新安縣地質災害易發性分區及防治措施研究

李沛瑩,黃繼超

(河南省地質局 生態環境地質服務中心,河南 鄭州 450053)

新安縣位于河南省洛陽市西部,地處豫西低山丘陵區,地形復雜,人類工程活動強烈,導致地質災害較發育,且地質災害危險性逐年增加,對區域生態系統和群眾生產生活帶來了極大的威脅[1-3]。通過綜合分析新安縣地質災害發育特征、地形地質植被特征、地質災害誘發因素等,建立地質災害易發性評價指標體系,從而開展地質災害易發性區劃,總結分析新安縣不同等級地質災害易發性分區特征并提出防治建議,可為該地區地質災害精細化評價、地質災害預警監測和科學防災減災提供支撐。

1 研究區概況

1.1 地質災害發育特征

新安縣分布有滑坡、崩塌、不穩定斜坡、泥石流和地面塌陷等地質災害點共128處?；?1處,其中土質滑坡43處,占滑坡總數的60.6%;滑體厚度小于10 m的滑坡63處,占滑坡總數的88.7%;前緣牽引式滑坡41處,占滑坡總數的57.7%;人類活動引發的工程滑坡55處,占滑坡總數的77.5%;69處滑坡為發生在全新世以來的有輕微活動或明顯活動特征的基本穩定和不穩定滑坡。崩塌25處,主要為巖質崩塌,且大多為受傾覆力矩作用的傾倒式崩塌,其中24處為體積不超過10 000 m3的小型崩塌。不穩定斜坡7處,其中6處為土質不穩定斜坡,分布于完整性和穩定性較差、坡度較陡的區域;人類活動引發的工程不穩定斜坡5處。此外,新安縣還存在泥石流8處和地面塌陷17處。

新安縣各鄉鎮地質災害點分布情況及密度見表1。新安縣自北向南地質災害點密度逐漸減小,地質災害活動性逐漸減弱,北部基巖地區(如北冶鎮、石寺鎮、石井鎮、青要山鎮等)的地質災害發育密度明顯大于南部黃土丘陵地區(如南李村鎮、漢關街道、磁澗鎮等)。

表1 新安縣各鄉鎮地質災害點分布情況及密度

1.2 地形地質特征、植被特征

1.2.1 坡度坡高特征

基于1∶50 000的DEM數據提取坡度,計算不同坡度等級的投影面積,結果見表2。不同坡度等級的投影面積差異較大,坡度0°～<10°的區域投影面積669.28 km2,占總投影面積的57.70%;其次是坡度10°～<20°和20°～<30°的區域,其投影面積分別占總投影面積的23.40%和10.50%;坡度<40°的區域投影面積占總投影面積的96.79%,也是地質災害發生的主要區域。坡度≥60°的區域大多為陡崖、斷壁,由于坡度較大,其投影面積較小,與實際區域面積差異較大,因此其投影面積統計結果僅作為參考。

表2 新安縣各坡度等級投影面積

通過統計各坡度等級區域滑坡和崩塌的分布數量(見表3),發現坡度和斜坡高度對滑坡和崩塌有較大的影響,坡度較大時,徑流易侵蝕巖土體,地下水以潤滑、軟化等方式降低土體強度并改變其應力狀態,加速巖土體的破壞,造成地質災害易發頻發。經統計,坡度0°～<50°、坡高30～80 m的斜坡易發生滑坡災害,坡度≥70°、坡高<30 m的斜坡易發生崩塌災害。

表3 各坡度等級區域滑坡和崩塌分布數量 處

1.2.2 坡形特征

斜坡地質結構決定斜坡變形破壞方式和軟弱結構面位置,從而引發碎石土-基巖接觸面型、層內錯動型和基巖沿節理接觸面滑動型三種類型地質災害。新安縣常見的斜坡坡型有直線型、凸起型、凹陷型和階梯型,其中階梯型和凹陷型坡明顯更易產生地質災害。

1.2.3 巖土體特征

按照成巖作用、結構類型、強度特征和巖、土顆粒間連接程度,新安縣土體有一般粉質黏土、弱濕陷—中等濕陷性黃土和層狀結構粉土,巖體有碳酸鹽巖組和碎屑巖組。碎屑巖組節理較發育,存在于軟硬巖層相間,抗壓強度及抗風化能力差異明顯,多發育巖質崩塌、巖質滑坡等地質災害;具軟弱夾層的碳酸鹽巖組節理裂隙較發育,多發巖質崩塌、滑坡等地質災害;黃土多呈弱濕陷—中等濕陷性,多發育土質崩塌災害、黃土陷穴等。

1.2.4 植被特征

新安縣屬暖溫帶植物區系,大部分植被為喬灌木,西北部山地以落葉櫟樹為主,丘陵區以人工造林和種植果木為主。耕地基本以小麥、玉米等兩年三熟栽培植物為主。新安縣森林覆蓋率為4%,林草覆蓋率為21%。

