新安縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)及防治措施研究

李沛瑩,黃繼超

(河南省地質(zhì)局 生態(tài)環(huán)境地質(zhì)服務(wù)中心,河南 鄭州 450053)

新安縣位于河南省洛陽市西部,地處豫西低山丘陵區(qū),地形復(fù)雜,人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈,導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育,且地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性逐年增加,對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和群眾生產(chǎn)生活帶來了極大的威脅[1-3]。通過綜合分析新安縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、地形地質(zhì)植被特征、地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素等,建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,從而開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃,總結(jié)分析新安縣不同等級(jí)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)特征并提出防治建議,可為該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)化評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)和科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)提供支撐。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

新安縣分布有滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流和地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共128處?；?1處,其中土質(zhì)滑坡43處,占滑坡總數(shù)的60.6%;滑體厚度小于10 m的滑坡63處,占滑坡總數(shù)的88.7%;前緣牽引式滑坡41處,占滑坡總數(shù)的57.7%;人類活動(dòng)引發(fā)的工程滑坡55處,占滑坡總數(shù)的77.5%;69處滑坡為發(fā)生在全新世以來的有輕微活動(dòng)或明顯活動(dòng)特征的基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定滑坡。崩塌25處,主要為巖質(zhì)崩塌,且大多為受傾覆力矩作用的傾倒式崩塌,其中24處為體積不超過10 000 m3的小型崩塌。不穩(wěn)定斜坡7處,其中6處為土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡,分布于完整性和穩(wěn)定性較差、坡度較陡的區(qū)域;人類活動(dòng)引發(fā)的工程不穩(wěn)定斜坡5處。此外,新安縣還存在泥石流8處和地面塌陷17處。

新安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布情況及密度見表1。新安縣自北向南地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度逐漸減小,地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)性逐漸減弱,北部基巖地區(qū)(如北冶鎮(zhèn)、石寺鎮(zhèn)、石井鎮(zhèn)、青要山鎮(zhèn)等)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度明顯大于南部黃土丘陵地區(qū)(如南李村鎮(zhèn)、漢關(guān)街道、磁澗鎮(zhèn)等)。

表1 新安縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布情況及密度

1.2 地形地質(zhì)特征、植被特征

1.2.1 坡度坡高特征

基于1∶50 000的DEM數(shù)據(jù)提取坡度,計(jì)算不同坡度等級(jí)的投影面積,結(jié)果見表2。不同坡度等級(jí)的投影面積差異較大,坡度0°～<10°的區(qū)域投影面積669.28 km2,占總投影面積的57.70%;其次是坡度10°～<20°和20°～<30°的區(qū)域,其投影面積分別占總投影面積的23.40%和10.50%;坡度<40°的區(qū)域投影面積占總投影面積的96.79%,也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要區(qū)域。坡度≥60°的區(qū)域大多為陡崖、斷壁,由于坡度較大,其投影面積較小,與實(shí)際區(qū)域面積差異較大,因此其投影面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果僅作為參考。

表2 新安縣各坡度等級(jí)投影面積

通過統(tǒng)計(jì)各坡度等級(jí)區(qū)域滑坡和崩塌的分布數(shù)量(見表3),發(fā)現(xiàn)坡度和斜坡高度對(duì)滑坡和崩塌有較大的影響,坡度較大時(shí),徑流易侵蝕巖土體,地下水以潤滑、軟化等方式降低土體強(qiáng)度并改變其應(yīng)力狀態(tài),加速巖土體的破壞,造成地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)頻發(fā)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),坡度0°～<50°、坡高30～80 m的斜坡易發(fā)生滑坡災(zāi)害,坡度≥70°、坡高<30 m的斜坡易發(fā)生崩塌災(zāi)害。

表3 各坡度等級(jí)區(qū)域滑坡和崩塌分布數(shù)量 處

1.2.2 坡形特征

斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定斜坡變形破壞方式和軟弱結(jié)構(gòu)面位置,從而引發(fā)碎石土-基巖接觸面型、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)型和基巖沿節(jié)理接觸面滑動(dòng)型三種類型地質(zhì)災(zāi)害。新安縣常見的斜坡坡型有直線型、凸起型、凹陷型和階梯型,其中階梯型和凹陷型坡明顯更易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害。

