極端降雨條件下南小河溝流域淺層滑坡調(diào)查

摘要： 為探究以滑瀉、泥流為主的淺層滑坡分布規(guī)律及影響因素，對(duì)南小河溝流域2021年9月22日至10月6日極端降雨引發(fā)的淺層滑坡進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，結(jié)果表明：①此次極端降雨平均歷時(shí)112.9 h，平均降雨量240.4 mm，占年降雨量的29.03%，平均降雨強(qiáng)度2.1 mm/h；②南小河溝流域滑坡體積、滑坡量分別達(dá)到59 275.69 m3、80 022.18 t，且侵蝕規(guī)模差異較大；③隨著坡度的不斷增大滑坡量也不斷增加，淺層滑坡大多發(fā)生在坡度＞35°的坡體，坡度與淺層滑坡面積呈顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系；④90.18%的淺層滑坡發(fā)生在東北、西南向斜坡，淺層滑坡量隨坡向變化并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性；⑤已治理的楊家溝滑坡體積、滑坡量較未治理的董莊溝均減少了94.17%，減蝕效果顯著。

關(guān)鍵詞： 土壤侵蝕；淺層滑坡；極端降雨；南小河溝流域

中圖分類號(hào)： P642.22；TV211文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.04.006

引用格式： 張西寧，張寶琦，倉(cāng)周措毛，等.極端降雨條件下南小河溝流域淺層滑坡調(diào)查[J].中國(guó)水土保持，2025（4）：23-25，28.

2021年9月22日至10月6日，甘肅省慶陽(yáng)市南部地區(qū)發(fā)生罕見(jiàn)的連續(xù)降雨天氣過(guò)程，黃河水利委員會(huì)西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站（以下簡(jiǎn)稱“西峰站”）所觀測(cè)的南小河溝典型小流域平均降雨量達(dá)240.4 mm。此次長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)降雨使土壤含水量過(guò)度飽和，引發(fā)南小河溝流域內(nèi)多點(diǎn)出現(xiàn)滑瀉、泥流，導(dǎo)致局部山體滑坡、路基沉陷、樹木傾倒等嚴(yán)重災(zāi)情。

南小河溝流域經(jīng)過(guò)多年治理，植被覆蓋度達(dá)90%以上，但當(dāng)遇到歷時(shí)長(zhǎng)的連陰雨時(shí)，在有些已基本穩(wěn)定并已恢復(fù)草被的坡面上，地表水和土壤物質(zhì)在重力作用下會(huì)呈塑態(tài)和流態(tài)沿斜坡?lián)硐驕洗?。有研究表明，植物根系可加固土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤抗剪強(qiáng)度，減小內(nèi)部應(yīng)力，從而增強(qiáng)邊坡穩(wěn)固性[1-2]；但有部分研究者認(rèn)為，植被可增加降水入滲量和土體質(zhì)量，從而改變土體水文效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)，不利于斜坡穩(wěn)定[3]；還有研究者認(rèn)為地形會(huì)顯著影響淺層滑坡，其機(jī)理在于坡度會(huì)調(diào)控巖土內(nèi)應(yīng)力分布，對(duì)成分均勻、性質(zhì)一致的斜坡，滑坡風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨坡度增加而加劇[4]，而坡向則主導(dǎo)太陽(yáng)光照及濕度分配，促使降雨模式、植被分布、侵蝕程度與巖石風(fēng)化呈現(xiàn)規(guī)律性的差異[5]。本研究基于2021年9月22日至10月6日極端降雨條件下南小河溝流域淺層滑坡情況實(shí)地調(diào)查結(jié)果，剖析此次南小河溝流域降雨特征、淺層滑坡規(guī)模、地形與淺層滑坡的關(guān)系，同時(shí)對(duì)比分析已治理溝與未治理溝淺層滑坡情況，探討淺層滑坡與植被類型、地形因素的關(guān)系，以期為極端降雨條件下黃土高塬溝壑區(qū)淺層滑坡預(yù)警預(yù)防提供理論數(shù)據(jù)。

1研究區(qū)概況

南小河溝流域位于甘肅省慶陽(yáng)市西峰區(qū)后官寨鎮(zhèn)境內(nèi)，系涇河支流蒲河左岸的一條支溝。流域面積38.93 km2，地貌類型主要有塬面、梁峁坡、河溝谷，具有典型的黃土高塬溝壑區(qū)地貌特征。根據(jù)西峰站觀測(cè)資料，流域年均氣溫8.3 ℃，極端最高氣溫35.1 ℃、極端最低氣溫-22.6 ℃，最大凍土深82 cm；年均降水量561.5 mm，降水年內(nèi)分配極不均勻，其中7—9月降水量占全年的56.3%，年均水面蒸發(fā)量1 503.5 mm。