1.3 地質災害的誘發因素

1.3.1 降水

新安縣年均降水量642.4 mm,最大年降水量1 097.3 mm,最小年降水量373.4 mm。年內降水分布不均,7—9月的降水量占全年降水量的51.6%。經統計,新安縣發生的71處滑坡中,7、8、9月發生的滑坡數量分別為18、22、16處,其總和占滑坡總數的78.87%,與降水量的年內分布呈正相關關系,可以說降水是滑坡發生的重要誘發因素。同時降水在空間分布上也不均勻,中部地區降水較少,南部和北部地區降水較多,其中西北部山區降水最多。

1.3.2 人類活動

不同的人類活動對生態系統擾動程度不同,引發的地質災害類型也存在差異。①采礦:鐵門鎮、青要山鎮等區域因采礦活動造成大量的礦渣堆積,在汛期易發生泥石流;石井鎮、北冶鎮、石寺鎮、青要山鎮等區域存在大量的采空區,使得該區域地面塌陷嚴重。新安縣的17處地面塌陷均是由采礦活動引起的,且目前在北冶鎮、石寺鎮等礦區仍存在嚴重的地面塌陷隱患。②交通及水利工程建設:新安縣地形地貌比較復雜,交通工程建設中需要切坡或開挖坡體,形成高陡路塹邊坡,存在很大的地質災害隱患;水利工程建設易引發庫區沿岸坡體滑動、崩塌等,如小浪底庫區水位調蓄期間,庫區水位落差最大達到100 m,庫區水位漲落及坡腳浸潤、沖刷等會降低庫區沿岸邊坡的穩定性,易發生滑坡、崩塌等地質災害,威脅庫區沿岸公路、村莊及群眾的安全。③削坡建房:受地形地貌的限制,新安縣群眾經常依據地勢,將房屋建于斜坡坡腳處,開挖形成的高陡邊坡打破了巖土體的自然平衡,經雨水沖刷,邊坡土體支離破碎,易引發地質災害。

2 地質災害易發性評價

2.1 評價指標體系建立

地形地貌、溝谷切割情況、溝谷密度和發育時期、坡向、坡度、坡高、坡體物質組成及物理力學性質、水文地質條件等因素均會影響地質災害形成[4-5]。結合新安縣實際情況,地質災害易發性評價指標選取地質災害點密度、坡度、坡高、坡形、巖土體結構、植被指數、降水和工程活動等8個評價指標,再采取專家打分法進一步確定各指標權重,結果見表4。

表4 地質災害易發性評價指標體系權重

2.2 指標賦分

在地質災害易發性評價指標體系中,巖土體結構、坡形、工程活動屬定性指標,經實地調查統計后依照不同等級進行賦分;地質災害點密度、坡度、坡高、植被指數、降水屬定量指標,將柵格數據進行歸一化處理作為每個柵格的賦分值,結果見圖1。其中降水數據是在已建立的計算模型中以地質災害發生地為中心,選擇半徑110 km(約1個經緯度)范圍內距地質災害發生地最近的氣象站點,然后選擇災情發生前14 d至發生日逐日20:00的24 h降水數據。新安縣地質災害數據來源于河南省地質測繪總院實地調查和遙感解譯資料,降水數據來源于新安縣氣象局,坡度、坡高、植被數據來源于新安縣國土資源局。

圖1 新安縣地質災害評價指標賦分情況

2.3 評價單元劃分

根據研究區1∶50 000的DEM,將同一地貌部位劃為同一單元,土壤條件、地下水等因素差異明顯的劃分為不同單元,以地貌走向線(分界線)、河流(溝渠)、道路、堤壩等權屬界線為單元邊界,共劃分5 112個壯年期溝谷單元,并與DEM、SPOT-5衛片進行疊加(見圖2),可以看出評價單元之間存在土地特征差異。

圖2 評價單元劃分及與DEM、SPOT-5衛片疊加結果

3 結果與分析

3.1 地質災害易發性分區依據和結果

各評價單元地質災害易發性評價指標權重和賦分的乘積之和為地質災害易發性指數,通過聚類分析,找出地質災害易發性指數的突變點作為地質災害易發性分區的界限值,將新安縣地質災害易發性分為非易發性、低易發性、中易發性、高易發性4個等級,各等級的地質災害易發性指數區間見表5,新安縣地質災害易發性分區結果見圖3。由圖3(a)可以看出,地質災害點主要分布在地質災害高易發區和中易發區,非易發區無地質災害點分布,表明地質災害易發性分區結果具有一定的準確性。新安縣北部主要為地質災害高易發區和中易發區,東南部為地質災害非易發區[見圖3(b)],這主要是由于新安縣北部為低山丘陵區,植被覆蓋度低,自然生態系統脆弱,加上道路和村鎮建設、采礦等造成的不合理切坡,導致自然斜坡坡腳處人為破壞嚴重,人工削坡引起區域內中型滑坡頻繁發生;東南部為沖擊平原區,是新安縣主要的森林區,地形起伏小、地勢平坦,地質災害較少發生,且成災范圍和危險程度也較小。分區結果符合新安縣的實際情況。

