方山縣地質災害現(xiàn)狀及防治對策

張 俊，張 華，楊蟬玉

(遼寧師范大學 城市與環(huán)境學院，遼寧 大連 116029)

我國是世界上地質災害的高易發(fā)區(qū)和受到地質災害威脅嚴重的國家之一[1]，地質災害的涉及地區(qū)較廣，除上海、天津外，各省市都是地質災害高危險區(qū)，遼寧、北京、山西、河北、陜西、甘肅、四川、重慶、湖北、貴州、云南等地更加嚴重[2]。

高端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科技水平的提高使我國對地質災害的研究有了較大的推進，與此相關的研究領域也不斷地開始擴展其研究方向，如區(qū)分層次的地質災害區(qū)研究，主要地質災害類型易發(fā)程度和潛在隱患點評價，在多類滑坡災害區(qū)域評估中引入“3S”技術等。董震選取黃土高原的典型黃土分布區(qū)吉縣和保德縣，針對當?shù)氐牡刭|災害分布、特征及影響因素進行了研究[3]；呂萌對陜西省黃土崩塌地質災害的現(xiàn)狀及水敏感度進行了分析[4]；張雪峰進行了區(qū)域性山地環(huán)境的地質災害風險評價研究等[5]。這些學者研究選取的區(qū)域均為典型地貌區(qū)，研究范圍較廣，結論為可代表大尺度典型地貌區(qū)的宏觀表現(xiàn)，但對小區(qū)域的具體地質災害情況描述較少，不能完全代表整個區(qū)域內小尺度的地質災害發(fā)生現(xiàn)狀。

方山縣屬于山西省呂梁市地質災害重災區(qū)，地質災害頻發(fā)，對當?shù)卦斐闪酥苯有缘慕?jīng)濟損失，并嚴重危及到人民的生命財產(chǎn)安全，且后期誘發(fā)和潛在性的威脅難以估計，對當?shù)氐牡刭|災害發(fā)生地點、頻率、危險系數(shù)、成因等刻不容緩。本文主要采用襲擾系數(shù)法對方山縣的地質災害易發(fā)程度進行了定量研究，分析其誘發(fā)因素，提出了可行性的防治對策，如預防潛在地質災害的威脅，扭轉正在發(fā)展中的地質災害區(qū)，盡力恢復地質災害發(fā)生區(qū)的原貌等，以期更好地把握方山縣地質災害發(fā)生的規(guī)律和頻率，為當?shù)氐刭|災害的治理和預防提供科學的依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 方山縣概況

1.1 方山縣自然條件

方山縣位于山西省西部、呂梁山中段西側，介于111°2′50″—111°34′30″E、37°36′58″—38°18′27″N之間，東屏關帝山與婁煩縣、交城縣接壤，西依漢高山與臨縣毗鄰，北與興縣、嵐縣交界，南與離石縣相連[6]。方山縣轄5鎮(zhèn)2鄉(xiāng)，包括圪洞鎮(zhèn)、馬坊鎮(zhèn)、峪口鎮(zhèn)、大武鎮(zhèn)、北武當鎮(zhèn)、積翠鄉(xiāng)、麻地會鄉(xiāng)，總面積1434.1km2，人口14.87萬人。

方山縣地勢北高南低，最高點為孝文山主峰，海拔2831m，最低點為大武鎮(zhèn)武回莊河灘，海拔為986.7m[7]。方山縣東北部為土石山區(qū)，西南部為黃土丘陵溝壑區(qū)，中部為河谷地帶，北川河縱貫南北。方山縣屬溫帶大陸性氣候，由于季風作用與各季不同氣團的影響程度，春夏秋冬四季分明，但因距海較遠，季風帶來的濕潤水汽到達此地時基本已消耗多半，降水集中于夏季7、8月份，冬季較干燥。冬季因山西緊鄰內蒙古靠近冷空氣來源地，受西北寒冷氣團的影響，冰凍、暴雪天氣較多，寒潮頻繁。縣域內地表水屬黃河流域三川河、屈產(chǎn)河和留譽河水系，河槽坡度較大，河流侵蝕模數(shù)較大。總體上來看，全市中部降水量多，東西兩側較少。根據(jù)《山西省水資源公報》(2018年)公布的結果，方山縣水資源總量為9.367億m3，占多年平均徑流量的51.61%，其中地表水占40%，地下水占60%；多年平均水資源總量為4.47億m3，其中河川徑流量為3.1億m3，地下水資源量為1.37m3[8]。