1.2.3 巖土體特征

按照成巖作用、結(jié)構(gòu)類型、強(qiáng)度特征和巖、土顆粒間連接程度,新安縣土體有一般粉質(zhì)黏土、弱濕陷—中等濕陷性黃土和層狀結(jié)構(gòu)粉土,巖體有碳酸鹽巖組和碎屑巖組。碎屑巖組節(jié)理較發(fā)育,存在于軟硬巖層相間,抗壓強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力差異明顯,多發(fā)育巖質(zhì)崩塌、巖質(zhì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害;具軟弱夾層的碳酸鹽巖組節(jié)理裂隙較發(fā)育,多發(fā)巖質(zhì)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害;黃土多呈弱濕陷—中等濕陷性,多發(fā)育土質(zhì)崩塌災(zāi)害、黃土陷穴等。

1.2.4 植被特征

新安縣屬暖溫帶植物區(qū)系,大部分植被為喬灌木,西北部山地以落葉櫟樹為主,丘陵區(qū)以人工造林和種植果木為主。耕地基本以小麥、玉米等兩年三熟栽培植物為主。新安縣森林覆蓋率為4%,林草覆蓋率為21%。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素

1.3.1 降水

新安縣年均降水量642.4 mm,最大年降水量1 097.3 mm,最小年降水量373.4 mm。年內(nèi)降水分布不均,7—9月的降水量占全年降水量的51.6%。經(jīng)統(tǒng)計(jì),新安縣發(fā)生的71處滑坡中,7、8、9月發(fā)生的滑坡數(shù)量分別為18、22、16處,其總和占滑坡總數(shù)的78.87%,與降水量的年內(nèi)分布呈正相關(guān)關(guān)系,可以說降水是滑坡發(fā)生的重要誘發(fā)因素。同時(shí)降水在空間分布上也不均勻,中部地區(qū)降水較少,南部和北部地區(qū)降水較多,其中西北部山區(qū)降水最多。

1.3.2 人類活動(dòng)

不同的人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度不同,引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型也存在差異。①采礦:鐵門鎮(zhèn)、青要山鎮(zhèn)等區(qū)域因采礦活動(dòng)造成大量的礦渣堆積,在汛期易發(fā)生泥石流;石井鎮(zhèn)、北冶鎮(zhèn)、石寺鎮(zhèn)、青要山鎮(zhèn)等區(qū)域存在大量的采空區(qū),使得該區(qū)域地面塌陷嚴(yán)重。新安縣的17處地面塌陷均是由采礦活動(dòng)引起的,且目前在北冶鎮(zhèn)、石寺鎮(zhèn)等礦區(qū)仍存在嚴(yán)重的地面塌陷隱患。②交通及水利工程建設(shè):新安縣地形地貌比較復(fù)雜,交通工程建設(shè)中需要切坡或開挖坡體,形成高陡路塹邊坡,存在很大的地質(zhì)災(zāi)害隱患;水利工程建設(shè)易引發(fā)庫區(qū)沿岸坡體滑動(dòng)、崩塌等,如小浪底庫區(qū)水位調(diào)蓄期間,庫區(qū)水位落差最大達(dá)到100 m,庫區(qū)水位漲落及坡腳浸潤、沖刷等會(huì)降低庫區(qū)沿岸邊坡的穩(wěn)定性,易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害,威脅庫區(qū)沿岸公路、村莊及群眾的安全。③削坡建房:受地形地貌的限制,新安縣群眾經(jīng)常依據(jù)地勢(shì),將房屋建于斜坡坡腳處,開挖形成的高陡邊坡打破了巖土體的自然平衡,經(jīng)雨水沖刷,邊坡土體支離破碎,易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

地形地貌、溝谷切割情況、溝谷密度和發(fā)育時(shí)期、坡向、坡度、坡高、坡體物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等因素均會(huì)影響地質(zhì)災(zāi)害形成[4-5]。結(jié)合新安縣實(shí)際情況,地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度、坡度、坡高、坡形、巖土體結(jié)構(gòu)、植被指數(shù)、降水和工程活動(dòng)等8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),再采取專家打分法進(jìn)一步確定各指標(biāo)權(quán)重,結(jié)果見表4。

