粵北山區某縣地質災害分布規律與影響因素探析

劉鵬若 任 慧

（廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

0 引言

為做好地質災害隱患點防范工作，需深入開展地質災害隱患點的調查摸底工作。廣東省受亞熱帶特殊自然地理環境的影響，氣候、地形、地貌、地質結構條件復雜多樣，地質災害頻發，種類繁多，主要有地震、崩塌、滑坡、水土流失、巖溶地貌崩塌等［1-6］。山體滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質災害，嚴重威脅人民群眾生命財產安全和社會經濟可持續發展，隨著城市建設和經濟社會的快速發展，人類工程活動的日益增多，這些地質災害呈急劇上升趨勢［7-10］。因此，迫切需要獲取系統翔實、大比例尺和調查精度高的地質災害調查資料，進行地質災害規律研究，以采取相應技術措施，規避地質災害風險點。研究基于2017—2018 年開展的廣東粵北山區某縣1∶50 000 地質災害詳查資料，應用地理信息系統分析方法，探討了地質災害時空分布規律及影響因素，以期為科學防治地質災害提供基礎數據參考。

1 研究區概況

研究區位于廣東省東北部山區，屬低山丘陵地貌，地形總體上四周高、中間低，地表相對高差約1 327 m。研究區屬亞熱帶季風氣候。年平均氣溫20.68～22.03 ℃，多年平均日照時數1.750 h以上。區內斷層構造相對發達，地質環境相對復雜，雨水相對充沛，地下水資源相對豐富，降雨時空分布不均，是我國目前地質環境較為復雜的區域之一。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

數據來源于廣東省“2016 年省級國土資源保護與治理專項資金”課題，即廣東省某縣地質災害詳查項目。通過2017年野外調查，共獲取研究區地質災害點信息1 701條記錄（其中滑坡127個、崩塌282個、不穩定斜坡1 292個），已核實的地質災害點214個（其中滑坡90個、崩塌124個）。

2.2 研究方法

利用ArcGIS 的空間自相關（Moran I）檢驗工具和GeoDa 軟件局部Moran’s I 工具可以測算空間自相關［11］，分為全局自相關（用Moran’s I 統計量表示）和局部自相關［通常采用莫蘭（Moran）散點圖和LISA 聚類圖］兩種。ArcGIS 軟件還提供其他空間分析方法，如緩沖區分析、空間疊加分析、數字高程模型（digital elevation model，DEM）分析等［12-13］。

3 地質災害分布規律

3.1 地質災害時間分布特征

根據研究區氣象資料，2006—2016 年，研究區的年均降雨量為1 631.9 mm，主要降水集中在4—9 月（該時期的年均總降雨量為1 235.4 mm，約占全年降雨量的75.7%）。研究區地質災害主要發生在4—8 月（該時期發生地質災害共計201處，約占全年地質災害總數的93.9%）（圖1）。其中，6月份發生的地質災害數量最多，共119起。

圖1 研究區每月降水量與地質災害發生頻數統計

圖2 表明，地質災害的發生頻率與降水量呈現相同變化趨勢。

圖2 Geoda分析結果

3.2 地質災害的空間分布特征

研究區的地質災害主要分布在東北部、西南部和西部。根據野外調查信息，上述區域存在相似特征：人類工程活動程度（如削坡建房和修建公路）均較為劇烈；都處在暴雨誘發地質災害較多的降水集中區域；大部分地質災害點集中在大江大河及其支流附近，其中500 m范圍內有184個河道災點，500～1 000 m范圍內有27個河道災點。綜上分析，地質災害的發生具有明顯地域性，其發生頻率頻率與人類工程活動（如削坡建房和修建公路）強度、水系分布和降水空間分布關系密切。

3.3 地質災害空間自相關分析

應用Geoda 軟件，通過空間分析菜單下的單變量局域Moran’s I 工具，計算分析全區1 701 個地質災害點（其中滑坡127 處，崩塌282 處，不穩定斜坡1 292處，地面沉降1處），進而得到莫蘭散點圖。根據研究，可將莫蘭散點圖劃分成四個象限，分別對應不同的空間格局，位于第Ⅰ象限的點定義為高值（HH）區，位于第Ⅱ象限的點定義為空心（LH）區，位于第Ⅲ象限的點定義為低值（LL）區，位于第Ⅳ象限的點定義為異常值（HL）區。根據圖2（a），研究區Moran I 指數為0.949，說明研究區的地質災害調查點呈正的空間自相關，相似的觀測值趨于集中分布，說明地質災害在空間上表現為集中分布特征，這與圖3 的分析結果一致，即地質災害的發生具有明顯地域性。莫蘭散點圖顯示，第一象限的高值區（HH 區）點共有752 個；第二象限（LH 區）的空白區域共出0 個點位；低值區（LL 區）點位共計751 點；異常值區（HL區）共有5個點。