1.2 方山縣地質環(huán)境

方山縣發(fā)育的地層齊全，太古界、元古界、古生界、中生界、新生界地層均有出露[9]，縣境內大部為呂梁背斜的兩翼，褶皺、斷裂均很發(fā)育。方山縣內的山體以寒武紀定型者居多，巖石種類繁多，地質災害多分布于平川與山區(qū)的過渡帶。方山縣在地質構造上屬演化過程中的華北地臺的一部分，中生代的燕山運動，形成山西臺背斜的輪廓，方山縣復背斜在此期間定型。新生代第三紀中新世的喜馬拉雅運動影響本區(qū)，形成汾河地塹；下更新世，形成現(xiàn)有的二級階地和梁峁溝壑地貌[10]。

2 方山縣地質災害現(xiàn)狀

2.1 方山縣地質災害類型

目前，方山縣共有地質災害點142處，主要類型有滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流，其中崩塌和泥石流所占比例較大。①滑坡。截至2018年，方山縣境內共發(fā)生31起滑坡，其中以積翠鄉(xiāng)積翠村的滑坡規(guī)模最大，造成經(jīng)濟損失370萬元[11]。危險區(qū)涉及的人口達1723人。中型滑坡主要集中在圪洞鎮(zhèn)、峪口鎮(zhèn)等地，圪洞鎮(zhèn)屬于黃土滑坡。②崩塌。方山縣境內的崩塌多為土質崩塌，主要發(fā)生在高陡邊坡處，坡形多呈線型和弧形。較大崩塌發(fā)生在麻地會鄉(xiāng)的郝家莊村、大西溝及積翠鄉(xiāng)等地，尤其是積翠鄉(xiāng)的山坡邊緣一帶，崩塌常有發(fā)生，塌方體積約為2.5萬m3，經(jīng)濟損失約259萬元，麻地會鄉(xiāng)的經(jīng)濟損失約210萬元。中小型崩塌主要發(fā)生于圪洞鎮(zhèn)圪洞村、鳳凰溝村、北武當鎮(zhèn)和大武鎮(zhèn)。③地面塌陷和地裂縫。地面塌陷是指位于地面的土體或巖體，受到自然條件誘發(fā)或人類工程活動作用時，發(fā)生向下的塌陷，于地表上產(chǎn)生坍塌坑、洞形式的地質災害過程[12]。方山縣境內的地面塌陷發(fā)育較多，主要分布在煤炭資源集中的區(qū)域，如馬坊鎮(zhèn)、積翠鄉(xiāng)、圪洞鎮(zhèn)等地。2012年，方山縣大武鎮(zhèn)則山村瓦窯地面塌陷損毀農(nóng)田，造成直接經(jīng)濟損失375萬元。2005年，方山縣峪口鎮(zhèn)韓家山村發(fā)生的地裂縫，造成3人死亡，900間房屋和600眼窯洞損壞，13眼水井干枯，直接經(jīng)濟損失達530.6萬元。④泥石流。形成泥石流必須具備3個條件：固體松散物質儲備豐富；坡面坡度與溝谷縱比降較大,縱比降較大且具有土質溝床的溝谷，最有利于泥石流形成；具有高強度的降水或冰雪融水帶來的的水源補給[13]。方山縣的泥石流發(fā)育以中小型為主，災害點比較少，境內麻地會鄉(xiāng)的韓家溝村一帶發(fā)生頻率較高。

2.2 方山縣地質災害分布

方山縣地質災害具有種類全、災情重、隱患點多、分布較廣等特點，遍布方山縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，但是不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的災害數(shù)量各不相同(表1)。從表1可看出，積翠鄉(xiāng)的地質災害數(shù)量最多，麻地會鄉(xiāng)的地質災害點最少。

表1 2018年方山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質災害分布統(tǒng)計結果(處)

注：數(shù)據(jù)來自方山縣統(tǒng)計局。

按照地質災害發(fā)生的規(guī)模大小可以將其分為巨型、大型、中型、小型4個類型(表2)。方山縣現(xiàn)有地質災害點142個，其中巨型11個、大型24個、中型31個、小型76個[14]。一般來說，地質災害發(fā)生的規(guī)模級別越大，危害性及后發(fā)的潛在性危害就越大；災害發(fā)生的規(guī)模級別越小，危害性及后發(fā)的潛在性危害就越小。