表4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

2.2 指標(biāo)賦分

在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中,巖土體結(jié)構(gòu)、坡形、工程活動(dòng)屬定性指標(biāo),經(jīng)實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)后依照不同等級(jí)進(jìn)行賦分;地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度、坡度、坡高、植被指數(shù)、降水屬定量指標(biāo),將柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理作為每個(gè)柵格的賦分值,結(jié)果見圖1。其中降水?dāng)?shù)據(jù)是在已建立的計(jì)算模型中以地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地為中心,選擇半徑110 km(約1個(gè)經(jīng)緯度)范圍內(nèi)距地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地最近的氣象站點(diǎn),然后選擇災(zāi)情發(fā)生前14 d至發(fā)生日逐日20:00的24 h降水?dāng)?shù)據(jù)。新安縣地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)來源于河南省地質(zhì)測(cè)繪總院實(shí)地調(diào)查和遙感解譯資料,降水?dāng)?shù)據(jù)來源于新安縣氣象局,坡度、坡高、植被數(shù)據(jù)來源于新安縣國土資源局。

圖1 新安縣地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)賦分情況

2.3 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/h3>

根據(jù)研究區(qū)1∶50 000的DEM,將同一地貌部位劃為同一單元,土壤條件、地下水等因素差異明顯的劃分為不同單元,以地貌走向線(分界線)、河流(溝渠)、道路、堤壩等權(quán)屬界線為單元邊界,共劃分5 112個(gè)壯年期溝谷單元,并與DEM、SPOT-5衛(wèi)片進(jìn)行疊加(見圖2),可以看出評(píng)價(jià)單元之間存在土地特征差異。

圖2 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐旨芭cDEM、SPOT-5衛(wèi)片疊加結(jié)果

3 結(jié)果與分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)依據(jù)和結(jié)果

各評(píng)價(jià)單元地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和賦分的乘積之和為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù),通過聚類分析,找出地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)的突變點(diǎn)作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)的界限值,將新安縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分為非易發(fā)性、低易發(fā)性、中易發(fā)性、高易發(fā)性4個(gè)等級(jí),各等級(jí)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)區(qū)間見表5,新安縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果見圖3。由圖3(a)可以看出,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要分布在地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū),非易發(fā)區(qū)無地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布,表明地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。新安縣北部主要為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū),東南部為地質(zhì)災(zāi)害非易發(fā)區(qū)[見圖3(b)],這主要是由于新安縣北部為低山丘陵區(qū),植被覆蓋度低,自然生態(tài)系統(tǒng)脆弱,加上道路和村鎮(zhèn)建設(shè)、采礦等造成的不合理切坡,導(dǎo)致自然斜坡坡腳處人為破壞嚴(yán)重,人工削坡引起區(qū)域內(nèi)中型滑坡頻繁發(fā)生;東南部為沖擊平原區(qū),是新安縣主要的森林區(qū),地形起伏小、地勢(shì)平坦,地質(zhì)災(zāi)害較少發(fā)生,且成災(zāi)范圍和危險(xiǎn)程度也較小。分區(qū)結(jié)果符合新安縣的實(shí)際情況。

圖3 新安縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果

表5 新安縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)劃分

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分布特征及防治建議

1)高易發(fā)區(qū)。小浪底水庫周圍的丘陵區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū),主要包括石井鎮(zhèn)中東部、北冶鎮(zhèn)東部、石寺鎮(zhèn)大部、青要山鎮(zhèn)南部,面積392.73 km2,占新安縣國土面積的33.74%,海拔300～400 m,地表出露巖性主要為第四系黃土、二疊系砂巖和砂質(zhì)頁巖互層、三疊系砂巖和泥巖互層。該區(qū)受庫區(qū)水位陡升陡降的影響較大,建房、挖窯、修路、采礦活動(dòng)中的人為削坡較多,人類工程活動(dòng)頻繁。該區(qū)共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)96處,包括崩塌17處、滑坡52處、泥石流6處、不穩(wěn)定斜坡7處、地面塌陷14處,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度約為0.24處/km2。該區(qū)應(yīng)按照“誰受益、誰治理”“以防為主、防治結(jié)合”的原則,按計(jì)劃分批次治理受地質(zhì)災(zāi)害威脅嚴(yán)重的區(qū)域,并組織受地質(zhì)災(zāi)害威脅嚴(yán)重地區(qū)的群眾進(jìn)行搬遷;區(qū)域內(nèi)的建設(shè)活動(dòng)必須經(jīng)過地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)估,建設(shè)場(chǎng)地必須選擇土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、寬闊平坦的區(qū)域,保證建設(shè)場(chǎng)地邊坡穩(wěn)定,且及時(shí)清理資源開采過程中產(chǎn)生的廢渣;開展群專結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)建設(shè),通過巡視巡查和儀器監(jiān)測(cè),加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警監(jiān)管。

