黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

郭富赟，宋曉玲，劉明霞

（甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

黃河流域是中華民族的發(fā)祥地，現(xiàn)今是黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略的核心區(qū)，也是我國地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)[1?2]。2019年9月，習近平總書記近日在河南鄭州主持召開黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會并發(fā)表重要講話，著眼全國發(fā)展大局，明確指出黃河流域在我國經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，深刻闡明黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展的重大意義，做出了加強黃河治理保護、推動黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的重大部署。

黃河流域甘肅段總面積約14.59×104km2，位于整個黃河流域上游，包括甘南州、臨夏州、蘭州市、白銀市、定西市、天水市、平?jīng)鍪?、慶陽市，約占甘肅省面積的三分之一。這里生態(tài)環(huán)境極為脆弱，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地貌類型多樣，軟弱巖土廣布，地震多發(fā)頻發(fā)，降雨較為集中，是我國地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)域，嚴重制約著社會經(jīng)濟的發(fā)展[3?4]。隨著我國雨帶北移，加之地震和人類工程活動影響，崩塌、滑坡、泥石流在黃河流域甘肅段呈現(xiàn)加劇趨勢，也成為全省地質(zhì)災(zāi)害重點防治區(qū)[5]。

20世紀80年代以來，隨著對東鄉(xiāng)縣灑勒山滑坡[6]、永靖黑方臺滑坡[7]等的研究，黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害的研究逐漸引起廣泛關(guān)注[8?9]。2000—2018年，完成了黃河流域甘肅段1∶10萬縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和1∶5萬縣市地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查，基本摸清了分縣區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征和分布規(guī)律。但對于整個黃河流域甘肅段的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征和分布規(guī)律研究不夠，不能滿足支撐黃河流域甘肅段治理保護工作的需要。本文依托以往地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)，對黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征和分布規(guī)律進行了分析，總結(jié)了地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)特征，從而為黃河流域甘肅段綜合治理宏觀戰(zhàn)略決策提供科學依據(jù)。

1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育背景

1.1 自然背景

黃河流域甘肅段地處青藏高原東北緣，地勢西南高、東北低，橫跨青藏高原和黃土高原兩大地貌單元。以北秦嶺—積石山為界，其西南部為波狀起伏的甘南高原，海拔3 000～5 000 m，其間分布著東西向的線狀山脈；其東北則進入黃土高原，海拔1 000～3 800 m，馬銜山、華家?guī)X、六盤山等山脈呈島狀分布。黃土高原切割強烈，支離破碎，溝道切割密度3～5 km/km2，切割深度最大超過500 m，平均侵蝕模數(shù)4 000 t/km2，是我國水土流失最嚴重的區(qū)域[10]。

區(qū)域內(nèi)地層自古生代到新生代均有分布。其中志留系、泥盆系、石炭系的板巖、千枚巖、頁巖巖組、白堊系、新近系泥巖夾砂巖巖組、黃土及次生黃土屬軟弱、易滑巖組，不同巖土組合形成易滑斜坡結(jié)構(gòu)，例如黃土-泥巖、黃土-基巖等雙層結(jié)構(gòu)斜坡[11]。受青藏高原隆升影響，本區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，新構(gòu)造運動強烈，活動斷裂發(fā)育，地震頻發(fā)?？傮w上自西南向東北依次為青藏地塊、秦嶺地塊和祁連地塊，期間分布著阿尼瑪卿斷裂帶、西秦嶺北緣斷裂帶、臨潭—岷縣—宕昌活動斷裂帶、景泰—海原斷裂帶、六盤山東北緣斷裂帶、通渭—義崗斷裂帶等活動斷裂帶。自有史料以來，先后發(fā)生中強震130余次，包括1654年天水南8.5級地震、1775年通渭7.5級地震、1125年蘭州7.0級地震、1920年海原8.0級地震、1927年古浪8.0級地震等引發(fā)大量的崩塌、滑坡災(zāi)害[12?13]。

黃河流域甘肅段位于青藏氣候區(qū)、季風氣候區(qū)和內(nèi)陸氣候區(qū)的交匯部位。多年平均降雨量400 m左右，年降雨量自南向北逐漸遞減，南部500～600 mm，北部永登—景泰等區(qū)域，最小降水量僅150 mm，六盤山、華家?guī)X、馬銜山等山地年降雨量在500～600 mm。年內(nèi)降水在時間上極為不均，主要集中在7—9三個月，約占全年降水量的70%。每年降水量變化大，豐水年和干旱年相差2～5倍。極端暴雨多，降水強度大，中部的臨夏、蘭州、定西、天水、平?jīng)龅鹊貐^(qū)月最大降水量都超過200 mm，一次最大降水量占年平均降雨量的70%左右[14]。高強度降水是引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流的重要原因。此外，黃土高原地區(qū)受季風環(huán)流控制，寒暑分明，冬季寒冷干燥，春季氣溫快升多變，季節(jié)性凍融作用強烈。區(qū)內(nèi)最大季節(jié)性凍土深度為1.0～2.5 m，每年10—11月開始凍結(jié)，翌年2—4月解凍，雖然凍結(jié)層厚度不大，但由此引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害多且危害嚴重[15]。

