福建南平延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律淺析

張 亮

(福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)，邵武，354000)

南平市延平區(qū)位于福建省閩西北的南端，閩江三大支流沙溪、 富屯溪、建溪匯合處。全境東西長約81 km，南北寬約69 km，總面積2 659.7 km2，地處閩北谷地最低處，東北部以低山為主，北部以中山為主，南部以中低山為主，西部為低山丘陵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)有73個(gè)，其中滑坡點(diǎn)59個(gè)、崩塌點(diǎn)9個(gè)、泥石流點(diǎn)5個(gè)，對當(dāng)?shù)氐木用竦纳⒇?cái)產(chǎn)造成危害。針對延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征，重點(diǎn)分析了地形(地貌)、地層巖性、植被、降雨和人類工程活動等因素與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系，分析其地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有重要的指導(dǎo)意義。

1 延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害基本特征

1.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

區(qū)內(nèi)現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)73(1)福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)，延平城市地質(zhì)調(diào)查專題——延平城市斜邊坡地質(zhì)調(diào)查專題報(bào)告，2018。收稿日期：2019-08-16作者簡介：張 亮 (1986-)，男，工程師，地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)。處。類型以滑坡為主，其次是崩塌，泥石流最少(表1)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模以小三型和小二型為主，尤其崩塌災(zāi)害小三型中地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害和房前屋后高陡邊坡數(shù)量多，單一災(zāi)害點(diǎn)規(guī)模不大，但直接的危害性大，同時(shí)由于其殘積土厚度、強(qiáng)度差異大，其形成過程具有漸進(jìn)到突變過程，其發(fā)生時(shí)間還具備隱蔽性強(qiáng)、突發(fā)性明顯等特征。

表1 南平延平區(qū)滑坡、崩塌基本情況統(tǒng)計(jì)

Table 1 Statistics on basic conditions of the landslide and collapse in the Yanping area of Nanping city

地災(zāi)類型規(guī)模穩(wěn)定性評價(jià)分布區(qū)域地質(zhì)巖性小三型(<0.1萬方)小二型(0.1～1萬方)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢不穩(wěn)定 現(xiàn)狀基本穩(wěn)定, 發(fā)展趨勢不穩(wěn)定現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢基本穩(wěn)定沉積巖侵入巖變質(zhì)巖滑坡數(shù)量(處)41184810135186占比69.5%30.5%81.4%16.9%1.7%59.3%30.5%10.2%崩塌數(shù)量(處)90720351占比100%077.8%22.2%033.3%55.6%11.1%

1.2 地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

圖1 延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布示意圖

地質(zhì)災(zāi)害主要分布在人類工程活動強(qiáng)烈的城區(qū)(圖1)，主要集中在高程100～200 m的人口集中的中部丘陵地區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害主要分布在自然地形坡度小于45°的斜坡地帶；大多數(shù)發(fā)育在坡高小于20 m的斜坡中，且主要發(fā)育在坡高5～10 m斜坡地帶；沉積巖區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布最多，侵入巖區(qū)和變質(zhì)巖區(qū)相對較少。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

地質(zhì)災(zāi)害受地形(地貌)、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、降雨、人類工程活動[1]、植被條件等因素影響，其中地形(地貌)、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和植被條件為內(nèi)因，降雨和人類工程活動為外部誘發(fā)因素。

2.1 地形因素

地形是地質(zhì)災(zāi)害形成的基本條件之一，它的控制作用具多層次，地質(zhì)災(zāi)害與地形有密切關(guān)系。地形條件及斜坡坡度控制著崩塌、滑坡產(chǎn)生的臨空條件，地形切割強(qiáng)烈、懸崖臨空高聳是崩塌、滑坡最有利的發(fā)生地段。自然地形坡度大于25°的斜坡最易引發(fā)滑坡、崩塌。此外，人工開挖形成高陡邊坡，且未采取支護(hù)措施，形成土體臨空面，極易引發(fā)滑坡、崩塌[2]。溝谷坡降較大，溝口窄小，上游地形較開闊且有一定的匯水面積，極易引發(fā)滑坡、泥石流災(zāi)害。

