習水河中游地質災害發育特征及影響因素分析

徐大富，李 慶，馮 琪

(成都理工大學環境與土木工程學院，四川 成都 610059)

0 引言

我國是世界上地質災害最嚴重的國家之一，地質災害每年發生數量巨大，且發生次數逐年增加，在地質災害中損失的財產不計其數，許多人也在地質災害中失去了生命，這嚴重阻礙了國民經濟發展[1]，嚴重威脅了人民群眾安全。近年來，為了減輕地質災害造成的危害，許多學者對地質災害進行了研究，例如郭富赟等人對黃河流域甘肅段地質災害發育特征進行了分析研究[2]，萬佳威等人對西藏嘉黎斷裂帶沿線高位鏈式地質災害發育特征進行了分析研究[3]。

習水河中游位于赤水市，是赤水市內地質災害發育比較集中的區域，區內地質災害總體上具有密度大，規模小、群發性和短時成災特點。本文基于野外調查資料及收集資料總結了研究區地質災害種類及規模、形態特征、分布特征等發育特征，并進一步對地形地貌、氣象條件、地層巖性及人類工程活動等地質災害影響因素進行了分析。

1 研究區概況

1.1 研究區范圍

習水河為赤水市境內赤水河右岸的第一大支流，河流總長116 km，流域面積約1 600 km2，總落差725 m。發源于習水縣寨壩，流經赤水市石堡、官渡、長期、長沙四個鄉鎮后進入四川境內，在合江縣附近匯入赤水河。

本文研究區位于習水河中游地區，地理坐標為東經106°11′49″～106°02′10″，北緯28°29′10″～28°34′17″，包括官渡鎮及石堡鄉的中部和西北部分區域，南臨習水縣，北接合江縣，總面積為76 km2。

1.2 地質環境條件

研究區屬中亞熱帶溫熱濕潤季風氣候區，全年降雨豐富，區內近10 a平均降雨量為1 152.6 mm，且降雨時間集中，在7月、8月份多以暴雨形式降落。習水河為區內主干河流，境內河段長16.1 km，河谷呈“U”型，其支流主要為長嵌溝與淹灘河，分別以自西向東與自南向北的流向，在官渡鎮附近匯入習水河。

在河流侵蝕及地質構造作用下，主要存在侵蝕低山溝谷地貌與侵蝕低中山峽谷地貌兩種地貌類型。其中侵蝕低山溝谷地貌主要分布在研究區域內海拔300 m～700 m，相對切割深度200 m～400 m，谷寬40 m～80 m，地形坡度多為15°～30°，松散堆積層厚，人口密度大；低中山峽谷地貌分布在海拔700 m以上，峰頂呈平坦方山地形，嶺脊線似同一高度坡狀起伏，溪溝密度大，河谷深切，岸坡地形坡度陡峭，天然植被生長茂密，是區內森林主要分布區。

區內出露地層分別為第四系殘坡積層、沖積層和洪積層，主要分布河谷及兩側階地，分布零星不連續；白堊系嘉定群地層巖性為紫色、磚紅色石英砂巖夾暗紫紅色泥巖，主要分布于習水河谷兩岸斜坡上部近山頂地帶；侏羅系上統蓬萊鎮組地層巖性為紫灰、灰綠色細粒砂巖與暗紫、紫紅色泥巖不等厚互層，主要分布在習水河沿岸的官渡背斜兩翼。

四川盆地東部的川東高陡褶皺帶在南邊呈掃帚狀向西南方向擴散，受其影響在研究區形成官渡背斜構造，北西—南東走向，經長沙、長期、官渡、石堡鄉鎮，向東延至習水縣境內。構造褶皺寬緩，巖層傾角多在10°以下。斷層稀少，僅在官渡地區有南北向小斷層。受構造與河流侵蝕影響，巖體總體發育沿習水河流經方向的卸荷裂隙。

2 地質災害發育特征

2.1 地質災害隱患類型及規模

研究區內地質災害隱患點發育有滑坡、崩塌以及不穩定斜坡三種類型，共計59處，以滑坡、崩塌為主。其中滑坡28處，占災點總數的47.46%；崩塌27處，占災點總數的45.76%；不穩定斜坡4處，占災點總數的6.78%，災害點密度為78處/100 km2，數量較多；面密度為2.8 m2/(100 m)2，整體規模不大多為中小型，約占災害點總數的94.92%，大型災害點共有3個，均為崩塌，約占5.08%(見表1)。

表1 研究區地質災害類型及規模統計

2.2 地質災害形態特征

研究區內滑坡(不穩定斜坡)均為淺層土質滑坡，最大推測滑動深度6 m，主要深度2 m～3 m，所在斜坡形態主要為凹型或直線型斜坡。滑坡形狀多呈半圓狀或圈椅狀，滑坡后壁不明顯，彎弧開口指向溝谷；后緣多為25°～35°的較陡斜坡，前緣多呈扇形、舌形；滑坡體長度主要集中在90 m～150 m間，其中長度大于100 m的有18處，占總數的64.29%；滑坡體寬度主要集中在20 m～100 m間，其中寬度在50 m～100 m的滑坡有17處，占總數的60.71%。

