基于降水、地震对海原县地质灾害影响的耦合分析

弓永峰+高宇+仲佳鑫

【摘 要】依托1：5万海原县地质灾害详细调查项目，在研究地质灾害的类型、分布、发育特征的基础上，将降水、地震的多元信息与地质灾害的基础信息进行耦合分析.分析表明，海原县地质灾害的主要诱发因素为降水、地质和人类活动。根据地质灾害的特点，提出了具体的防治措施.

【关键词】海原县；地质灾害；降水；地震

海原县南、西华山-六盘山断裂带上，该断裂切割古生代以来的所有地块，近期活动强烈，导致地震频率高，破坏性大，尤其是1920年闻名于世的8.5级海原大地震，使西安州、甘盐池两座古城荡然无存。地震时山崩地裂，滑坡遍布，河流壅塞，交通断绝，房屋倒塌，有23.4万人在这次地震中失去了生命，景象十分凄惨[1]。地震导致海原县地质环境极度恶化，岩土体结构破坏严重，地质灾害多发频发。近年来，随着极端降水天气的加剧，海原县地质灾害有增长之势，严重威胁群众的生命财产安全。据不完全统计，截止2011年底，海原县查明各种地质灾害隐患点145处，死亡20人，经济损失1490.7万元，受威胁人口7863人。

本文依托1：5万海原县地质灾害详细调查项目，在确定海原县地质灾害的类型、分布及发育特征的基础上，通过将降水、地震与地质灾害特征的进行耦合分析，确立了地质灾害的主要致灾因子，针对性地提出了防治措施。

1. 地质灾害类型、分布及发育特征

1.1 地质灾害类型、分布

海原县地质灾害类型有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、泥石流和地面塌陷，总计145处，其中滑坡49处，崩塌18处，泥石流48处，不稳定斜体29处，地面塌陷1处。滑坡、崩塌和不稳定斜坡主要分布于海原县南部海原大地震的主震区，泥石流主要分布在新构造运动差异明显的地形突变带。

1.2 地质灾害发育特征

滑坡多為中小型，长度15-200m、宽度20-200m、厚度2-10m、坡度21-50°、坡高20-120m。按物质组成可分为土质滑坡和岩质滑坡[2]，以土质滑坡为主。坡体内部节理面控制着滑坡后壁拉裂位置，层面控制着滑动面的位置；崩塌均为小型土质崩塌，坡高5-40m，坡度71-90°，自然因素诱发10处、人工诱发8处；不稳定斜坡分为基岩结构、黄土结构和黄土-基岩双层结构，具有坡度跨度大、潜在危害大、诱发因素清楚、宏观前兆明显、可预防性强的基本特征；泥石流分为泥流、泥石流和水石流，多为沟谷型，具有汇水面积大，松散堆积物发育，沟纵坡降较大，堆积扇不发育，扩散角15-30°，扇长100-1000m，扇宽50-500m。

2 .基于降水、地震与地质灾害特征的耦合分析

影响海原县地质灾害形成的因素主要有自然因素和人类活动[3].自然因素主要为降水和地震。通过将降水、地震的多元信息与地质灾害的基础信息进行耦合分析，并综合考虑人类工程活动对地质灾害的影响，得出海原县地质灾害的主要诱发因素为降水、地质和人类活动。

2.1 降水与地质灾害时空分布特征的耦合分析

崩塌、滑坡、泥石流与人类生产、生活密切相关，它的发生是多种因素的组合，但降水是诱发地质灾害的主要因素之一[4].Brand对滑坡灾害与降雨资料进行了对比分析，结果表明，大多数滑坡的发生时间与最大时降雨量同步，并指出利用24h累积降雨量预测滑坡具有很重要的意义[5]；李长江等分析了滑坡频度与降雨量的分形关系，认为降雨引发滑坡的频度与降雨量之间遵循分形的幂指数关系[6]. 本文通过分析海原县近30年的降水资料，发现地质灾害与降水在时间和空间上的耦合关系明显。

2.1.1 降水与地质灾害时间上耦合分析 降水与地质灾害在时间上具有一致性。首先，地质灾害的发生概率与大气降水的强度相关，1998年海原县年均降水量较往年平均降水量多，相对应的地质灾害数量也较往年多。其次，地质灾害的发生与汛期对应，海原县主汛期为7-9月，地质灾害在这三个月的发生次数占全年总数的80%以上。

2.1.2 降水与地质灾害空间上耦合分析 暴雨是诱发地质灾害的主要因素[8]，地质灾害与强降水在空间上高度一致。降水相对较多的地区，也是地质灾害最严重的地区。海原县南部降水量大于北部，南部地质灾害也比北部发育。1998年海原县降水落区与地质灾害高易发区重合较多，地质灾害发生频次达到峰值。1984年、1985年降水量与1998年相近，但雨区并未与地质灾害高易发区重合，地质灾害频次较少。

通过耦合分析得出，降水对地质灾害的影响主要有两个方面：一是海原县多数坡体被改造为梯田，增加了汇水面积，减小了地表径流系数，导致更多的降水下渗；二是水体渗入，坡体自重增加，粘聚力和内摩擦角降低，抗滑带摩擦系数减小，抗滑力不足以平衡下滑力，诱发坡体下滑。

2.2 地震与地质灾害特征的耦合分析

海原县位于我国南北地震带的北端[7] [8]，地震频发、强度大，新构造运动强烈，自1920年到1982年间，震中位于海原县境内的强震共发生了10次，平均近7年就有一次强震，尤以闻名于世的海原8.5级大地震震级最高，破坏性最大，影响范围最广[9]。极震区烈度Ⅻ度，Ⅺ度以上遭灾面积达2000km2，地震触发的滑坡、崩塌在海原县南部、西吉县北部遍布。国内学者对海原大地震诱发黄土滑坡作了大量研究。白铭学、王增光等对海原大地震引发的固原石碑塬黄土层的低角度滑移进行了研究[10]。王家鼎、张倬元等对黄土滑坡提出了远程、斜抛、粉层化机理学说[11]。

