基于降水、地震對海原縣地質災害影響的耦合分析

弓永峰+高宇+仲佳鑫

【摘 要】依托1：5萬海原縣地質災害詳細調查項目，在研究地質災害的類型、分布、發育特征的基礎上，將降水、地震的多元信息與地質災害的基礎信息進行耦合分析.分析表明，海原縣地質災害的主要誘發因素為降水、地質和人類活動。根據地質災害的特點，提出了具體的防治措施.

【關鍵詞】海原縣；地質災害；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]。地震導致海原縣地質環境極度惡化，巖土體結構破壞嚴重，地質災害多發頻發。近年來，隨著極端降水天氣的加劇，海原縣地質災害有增長之勢，嚴重威脅群眾的生命財產安全。據不完全統計，截止2011年底，海原縣查明各種地質災害隱患點145處，死亡20人，經濟損失1490.7萬元，受威脅人口7863人。

本文依托1：5萬海原縣地質災害詳細調查項目，在確定海原縣地質災害的類型、分布及發育特征的基礎上，通過將降水、地震與地質災害特征的進行耦合分析，確立了地質災害的主要致災因子，針對性地提出了防治措施。

1. 地質災害類型、分布及發育特征

1.1 地質災害類型、分布

海原縣地質災害類型有滑坡、崩塌、不穩定斜坡、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，不穩定斜體29處，地面塌陷1處。滑坡、崩塌和不穩定斜坡主要分布于海原縣南部海原大地震的主震區，泥石流主要分布在新構造運動差異明顯的地形突變帶。

1.2 地質災害發育特征

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。按物質組成可分為土質滑坡和巖質滑坡[2]，以土質滑坡為主。坡體內部節理面控制著滑坡后壁拉裂位置，層面控制著滑動面的位置；崩塌均為小型土質崩塌，坡高5-40m，坡度71-90°，自然因素誘發10處、人工誘發8處；不穩定斜坡分為基巖結構、黃土結構和黃土-基巖雙層結構，具有坡度跨度大、潛在危害大、誘發因素清楚、宏觀前兆明顯、可預防性強的基本特征；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，松散堆積物發育，溝縱坡降較大，堆積扇不發育，擴散角15-30°，扇長100-1000m，扇寬50-500m。

2 .基于降水、地震與地質災害特征的耦合分析

影響海原縣地質災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災害的基礎信息進行耦合分析，并綜合考慮人類工程活動對地質災害的影響，得出海原縣地質災害的主要誘發因素為降水、地質和人類活動。

2.1 降水與地質災害時空分布特征的耦合分析

崩塌、滑坡、泥石流與人類生產、生活密切相關，它的發生是多種因素的組合，但降水是誘發地質災害的主要因素之一[4].Brand對滑坡災害與降雨資料進行了對比分析，結果表明，大多數滑坡的發生時間與最大時降雨量同步，并指出利用24h累積降雨量預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系，認為降雨引發滑坡的頻度與降雨量之間遵循分形的冪指數關系[6]. 本文通過分析海原縣近30年的降水資料，發現地質災害與降水在時間和空間上的耦合關系明顯。

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

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

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

2.2 地震與地質災害特征的耦合分析

海原縣位于我國南北地震帶的北端[7] [8]，地震頻發、強度大，新構造運動強烈，自1920年到1982年間，震中位于海原縣境內的強震共發生了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]。極震區烈度Ⅻ度，Ⅺ度以上遭災面積達2000km2，地震觸發的滑坡、崩塌在海原縣南部、西吉縣北部遍布。國內學者對海原大地震誘發黃土滑坡作了大量研究。白銘學、王增光等對海原大地震引發的固原石碑塬黃土層的低角度滑移進行了研究[10]。王家鼎、張倬元等對黃土滑坡提出了遠程、斜拋、粉層化機理學說[11]。

