貴州省湄潭縣風(fēng)險斜坡特征及判定指標(biāo)探討

段方情　趙賓

摘 要：貴州省山地眾多，地質(zhì)災(zāi)害隱患多，發(fā)生頻繁。為識別地質(zhì)災(zāi)害危險源，貴州省開展了風(fēng)險斜坡調(diào)查工作。通過分析關(guān)鍵孕災(zāi)因子，制定了風(fēng)險斜坡現(xiàn)場判別表。湄潭縣共發(fā)現(xiàn)風(fēng)險斜坡172處，大部分為潛在土質(zhì)滑坡，風(fēng)險斜坡主要分布在寒武系及表層風(fēng)化層中。對風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表部分指標(biāo)（坡度、坡形、地下水埋藏深度、土地利用類型）進行了探討，風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表應(yīng)按潛在災(zāi)種分類設(shè)計或添加說明，坡度指標(biāo)補充崩塌的適用性，坡形指標(biāo)兼顧平面曲率對土質(zhì)滑坡影響，地下水埋藏深度指標(biāo)補充崩塌適用性，土地利用類型的林地指標(biāo)應(yīng)考慮植物根劈作用對潛在崩塌的不利影響和高大喬木對潛在滑坡的不利影響。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險斜坡；坡度；平面曲率

Characteristics and judgment index of risk slopes in Meitan， Guizhou Province

DUAN Fangqing， ZHAO Bin

（Guizhou Geological Environmental Monitoring Institute， Guiyang 550081， Guizhou， China）

Abstract： Mountainous areas abound in Guizhou Province and geological hazard occur frequently. To pinpoint the geological hazard sources， Guizhou Province has carried out a risk slopes survey. Through the analysis of key hazard factors， a site discrimination table of the risk slopes is established. In Meitan County alone， a total of 172 risk slopes have been identified， the vast majority of which have potential landslide risks and are mainly distributed in Cambrian and Ordovician strata and surface weathering layers. This paper discusses some of the indexes （slope gradient， slope type， burial depth of groundwater and land use type） in the field grading table. Suggestions are put forward that the risk slope table should be designed according to the classification of potential geological hazard types with descriptions added when necessary. The slope index supplements the applicability of collapse. The slope type index takes into account the influence of plane curvature on soil landslide. The underground water burial depth index supplements collapse applicability. The forest land index of land use type should consider the adverse effects of plant root splitting on potential collapses and the adverse effects of tall trees on potential landslides.

Keywords： risk slope; slope; plane curvature

貴州省地形切割強烈，地質(zhì)環(huán)境脆弱，山地眾多，是全國唯一沒有平原分布的省份。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)，具有“災(zāi)種全，災(zāi)害重、隱患多，發(fā)生頻繁”的特點。受地質(zhì)災(zāi)害隱患識別水平限制，不少潛在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險點未能得到有效識別而納入臺賬管理的問題還比較突出，“汛期忙應(yīng)急”“下雨全出動”的情況頻繁出現(xiàn)。根據(jù)貴州省歷年災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，只有30%被前期識別和管控。圍繞“地質(zhì)災(zāi)害在哪里？”，突破以往“群眾報災(zāi)”及“定向式查災(zāi)”的瓶頸，貴州省2020年以來分批啟動了88個縣域不低于1∶50 000的地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查及風(fēng)險評價，在全省開展風(fēng)險斜坡（潛在地質(zhì)災(zāi)害）探索性調(diào)查工作，為潛在風(fēng)險源管控提供標(biāo)靶。湄潭縣開展了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與風(fēng)險評價，對縣域內(nèi)的風(fēng)險斜坡進行了調(diào)查及分析，調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，依據(jù)的技術(shù)要求中風(fēng)險斜坡判別體系部分指標(biāo)值得商榷及改進。多年來，諸多學(xué)者對邊坡風(fēng)險分級及地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價進行了相關(guān)研究，如：在公路、鐵路、油氣管線等線性工程領(lǐng)域開展了邊坡分級及風(fēng)險評價相關(guān)研究（Pierson et al.，1993；Stover，1992；Hungr et al.，2003）；采用權(quán)重打分方法建立了定性的土質(zhì)邊坡分級系統(tǒng)，建立了定量的邊坡風(fēng)險分級系統(tǒng)（Wong，2005）；在香港土質(zhì)邊坡分級系統(tǒng)及國外線性工程的巖質(zhì)邊坡分級系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合西北黃土地區(qū)特點，建立黃土邊坡風(fēng)險分級系統(tǒng)（唐亞明等，2012；王佳運等，2021）；以地理信息系統(tǒng)作為二次開發(fā)平臺，建立邊坡風(fēng)險評估系統(tǒng)進行邊坡風(fēng)險分析（文海家等，2009；譚偉等，2022）。自2019年以來，在南方山地丘陵區(qū)、西部黃土區(qū)開展新一輪地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，圍繞地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價取得了大量的成果，如西南山區(qū)瀘水市，利用地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立地質(zhì)災(zāi)害危險性評價模型，綜合評價地質(zhì)災(zāi)害危險性、易損性及風(fēng)險性（張群等，2022）；在西部黃土分布區(qū)陜西吳堡縣，對不同尺度地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法進行了探討（馮凡等，2022）。以上研究主要針對城區(qū)邊坡或區(qū)域性的地質(zhì)災(zāi)害，而對于山區(qū)廣泛分布的風(fēng)險斜坡，研究較少。本文以湄潭縣為研究對象，在收集遙感資料、多期InSAR資料基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)資料及湄潭縣已知地質(zhì)災(zāi)害特征，劃定斜坡單元，采取人工調(diào)查、現(xiàn)場判別打分的方式，篩選風(fēng)險斜坡，為該縣地質(zhì)災(zāi)害隱患及潛在風(fēng)險源的管控提供基礎(chǔ)資料，改進和完善現(xiàn)有技術(shù)要求的判別指標(biāo)，提高貴州省風(fēng)險斜坡判別的精確性和有效性。