2.2.1 地震与黄土结构耦合分析 海原县地处我国黄土高原的西北边缘，黄土源于腾格里沙漠。由于距物源区较近，颗粒成分以大颗粒粉砂质为主，显微结构显示黄土颗粒孔隙大、孔隙率高、结构松散、固结差、强度低，以支架桥接方式连接，连接面积小，强度低。物理力学实验证明该区黄土含水率低、干密度小、湿陷系数高。地震波与黄土结构破坏的耦合构成了黄土地震滑坡的主要因素。为了验证黄土体在地震动荷载作用下产生变形的机理，项目组曾试图在李俊滑坡堆积体进行钻探取样分析，可是钻进45米左右时，钻机漏浆明显，大量注入粘土泥球都无济于事，说明黄土结构曾遭受过地震波高强度的破坏，也证实了海原地震以竖向振动为主。结果表明，强大的地震力容易使黄土结构破损，黄土粒间空隙破坏，黄土整体强度丧失，促使地震烈度骤增，黄土坡体产生瞬间崩溃而形成滑坡。endprint

2.2.2 地震与地形地貌特征耦合分析 海原县特殊的地形地貌造成地震波的作用效果差异显著。海原县南（西）华山、月亮山与黄土丘陵结合部位及南部黄土丘陵区与河谷平原结合部位地貌突变明显，地形相对高差大，地质灾害发育。地震与地貌的耦合效应较为复杂，初步认为地形突变段可能导致地震波传播强度、传播方向发生差异变化是诱发灾害集中的原因之一。地震与地形的耦合主要表现在不同的相对高差和坡度表现出不同的灾害表观特征。调查发现，海原县地震滑坡集中分布在坡体相对高差50-100米，坡度在25-35°之间。

2.2.3 地震与活动断裂带耦合分析 海原地震断裂属南西华山断裂带的一个分支，其活动性质表现为东西向或北西向为左旋走滑，近南北向为挤压逆冲。主压应力方向为北东～北北东，垂直于逆冲断裂，与东西向断裂斜交而使其产生左旋走滑。地震滑坡密集区主要位于地震断裂带转交接部位或枢纽部位的河谷两侧，且其滑动方向除了受自然重力影响而向临空处滑动外，主要还受活动断裂应力场的控制。多数巨型、特大型滑坡的主滑方向为北西向，与主压应力方向一直，与北西～北北西张应力相同。由此反映出，走向北北西的海原地震断裂对黄土滑坡的空间分布及滑动方向具有明显的控制作用。

2.3 人类工程活动对地质灾害的影响

海原县人类削坡、坡体加载等活动将原坡体平衡态打破，使斜坡产生卸荷、拉张和风化裂隙，产生滑坡、崩塌、斜坡失稳等地质灾害。据调查，新发生的滑坡、崩塌均与人类活动存在不同程度的相关性。一是乱砍滥伐破坏地质环境，乱砍乱伐→破坏地质环境→气候反常→暴雨频发→滑坡、崩塌、泥石流发生。二是劈山建房、修路、开矿引发地质灾害。由于海原县地处山区，地形狭窄，平地短缺，居民往往在崖边挖窑或开挖坡脚建房，破坏了坡体的稳定性。另一方面，狭窄的沟（河）谷阶地本身也是洪水、泥石流的威胁对象；修建于山区、黄土丘陵区的村民便道一般位于河（沟）谷两侧，在狭窄地段，切坡不可避免，却很少进行工程防护，极易形成崩塌、滑坡灾害隐患；建筑石料、粘土矿露天開采形成的高陡边坡，易引发崩塌、滑坡灾害。

3 . 防治措施

为了保护人民生命和财产安全，保障经济社会的可持续发展，必须坚持科学发展观，以“以人为本”和“五位一体”战略为指导，坚持“预防为主，避让与治理相结合”，统筹推进“四大体系”建设，协调推进受威胁群众的搬迁避让工作，切实保护、改善和合理开发利用生态环境。

参考文献：

[1] 兰州地震研究所，宁夏地震队. 1920 年海原大地震[M].北京： 地震出版社， 1980.

[2] 刘祖典，郭增玉，夏旺民，等.黄土滑坡发育的普遍规律和稳定性判断[J].西安建筑与建材：2004，（144）：32-33.

[3] 刘玉平，杨丽娜，梁钰，等.邢台西部山区地质灾害形成的成因分析[J].地质灾害与环境保护：2008，19（2）：33-37.

[4] 张翠玲，张海仙，成军军，等.吕梁市地质灾害气象预报方法研究[J].科技情报开发与经济：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] 李长江，麻土华，李炜 ，等.滑坡频度-降雨量的分形关系[J].中国地质灾害与防治学报：2010，21（1）：87-93.

[7] 国家地震局地质研究所，宁夏回族自治区地震局.海原活动断裂带[M].北京：地震出版社，1990.

[8] 宁夏回族自治区地质矿产局， 宁夏回族自治区区域地质志[M]. 北京：地质出版社，1990：431.

[9] 国家地震局兰州地震研究所，陕甘宁青四省（区）强地震目录：公元1177年-公元1982年[M].西安：陕西科学技术出版社，1985.

[10] 白铭学、王增光 ，等.黄土地层中的地震滑坡[J] .西北勘查技术：1994，（2）：15-21 .

[11] 王家鼎、张倬元.典型高速黄土滑坡群的系统工程研究[M] .成都：四川科学技术出版社，1999：31-35.endprint