基于降水、地震對海原縣地質(zhì)災(zāi)害影響的耦合分析

弓永峰+高宇+仲佳鑫

【摘 要】依托1：5萬海原縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查項目，在研究地質(zhì)災(zāi)害的類型、分布、發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，將降水、地震的多元信息與地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)信息進(jìn)行耦合分析.分析表明，海原縣地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素為降水、地質(zhì)和人類活動。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的特點，提出了具體的防治措施.

【關(guān)鍵詞】海原縣；地質(zhì)災(zāi)害；降水；地震

海原縣南、西華山-六盤山斷裂帶上，該斷裂切割古生代以來的所有地塊，近期活動強烈，導(dǎo)致地震頻率高，破壞性大，尤其是1920年聞名于世的8.5級海原大地震，使西安州、甘鹽池兩座古城蕩然無存。地震時山崩地裂，滑坡遍布，河流壅塞，交通斷絕，房屋倒塌，有23.4萬人在這次地震中失去了生命，景象十分凄慘[1]。地震導(dǎo)致海原縣地質(zhì)環(huán)境極度惡化，巖土體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)。近年來，隨著極端降水天氣的加劇，海原縣地質(zhì)災(zāi)害有增長之勢，嚴(yán)重威脅群眾的生命財產(chǎn)安全。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2011年底，海原縣查明各種地質(zhì)災(zāi)害隱患點145處，死亡20人，經(jīng)濟(jì)損失1490.7萬元，受威脅人口7863人。

本文依托1：5萬海原縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查項目，在確定海原縣地質(zhì)災(zāi)害的類型、分布及發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，通過將降水、地震與地質(zhì)災(zāi)害特征的進(jìn)行耦合分析，確立了地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因子，針對性地提出了防治措施。

1. 地質(zhì)災(zāi)害類型、分布及發(fā)育特征

1.1 地質(zhì)災(zāi)害類型、分布

海原縣地質(zhì)災(zāi)害類型有滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流和地面塌陷，總計145處，其中滑坡49處，崩塌18處，泥石流48處，不穩(wěn)定斜體29處，地面塌陷1處?；隆⒈浪筒环€(wěn)定斜坡主要分布于海原縣南部海原大地震的主震區(qū)，泥石流主要分布在新構(gòu)造運動差異明顯的地形突變帶。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

滑坡多為中小型，長度15-200m、寬度20-200m、厚度2-10m、坡度21-50°、坡高20-120m。按物質(zhì)組成可分為土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡[2]，以土質(zhì)滑坡為主。坡體內(nèi)部節(jié)理面控制著滑坡后壁拉裂位置，層面控制著滑動面的位置；崩塌均為小型土質(zhì)崩塌，坡高5-40m，坡度71-90°，自然因素誘發(fā)10處、人工誘發(fā)8處；不穩(wěn)定斜坡分為基巖結(jié)構(gòu)、黃土結(jié)構(gòu)和黃土-基巖雙層結(jié)構(gòu)，具有坡度跨度大、潛在危害大、誘發(fā)因素清楚、宏觀前兆明顯、可預(yù)防性強的基本特征；泥石流分為泥流、泥石流和水石流，多為溝谷型，具有匯水面積大，松散堆積物發(fā)育，溝縱坡降較大，堆積扇不發(fā)育，擴(kuò)散角15-30°，扇長100-1000m，扇寬50-500m。

2 .基于降水、地震與地質(zhì)災(zāi)害特征的耦合分析

影響海原縣地質(zhì)災(zāi)害形成的因素主要有自然因素和人類活動[3].自然因素主要為降水和地震。通過將降水、地震的多元信息與地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)信息進(jìn)行耦合分析，并綜合考慮人類工程活動對地質(zhì)災(zāi)害的影響，得出海原縣地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素為降水、地質(zhì)和人類活動。