2.2.1 地震與黃土結構耦合分析 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。由于距物源區較近，顆粒成分以大顆粒粉砂質為主，顯微結構顯示黃土顆粒孔隙大、孔隙率高、結構松散、固結差、強度低，以支架橋接方式連接，連接面積小，強度低。物理力學實驗證明該區黃土含水率低、干密度小、濕陷系數高。地震波與黃土結構破壞的耦合構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生變形的機理，項目組曾試圖在李俊滑坡堆積體進行鉆探取樣分析，可是鉆進45米左右時，鉆機漏漿明顯，大量注入粘土泥球都無濟于事，說明黃土結構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。結果表明，強大的地震力容易使黃土結構破損，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合部位及南部黃土丘陵區與河谷平原結合部位地貌突變明顯，地形相對高差大，地質災害發育。地震與地貌的耦合效應較為復雜，初步認為地形突變段可能導致地震波傳播強度、傳播方向發生差異變化是誘發災害集中的原因之一。地震與地形的耦合主要表現在不同的相對高差和坡度表現出不同的災害表觀特征。調查發現，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，其活動性質表現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生左旋走滑。地震滑坡密集區主要位于地震斷裂帶轉交接部位或樞紐部位的河谷兩側，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力場的控制。多數巨型、特大型滑坡的主滑方向為北西向，與主壓應力方向一直，與北西～北北西張應力相同。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災害的影響

海原縣人類削坡、坡體加載等活動將原坡體平衡態打破，使斜坡產生卸荷、拉張和風化裂隙，產生滑坡、崩塌、斜坡失穩等地質災害。據調查，新發生的滑坡、崩塌均與人類活動存在不同程度的相關性。一是亂砍濫伐破壞地質環境，亂砍亂伐→破壞地質環境→氣候反常→暴雨頻發→滑坡、崩塌、泥石流發生。二是劈山建房、修路、開礦引發地質災害。由于海原縣地處山區，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、黃土丘陵區的村民便道一般位于河（溝）谷兩側，在狹窄地段，切坡不可避免，卻很少進行工程防護，極易形成崩塌、滑坡災害隱患；建筑石料、粘土礦露天開采形成的高陡邊坡，易引發崩塌、滑坡災害。

3 . 防治措施

為了保護人民生命和財產安全，保障經濟社會的可持續發展，必須堅持科學發展觀，以“以人為本”和“五位一體”戰略為指導，堅持“預防為主，避讓與治理相結合”，統籌推進“四大體系”建設，協調推進受威脅群眾的搬遷避讓工作，切實保護、改善和合理開發利用生態環境。

參考文獻：

[1] 蘭州地震研究所，寧夏地震隊. 1920 年海原大地震[M].北京： 地震出版社， 1980.

[2] 劉祖典，郭增玉，夏旺民，等.黃土滑坡發育的普遍規律和穩定性判斷[J].西安建筑與建材：2004，（144）：32-33.

[3] 劉玉平，楊麗娜，梁鈺，等.邢臺西部山區地質災害形成的成因分析[J].地質災害與環境保護：2008，19（2）：33-37.

[4] 張翠玲，張海仙，成軍軍，等.呂梁市地質災害氣象預報方法研究[J].科技情報開發與經濟：2008：18（13）：128-129.

[5] Brand E W，Premchitt J，Philipson H B Relantionship between rainfall and landslides in Hong Kong[C]//Proc 4th Int Symp Landslides，Toronto：1984：377-384

[6] 李長江，麻土華，李煒 ，等.滑坡頻度-降雨量的分形關系[J].中國地質災害與防治學報：2010，21（1）：87-93.

[7] 國家地震局地質研究所，寧夏回族自治區地震局.海原活動斷裂帶[M].北京：地震出版社，1990.

[8] 寧夏回族自治區地質礦產局， 寧夏回族自治區區域地質志[M]. 北京：地質出版社，1990：431.

[9] 國家地震局蘭州地震研究所，陜甘寧青四省（區）強地震目錄：公元1177年-公元1982年[M].西安：陜西科學技術出版社，1985.

[10] 白銘學、王增光 ，等.黃土地層中的地震滑坡[J] .西北勘查技術：1994，（2）：15-21 .

[11] 王家鼎、張倬元.典型高速黃土滑坡群的系統工程研究[M] .成都：四川科學技術出版社，1999：31-35.endprint