1? 湄潭縣地質(zhì)環(huán)境條件

1.1? 地形地貌條件

湄潭縣地處云貴高原向四川盆地過渡地帶，位于大婁山山脈中段東南側(cè)，北西一帶地勢較高，南端烏江河谷最低，南面的中部一帶地勢凸出，成為湄江河與烏江干流的分水嶺；中部黃家壩—永興一帶低洼寬緩的構(gòu)造溶蝕槽谷，其南面的天城、興隆、抄樂及北面永興—復(fù)興為與黃家壩街道辦事處—湄江街道辦事處—永興構(gòu)造槽谷相連的槽谷和丘陵，中部一帶總體上東高、西低，永興一帶向黃家壩方向微傾斜（貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，2022）。境內(nèi)地質(zhì)條件較復(fù)雜，漫長的地史演化過程中，在內(nèi)外營力相互作用下，形成了多樣的山地地貌類型，丘原、中山、壩子（山間盆地）相間分布，巖溶地貌與侵蝕地貌交替展布（圖1）。按巖性分類，巖溶地貌占三分之二。

1.2? 地質(zhì)構(gòu)造條件

構(gòu)造上湄潭縣屬黔北臺隆遵義斷拱湄潭北北東向構(gòu)造變形區(qū)，縣內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺及斷裂比較發(fā)育（圖2）。褶皺主要為石橋向斜、湄潭背斜、永興向斜、涼水井向斜等。斷裂主要以北東向、北北東向為主，北東向斷裂主要為西河斷裂，北北東向斷裂主要為魚泉溝斷裂、永興斷裂、大廟場斷裂、桂花樹斷裂、興隆場斷裂等。

1.3? 地層巖性條件

湄潭縣出露地層除泥盆系、侏羅系、白堊系缺失外，從古生界至第四系均有出露。巖性以碳酸鹽巖為主，達70%，其余為粉砂質(zhì)泥巖、砂巖、頁巖及少量第四系松散層類。碳酸鹽巖地層（∈3-4-O1 l、∈3 g、∈2 q）與碎屑巖地層（O1-2 m、∈2 j、∈2 m）在全縣分布廣泛。碳酸鹽巖分布區(qū)易形成崩塌、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，碎屑巖分布區(qū)易形成滑坡及崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

1.4? 人類工程活動

湄潭縣人類工程活動強度一般，主要為耕作、溝渠灌溉、公路建設(shè)、切坡建房及少量采礦活動。由于全縣山地分布廣泛，公路建設(shè)（特別是低等級公路建設(shè)）、切坡建房（農(nóng)村建房）等不可避免存在填方現(xiàn)象，形成高度不等且缺乏支護的臨空面，在強降雨及持續(xù)性降雨條件下容易形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

2? 風(fēng)險斜坡判別依據(jù)