圖3 地質構造和地質災害空間對照結果

由于莫蘭散點圖無法區分局部相關類型和地統計學顯著性程度，利用LISA 指數［11-13］可以將全局莫蘭指數分級到各樣本。根據圖2（b），全區地質災害調查點空間自相關性不顯著點193 個，高高聚類點752個，主要分布在研究區的南面，這些區域交通發達，河網密布，人類工程活動強度較為劇烈，相似區位條件的地質災害點如圖3 所示，其特征也較相同；低低聚類點751 個，以北部點位為主，這些區域交通相對不便，地形復雜，人類活動較為分散；高低聚類點5個，主要分布在區中央；三種類型分別占樣本總體的44.21%、41.15%和0.29%，無低高聚類點。

4 地質災害影響因素分析

4.1 地形地貌

4.1.1 海拔高程

表1 顯示，該研究區地形整體呈中低周圍高環狀，地表相對高差約1 327 m。研究區地質災害主要分布在海拔100～500 m 的丘陵地貌地帶，共計165 處，占災害總數的77.1%。從單個災種來看，各災種的分布也符合這一規律，在海拔100～500 m 的地區發生滑坡的占83.4%，崩塌的占72.6%。這一規律的產生，主要是由于5～25 m 厚的坡殘積層地質災害造成的災害載體在丘陵地區普遍發育，同時這些地區人口相對集中，人類工程活動強烈，普遍存在人工切坡挖坡、坡腳開墾活動普遍，植被破壞明顯的問題，因此，丘陵地貌為地質災害的發展奠定了基礎。

表1 崩塌滑坡數量與海拔高程關系

4.1.2 斜坡高度

由表2 可知，研究區地質災害主要分布在海拔5～10 m、10～20 m 的斜坡上，分別有65 處和87 處，占災害總數的30.4%和40.6%。從單個災種來看，崩塌、滑坡分布略有差異，以10～20 m、＞20 m 的斜坡為主，共計80 處，占全部災害的88.9%，而5～10 m、10～20 m 塌方量多達110 處，占全部災害的88.8%。造成這一規律的原因，主要是由于人工邊坡總量少，高度小于5 m，誘發的地質災害也比較少，多是人為因素（削坡、挖腳等）造成的；為減少土方量，極易發生地質災害，人工削坡高度以0～20 m為主，削坡坡度普遍較陡。

表2 崩塌滑坡數量與斜坡高度對照統計表

4.1.3 地形坡度

由表3 所示，研究區地質災害主要分布在坡度為40°～80°的斜坡上，共計180 處，占災害總數的84.1%。從單個災害類型看，山體滑坡主要分布在40°～70°的斜坡上，共計81 處，占總災害的90.0%；崩塌主要發生在60°～80°的斜坡上，累計發生89 起，占全部災害的71.8%。綜上分析，滑坡體以低坡體發育為主，塌坡體以高坡體發育為主。

表3 關于坡度與地質災害關系

4.1.4 坡形

從表4 可以看出，山體滑坡和崩塌災害總體上分布在各個坡形上，其中階梯形坡體分布最多，占總數的40.2%，凸形坡體分布最少，占總數的16.3%。從個別災種看，滑坡體以階梯形、凸形坡體為主，分別有51、19 處，占總數的56.7%、21.1%，且分布于直線形坡體表面浮土滑落下、露出的直線形滑面上，一般為淺層滑坡體；崩塌體分布于各坡形上，直線坡體分布最多，階梯形分布最多，分別為43 個和35 個，占總數的34.7%和28.2%，凸起坡體分布最少，為16 個，占總數的12.9%。

表4 崩塌滑坡數量與斜坡形態對照統計

4.2 地質構造

研究區內地質災害的發展與斷層、褶皺構造之間由于人類工程活動和暴雨因素的誘發有密切的聯系，使得地質災害靠近斷層和褶皺構造的地方變得更加密集。本研究區域內的災害點與地質斷裂帶距離的分布關系，通過地理信息系統軟件緩沖區分析和數據統計功能進行統計：一是分別在0～500 m、500～1 000 m、1 000～2 000 m 及大于2 000 m 的4個緩沖區作距離緩沖處理；再利用地理信息系統的統計功能，統計每個緩沖區和緩沖區的災點密度，并對災點數量進行統計。由表5、圖3 可知，研究區地質災害點在斷裂緩沖區500 m內災害點密度值最大。