區內崩塌發育在凹型或階梯型斜坡中的陡崖處，其中中、大型崩塌主要發生在白堊系嘉定群組(Kjd)地層形成的高度超過80 m的陡崖，該類型陡崖發育危巖體體積較大且多位于陡崖中上部，陡崖下部堆積體連續分布，形成約30°斜坡，存在較多崩積碎塊石；小型崩塌主要發生在侏羅系蓬萊鎮組(J3p)巨厚層砂巖形成的約10 m的小陡崖，該類型陡崖在斜坡中呈階梯狀分布，巖體由于節理裂隙發育較密集，危巖體體積小而多，斜坡坡度約為10°～40°。

2.3 地質災害分布特征

1)空間分布特征：研究區內地質災害分布具有總體分散局部集中的特點，滑坡集中分布于習水河及其支流兩岸斜坡中下部，高程約300 m～500 m；崩塌總體分布較為分散，但大中型崩塌集中分布于兩岸坡頂位置，即高程大于700 m的區域。

2)時間分布特征：根據野外調查資料，統計研究區已發生地質災害或出現運動變形跡象的時間，其在各月份分布結果如圖1所示，可以發現研究區地質災害發生的時間主要集中于5月～7月份，占總數的67.31%。

3 地質災害影響因素

3.1 地形地貌

研究區地處四川盆地與云貴高原的斜坡過渡地帶，這決定了區內地表侵蝕強烈、地形高差大、斜坡多災害的發展趨勢。由于區內水系發育，在河流侵蝕作用下山體斜坡受到切割，形成較好的臨空面，為地質災害的發育提供了地形條件，因此地形地貌是影響習水河中游地區地質災害發育的內因之一。

為研究區內高程、坡度與坡向三類地形因子對地質災害發育的影響情況，本文以區內數字等高線所生成的DEM高程模型為依據，利用ArcGIS軟件將高程按照100 m為間隔、坡度按照5°為間隔、坡向按照45°為間隔分別劃分成不同等級。通過ArcGIS軟件中重分類與統計分區工具，可得出研究區內崩塌滑坡的面密度及柵格百分比，其中柵格數量百分比為崩塌(滑坡)柵格在不同等級所占柵格數量與全部崩塌(滑坡)所占柵格數量之比，面密度為崩塌(滑坡)柵格在不同等級所占柵格數量與該等級總數量之比。

根據圖2,圖3可以發現，崩塌在1 200 m高程范圍以內均有分布，但主要集中在600 m～1 000 m范圍內，面密度最大值處于800 m～900 m范圍，而柵格百分比則在700 m～800 m范圍出現最大值；滑坡分布在600 m高程以內，面密度及柵格百分比變化趨勢基本一致，最大值均在300 m～400 m高程范圍內，之后隨高程增加而逐漸減小。

如圖4，圖5所示，在0°～50°的坡度范圍內，崩塌面密度及柵格百分比皆隨坡度增加而增大，最大值出現在45°～50°范圍內，之后在50°～65°范圍內逐漸減小；滑坡面密度與坡度的關系相對較小，在0°～40°的坡度范圍分布較為分散，通過柵格數量百分比可以看出滑坡集中發生在10°～20°坡度內。

如圖6，圖7所示，崩塌相對于坡向分布較為分散，面密度與柵格數量變化規律一致，在北、南、西北三個坡向上出現較大值，滑坡柵格數量在東南—西北(135°～335°)坡向范圍內，面密度在此范圍內也較高，最大值在西南方向出現。

通過以上結果可知，研究區內，當高程為800 m～900 m，斜坡整體坡度為45°～50°，坡向為北、南、西時易發生崩塌地質災害；當高程為300 m～400 m，斜坡整體坡度為10°～20°，坡向為東南—西北時較易發生滑坡地質災害。

3.2 氣象條件

如圖8所示為區內降雨量及溫度的變化情況。從圖8中可以得知，全年降水量集中于6月～9月份，降雨量約占全年降雨量的62.3%，降雨量大且集中為滑坡崩塌地質災害的發生提供了條件，主要體現在其直接產生的沖刷作用加速了巖質邊坡的風化作用，也改變了坡體(巖體)自重，使斜坡內部應力狀態發生改變，導致坡體出現變形、開裂等不良現象。另外，降雨沿著松散土體或基巖構造節理、卸荷與風化裂隙等空隙下滲，在相對隔水部位形成飽水帶，軟化巖土體，同時形成孔隙水壓力，降低巖土體強度，從而觸發滑坡、崩塌的發生。降雨的多少直接影響地質災害的發生頻率[4]，每年的雨季同時也是地質災害的高發季節。