風(fēng)險斜坡是指在人口和財產(chǎn)分布區(qū)域，具備孕災(zāi)地質(zhì)條件，且可能發(fā)展成地質(zhì)災(zāi)害趨勢的自然斜坡。目前沒有地質(zhì)災(zāi)害變形痕跡，但具有孕災(zāi)條件。

2.1? 斜坡單元的劃定

根據(jù)湄潭縣的地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況，經(jīng)過前期的資料收集和踏勘，結(jié)合最新的遙感資料，采用ArcGIS輔助人工劃分斜坡單元，主要選取的指標(biāo)有坡向、溝谷線、山脊線、地形坡度、威脅對象，在軟質(zhì)巖分布區(qū)、上硬下軟組合分布區(qū)，共劃分出斜坡單元710個，其中重點區(qū)380個，一般區(qū)330個。在劃分過程中，坡度為20°以下的斜坡所覆蓋的居民區(qū)已經(jīng)過濾（硬質(zhì)巖分布區(qū)），根據(jù)湄潭縣地質(zhì)災(zāi)害形成的地質(zhì)環(huán)境條件對斜坡單元進行了篩選，最后對斜坡單元進行邊界的修正和分類。

2.2? 風(fēng)險斜坡判定依據(jù)

根據(jù)貴州省縣（市、區(qū)）地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查及風(fēng)險評價技術(shù)要求，對風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分，確定易發(fā)性及危險性。選取主要影響因素作為風(fēng)險斜坡孕災(zāi)因子進行敏感度分析，利用Certainty Factors模型中CF函數(shù)計算每類數(shù)據(jù)的確定性因子CF。CF的變化區(qū)間為［-1，1］。CF為正值時，表示地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)，CF值越接近1，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性越高；當(dāng)CF值接近0時，表示不能確定地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)劣；CF為負值時，表示地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)，越接近-1，確定性越低（覃乙根等，2020）。表達式如下：

式中：CF_ij為第i個因子第j類的CF值；P（H├|G_ij ┤ ）為當(dāng)?shù)趇個因子的第j類出現(xiàn)時發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害條件的概率；H ?為H的對立事件，P（H ?├|G_ij ┤ ）為除G_ij外的其他條件下發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害概率；P（H）為事件發(fā)生的先驗概率。

首先將坡度、坡高、坡形、覆蓋層厚度、斜坡結(jié)構(gòu)、工程活動、地下水特征等7項因子按照CF值進行等級劃分，并賦予權(quán)重，其中工程活動及地下水特征通過以往經(jīng)驗進行綜合考慮確定分值；再通過隨機選取全省低易發(fā)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點進行斜坡危險程度G反算，得出最低分為55分，將55分作為風(fēng)險斜坡臨界分值，其中［55，70］分為低危險性，（70，85］分為中度危險性，（85，100］分為高危險性。

3? 湄潭縣風(fēng)險斜坡特征

3.1? 空間分布特征

湄潭縣共識別出172處風(fēng)險斜坡，除馬山鎮(zhèn)外其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有風(fēng)險斜坡分布，而且呈現(xiàn)出聚集性分布特點。按鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計，石蓮鎮(zhèn)風(fēng)險斜坡分布最多，共有31處，主要分布在黎明村一帶；其次為茅坪鎮(zhèn)（主要為地關(guān)村、土槽村東部）、高臺鎮(zhèn)（主要為金塘村、三聯(lián)村一帶），各19處；西河鎮(zhèn)（主要為馬蹄村、西河村一帶）14處，抄樂鎮(zhèn)13處，新南鎮(zhèn)12處，黃家壩街道辦11 處等。

從地理空間分布上來看，南部多，北部少。風(fēng)險斜坡在湄潭縣南部石蓮—茅坪一帶分布較密集，東部抄樂鎮(zhèn)與天城鎮(zhèn)呈線性分布，中部興隆鎮(zhèn)西南部分布較密集（圖3）。這些區(qū)域為侵蝕—溶蝕低中山地貌，多為軟硬相間巖及硬質(zhì)巖（夾多層軟弱夾層），孕災(zāi)地質(zhì)條件好。

3.2? 斜坡結(jié)構(gòu)分析

由統(tǒng)計結(jié)果（表1）可知，本次調(diào)查識別的風(fēng)險斜坡主要為土質(zhì)斜坡，巖質(zhì)斜坡的順向坡發(fā)育較多。碎石土類斜坡下伏地層多為湄潭組、金頂山組、明心寺組等軟質(zhì)巖地層，多分布于斜坡中下部位，黏性土斜坡下伏地層多為碳酸鹽巖地層，少數(shù)碎屑巖地層。順向坡結(jié)構(gòu)中風(fēng)險斜坡發(fā)展趨勢多為滑坡，其他斜坡結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢多為崩塌。

