延安地區(qū)泥石流災害的特征分析

劉 瑞，王家鼎，謝婉麗，溫篤武

(西北大學地質學系大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

延安地區(qū)的地貌以黃土高原、丘陵為主導地位，平均海拔為1 200 m左右。地勢西北高而東南低，北部的白于山海拔1 600～1 800 m，做東西向延伸，主峰海拔1 805 m，為厚層黃土所覆蓋。有關延安地區(qū)泥石流的研究，前人有一定的研究[1]，結果表明，在這一地區(qū)，地貌因素、固體物質補給條件、降雨因素和人類工程活動是誘發(fā)泥石流的主要因素。本文對其影響因素進行了分析研究，并初步分析了延安地區(qū)泥石流災害的成因。

延安屬于溫帶季風氣候區(qū)，其夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，帶有較強的大陸性特征。夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。冬冷夏熱，雨熱同期。

1 泥石流的分布、類型及危害

1.1 泥石流的分布

李昭淑教授所著《陜西省泥石流災害與防治》一書中，按照地貌形態(tài)、成因及組合區(qū)域特征，對陜西省泥石流進行了劃分，延安地區(qū)屬于陜北黃土高原區(qū)，北界風沙區(qū)，南至關中盆地。延安泥石流分布密度和頻度由西北向東南呈遞減趨勢，主要受黃土巖性特征、地形條件和暴雨出現(xiàn)次數(shù)、強度、植被等因素影響。

我國黃土高原西北部以梁峁地貌單元為主，黃土顆粒粗，結構疏松，降水以暴雨為主;東南部屬黃土塬區(qū)，黃土粘粒成分增高，膠結較好，土質密實堅硬，降雨量較大，但暴雨次數(shù)相對較少。因此，泥流分布表現(xiàn)出與地形條件、巖性特征及降水狀況大致相應的區(qū)域特征，由西北向東南可分為兩個大區(qū)，即西北梁峁粘性泥流分布區(qū)和東南部黃土塬稀性泥流分布區(qū)。

延安地區(qū)泥石流主要為暴雨型泥石流，暴雨一般集中在每年的6-10月份，這段時間也是泥石流的高發(fā)期。

1.1.1 泥石流的類型

泥石流類型的劃分，目前在我國尚無統(tǒng)一的分類原則、標準和方法，根據(jù)延安地區(qū)泥石流活動的特征，結合國內外有關研究資料，對本區(qū)泥石流按山地地貌形態(tài)、泥石流固體物質組成、結構性質和誘發(fā)因素進行分類。按誘發(fā)因素可分為:暴雨型泥石流和潰決型泥石流;按山地地貌形態(tài)可分為:山坡型泥石流、溝谷型泥石流和河谷型泥石流;按泥石流固體物質組成可分為:泥流與泥河、泥石流;按結構性質可分為:稀性泥石流、粘性泥石流和過渡型泥石流。

調查資料顯示延安地區(qū)泥石流集中在每年的7月份到10月份，主要為暴雨型泥石流，由于本地區(qū)地貌以塬、梁、峁為主，海拔落差較西南山區(qū)低，溝谷和河谷不是很深，以山坡型泥石流為主。堆積物以細顆粒的黃土為主，泥流與泥河發(fā)育較多，分布范圍廣，而且調查資料顯示，在本地區(qū)以泥流和泥河為主，泥石流主要分布在黃陵縣和宜川地區(qū)。

1.1.2 泥石流的危害

泥石流作為本區(qū)常見的一種地質災害，它暴發(fā)突然，來勢兇猛而迅速，破壞力強，對區(qū)內的工農業(yè)生產和人民生活帶來很大的麻煩，并造成嚴重危害[2]。

首先，造成極其嚴重的水土流失，同一般的水土流失相比，泥流的徑流量、徑流系數(shù)、侵蝕量、含沙量都大的多。其次，泥石流除產生嚴重水土流失外，還會因其強烈的爆發(fā)作用和沖刷作用毀壞農田，阻塞交通，給人民生命財產帶來損失[3]。最后，泥石流沖進鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)，摧毀房屋、工廠及其他場所設施。

如黃陵縣黃花溝泥石流，2001年、2003年、2005年、2010年暴雨季節(jié)均發(fā)生泥石流，造成經(jīng)濟損失且有人員傷亡。

2 泥石流影響因素

泥石流是自然因素和人類活動共同作用的結果。自然因素主要包括區(qū)域氣象水文、巖土性質、構造、新構造運動和地震、地形地貌、土壤植被，是泥石流形成的主要因素，其對泥石流的形成可概括為三個方面:即松散固體物質補給條件、啟動條件(水源條件)和地形條件，而人類活動主要通過改變上述3個自然因素和條件來影響泥流的形成及發(fā)育。

