發(fā)生崩塌、滑坡的坡度，為泥石流的發(fā)生提供了大量的物源。河北省67.3%的泥石流集中在山坡坡度大于25°的區(qū)域。此外，在山坡坡度陡峭的地方，上方如有較高的陡崖，當(dāng)云層較低時，能形成局部的地形雨，使得該區(qū)域的雨量驟然增加，加大了泥石流發(fā)生的可能性[12]。

3.2 溝床比降

溝床比降是地貌條件的主要體現(xiàn)參數(shù),是影響泥石流形成和運動的重要因素。泥石流的形成需要有足夠的使流體由位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿状矖l件，即需要有一定的高差和溝床比降度。一般來說，泥石流的流域高差越大、溝床比降越大，則越有利于泥石流的形成[13]。根據(jù)河北省泥石流分布實際情況，河北省72.3%的泥石流高差集中在100～500 m，49.6%的泥石流高差集中在100～300 m，41.9%的泥石流溝床比降在213‰～105‰(表4)，呈現(xiàn)出中間大兩頭小的規(guī)律，其原因在于在溝床比降小于105‰時泥石流觸發(fā)動能逐漸不足，而在溝床比降大于213‰的溝谷條件下，一方面其下游人類居住條件一般較為惡劣，多沒有大的居民點存在，另一方面溝床比降過大時，泥石流匯水面積多偏小，補給段長度比一般不超過60%，無法產(chǎn)生足夠的物源，且水流排泄快，較小的降雨多無法對溝口形成堵塞，多以水流而不是泥石流的形式進行排泄。

表4 泥石流溝床比降比例分布表

4 溝谷匯水面積、溝谷形態(tài)與泥石流關(guān)系

泥石流的形成需要足夠的水作為外動力，即需要有相對較大的匯水面積，但匯水面積太大的溝谷縱坡比降多相對較小，反而不利于泥石流的形成。河北省83.9%的泥石流匯水面積小于5 km2，11.3%的泥石流匯水面積5～10 km2，匯水面積大于10 km2的泥石流僅占4.8%(表5)。

河北省典型泥石流從上游至下游一般分為形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)，上游形成區(qū)溝谷形態(tài)多為三面環(huán)山、一面出口的倒漏斗狀，地形開闊便于水及物源的匯集；中游流通區(qū)地形多為狹窄陡深的峽谷，溝谷形態(tài)以V型谷為主，占比65.6%，25.8%泥石流為U型谷，V型谷的溝谷形態(tài)更有利于泥石流松散物質(zhì)的匯集，使泥石流得以迅猛直瀉；下游堆積區(qū)地形多平坦開闊，便于碎屑物質(zhì)的堆積[14]。

表5 泥石流與匯水面積關(guān)系統(tǒng)計表

5 結(jié) 論

受制于人類居住環(huán)境等因素，河北省地質(zhì)災(zāi)害在海拔高程、坡度、溝床比降等方面并非理論上的正相關(guān)性，而是呈拋物線型分布，主要分布于海拔200～700 m的中低山區(qū)，崩塌發(fā)育坡度多大于60°，滑坡發(fā)育坡度多在20～50°，泥石流匯水面積大多小于5 km2，溝谷形態(tài)以V型谷為主，在山坡坡度大于25°，高差100～500 m，溝床比降213‰～105‰的區(qū)域集中分布。根據(jù)上述特征，并參考地層巖性、構(gòu)造條件等地質(zhì)環(huán)境條件以及人口分布特征，認(rèn)為燕山中低山區(qū)的圍場縣、赤城縣、豐寧縣、承德縣、興隆縣、遷西縣、寬城縣，以及太行山區(qū)的保定、石家莊、邢臺、邯鄲西部為河北省崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害重點防范區(qū)域。