表5 斷層緩沖區測距分級與地質災害點數量對比統計

4.3 地層巖性

調查區地質災害點主要分布在層狀較硬碎屑巖組（IV）和塊狀較硬侵入巖組（IV）兩大類工程地質巖群中，其中層狀較硬碎屑巖組（IV）104處，占總數的48.6%；塊狀較硬-硬侵入巖組（6 個）占總數的44.9%，占總數的96；緊隨其后的是11 個層狀較軟變質巖組（II），占總數的5.1%，3 個層狀較軟變質巖組（III），占總數的1.4%。研究區內89.8%的地質災害發生在土坡上，5.1%的地質災害發生在土石復合坡面上，表明在疏松的土坡上發生地質災害的可能性較大，而在塊狀堅硬巖組的坡面上則分布著96 處，這是該類型巖組風化土厚層的一種表現。

4.4 降水

地質災害與時間的分布關系可以看出，研究區的地質災害主要發生在暴雨和連綿陰雨天氣。降水對滑坡體和不穩定坡體的影響在于降水達到一定程度后，降水會沿滑坡體裂縫和孔隙滲入轉為地下水，在此過程中，使滑帶（面）變軟，增加滑體重量，提高滑降力，如果降水使地下水面上升到滑帶（面）以上時，改變了坡體內部受力狀態，應力局部集中，致使坡體局部出現各種變形，產生的應力作用，使滑坡體產生的造成山體滑坡，引起山體滑坡，使山體內部受力狀態發生變化。降雨通過地表裂隙進入巖土體導致其孔隙水壓力增大，使抗滑力（矩）減小。另一方面雨水導致巖土體力學指標下降，抗壓強度，抗剪強度下降，裂隙在致滑力（矩）的作用下不斷發展最終貫通導致失穩

4.5 人工活動

研究區域地質災害的另一大誘發因素是人類工程活動。20 多年來，隨著研究區社會經濟的不斷發展，各種人為的工程活動，如修（改）建公路、削坡建房、興修水利水電工程等，地質環境條件發生了不同程度的變化，使人類工程建設中原有的自然平衡狀態被打破，由此產生的地質災害也就成為一種必然。由于削坡放坡不規范，造成山體滑坡、崩塌等明顯的地質災害，在局部形成陡坡，然后改變坡面原有狀態。據本次調查資料統計，在研究區域內214個地質災害點中，以人類工程活動為主的有157個，占總數的73.4%，另外還有一些自然因素占主導地位，但在一定程度上也與人類活動聯系在一起。主要有四大類工程活動，包括：城鄉建設180 個，主要是通過人工削坡建房；公路29處，主要為削坡和道路施工所致；教育系統2 個，主要是學校建設引起的塌方等。這說明形成地質災害與人類工程活動的強度關系很大。

5 結束語

（1）地質災害分布規律分析，在時間分布上，由于連續降雨和特大暴雨誘發的地質災害發生的時間較多，在多雨月的中后期，研究區發生滑坡、崩塌等地質災害的時間一般分布較長，時間分布規律與降雨時間分布規律基本吻合，建議加強地質災害監測、注意避讓和地表排水等措施。

（2）地質災害分布就空間分布而言，以研究區域的東北、西南和西部地區為主，區域內的地質災害在空間分布上具有明顯的地域性。

（3）地理統計學分析看，研究區Moran I 指數為0.949，地質災害調查點呈正的空間自相關，空間上趨于集中分布。莫蘭散點圖顯示，全區地質災害調查點空間自相關性不顯著點193 個，高高聚類點752 個，低低聚類點751 個，高低聚類點5 個，分別占樣本總體的44.21%、41.15% 和0.29%，無低高聚類點。

（4）地質災害影響因素就地形地貌方面，屬于以海拔高程100～500 m的丘陵地貌為主的地質災害類型。研究區地質災害主要分布在海拔5～10 m、10～20 m 的斜坡上。研究區地質災害主要分布在40°～80°的斜坡上，主要是發育在低坡上的滑坡體和發育在高坡上的滑坡體。從總體上看，每個坡形都分布著山體滑坡、崩塌災害，最多的是階梯形的，最少的是凸形的。因此，這些區域地質災害點建議采取削坡減載、加強地表排水、坡面防護和支擋等工程措施。

（5）從地質構造上看，研究區地質災害的發育與斷層、褶皺構造之間的聯系十分密切，加之人類工程活動和暴雨因素的誘發，在斷層、褶皺構造附近發生的地質災害更為密集，在斷層緩沖區500 m 范圍內發生的災害點密度值最大值，因此，盡量避開這些區域建設工程項目。在地層巖性方面，研究區地質災害點主要分布在層狀較硬的碎屑巖組（IV）和塊狀較硬的-硬侵入巖組（VI）兩大類工程地質巖群中，其中占研究區地質災害點89.8%的土坡和厚坡面風化土層的塊狀硬巖組，這些區域應加強地質災害監測、注意坡面防護和工程支擋。從降水因素看，研究區內發生滑坡、崩塌等地質災害的時間分布一般在多雨月的中后期，多由持續降雨和特大暴雨誘發，地質災害發生的時間分布規律與降雨發生的時間分布規律大體吻合，是我國地質災害發生的主要特點之一。