氣溫對地質災害的影響相對較小，但也是不可忽略的因素之一，從圖8,圖9可以看見一年內溫度變化情況，區內年平均氣溫19.9 ℃，1月份氣溫最低，為7.5 ℃，7月份氣溫最高，為29.9 ℃。可8月份的平均溫差最大，為7.2 ℃；1月份平均溫差最小，小于2 ℃，區內巖石導熱性較差，在長時間的溫差變化及溫度循環后，會對巖石的抗壓、抗拉強度等力學指標產生弱化，當這種變化經過長時間的積累，會使巖石內部產生一些微小裂隙，裂隙不斷的增加合并，最終在巖體中產生較大裂隙，使巖石破碎，加速了巖質邊坡的風化變形，從而誘發地質災害。

3.3 地層巖性

地層巖性是孕育地質災害的基礎條件，不同的巖土體性質及組合方式會形成不同的地質災害類型，地層巖性是形成地質災害的內因之一。在本區域內巖土體較為簡單，主要為軟硬互層的砂泥巖及第四系覆蓋層。

區內第四系覆蓋層主要為含碎石粉質黏土及一些砂泥巖風化殘積物，具有孔隙度大、結構松散，吸水能力較強，持水性差的特點，其與下覆基巖存在滲透性、持水性等較大的差異，在降雨情況下，會在基覆界面形成暫時的飽水帶，形成飽水帶后，水體會軟化土層并對土體形成向上的浮托力；在持續降雨的情況下，地下水會沿著基覆界面運移，逐漸形成滑動面(帶)，在強降雨或人類工程活動的誘發下形成滑坡。

研究區內基巖主要為砂巖和泥巖。其中侏羅系地層巖性組合為砂巖泥巖互層，泥巖屬于軟弱巖層，易被風化，當泥巖上部為厚層砂巖時，砂巖下部便會形成空腔(如圖10所示)，加上研究區內巖石節理裂隙發育，巖石較為破碎，容易在自身重力的影響下形成后緣裂隙，并隨著時間不斷擴大，在集中降雨或地震等外部因素下引起巖體裂隙貫通，并墜落至坡面，沿斜坡滾動，形成“自下而上”的小型墜落式崩塌。

白堊系出露巖層主要為巨厚層石英砂巖，質地堅硬，其內多發育有陡傾結構面(主要為節理)，使巖體整體呈板柱狀結構，陡傾的板柱狀巖體在自重彎矩作用下,于前緣開始向臨空方向彎曲,并逐漸向坡內發展，彎曲的巖體之間互相錯動并伴有拉裂,彎曲體后緣出現拉裂縫,在此階段，可能會造成局部崩落，最后由于巖體的徹底斷裂，巖塊轉動、傾倒[5]，形成“自上而下”的中大型傾倒式崩塌。

3.4 人類工程活動

隨著研究區經濟的發展，研究區內道路切坡及切坡建房現象不斷的加劇，不斷增加的道路工程及一些建房工程破壞了原有的自然斜坡，形成了高陡邊坡及巖土體剪出口，在暴雨情況下，可能就會形成局部的崩滑甚至斜坡整體滑動，極大地增加了發生地質災害的風險。據調查，本區域共有8處地質災害隱患由工程活動造成，占全部地質災害的13.6%，而且比例近年來還在不斷的增大，可見人類工程活動已成為研究區誘發地質災害的主要因素之一(見圖11)。

4 結語

1)研究區地質災害主要為滑坡、崩塌和不穩定斜坡共59處，整體規模不大，主要為中小型，大型災害點共有3個，均為崩塌。研究區內滑坡主要發生在凹型或直線型斜坡多呈半圓狀或圈椅狀；崩塌主要發生在凹型或階梯型斜坡，中大型崩塌主要發育在白堊系嘉定群組(Kjd)地層形成的高度超過80 m的陡崖，小型崩塌主要發生在侏羅系蓬萊鎮組(J3p)巨厚層砂巖形成的約10 m的小陡崖。

2)研究區內地質災害分布從空間上看具有總體分散局部集中的特點，滑坡集中分布于習水河及其支流兩岸斜坡中下部；崩塌總體分布較為分散，但大中型崩塌集中分布于兩岸坡頂位置，從時間上看，地質災害發生主要集中于5月～7月份。

3)研究區地形地貌為地質災害形成的內因之一，通過對高程、坡度及坡向的研究發現，當高程為800 m～900 m，斜坡整體坡度為45°～50°，坡向為北、南、西時易發生崩塌地質災害；當高程為300 m～400 m，斜坡整體坡度為10°～20°，坡向為東南—西北時易發生滑坡地質災害。

4)研究區誘發因素主要為氣象條件及人類工程活動，其中降雨量大且集中為滑坡崩塌地質災害的發生提供了條件，長時間的溫差變化及溫度循環使巖石更易破碎，加速了巖石的風化變形；人類工程活動會破壞原有的自然斜坡，形成的高陡邊坡及巖土體剪出口極大地增加了發生地質災害的風險。

5)地層巖性孕育地質災害的基礎條件，研究區內巖土體主要為軟硬互層的砂泥巖及第四系覆蓋層。其中第四系覆蓋層由于其性質易形成淺層滑坡，侏羅系地層砂巖泥巖互層形成一種“自下而上”的小型墜落式崩塌，白堊系巨厚層石英砂巖形成“自上而下”的中大型傾倒式崩塌。