地形因素與地質災害分布相關性分析

孫 超，曹 頤，王昕洲，葉瑩瑩，韓 沖，王林英

SUN Chao,CAO Yi,WANG Xin-zhou,YE Ying-ying,HAN Chong,WANG Lin-ying

河北省地質環境監測院，河北 石家莊 050021

Hebei Institute of Environmental Geology Exploration,Shijiazhuang 050021,China

地質災害，包括自然因素或者人為活動引發的危害人民生命財產安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害，自1990年至2015年，河北省地質災害共造成775人死亡和失蹤，約95 000 000萬元財產損失，最高年份1996年直接經濟損失達840 819萬元[1]。其中，自然因素是地質災害的主要成因，可分為地形因素、地質因素、降水因素等，地形地勢作為地質災害的一個主要形成條件，對地質災害的發育分布起著十分重要的作用，并具有直觀、數據易于獲取等特點，歷來為眾多地學工作者所關注[2-5]，并采用了層次分析法[6]、線性回歸模型[7]、模糊綜合評價模型[8]、灰關聯分析法[9]等方法進行研究。任何方法的選取均基于詳實的調查數據，通過基于河北省1∶5萬地質災害調查成果，選取了具有代表性的崩塌、滑坡、泥石流地質災害隱患3 570處，從分布高程、坡度、匯水面積等因素進行統計分析，通過對地形與地質災害分布相關性的研究，探究河北省地質災害在地形地勢方面的特點，研究地形因素對地質災害的空間分布的影響，為政府規劃、防災減災提供參考。

1 河北省地形地勢概述

河北省地勢西北高、東南低，由西北向東南傾斜。地貌復雜多樣，高原、山地、丘陵、盆地、平原類型齊全，有壩上高原、燕山和太行山山地、河北平原三大地貌單元。壩上高原屬蒙古高原一部分，地形南高北低，平均海拔1 200～1 500 m，面積15 954 km2，占全省總面積的8.5%。燕山和太行山山地，包括中山山地區、低山山地區、丘陵地區和山間盆地4種地貌類型，海拔多在2 000 m以下，山地面積90 280 km2，占全省總面積的48.1%。河北平原區是華北平原的一部分，按其成因可分為山前沖洪積平原，中部沖湖積平原區和濱海平原區3種地貌類型，全區面積81 459 km2，占全省總面積的43.4%。

2 海拔高程與地質災害關系

河北省崩塌和滑坡地質災害數量隨高度增加呈現先升后降的趨勢(圖1)，在200～700 m高程集中分布，52.8%的崩塌以及62.0%的滑坡分布在該區域(表1)，主要原因與河北省人口分布呈現緊密聯系。由于海拔增高氣溫和氣壓也隨之降低，它直接制約著人的生理機能和生命活動，隨高度增加而導致的氣候惡劣、地形陡峭、交通不便、土地貧瘠等不利因素，不僅使農業生產深受影響，對其它經濟活動也不利。研究表明，海拔0～800 m是人居適宜性最好的區間[10]，地質災害因此也主要分布于該區間，海拔小于200 m的丘陵區，由于地形起伏度小，山體平緩開闊，一般不容易發生崩塌、滑坡、泥石流地質災害，海拔高于800 m區間由于人口密度低，缺乏威脅對象，多以自然現象而不是地質災害的形式體現。

圖1 崩塌、滑坡分布高程比例變化曲線Fig.1 Change curves of elevation of collapse and landslide

表1 崩塌、滑坡分布高程比例統計表

Table 1 Scale distribution table of elevation of collapse and landslide

分布高程(m)崩塌滑坡<1003.3%1.0%100～20010.8%5.4%200～3009.6%13.8%300～40012.5%11.6%400～50010.9%10.8%500～6009.1%13.8%600～70010.7%12.0%700～8008.5%8.0%800～9005.6%6.6%900～1 0005.0%4.0%1 000～1 1003.6%4.6%1 100～1 2003.3%3.0%1 200～1 3002.2%1.0%1 300～1 4001.9%1.1%1 400～1 5001.2%0.9%1 500～1 6001.2%1.4%>1 6000.6%1.0%

以同位于保定地區面積接近的淶源縣和易縣為例，淶源縣海拔在800～1 400 m的相對較高海拔區，易縣90%以上為低山丘陵，海拔相對較低，人口密度易縣遠遠大于淶源縣，但在地質災害隱患的數量和密度上淶源縣為易縣的五倍左右(表2)。