2數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

本次調(diào)查的降雨數(shù)據(jù)來(lái)源于西峰站南小河溝流域內(nèi)布設(shè)的5個(gè)雨量站。2021年10月7—13日，西峰站組織開展了南小河溝流域以滑瀉、泥流為主的淺層滑坡調(diào)查，調(diào)查采取室內(nèi)遙感解譯和野外調(diào)查相結(jié)合的方法。災(zāi)害要素的獲取采用紅外測(cè)距儀、全站儀現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)、無(wú)人機(jī)航測(cè)及衛(wèi)星遙感資料對(duì)比等方法，初步獲取淺層滑坡發(fā)生的部位及侵蝕量。

3結(jié)果與分析

3.1南小河溝流域降雨特征

2021年9月22日至10月6日南小河溝流域各雨量站降雨特征見(jiàn)表1。由表1可知，南小河溝各雨量站此次極端降雨歷時(shí)89.3～144.7 h、平均降雨歷時(shí)112.9 h，降雨量232.3～244.7 mm、平均降雨量240.4 mm，降雨強(qiáng)度1.7～2.6 mm、平均降雨強(qiáng)度2.1 mm/h。2021年，南小河溝流域降水量為828.2 mm，此次平均降雨量占全年降雨量的29.03%。

南小河溝流域連續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程見(jiàn)圖1。由圖1可知，連續(xù)強(qiáng)降雨從2021年9月22日11時(shí)開始至10月6日10時(shí)結(jié)束，期間出現(xiàn)7個(gè)峰值，出現(xiàn)時(shí)間分別為9月22日11—12時(shí)、9月24日12—13時(shí)、9月25日15—20時(shí)、10月1日18—19時(shí)、10月3日4時(shí)、 張西寧等：極端降雨條件下南小河溝流域淺層滑坡調(diào)查10月4日9—20時(shí)，以及10月6日0—6時(shí)，峰值平均降雨強(qiáng)度達(dá)到7.9 mm/h。

3.2淺層滑坡規(guī)模

通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量和實(shí)地調(diào)查，在2021年9月22日至10月6日極端降雨條件下南小河溝流域淺層滑坡體積、滑坡量分別達(dá)到59 275.69 m3、80 022.18 t，且侵蝕規(guī)模差異較大，其中單個(gè)最大滑坡量達(dá)2 450.64 t、最小為12.15 t。按溝道統(tǒng)計(jì)南小河溝流域滑坡體積和滑坡量，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，董莊溝的滑坡體積和滑坡量最大，分別為14 553.81 m3、19 647.64 t；楊家溝滑坡體積和滑坡量最小，分別為847.95 m3、1 144.73 t。

3.3地形與淺層滑坡的關(guān)系

1）坡度對(duì)淺層滑坡的影響較大，會(huì)誘發(fā)淺層滑坡的發(fā)生，不同坡度還會(huì)產(chǎn)生不同的淺層滑坡類型和規(guī)模。由表３可知，在2021年9月22日至10月6日極端降雨條件下，南小河溝流域淺層滑坡大多發(fā)生于坡度＞35°的坡體，其滑坡面積為14.246 hm2，占滑坡總面積的68.83%；其次較多發(fā)生在坡度30°～35°的坡體，其滑坡面積為1.985 hm2，占9.59%；而坡度＜30°的坡體淺層滑坡發(fā)生較少，其滑坡面積總共4.467 hm2，占21.58%。由此可見(jiàn)，無(wú)論何種坡向，淺層滑坡總體較多分布于坡度＞35°的坡體，而在坡度＜30°的坡體發(fā)生較少。圖2為不同坡度與淺層滑坡面積擬合曲線，坡度與淺層滑坡面積呈顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系（R2＝0.97，p＜0.01），隨著坡度不斷增大，淺層滑坡面積也不斷增加。

2）淺層滑坡在不同坡向上具有較強(qiáng)的差異性。由圖3可知，在2021年9月22日至10月6日極端降雨條件下，南小河溝流域不同斜坡發(fā)生淺層滑坡163處，其中90.18%發(fā)生在東北、西南向斜坡，分別為74處、73處；其次為西北向斜坡，14處；其余坡向發(fā)生較少，僅2處。圖2不同坡度與淺層滑坡面積擬合曲線

3.4治理溝與未治理溝淺層滑坡對(duì)比分析

楊家溝和董莊溝為南小河溝中的兩條小支溝，位置毗鄰。1954年設(shè)定楊家溝為治理溝、董莊溝為對(duì)比溝進(jìn)行研究（董莊溝的地形、土壤特性基本與楊家溝相似，其植被與楊家溝治理前的植被相似，為群眾利用的自然狀態(tài)）。在2021年9月22日至10月6日極端降雨條件下，楊家溝相較董莊溝滑坡體積、滑坡量均減少了94.17%（見(jiàn)表2）。由此可見(jiàn)，已治理溝減蝕效果顯著。