3.3? 孕育地層分布特征

從表2知，識別的172處風(fēng)險斜坡中，斜坡體下伏基巖巖性主要為頁巖、粉砂巖、泥巖、灰?guī)r，以奧陶系、寒武系為主。寒武系（含表層風(fēng)化的覆蓋物）孕育風(fēng)險斜坡比例最高，共108處，占62.80%，以金頂山組、明心寺組最為發(fā)育。其次為奧陶系，39處，占22.7%，以湄潭組最為發(fā)育。

趨于發(fā)展成為滑坡的風(fēng)險斜坡在同等坡度地形條件下，分布受第四系覆蓋層厚度影響較大。碎屑巖易風(fēng)化，在斜坡中下部可以形成較厚的第四系覆蓋層，故在明心寺組、金頂山組、湄潭組分布的風(fēng)險斜坡較多，而龍?zhí)督M、梁山組、龍馬溪組在區(qū)內(nèi)沉積厚度薄或分布區(qū)域較少，導(dǎo)致調(diào)查風(fēng)險斜坡數(shù)量也較少。碳酸鹽巖分布區(qū)主要為硬質(zhì)巖，普遍不易風(fēng)化，斜坡主要為巖質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中下部堆積層厚度較薄，切方后局部垮塌對房屋影響小，但婁山關(guān)組例外，境內(nèi)分布面積最廣，其灰白色薄層白云巖段在縣城附近及茅坪一帶平緩區(qū)域形成較厚的殘坡積層，厚度可達十多米，開挖坡腳較容易形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

趨于發(fā)展成為崩塌的風(fēng)險斜坡主要分布在上硬、下軟結(jié)構(gòu)及軟弱夾層的硬質(zhì)巖區(qū)域，如夜郎組、棲霞-茅口組、石牛欄組、清虛洞組。這些地層有的存在軟弱基座，有的存在軟弱夾層，由于差異風(fēng)化沿軟硬巖接觸面發(fā)育凹腔，上覆硬質(zhì)巖體應(yīng)力調(diào)整，原有節(jié)理裂隙不斷拓展，易孕育傾倒或墜落式崩塌。本區(qū)金頂山組、明心寺組雖為碎屑巖地層，但其巖性主要為砂巖及頁巖互層，兩者軟硬相間，砂巖與頁巖接觸部位易發(fā)育凹腔（呈串珠狀），頁巖可見明顯的塑形變形痕跡，陡坡及陡崖易孕育傾倒式或墜落式崩塌。燈影組賦存磷礦資源，但縣境內(nèi)沒有礦山開采活動，區(qū)內(nèi)燈影組發(fā)育的風(fēng)險斜坡不多。

4? 風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分判別表部分指標(biāo)探討

技術(shù)要求中風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表共分11個指標(biāo)（坡度、高差、坡形、覆蓋層厚度、巖性與巖體結(jié)構(gòu)、斜坡與構(gòu)造距離關(guān)系、土質(zhì)斜坡結(jié)構(gòu)、巖質(zhì)斜坡結(jié)構(gòu)、地下水埋藏深淺、人類工程活動、土地利用類型），其中坡度、坡形、地下水埋藏深度和土地利用類型4個指標(biāo)在現(xiàn)場實際應(yīng)用中存在局限，現(xiàn)對其分述如下：

1）坡度

風(fēng)險現(xiàn)場打分表不分災(zāi)種，把坡度指標(biāo)分為小于10°、［10°，20°］、（20°，25°］、大于25°，共4個等級。坡度對崩塌及滑坡影響差別大，根據(jù)統(tǒng)計，貴州省內(nèi)滑坡發(fā)生的斜坡坡度一般為10～50°，以20～35°坡段分布最多，黏土類斜坡所在斜坡坡度多為15～30°，碎石土類斜坡多為25～40°；而崩塌所在斜坡坡度一般為40～90°，以50～90°坡段斜坡最為發(fā)育。判別表用在潛在滑坡相對可靠，用在潛在崩塌有放大的作用，可能造成分值偏高。所以根據(jù)潛在災(zāi)種設(shè)置判別表，對潛在崩塌坡度進行調(diào)整，按40°以下及40°設(shè)置等級較為合理。