2.1 降水與地質(zhì)災(zāi)害時空分布特征的耦合分析

崩塌、滑坡、泥石流與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，它的發(fā)生是多種因素的組合，但降水是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一[4].Brand對滑坡災(zāi)害與降雨資料進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，大多數(shù)滑坡的發(fā)生時間與最大時降雨量同步，并指出利用24h累積降雨量預(yù)測滑坡具有很重要的意義[5]；李長江等分析了滑坡頻度與降雨量的分形關(guān)系，認(rèn)為降雨引發(fā)滑坡的頻度與降雨量之間遵循分形的冪指數(shù)關(guān)系[6]. 本文通過分析海原縣近30年的降水資料，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害與降水在時間和空間上的耦合關(guān)系明顯。

2.1.1 降水與地質(zhì)災(zāi)害時間上耦合分析 降水與地質(zhì)災(zāi)害在時間上具有一致性。首先，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率與大氣降水的強度相關(guān)，1998年海原縣年均降水量較往年平均降水量多，相對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量也較往年多。其次，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與汛期對應(yīng)，海原縣主汛期為7-9月，地質(zhì)災(zāi)害在這三個月的發(fā)生次數(shù)占全年總數(shù)的80%以上。

2.1.2 降水與地質(zhì)災(zāi)害空間上耦合分析 暴雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素[8]，地質(zhì)災(zāi)害與強降水在空間上高度一致。降水相對較多的地區(qū)，也是地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)。海原縣南部降水量大于北部，南部地質(zhì)災(zāi)害也比北部發(fā)育。1998年海原縣降水落區(qū)與地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)重合較多，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻次達(dá)到峰值。1984年、1985年降水量與1998年相近，但雨區(qū)并未與地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)重合，地質(zhì)災(zāi)害頻次較少。

通過耦合分析得出，降水對地質(zhì)災(zāi)害的影響主要有兩個方面：一是海原縣多數(shù)坡體被改造為梯田，增加了匯水面積，減小了地表徑流系數(shù)，導(dǎo)致更多的降水下滲；二是水體滲入，坡體自重增加，粘聚力和內(nèi)摩擦角降低，抗滑帶摩擦系數(shù)減小，抗滑力不足以平衡下滑力，誘發(fā)坡體下滑。

2.2 地震與地質(zhì)災(zāi)害特征的耦合分析

海原縣位于我國南北地震帶的北端[7] [8]，地震頻發(fā)、強度大，新構(gòu)造運動強烈，自1920年到1982年間，震中位于海原縣境內(nèi)的強震共發(fā)生了10次，平均近7年就有一次強震，尤以聞名于世的海原8.5級大地震震級最高，破壞性最大，影響范圍最廣[9]。極震區(qū)烈度Ⅻ度，Ⅺ度以上遭災(zāi)面積達(dá)2000km2，地震觸發(fā)的滑坡、崩塌在海原縣南部、西吉縣北部遍布。國內(nèi)學(xué)者對海原大地震誘發(fā)黃土滑坡作了大量研究。白銘學(xué)、王增光等對海原大地震引發(fā)的固原石碑塬黃土層的低角度滑移進(jìn)行了研究[10]。王家鼎、張倬元等對黃土滑坡提出了遠(yuǎn)程、斜拋、粉層化機理學(xué)說[11]。

2.2.1 地震與黃土結(jié)構(gòu)耦合分析 海原縣地處我國黃土高原的西北邊緣，黃土源于騰格里沙漠。由于距物源區(qū)較近，顆粒成分以大顆粒粉砂質(zhì)為主，顯微結(jié)構(gòu)顯示黃土顆?？紫洞?、孔隙率高、結(jié)構(gòu)松散、固結(jié)差、強度低，以支架橋接方式連接，連接面積小，強度低。物理力學(xué)實驗證明該區(qū)黃土含水率低、干密度小、濕陷系數(shù)高。地震波與黃土結(jié)構(gòu)破壞的耦合構(gòu)成了黃土地震滑坡的主要因素。為了驗證黃土體在地震動荷載作用下產(chǎn)生變形的機理，項目組曾試圖在李俊滑坡堆積體進(jìn)行鉆探取樣分析，可是鉆進(jìn)45米左右時，鉆機漏漿明顯，大量注入粘土泥球都無濟(jì)于事，說明黃土結(jié)構(gòu)曾遭受過地震波高強度的破壞，也證實了海原地震以豎向振動為主。結(jié)果表明，強大的地震力容易使黃土結(jié)構(gòu)破損，黃土粒間空隙破壞，黃土整體強度喪失，促使地震烈度驟增，黃土坡體產(chǎn)生瞬間崩潰而形成滑坡。endprint