表2 方山縣境內滑坡、崩塌、泥石流規(guī)模級別劃分標準(104m3)

注：數(shù)據(jù)來源于《呂梁市統(tǒng)計年鑒(2017年)》。

2.3 方山縣地質災害區(qū)劃

研究地質災害的區(qū)劃中常用的方法是襲擾系數(shù)法[15]，該方法已經(jīng)被國內外學者大量使用且效果明顯。襲擾系數(shù)(R)首先通過方山縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的災害點數(shù)量、總受災面積、總受災體積和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積計算出“點密度”、“面積密度”、“體積密度”，然后對應密度系數(shù)取值表(表3)得出點密度系數(shù)、面積密度系數(shù)、體積密度系數(shù)，最后求它們的平方和，得出研究區(qū)的R值。以R值劃分地質災害易發(fā)程度的等級(表4)，反映出研究區(qū)域的地質災害易發(fā)程度，計算結果見表5。結果發(fā)現(xiàn)，方山縣沒有高易發(fā)區(qū)；中易發(fā)區(qū)主要分布在圪洞鎮(zhèn)、馬坊鎮(zhèn)、北武當鎮(zhèn)、積翠鄉(xiāng)；低易發(fā)區(qū)主要分布在大武鎮(zhèn)、峪口鎮(zhèn)；不易發(fā)區(qū)分布在麻地會鄉(xiāng)。

表3 密度系數(shù)的取值標準

表4 易發(fā)程度等級

表5 2018年方山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)襲擾系數(shù)

為了更加清晰地表現(xiàn)出方山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質災害易發(fā)程度，本文利用 ArcGIS軟件，依據(jù)襲擾系數(shù)繪制出方山縣的地質災害程度區(qū)劃圖，見圖1。

圖1 方山縣地質災害易發(fā)程度圖

3 方山縣地質災害的誘發(fā)因素

3.1 自然因素

地形地貌對地質災害的影響：崩塌是較陡斜坡上的巖土體在重力作用下突然脫離、滾動、堆積在坡腳的地質現(xiàn)象[16]。高原、山地區(qū)域屬于地質災害發(fā)生的大范圍區(qū)，陡峭的山坡屬于地質災害發(fā)生的小區(qū)域環(huán)境，坡度33°—60°最容易引發(fā)崩塌滑坡等地質災害[17]。方山縣境內大武鎮(zhèn)、積翠鄉(xiāng)的山區(qū)坡度達40°，且境內整體的山地面積較大，會形成有利于地質災害發(fā)生的孕災環(huán)境。除此之外，方山縣屬于黃土覆蓋區(qū)，黃土性質有垂直節(jié)理發(fā)育，濕陷性強，部分黃土受到外力的風化作用產(chǎn)生較多的空隙和裂縫，使整個巖體具有不穩(wěn)定性，從而加速了崩塌的發(fā)生。

降水多寡對地質災害的影響：方山縣年均降水量較多，相比呂梁市其他縣市，其降水量僅低于交口縣，且多集中于7、8月份。這種降水量大且相對集中的特點，使巖石的脆性減弱，巖體的結合力加強，進而使其發(fā)生整體崩塌的可能性加大(表6)。降水較多會在低洼處匯集致使低洼地土壤過于疏松，再加上水土流失嚴重，植被稀疏，對土壤的固定能力減弱，很容易出現(xiàn)泥石流等災害。

表6 2018年呂梁市各縣市年均降水量(mm)

注：數(shù)據(jù)來源于方山縣氣象局。

植被覆蓋率對地質災害的影響：在研究地質災害的誘發(fā)因素中，地質構造條件是一個不容忽略的因素，它在很多情況下決定著不同地區(qū)地質災害發(fā)生的頻率、波及范圍和破壞程度等。各種關于地質災害的文獻顯示,地質災害的發(fā)生多數(shù)與災害區(qū)的植被覆蓋率關系密切。危險點植被覆蓋率越高，下墊面受到天然因素和人為因素活動的破損程度就越低，在降水量不多的情況下，地質災害發(fā)生的機制不易形成；某地植被覆蓋率越低，下墊面受到的自然因素和人為因素的破損程度越高，地質災害發(fā)生的機率較高。根據(jù)統(tǒng)計，2018年方山縣的植被覆蓋率為36.97%，比上年度提高了3.96%；市區(qū)綠化帶共栽植樹帶、草坪6.3萬m2，綠化覆蓋面積613.0hm2，市區(qū)綠化覆蓋率達14.7%[18]。總體來看，方山縣的植被覆蓋率較低，是引發(fā)地質災害的因素之一。如積翠鄉(xiāng)滑坡發(fā)生地的邊緣山坡多喬木和灌木叢，這些植物根系在生長過程中容易吸收過多水分而發(fā)生軟化現(xiàn)象，加上植物的根劈作用和穴居動物挖掘洞穴造成巖石破碎，這些都導致了崩塌的發(fā)生。