1.2 社會背景

黃河流域甘肅段是甘肅區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的中心及東翼地區(qū)（平?jīng)?、慶陽、天水）以及三區(qū)三州（甘南州、臨夏州）深度扶貧攻堅區(qū)。社會經(jīng)濟發(fā)展水平差異較大，中部蘭州—白銀，東部的天水、平?jīng)觥c陽分別納入國家的蘭州—西寧城市群和關(guān)中—天水城市群發(fā)展區(qū)，人口、經(jīng)濟密集度高，社會發(fā)展水平高，建設(shè)速度快，由此產(chǎn)生的人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的改造極為強烈，例如蘭州的平山造地工程，形成了大量的人工邊坡和填土沉陷災(zāi)害[16]。蘭州、天水、平?jīng)龅群庸刃统鞘杏玫貤l件差，向溝、向山用地趨勢明顯，因而削坡用地、擠占行洪通道等現(xiàn)象比比皆是，埋下了災(zāi)害隱患。在黃土高原的廣大集鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村，削坡建房、修路等引發(fā)災(zāi)害層出不窮，房前屋后已成為新的災(zāi)害多發(fā)區(qū)[17?18]，僅2019年，這一區(qū)域就發(fā)生災(zāi)害5起，造成19人死亡。在三區(qū)三州深度貧困區(qū)，社會經(jīng)濟發(fā)展水平低，防災(zāi)減災(zāi)投入嚴重不足，地質(zhì)災(zāi)害的致貧效應(yīng)極為明顯，一次災(zāi)害往往使居民20～30年的經(jīng)濟積累毀于一旦，成為制約脫貧攻堅的主要因素。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

根據(jù)調(diào)查資料，黃河流域甘肅段主要發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害有崩塌、滑坡、泥石流、（采空）地面塌陷、地裂縫等五種類型。截止2019年底，共查明地質(zhì)災(zāi)害點12 829處，占全省災(zāi)害總數(shù)量的70.83%。其中崩塌851處，滑坡8 807處、泥石流2 943處、地裂縫176處，地面塌陷52處。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量

地質(zhì)災(zāi)害按流域劃分(表1)，渭河流域的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多，達3 930處；涇河水系次之，有3 165處；黃河干流水系分布地質(zhì)災(zāi)害點2 923處，洮河流域分布地質(zhì)災(zāi)害點2 444處。其余流域分布數(shù)量較少。

表1 黃河流域不同水系地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量一覽表Table 1 List of distribution quantity of geological hazards in different water systems in the Yellow River basin

2.3 地質(zhì)災(zāi)害人員傷亡及經(jīng)濟損失

根據(jù)2010—2019年地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情資料，黃河流域甘肅段人員傷亡108人，受災(zāi)人數(shù)30.6×104人，直接經(jīng)濟損失46.9×108元（表2），渭河流域地質(zhì)災(zāi)害造成損失最為嚴重、洮河流域次之。其中渭河流域內(nèi)天水市于2013年發(fā)生大規(guī)模群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害。

表2 黃河流域不同水系地質(zhì)災(zāi)害人員傷亡及經(jīng)濟損失一覽表Table 2 List of casualties and property losses caused by geological disasters in different water systems in the Yellow River basin

3 地質(zhì)災(zāi)害時空分布規(guī)律

3.1 時間分布規(guī)律

（1）地質(zhì)災(zāi)害年內(nèi)分布規(guī)律

總體規(guī)律，受降雨、地震、人類工程活動等致災(zāi)因素的影響，甘肅黃土高原地質(zhì)災(zāi)害在全年12個月均有發(fā)生，年內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布與降雨時間一致（圖1）。高發(fā)期為6—8月主汛期，低發(fā)期為主汛前的2—5月份和當年10月至來年1月份。6—8月份以崩塌、滑坡、泥石流為主；2—5月以融凍性滑坡（含熱融滑塌）為主，11—1月份以崩塌、滑坡為主。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害年內(nèi)分布特征（2013—2019年平均值）Fig.1 Annual distribution characteristics of geological disasters(average value from 2013 to 2019)