2)中易發(fā)區(qū)。新安縣西北部低山區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū),主要包括石井鎮(zhèn)西部、北冶鎮(zhèn)西北部和青要山鎮(zhèn)北部,面積158.54 km2,占新安縣國土面積的13.62%,海拔500～800 m,地表出露巖性主要為寒武系頁巖、灰?guī)r等。該區(qū)地勢(shì)起伏較大,人類工程活動(dòng)削坡形成大量裸露的高陡邊坡,局部區(qū)域形成了陡峭的臨空面,容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。該區(qū)共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)18處,包括崩塌3處、滑坡13處、泥石流2處,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度約為0.11處/km2。該區(qū)應(yīng)按照“以防為主、防治結(jié)合”的原則,分時(shí)段、分批次治理潛在危險(xiǎn)大的災(zāi)害點(diǎn),采取修建排水溝、擋土墻等工程措施,危險(xiǎn)性較小的區(qū)域可采取搬遷避讓和加強(qiáng)預(yù)防預(yù)警等防治措施。

3)低易發(fā)區(qū)。新安縣南部丘陵區(qū)和西北部部分區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū),主要包括漢關(guān)街道、南李村鎮(zhèn)、鐵門鎮(zhèn)、倉頭鎮(zhèn)等的大部分區(qū)域,面積457.69 km2,占新安縣國土面積的39.32%。該區(qū)海拔較低,巖性主要為奧陶系白云質(zhì)礫巖、灰?guī)r,古生界寒武系灰?guī)r,第四系沖洪積層和中更新統(tǒng)亞黏土層、亞砂土層,森林覆蓋率較高。共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)14處,包括崩塌5處、滑坡6處、地面塌陷3處,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度約為0.03處/km2。該區(qū)應(yīng)按照“以防為主”的原則,加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警和防治工作。

4)非易發(fā)區(qū)。非易發(fā)區(qū)主要集中在東南部的沖積平原區(qū),包括磁澗鎮(zhèn)大部、五頭鎮(zhèn)南部、鐵門鎮(zhèn)東南部和南李村鎮(zhèn)西北部,面積155.04 km2,占新安縣國土面積的13.32%。該區(qū)海拔低于200 m,巖性以第四系沖洪積層和第四系上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)亞黏土、亞砂土為主,該區(qū)無地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。

4 結(jié)論

新安縣地質(zhì)災(zāi)害受坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)、坡體形態(tài)、地層巖性控制,受地下水和植被因素影響,可由降水和人類工程活動(dòng)觸發(fā)。通過建立由地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度、坡度、坡高、坡形、巖土結(jié)構(gòu)、植被指數(shù)、降水和工程活動(dòng)等8個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,進(jìn)行新安縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū),結(jié)果表明:①地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果與新安縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布密度呈一致性,表明了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理性和準(zhǔn)確性;②新安縣地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積368.33 km2,占新安縣國土面積的33.74%,主要分布在小浪底水庫周圍的丘陵區(qū),地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度為0.24處/km2;地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)面積148.69 km2,占新安縣國土面積的13.62%,主要分布在西北部低山區(qū),地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度為0.11處/km2;地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)面積429.13 km2,占新安縣國土面積的39.31%,主要分布在南部丘陵區(qū)和西北部部分區(qū)域,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度為0.03處/km2;非易發(fā)區(qū)面積145.41 km2,占新安縣國土面積的13.32%,主要集中在東南部的沖積平原區(qū),該區(qū)無地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。③地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)應(yīng)采取“誰受益、誰治理”“以防為主、防治結(jié)合”的原則,按計(jì)劃分批次治理受地質(zhì)災(zāi)害威脅嚴(yán)重的區(qū)域,加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)建設(shè);中易發(fā)區(qū)遵循“以防為主、防治結(jié)合”的原則,分時(shí)段、分批次治理潛在危險(xiǎn)大的災(zāi)害點(diǎn),危險(xiǎn)性較小的區(qū)域可采取搬遷避讓和加強(qiáng)預(yù)防預(yù)警等防治措施;低易發(fā)區(qū)和非易發(fā)區(qū)則堅(jiān)持“以防為主”。