地質構造對地質災害的影響：燕山運動和新生代的喜馬拉雅運動使方山縣境內的地質環(huán)境變得更為復雜，奠定了方山縣的地質環(huán)境。方山縣位于汾渭地塹帶，地殼不穩(wěn)定，山體以寒武紀定型者居多，巖石種類繁多。地質災害多分布于平川與山區(qū)的過渡帶，且發(fā)育有大量的節(jié)理、正斷層、褶皺，這些類型多樣的構造面實現(xiàn)了對巖石本身的特殊切割和分解，是對巖石的變相破壞，使破碎巖屑更容易離開完整山體。如果此時再受到強降水或人為作用破壞，地質災害發(fā)生的概率將大大增加。方山縣境內的圪洞鎮(zhèn)、馬坊鎮(zhèn)多處地層巖石質堅硬，脆性大，節(jié)理發(fā)育突出受力易發(fā)生破裂。

3.2 人為因素

人類經(jīng)濟活動對地質災害的影響：方山縣山區(qū)面積比重大，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，加上人類對原生態(tài)環(huán)境進行無序性的盲目改造，導致生態(tài)環(huán)境的原始狀態(tài)遭到嚴重破壞。人類生活必須的基礎設施建設和斜坡的構造形成了滑坡的臨空面，各種不合理土地利用行為和無休止的對原始、半原始狀態(tài)的林木進行毀滅，方山縣天然固土的外部條件被改變，地下較淺處的巖石也遭到破壞等，增加了地質災害發(fā)生的風險程度。另外，方山縣屬于國家級貧困縣，整體的受教育程度普遍不高(表7)，其中初中和小學人口所占比例較大，達到53.4%，還有部分文盲，高中及其以上學歷人數(shù)所占比例較低。人們亂砍濫伐樹木用為薪柴，不斷開墾荒地，造成了更加嚴重的水土流失，也更加擴大了地質災害的波及范圍和災后的潛在危害性。

表7 方山縣居民受教育程度(2018年)

注：數(shù)據(jù)來源于方山縣教育局。

礦產(chǎn)開發(fā)對地質災害的影響：方山縣是重要的能源基地，類型多樣、儲量豐富，礦產(chǎn)主要有煤炭、鐵礦、鋁土礦等。截止2018年，方山縣發(fā)現(xiàn)各種成因的礦產(chǎn)68種，其中大型礦產(chǎn)地17處、中型礦產(chǎn)地9處、小型礦產(chǎn)地42處、礦點及礦化點312處，主要煤礦有裕豐煤礦、曹家山煤礦，大型煤礦基本分布在大武鎮(zhèn)。方山縣境內含煤面積1250km2，保有儲量45.13億t。該區(qū)對于礦產(chǎn)資源的開發(fā)大多以初加工為主，這些礦產(chǎn)開發(fā)在給當?shù)貛砭薮蟮慕?jīng)濟利益的同時，也造成了嚴重的地面塌陷、地裂縫、地下水銳減等嚴重后果。另外，煤炭等非可再生能源的無限制開采對環(huán)境污染巨大，不利于資源的長期科學有效的利用。由此看來，在當?shù)氐拿禾抠Y源富集區(qū)地質災害的發(fā)生是必然的，只是有時間和地點的不確定性存在。常年累月不加節(jié)制地進行礦產(chǎn)開發(fā)，且礦區(qū)有多年未經(jīng)修整和填埋處理的舊礦區(qū)和開發(fā)的新礦區(qū)，這些都加大了地質災害的發(fā)生頻率以及損失。因此，礦產(chǎn)開發(fā)是引起地質災害發(fā)生的較突出的一個因素。