甘肅省暴雨在年內(nèi)主要集中于4—10月份，而7—8月份卻占了全年暴雨發(fā)生次數(shù)的60%以上，因此泥石流的發(fā)生也具有一致的時間分布規(guī)律。但是并不是每次暴雨都發(fā)生泥石流，而是在積累一定的松散物質(zhì)儲備量后，才可能發(fā)生。

泥石流的發(fā)生頻率在地域分布上具有明顯的差異性。北部永登、皋蘭、靖遠、白銀、平川等干旱區(qū)，泥石流發(fā)生頻率在0.05～0.1次/年，中部蘭州地區(qū)0.1～0.2次/年，隴南地區(qū)泥石流發(fā)生頻率較高，一般在0.2～1次/年。

（2）突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的年際變化規(guī)律

甘肅黃土高原突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害年際變化規(guī)律較為明顯，降雨多的年份引發(fā)和新增地質(zhì)災(zāi)害較多（圖2），且具有20～22年左右的長周期，2.3～5年短周期。強震發(fā)生時（表3），引發(fā)和加劇的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量也明顯增多，且震級越高、烈度越大則引發(fā)的滑坡、數(shù)量越多。例如2013年甘肅黃土高原地區(qū)降雨和地震疊加，引發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害。

表3 地震引發(fā)崩塌、滑坡數(shù)量表Table 3 Quantity of collapse and landslide caused by earthquake

圖2 地質(zhì)災(zāi)害多年分布特征（天水，1961—2018）Fig.2 Multi year distribution characteristics of geological hazards (Tianshui, 1961—2018)

3.2 空間分布規(guī)律

受地質(zhì)條件和致災(zāi)因素的影響，甘肅省地質(zhì)災(zāi)害具有明顯的地域性分布特征（圖3）。

圖3 黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害點分布圖Fig.3 Distribution of geological hazard points in Gansu section of the Yellow River basin

3.2.1 地域分布特征

（1）黃河干流

黃河干流主要發(fā)育于青藏高原東部及隴西黃土高原西部，流經(jīng)地區(qū)包括甘南的瑪曲縣、合作市、夏河縣，臨夏市部分地區(qū)，蘭州市，定西市北部，白銀市大部地區(qū)，環(huán)縣北部等。其中瑪曲段、環(huán)縣北部地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，處于甘肅中部的黃河干流，較大的支流有大夏河、湟水河、祖厲河等滑坡、崩塌、泥石流密集分布。窯街煤礦區(qū)，阿干鎮(zhèn)煤礦區(qū)、靖遠煤礦區(qū)等老礦業(yè)基地，開采時間長，開采力度大，該地區(qū)是地面塌陷最為集中的地區(qū)。

（2）渭河流域

渭河流域地處隴西黃土高原西部，流經(jīng)地區(qū)包括天水市，定西市南部，平?jīng)鍪形鞑康貐^(qū)。流域地形以黃土丘陵為主，黃土丘陵面積約占流域總面積的83%，基巖山地只占17%。較大的支流有葫蘆河、耤河、秦祁河等，本流域主要發(fā)育滑坡、崩塌、泥石流。本流域地質(zhì)災(zāi)害多分布在渭河谷地和渭河以北的較大支流，渭河南岸支流中只耤河中下游幾處泥石流較大，其它支流中分布零散，規(guī)模均小。

（3）洮河流域

跨越甘南高原與隴西黃土高原，流經(jīng)地區(qū)主要包括甘南州的碌曲縣、臨潭縣、卓尼縣、定西市岷縣、臨潭縣、臨洮縣、臨夏州大部地區(qū)。上游河谷開闊、植被覆蓋度好，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較少；中游受構(gòu)造影響、褶皺發(fā)育、兩岸植被良好，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育一般；下游臨夏地區(qū)地形破碎、植被稀少，地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育，主要發(fā)育滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害。

（4）涇河流域

涇河流域主要發(fā)育于甘肅省隴東黃土高原區(qū)，流經(jīng)地區(qū)主要包括慶陽市，平?jīng)鍪写蟛糠值貐^(qū)，較大的支流有馬連河及其支流等，區(qū)內(nèi)主要缺乏植被，黃土裸露，久經(jīng)侵蝕，溝谷向源頭發(fā)展，塬面被節(jié)節(jié)蠶食?？傆^其地形，殘塬丘陵交錯，支流密布，溝壑縱橫。這里新老黃土迭置，厚100 m左右，沖溝、洞穴、坍塌及滑坡等不良物理地質(zhì)發(fā)育。主要發(fā)育滑坡、崩塌、泥石流，該流域地質(zhì)災(zāi)害主要分布在涇河谷地以北，以南的崇信、華亭兩縣北部僅局部地區(qū)有地質(zhì)災(zāi)害，但崇信與華亭兩縣為甘肅省主要的采煤基地，地面塌陷較為發(fā)育。