4討論

4.1地形對(duì)淺層滑坡的影響

1）坡度顯著影響土壤和巖石的應(yīng)力分布，對(duì)淺層滑坡的發(fā)生、發(fā)育起著關(guān)鍵作用[6]。在此次極端降雨條件下，南小河溝流域淺層滑坡隨著坡度增大，滑坡面積不斷增加，在坡度＞35°的坡體增加最為明顯，其滑坡面積占滑坡總面積的68.83%。究其主要原因是斜坡單元能為滑坡提供較好的下滑啟動(dòng)條件，有利于物質(zhì)堆積和臨空面的形成［7］，而當(dāng)坡度較大時(shí)，巖土體所受剪切力會(huì)增大，降低土體內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致淺層滑坡的發(fā)生[8]。坡度＜20°的坡體滑坡面積占比僅為9.20%，這是因?yàn)榇似露确秶鷥?nèi)坡體地勢(shì)相對(duì)平緩且穩(wěn)定，無(wú)法提供滑動(dòng)所需要的勢(shì)能，這與袁康等[9]的研究結(jié)論一致。坡度20°～35°的坡體由于草本覆蓋度較高，坡面形態(tài)特征比較完整，紋溝、細(xì)溝等溝道侵蝕不明顯[10]，因此淺層滑坡較少發(fā)生。

2）本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)淺層滑坡與坡向之間并無(wú)顯著的規(guī)律性，但坡向會(huì)影響太陽(yáng)輻射和水汽分布，造成坡體差異化風(fēng)化與侵蝕，進(jìn)而間接影響坡體淺層滑坡的發(fā)育。李陽(yáng)等[11]對(duì)晉西黃土區(qū)淺層滑坡的調(diào)查研究也表明坡向與淺層滑坡之間無(wú)顯著的規(guī)律性。

4.2植被對(duì)淺層滑坡的影響

在此次極端降雨條件下，楊家溝較董莊溝滑坡體積、滑坡量均減少了94.17%，這是因?yàn)椋簵罴覝弦詥棠痉N植為主進(jìn)行了水土流失治理，一方面林木冠層的截留作用能對(duì)降雨進(jìn)行再分配，減少到達(dá)地面的降雨量，在一定程度上提升了坡體穩(wěn)定性[12]；另一方面喬木的根系更為深入且強(qiáng)壯，可達(dá)到土壤的深層，這不僅有助于固定土壤，還能增加土壤的抗剪強(qiáng)度，防止深層滑坡的發(fā)生，同時(shí)喬木的根系能吸收大量水分，減少土壤中多余的水分，尤其是雨季，這對(duì)防止因土壤含水率過(guò)高而引發(fā)的滑坡非常重要。董莊溝以草本植物為主自然恢復(fù)，而草本植物通常具有密集但較淺的根系，能有效固定表層土壤，但隨著降雨量的增加，雨水下滲到潛在滑動(dòng)面后形成不透水層和相對(duì)透水層[13]，不透水層以上部分即根系層土體因吸納大量降水而逐漸飽和，隨著“飽和殼”不斷軟化，當(dāng)其自重增大到下滑力大于土體抗剪強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)根系層土體會(huì)沿滑動(dòng)面發(fā)生移動(dòng)而導(dǎo)致滑坡侵蝕發(fā)生。因此，喬木種植在南小河溝流域的水土流失治理中具有顯著優(yōu)勢(shì)，值得在類似區(qū)域推廣應(yīng)用。

5結(jié)論

1）2021年9月22日至10月6日南小河溝流域極端降雨平均歷時(shí)112.9 h，平均降雨量240.4 mm，占全年降雨量的29.03%，平均降雨強(qiáng)度2.1 mm/h，峰值平均降雨強(qiáng)度7.9 mm/h。

2）此次極端降雨誘發(fā)南小河溝流域發(fā)生淺層滑坡量約為8萬(wàn)t，且侵蝕規(guī)模差異較大，單個(gè)最大滑坡量2 450.64 t、最小12.15 t。

3）淺層滑坡大多發(fā)生在坡度＞35°的坡體，其滑坡面積14.246 hm2，占滑坡總面積的68.83%。坡度與淺層滑坡面積呈顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系（R2=0.97，plt;0.01），且隨著坡度不斷增大，淺層滑坡面積也不斷增加。90.18%的淺層滑坡發(fā)生在東北、西南向斜坡，但淺層滑坡量隨坡向變化并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

4）從流域治理措施角度出發(fā)，以喬木種植為主進(jìn)行水土流失治理的楊家溝與原始生態(tài)環(huán)境下的董莊溝相比較，楊家溝滑坡體積、滑坡量均減少了94.17%，已治理溝減蝕效果顯著。

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（責(zé)任編輯 張緒蘭）