表2 淶源縣、易縣人口、地質災害密度對比表

3 山體坡度、溝床比降與地質災害關系

3.1 山坡坡度

地形坡度是斜坡穩定的重要影響因素，坡度不僅影響斜坡內的應力分布，而且對斜坡表面地表水徑流、斜坡體內地下水的補徑排、斜坡上松散物質的堆積厚度、植被蓋度等起著決定性的控制作用，進而控制斜坡體的穩定性，是斜坡地質災害的重要影響因素[11]。崩塌數量整體隨坡度增加呈現遞增趨勢，滑坡數量隨坡度增加呈現先升后降趨勢(圖2)。河北省72.4%的崩塌發育在坡度大于60°的陡峻斜坡上，78.3%的滑坡發育在坡度20°～50°的斜坡上(表3)，即50°基本為崩塌和滑坡的劃分界線。

圖2 崩塌、滑坡分布坡度比例變化曲線Fig.2 Change curves of elevation of slope and landslide

表3 崩塌、滑坡坡度比例分布表

Table 3 Scale distribution table of slope gradient of collapse and landslide

坡度崩塌滑坡<20°0%5.8%20～30°2.3%28.9%30°～40°6.1%33.1%40°～50°8.4%16.3%50°～60°10.9%7.3%60°～70°20.7%4.9%70°～80°28.6%3.0%>80°23.1%0.9%

泥石流溝谷山坡坡度的大小直接影響到泥石流固體物質的補給方式與數量，泥石流溝內存在利于發生崩塌、滑坡的坡度，為泥石流的發生提供了大量的物源。河北省67.3%的泥石流集中在山坡坡度大于25°的區域。此外，在山坡坡度陡峭的地方，上方如有較高的陡崖，當云層較低時，能形成局部的地形雨，使得該區域的雨量驟然增加，加大了泥石流發生的可能性[12]。

3.2 溝床比降

溝床比降是地貌條件的主要體現參數,是影響泥石流形成和運動的重要因素。泥石流的形成需要有足夠的使流體由位能轉變為動能底床條件，即需要有一定的高差和溝床比降度。一般來說，泥石流的流域高差越大、溝床比降越大，則越有利于泥石流的形成[13]。根據河北省泥石流分布實際情況，河北省72.3%的泥石流高差集中在100～500 m，49.6%的泥石流高差集中在100～300 m，41.9%的泥石流溝床比降在213‰～105‰(表4)，呈現出中間大兩頭小的規律，其原因在于在溝床比降小于105‰時泥石流觸發動能逐漸不足，而在溝床比降大于213‰的溝谷條件下，一方面其下游人類居住條件一般較為惡劣，多沒有大的居民點存在，另一方面溝床比降過大時，泥石流匯水面積多偏小，補給段長度比一般不超過60%，無法產生足夠的物源，且水流排泄快，較小的降雨多無法對溝口形成堵塞，多以水流而不是泥石流的形式進行排泄。

表4 泥石流溝床比降比例分布表

4 溝谷匯水面積、溝谷形態與泥石流關系

泥石流的形成需要足夠的水作為外動力，即需要有相對較大的匯水面積，但匯水面積太大的溝谷縱坡比降多相對較小，反而不利于泥石流的形成。河北省83.9%的泥石流匯水面積小于5 km2，11.3%的泥石流匯水面積5～10 km2，匯水面積大于10 km2的泥石流僅占4.8%(表5)。

河北省典型泥石流從上游至下游一般分為形成區、流通區及堆積區，上游形成區溝谷形態多為三面環山、一面出口的倒漏斗狀，地形開闊便于水及物源的匯集；中游流通區地形多為狹窄陡深的峽谷，溝谷形態以V型谷為主，占比65.6%，25.8%泥石流為U型谷，V型谷的溝谷形態更有利于泥石流松散物質的匯集，使泥石流得以迅猛直瀉；下游堆積區地形多平坦開闊，便于碎屑物質的堆積[14]。

表5 泥石流與匯水面積關系統計表

5 結 論

受制于人類居住環境等因素，河北省地質災害在海拔高程、坡度、溝床比降等方面并非理論上的正相關性，而是呈拋物線型分布，主要分布于海拔200～700 m的中低山區，崩塌發育坡度多大于60°，滑坡發育坡度多在20～50°，泥石流匯水面積大多小于5 km2，溝谷形態以V型谷為主，在山坡坡度大于25°，高差100～500 m，溝床比降213‰～105‰的區域集中分布。根據上述特征，并參考地層巖性、構造條件等地質環境條件以及人口分布特征，認為燕山中低山區的圍場縣、赤城縣、豐寧縣、承德縣、興隆縣、遷西縣、寬城縣，以及太行山區的保定、石家莊、邢臺、邯鄲西部為河北省崩塌、滑坡、泥石流地質災害重點防范區域。