3.2.2 分布密度

各流域地質(zhì)災(zāi)害總面積比達到32.47×10?3～150.9×10?3個/km2(表4)，其中渭河水系占比最高達到150.9×10?3個/km2，說明渭河流域在整個黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害分布密度最高；涇河水系和洮河水系次之，其面積比分別為102.19×10?3個/km2、101.28×10?3個/km2，地質(zhì)災(zāi)害分布密度相對較高；湟水河水系、黃河干流水系和北洛河水系面積比分別為77.33×10?3個/km2、52.94×10?3個/km2和32.47×10?3個/km2，地質(zhì)災(zāi)害分布密度相對較低。

表4 黃河流域甘肅段不同水系地質(zhì)災(zāi)害點面積比統(tǒng)計表Table 4 Statistical table of area ratio of geological hazard of different water systems in Gansu section of the Yellow River basin

4 地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)特征

4.1 小災(zāi)巨損

黃土崩塌、滑坡災(zāi)害具有隱蔽性、突發(fā)性特征[19?21]，難以排查、難以預(yù)警，一旦發(fā)生往往造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，形成小災(zāi)巨損的特征。黃土崩塌多發(fā)生于房屋后的削坡部位，規(guī)模小，僅幾立方米或幾百立方米土體，以滑移式居多，一旦下滑，往往造成屋毀人亡。根據(jù)統(tǒng)計資料，僅2019年甘肅省的5起黃土崩塌災(zāi)害就造成19人死亡。例如，2019年4月20日6時30分許，定西市通渭縣榜羅鎮(zhèn)張灣村史家廟社一農(nóng)戶出租房屋后規(guī)模僅200 m3滑坡造成兩間房屋后墻倒塌，致2人死亡，5人受傷。

4.2 群發(fā)巨損

降雨、地震引發(fā)的災(zāi)害多呈群發(fā)性特征，給人民生命和財產(chǎn)造成了巨大損失[22?24]。2013年7月25日，天水市因暴雨引發(fā)群發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，共出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害708 處，緊急避險轉(zhuǎn)移8萬余人，災(zāi)害造成24 人死亡、1 人失蹤，直接經(jīng)濟損失達82.75億元[14]。2013年岷縣漳縣6.6級地震引發(fā)289處崩塌、滑坡隱患，因地震引發(fā)滑坡造成15人死亡，2人受傷，直接經(jīng)濟損失3.90億元[25]。2018年7月18日到8月25日，臨夏因降雨引發(fā)滑坡238起、崩塌52起、泥石流56起、不穩(wěn)定斜坡134起、地面塌陷和地裂縫3起，緊急避險2 256戶10 662人，造成2人死亡，經(jīng)濟損失6 742.2萬元。

4.3 鏈式巨損

降雨、地震引發(fā)的滑坡、泥石流不僅單體、群發(fā)性災(zāi)害危害巨大，往往還會堵塞河流形成鏈式災(zāi)害，其影響范圍更廣。據(jù)費杰等[26]研究，黃河干流積石峽到劉家峽段，曾多次發(fā)生滑坡堵河，從而造成河流改道或再造?，F(xiàn)今，在黃河干流及其支流，規(guī)模巨大的滑坡堵江風險依然存在，特別是強震極易引發(fā)大規(guī)?；?，形成堵河從而引發(fā)鏈式災(zāi)害。1965年天水羅玉溝滑坡堵塞溝道形成堰塞湖，后形成潰決型泥石流，造成212人死亡，三分之一的天水市區(qū)被泥石流淹沒，說明鏈式災(zāi)害的危害性巨大。

5 結(jié)論

（1）黃河流域甘肅段是甘肅省地質(zhì)災(zāi)害最為集中的區(qū)域，占全省地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量的70.83%。從水系分布特征來看，其中以渭河流域、涇河流域、黃河干流流域最為發(fā)育，其他水系次之。地質(zhì)災(zāi)害造成損失渭河流域最為嚴重、洮河流域次之。

（2）從時間分布特征上看，黃河流域地質(zhì)災(zāi)害主要集中于7—8月份。從空間分布密度上，各流域地質(zhì)災(zāi)害總面積比達到32.47×10-3～150.9×10-3個/km2，其中渭河水系占比最高，涇河水系和洮河水系次之，湟水河水系、黃河干流水系和北洛河水系占比較低。

（3）地質(zhì)災(zāi)害具有小災(zāi)巨損、群發(fā)巨損和鏈式巨損等致災(zāi)特征，單體災(zāi)害易形成巨大損失，降雨、地震引發(fā)的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害往往損失巨大，同時崩滑流阻斷河道形成的堰塞湖風險也常有發(fā)生。