2.1 地貌因素

地貌條件是形成泥石流的內因和必要條件，制約著泥石流的形成和運動，影響著泥石流的規(guī)模和特性。在泥石流形成的三個基本條件中，地貌條件是相對穩(wěn)定的，其變化是緩慢的;同時，它在泥石流活動過程中，也進行著再塑造作用。

泥石流形成的地貌條件，主要是泥石流溝溝床比降、溝坡坡度、坡向、集水區(qū)面積和溝谷形態(tài)等。延安泥石流主要發(fā)育在山地溝谷區(qū)，黃土高原溝壑區(qū)，以及山麓沖積洪積堆積區(qū)，以前二區(qū)為主。在這些區(qū)域內，影響泥石流形成的地形要素主要有流域形狀、面積、山坡坡度以及溝床比降等。

2.1.1 流域形狀

泥石流溝形狀大體可歸納為溝谷型和山坡型兩種。前者形狀多呈“瓢形”，自上而下可劃分出形成、流通和堆積三個區(qū)段。形成區(qū)中又有清水供給區(qū)和固體物質補給區(qū)兩部分。這是形成泥石流最有利的河谷形狀，也稱典型的泥石流溝。后者通常指發(fā)育在較陡山坡上的短小溝槽，長僅數(shù)百米，深數(shù)十米。溝道里自上而下均有坍塌、滑坡堆積物，故缺失流通區(qū)。

2.1.2 流域面積

據(jù)延安11條泥石流溝統(tǒng)計資料，繪制泥石流溝流域面積統(tǒng)計圖，如圖1所示。流域面積小于1平方公里的占18.2%，其中尤以1～5 km2的為多。泥石流多發(fā)生在小流域內，這與黃土高原泥石流溝固體物質補給的特征有關。由不同流域面積與單位面積上補給量額關系可知，單位面積最大補給量隨流域面積的增大而減小。因此，較大流域內暴發(fā)粘性泥石流的機會較少。

圖1 泥石流溝流域面積統(tǒng)計圖

2.1.3 主溝溝床比降

溝床比降與泥石流形成、流動關系較密切。據(jù)11條泥石流溝的統(tǒng)計，繪制泥石流溝床比降統(tǒng)計圖，如圖2所示，溝床平均比降大致在0.021～0.093之間。延安地區(qū)堆積物以強風化的黃土為主，坡率過大，當摩擦力小于下滑力時，堆積物順坡下滑，被低強度的降水沖刷，造成水土流失，發(fā)生泥石流的概率反而較低。

圖2 泥石流溝床比降統(tǒng)計圖

2.1.4 地表植被

植被可以防止地表徑流對坡面土層的直接沖刷，延緩地表水向溝谷中匯集速度，防止和推遲泥石流的發(fā)生。它們都能固持土壤、減緩地表徑流，增加土壤滲透力，具有良好的保水護土能力。大面積森林分布區(qū)是很少發(fā)生泥石流的，其原因是林木根部扎入基巖裂縫之中將松散堆積物和基巖固結為一整體。在暴雨徑流沖刷下，松散堆積物不易脫落，因此產生泥石徑流的機會較少。相反，泥石流多發(fā)生在植被松疏、上層瘩薄、基巖裸露、涵養(yǎng)水源能力差的地區(qū)。

2.2 固體物質的補給條件

第四系黃土堆積物是黃土高原泥流形成的物質基礎。從陜北洛川、甘肅天水和環(huán)縣等地不同時期的黃土粒度分析資料來看:粒徑 ＞0.25 mm的顆粒含量極低，粒徑 ＞0.1 mm顆粒含量在 0.8% ～2.0% 之間，0.05～0.1 mm 粒級的含量在3% ～16%之間，而 0.01～0.05 mm粒級的含量最高，約在50% ～67.5%之間，0.005～0.01 mm 粒級的含量在 5% ～15%之間，而0.001～0.005 mm粒級的含量也較高，在20%～35%間，＜0.001 mm粒徑的粘、膠體粒級含量在 4% ～20%間。

由于黃土質地均一，結構疏松，孔隙度一般在50%以上，土層一般厚度在120～140 m間，節(jié)理裂隙發(fā)育，極易遭受暴雨和水流侵蝕，形成滑坡、崩塌、坍塌、瀉溜等不良地質體堆積于溝道或岸坡上，成為泥流的固體物質來源。

延安地區(qū)，固體物質補給方式主要有滑坡、坍塌、廢土棄渣及瀉溜等[4]。

(1)滑坡 滑坡的補給量最大，一平方公里面積上可多達數(shù)千萬立方米，并?；霚系?，堵塞溝床，從而形成嚴重的粘性泥石流?；露喟l(fā)生在風化破碎層較厚的溝坡。