圖3 新安縣地質災害易發性分區結果

表5 新安縣地質災害易發性等級劃分

3.2 地質災害易發性分布特征及防治建議

1)高易發區。小浪底水庫周圍的丘陵區為地質災害高易發區,主要包括石井鎮中東部、北冶鎮東部、石寺鎮大部、青要山鎮南部,面積392.73 km2,占新安縣國土面積的33.74%,海拔300～400 m,地表出露巖性主要為第四系黃土、二疊系砂巖和砂質頁巖互層、三疊系砂巖和泥巖互層。該區受庫區水位陡升陡降的影響較大,建房、挖窯、修路、采礦活動中的人為削坡較多,人類工程活動頻繁。該區共有地質災害點96處,包括崩塌17處、滑坡52處、泥石流6處、不穩定斜坡7處、地面塌陷14處,地質災害點密度約為0.24處/km2。該區應按照“誰受益、誰治理”“以防為主、防治結合”的原則,按計劃分批次治理受地質災害威脅嚴重的區域,并組織受地質災害威脅嚴重地區的群眾進行搬遷;區域內的建設活動必須經過地質災害危險性評價和礦山地質環境評估,建設場地必須選擇土體結構穩定、寬闊平坦的區域,保證建設場地邊坡穩定,且及時清理資源開采過程中產生的廢渣;開展群專結合地質災害預警系統建設,通過巡視巡查和儀器監測,加強區域內地質災害的預警監管。

2)中易發區。新安縣西北部低山區為地質災害中易發區,主要包括石井鎮西部、北冶鎮西北部和青要山鎮北部,面積158.54 km2,占新安縣國土面積的13.62%,海拔500～800 m,地表出露巖性主要為寒武系頁巖、灰巖等。該區地勢起伏較大,人類工程活動削坡形成大量裸露的高陡邊坡,局部區域形成了陡峭的臨空面,容易引發地質災害。該區共有地質災害點18處,包括崩塌3處、滑坡13處、泥石流2處,地質災害點密度約為0.11處/km2。該區應按照“以防為主、防治結合”的原則,分時段、分批次治理潛在危險大的災害點,采取修建排水溝、擋土墻等工程措施,危險性較小的區域可采取搬遷避讓和加強預防預警等防治措施。

3)低易發區。新安縣南部丘陵區和西北部部分區域為地質災害低易發區,主要包括漢關街道、南李村鎮、鐵門鎮、倉頭鎮等的大部分區域,面積457.69 km2,占新安縣國土面積的39.32%。該區海拔較低,巖性主要為奧陶系白云質礫巖、灰巖,古生界寒武系灰巖,第四系沖洪積層和中更新統亞黏土層、亞砂土層,森林覆蓋率較高。共有地質災害點14處,包括崩塌5處、滑坡6處、地面塌陷3處,地質災害點密度約為0.03處/km2。該區應按照“以防為主”的原則,加強區域內地質災害的預警和防治工作。

4)非易發區。非易發區主要集中在東南部的沖積平原區,包括磁澗鎮大部、五頭鎮南部、鐵門鎮東南部和南李村鎮西北部,面積155.04 km2,占新安縣國土面積的13.32%。該區海拔低于200 m,巖性以第四系沖洪積層和第四系上更新統及中更新統亞黏土、亞砂土為主,該區無地質災害點。

4 結論

新安縣地質災害受坡體地質結構、坡體形態、地層巖性控制,受地下水和植被因素影響,可由降水和人類工程活動觸發。通過建立由地質災害點密度、坡度、坡高、坡形、巖土結構、植被指數、降水和工程活動等8個指標構成的地質災害易發性評價指標體系,進行新安縣地質災害易發性分區,結果表明:①地質災害易發性分區結果與新安縣地質災害點分布密度呈一致性,表明了地質災害易發性評價指標體系的合理性和準確性;②新安縣地質災害高易發區面積368.33 km2,占新安縣國土面積的33.74%,主要分布在小浪底水庫周圍的丘陵區,地質災害點密度為0.24處/km2;地質災害中易發區面積148.69 km2,占新安縣國土面積的13.62%,主要分布在西北部低山區,地質災害點密度為0.11處/km2;地質災害低易發區面積429.13 km2,占新安縣國土面積的39.31%,主要分布在南部丘陵區和西北部部分區域,地質災害點密度為0.03處/km2;非易發區面積145.41 km2,占新安縣國土面積的13.32%,主要集中在東南部的沖積平原區,該區無地質災害點。③地質災害高易發區應采取“誰受益、誰治理”“以防為主、防治結合”的原則,按計劃分批次治理受地質災害威脅嚴重的區域,加強地質災害預警系統建設;中易發區遵循“以防為主、防治結合”的原則,分時段、分批次治理潛在危險大的災害點,危險性較小的區域可采取搬遷避讓和加強預防預警等防治措施;低易發區和非易發區則堅持“以防為主”。