2）坡形

風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表主要考慮坡形，即剖面曲率（分為凸形、凹形、折線、直線），未考慮平面曲率問題。判別表對剖面凸性坡賦值較高，直線性賦值較低。貴州省滑坡以土質(zhì)滑坡為主，從實際調(diào)查情況分析，平面曲率對土質(zhì)滑坡影響更大，在溝谷位置，平面曲率為負的部位往往容易孕育滑坡。主要是該區(qū)域降雨有利于地表水及地下水的匯集，持續(xù)降雨及強降雨條件下，短時間地下水位快速上升，巖土快速飽和，巖土界面（潛在滑面位置）力學(xué)參數(shù)快速下降，在高地下水位的條件下往往容易誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

3）地下水埋藏深度

風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表中地下水埋藏深度指標(biāo)比較適用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害，對于崩塌，由于節(jié)理裂隙發(fā)育，兩側(cè)常懸空，后緣往往不容易形成靜止水位，主要還是風(fēng)化及降雨巖體力學(xué)強度的下降誘發(fā)崩塌。潛在崩塌時賦值較高，需要考慮排水狀況。

4）土地利用類型

風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表中，土地利用類型有水田、林地、荒地、旱地，賦值分別是1、2、4、5，林地區(qū)賦值偏低，主要因為植物的根劈作用，使得巖體更加破碎，更有利于崩塌的孕育，應(yīng)賦予高值。對于滑坡，通常認(rèn)為植被對斜坡起穩(wěn)定作用，其在土體中根系形成復(fù)雜的纖維網(wǎng)絡(luò)從而提高土體的抗剪強度，而加粗的根系通常深入基巖從而形成錨固件。然而從近年來的研究成果看，高大的喬木在強風(fēng)暴雨條件下，風(fēng)荷載對樹木產(chǎn)生拖拽力，從而對地表產(chǎn)生剪切力。如在風(fēng)荷載和強降雨作用下樹木胸徑越大，斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)越小，認(rèn)為強風(fēng)對丘陵區(qū)滑坡發(fā)生有很大的作用（Nelson et al.，2015）。通過研究風(fēng)振影響在喬木坡地暴雨型淺層滑坡演化，得出喬木根系周邊的飽和土在風(fēng)振作用下產(chǎn)生的動剪切荷載下易形成高的超高孔隙水壓力，并導(dǎo)致淺表層的局部失穩(wěn)破壞（繆海波等，2022）。土地利用類型應(yīng)該考慮植被類型的影響，高大的喬木對土質(zhì)滑坡產(chǎn)生不利影響，應(yīng)賦高值，低矮的灌木賦低值。

5? 結(jié)論

1）湄潭縣地質(zhì)條件復(fù)雜，褶皺及斷裂較發(fā)育，碳酸鹽巖及碎屑巖廣泛分布，溶蝕地貌與侵蝕地貌交替展布，地貌類型多樣。

2）湄潭縣識別出172處風(fēng)險斜坡，主要分布于縣域的南部，南部石蓮—茅坪一帶最為發(fā)育。風(fēng)險斜坡主要為土質(zhì)斜坡，巖質(zhì)斜坡的順向坡發(fā)育較多。

3）風(fēng)險斜坡在寒武系（含表層風(fēng)化的第四系）中分布最多，尤其是寒武系金頂山組、明心寺組、奧陶系湄潭組巖性為碎屑巖，風(fēng)險斜坡發(fā)育多。

4）建議風(fēng)險斜坡現(xiàn)場打分表根據(jù)災(zāi)種分類設(shè)計或添加說明，坡度指標(biāo)補充崩塌的適用性，坡形指標(biāo)兼顧平面曲率，其對土質(zhì)滑坡影響較大，地下水埋藏深度指標(biāo)補充崩塌的適用性，土地利用類型的林地指標(biāo)，考慮植物根劈作用對潛在崩塌的不利影響和高大喬木對潛在滑坡的不利影響。

參考文獻

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收稿日期：2022-11-08；修回日期：2023-01-19

基金項目：中央資金“中央自然災(zāi)害防治體系建設(shè)項目”（Z195110010003）資助

第一作者簡介：段方情（1982- ），男，碩士，高級工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、勘查、設(shè)計及評價工作。E-mail：122400234@qq.com

引用格式：段方情，趙賓，2023.貴州省湄潭縣風(fēng)險斜坡特征及判定指標(biāo)探討［J］.城市地質(zhì)，18（1）：26-32