(2)坍塌 是為僅小于滑坡的一種補給方式，其規(guī)模大小懸殊。集中、大型的坍塌不僅土石數(shù)量大，還常堵塞溝道，形成粘性泥石流;而零星分布的坍塌，多形成稀性泥石流。黃土沖溝及沖積、洪積溝槽中，坍塌發(fā)生機會較多。

(3)瀉溜 多發(fā)生在由第三紀紅粘土構成的溝坡上。瀉溜的分布面積有時雖然很大，但補給物質的數(shù)量有限，積累很慢。由瀉溜補給的溝谷，泥石流比較輕微，間歇期長。

(4)廢土及棄渣 目前，由采礦、采石、修路等造成的棄渣廢土而形成的泥石流逐漸增多，如聯(lián)莊煤礦、延川中學等。

2.3 降雨因素

降雨是導致泥石流發(fā)生的主要觸發(fā)因素。調查研究表明，黃土地區(qū)泥流的臨界降雨強度為32 mm/h。研究區(qū)泥石流暴發(fā)的降雨強度為 125.6 mm/12h，大部分在 150～190 mm/12h之間，結合收集的該地區(qū)的氣象資料，本區(qū)泥石流暴發(fā)的臨界降雨強度為120 mm/12h左右。延安市降水量的分布，受季風環(huán)流，海陸分布，地形諸因素的影響，但其基本控制因素還是季風環(huán)流，故降水的分布具有明顯的季風氣候特征。延安由于處于東亞季風氣候區(qū)，暴雨一般出現(xiàn)在6～9月[5]，泥石流災害一般也發(fā)生在這幾個月。

2.4 人類工程活動

隨著人類工程活動的不斷加劇，延安市城鎮(zhèn)不斷擴大，采礦、興修水利、砍伐森林、開荒種地等嚴重地破壞了地表的植被和斜坡的穩(wěn)定性，導致地質災害頻發(fā)[3]。人類工程活動主要表現(xiàn)為:修路、建房削切坡腳，在滑坡體上修建房屋不斷加載，引水灌溉導致大量地表水人滲，使斜坡失穩(wěn);濫伐森林，在25°以上的斜坡上開荒種地，破壞植被，使堆積層松動，為水土流失和滑坡，泥石流的發(fā)生提供了條件;開礦、興修水利以及城鎮(zhèn)建設形成的大量棄渣為人工泥石流的發(fā)生提供了物源;過度開采地下水(承壓水)引起地面不均勻沉降和地裂縫的形成與發(fā)展;礦山開采直接導致斜坡失穩(wěn)，地面塌陷等[6]。在延安地區(qū)，近50 a來隨著人類工程活動的加劇，崩滑流災害成幾倍乃至幾十倍地增加，許多崩滑流都是人為因素導致斜坡的穩(wěn)定性大大降低，在暴雨的誘發(fā)下發(fā)生的，這也是地質災害沿交通線，居民居住地附近呈鏈狀，片狀分布的主要原因。目前，人類工程活動已經(jīng)成為影響該區(qū)地質災害發(fā)生的第二大主要因素。

3 結語

延安地區(qū)泥石流的分布密度和頻度由西北向東南呈遞減趨勢，主要受黃土巖性特征、地形條件和暴雨出現(xiàn)次數(shù)、強度、植被等因素影響。每年的6～10月份是雨季，這段時間也是泥石流的高發(fā)期。黃土為主要的固體物質補給條件，在本地區(qū)以泥流和泥河為主，泥石流主要分布在黃陵縣和宜川縣。

延安泥石流主要發(fā)育在山地溝谷區(qū)，由不同流域面積與單位面積上補給量額關系可知，單位面積最大補給量隨流域面積的增大而減小。因此，較大流域內暴發(fā)粘性泥石流的機會較少。

地表植被覆蓋率和主溝床比降是影響泥石流的主要地貌因素。固體物質補給方式主要有滑坡、坍塌、廢土棄渣及瀉溜等。

此外，由于國家基礎設施建設規(guī)模不斷擴大，資源開采模式不合理等一系列人類工程活動的加劇，使得地表植被減少，并且破壞了坡體平衡，遇強降雨極易發(fā)生泥石流災害。

[1]中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所.中國泥石流[M].北京:商務印書館.2000:1-13.

[2]馬東濤.黃土高原泥流災害成因及特征[J].干旱區(qū)地理.2005，28(4):436-437.

[3]趙之旭 聶福彪 張萬福.黃土塬區(qū)溝道流域泥流的形成因素與防治對策[J].防護林科技.2005，67(4):33 – 35.

[4]雷祥義.黃土高原的泥流災害與人類活動[J].陜西地質.2000，18(1):37.

[5]李昭淑.陜西省泥石流災害與防治[M].西安:西安地圖出版社.2002:46– 47，53– 58.

[6]中國科學院蘭州冰川凍土研究所.甘肅泥石流[M].人民交通出版社.1982:11-17.