2.2.2 地震與地形地貌特征耦合分析 海原縣特殊的地形地貌造成地震波的作用效果差異顯著。海原縣南（西）華山、月亮山與黃土丘陵結(jié)合部位及南部黃土丘陵區(qū)與河谷平原結(jié)合部位地貌突變明顯，地形相對高差大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。地震與地貌的耦合效應(yīng)較為復(fù)雜，初步認(rèn)為地形突變段可能導(dǎo)致地震波傳播強度、傳播方向發(fā)生差異變化是誘發(fā)災(zāi)害集中的原因之一。地震與地形的耦合主要表現(xiàn)在不同的相對高差和坡度表現(xiàn)出不同的災(zāi)害表觀特征。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，海原縣地震滑坡集中分布在坡體相對高差50-100米，坡度在25-35°之間。

2.2.3 地震與活動斷裂帶耦合分析 海原地震斷裂屬南西華山斷裂帶的一個分支，其活動性質(zhì)表現(xiàn)為東西向或北西向為左旋走滑，近南北向為擠壓逆沖。主壓應(yīng)力方向為北東～北北東，垂直于逆沖斷裂，與東西向斷裂斜交而使其產(chǎn)生左旋走滑。地震滑坡密集區(qū)主要位于地震斷裂帶轉(zhuǎn)交接部位或樞紐部位的河谷兩側(cè)，且其滑動方向除了受自然重力影響而向臨空處滑動外，主要還受活動斷裂應(yīng)力場的控制。多數(shù)巨型、特大型滑坡的主滑方向為北西向，與主壓應(yīng)力方向一直，與北西～北北西張應(yīng)力相同。由此反映出，走向北北西的海原地震斷裂對黃土滑坡的空間分布及滑動方向具有明顯的控制作用。

2.3 人類工程活動對地質(zhì)災(zāi)害的影響

海原縣人類削坡、坡體加載等活動將原坡體平衡態(tài)打破，使斜坡產(chǎn)生卸荷、拉張和風(fēng)化裂隙，產(chǎn)生滑坡、崩塌、斜坡失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)調(diào)查，新發(fā)生的滑坡、崩塌均與人類活動存在不同程度的相關(guān)性。一是亂砍濫伐破壞地質(zhì)環(huán)境，亂砍亂伐→破壞地質(zhì)環(huán)境→氣候反常→暴雨頻發(fā)→滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生。二是劈山建房、修路、開礦引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。由于海原縣地處山區(qū)，地形狹窄，平地短缺，居民往往在崖邊挖窯或開挖坡腳建房，破壞了坡體的穩(wěn)定性。另一方面，狹窄的溝（河）谷階地本身也是洪水、泥石流的威脅對象；修建于山區(qū)、黃土丘陵區(qū)的村民便道一般位于河（溝）谷兩側(cè)，在狹窄地段，切坡不可避免，卻很少進(jìn)行工程防護(hù)，極易形成崩塌、滑坡災(zāi)害隱患；建筑石料、粘土礦露天開采形成的高陡邊坡，易引發(fā)崩塌、滑坡災(zāi)害。

3 . 防治措施

為了保護(hù)人民生命和財產(chǎn)安全，保障經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，必須堅持科學(xué)發(fā)展觀，以“以人為本”和“五位一體”戰(zhàn)略為指導(dǎo)，堅持“預(yù)防為主，避讓與治理相結(jié)合”，統(tǒng)籌推進(jìn)“四大體系”建設(shè)，協(xié)調(diào)推進(jìn)受威脅群眾的搬遷避讓工作，切實保護(hù)、改善和合理開發(fā)利用生態(tài)環(huán)境。

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