4 方山縣地質災害防治對策

4.1 加強地質災害監(jiān)測及預防

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對于環(huán)境保護、創(chuàng)造綠色生存環(huán)境的意識越來越淡薄，破壞地表植被和土體巖層的活動接連不斷，導致地球環(huán)境惡化、地質災害頻發(fā)。地質災害的誘發(fā)因素眾多，要想確切得出地質災害高發(fā)區(qū)的準確經(jīng)緯度存在較大難度，但在一定程度上可以采取精密儀器對不同地質災害類型進行檢測，以求最大可能地減少損失和破壞。目前對于方山縣地質災害的監(jiān)測分為常規(guī)簡易監(jiān)測和目視監(jiān)測兩種：常規(guī)簡易監(jiān)測主要采用先進監(jiān)測設備檢測地層巖性、土體穩(wěn)定性等細微的人類難以察覺的變動；目視監(jiān)測主要是監(jiān)測人類肉眼能觀測到的地質災害發(fā)生前的先兆，例如大型崩塌、滑坡發(fā)生前巖層出現(xiàn)明顯的變形、錯動、斷裂、動物反應反常等。另外，建立精準的災害預警系統(tǒng)。根據(jù)各地不同的地形、水文、地質構造等條件的數(shù)據(jù)監(jiān)測獲取的信息進行綜合分析，確切的得出各縣市地質災害高發(fā)處，對災害點可能發(fā)生的時間和空間進行最大可能的預報，并在第一時間通過天氣預報或者新聞廣播等媒體向災害區(qū)群眾發(fā)出預警通知，以便人們能及時進行緊急撤離和做好預防對策。

4.2 生物措施和工程措施相結合

地質災害發(fā)生的因素之一就是植被稀疏，由于水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，進而引發(fā)地質災害。因此，要防治地質災害首先應大范圍的植樹種草，與國家“三北防護林”重大森林建設項目相協(xié)調，提高方山縣的植被覆蓋率。同時，積極籌資興建一批大型森林濕地公園，在提高綠化面積的同時增加旅游效益，提升人民幸福度，打造生態(tài)文明城市。工程措施有遮擋攔截、支擋、護坡護墻、削坡、排水等。例如：在一些崩塌災害中，可以在較易發(fā)生崩塌的地方設置障礙物，增加一些石槽和石塊用來阻擋下落的碎石。在境內地質災害多發(fā)區(qū)修建必要的防護工程，如在泥石流多發(fā)區(qū)的山麓地帶可以建設堅固的防護柵欄，當災害發(fā)生時可以對流速巨大的泥石流具有一定的緩沖力進而減少對附近道路、村舍、牲畜、河流等的破壞程度。許多災害隱患點的巖體不規(guī)則化，在外來因素的影響下風化作用加強，巖體破裂提高了地質災害發(fā)生的頻率和破壞程度，因此需要及時對巖體不規(guī)則區(qū)進行處理。

4.3 提高地質災害防治的投資力度

在地質災害預防當中，資金的投入比例對災害后發(fā)潛在性危害的處理結果至關重要。地質災害的治理應受到政府組織的特別重視，將地質災害的防治看成是間接減少當?shù)刎斦С觯黾臃缴娇h生產(chǎn)總值的一個重要環(huán)節(jié)。不同地區(qū)發(fā)生地質災害的頻率和破壞程度是一個嚴格性的指標，由高易發(fā)區(qū)到低易發(fā)區(qū)依次建立合理的預防和治理的對策并逐一進行治理。社會也應盡力籌集資金用于地質災害的防治，爭取將地質災害帶來的直接損失及后發(fā)的潛在危險性降到最低，以期對突發(fā)的地質災害做出及時的應對。

5 討論

本文通過實地調查、相關數(shù)據(jù)搜集，利用襲擾系數(shù)區(qū)劃法，對方山縣這一特定區(qū)域的地質災害區(qū)劃進行了分析，并應用 ArcGIS 軟件繪圖，清楚地表示了該區(qū)域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的災害易發(fā)程度。通過對地質災害的誘因進行簡單分析，提出對策，以期對方山縣的經(jīng)濟建設和發(fā)展提供支持。近年來方山縣誘發(fā)地質災害的因素中，人為因素所占比例逐漸增大，其中，境內礦產(chǎn)開發(fā)是一個突出性的誘發(fā)因素。對于地質災害，應預防和治理相結合，把兩者看成是同一過程的兩個重要環(huán)節(jié)，資金和技術投入多少是影響地質災害治理成果的關鍵因素，只有這樣方山縣經(jīng)濟社會才可以持續(xù)健康發(fā)展。