2.1.1 高程與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和地形高程間并未存在明顯的相關(guān)性。地質(zhì)災(zāi)害主要集中在高程100～200 m的人口集中地區(qū)，高程在800～1 000 m地區(qū)僅有一處地質(zhì)災(zāi)害分布，位于茫蕩鎮(zhèn)茂地村王伯賢屋后，為暴雨時(shí)發(fā)生的泥石流(表2)；由此可見，地形高程對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用主要體現(xiàn)在其對于人類工程活動的控制，人口集中、人類工程活動強(qiáng)烈的地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育。

表2 地形高程與地質(zhì)災(zāi)害分布統(tǒng)計(jì)

2.1.2 坡度與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系

地形坡度與地質(zhì)災(zāi)害具有很大關(guān)系，影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育，并控制地質(zhì)災(zāi)害的類型。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在自然地形坡度小于45°的斜坡地帶，其中以25°～35°的斜坡地帶數(shù)量最多，可達(dá)54處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的74.0%，坡度大于45°的斜坡地帶沒有發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，不同坡度范圍災(zāi)害的類型明顯不同。這與一般認(rèn)為的斜坡穩(wěn)定性受坡度影響的規(guī)律不同(坡度越大，穩(wěn)定性越差)，主要原因是延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要為房前屋后人工切坡失穩(wěn)引起的小型崩塌、滑坡，而居民建房切坡一般選在自然地形坡度較緩處，而切坡較陡區(qū)域往往采取邊坡支護(hù)措施，所引發(fā)的災(zāi)害相對較少。

2.1.3 坡高與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系

地質(zhì)災(zāi)害分布與斜坡高度關(guān)系密切[3]。地質(zhì)災(zāi)害大多數(shù)發(fā)育在坡高小于20 m的斜坡中，且主要發(fā)育在坡高5～10 m斜坡地帶有29處，坡高10～15 m有17處，二者合計(jì)占總數(shù)的67.7%。斜坡高度大于20 m的有5處，僅占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的7.3%(圖2)。坡高越大反而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量越少，研究調(diào)查分析主要是因?yàn)檠悠匠鞘写迕窠ǚ壳衅拢ǔＤ軌蚓C合考慮房前屋后斜坡坡高和坡度，不會同時(shí)使所切的邊坡高且坡度陡，一般在5～15 m高度的斜坡保持的坡度較陡，所引發(fā)的災(zāi)害相對較多；大于15 m的高陡邊坡較少，且大多數(shù)采取良好的分級開挖、邊坡支護(hù)措施，所引發(fā)的災(zāi)害相對較少。邊坡在不同坡高下的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量差異原因推測主要是由于區(qū)內(nèi)居民建房切坡高度主要集中在0～15 m。

圖2 斜坡坡高與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系直方圖

2.2 巖土體因素

地質(zhì)條件是控制地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在因素，地質(zhì)體母巖及其風(fēng)化物是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是致災(zāi)體的物質(zhì)來源。延平區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，區(qū)內(nèi)地層巖性多樣，主要為侵入巖、變質(zhì)巖和沉積巖，不同母巖風(fēng)化程度與殘坡積層特性基本控制著地質(zhì)災(zāi)害的形成類型、發(fā)生機(jī)率和災(zāi)害規(guī)模。斜坡地表第四系殘積層和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖結(jié)構(gòu)較疏松，有利于降水下滲，巖土體遇水易軟化，抗剪強(qiáng)度降低；上部較疏松的巖土體與下伏較穩(wěn)固的基巖界面是潛在的構(gòu)造軟弱面，極易沿巖土軟弱界面滑動，產(chǎn)生滑坡、崩塌。

研究區(qū)內(nèi)共查明地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)73處，分布在侵入巖區(qū)的災(zāi)點(diǎn)24處(表3)。沉積巖區(qū)地質(zhì)災(zāi)害最發(fā)育，侵入巖區(qū)和變質(zhì)巖區(qū)相對較少。由于區(qū)內(nèi)地災(zāi)點(diǎn)都集中在人口集中的城區(qū)、村鎮(zhèn)及人類工程活動劇烈的公路、鐵路沿線，與人類工程活動關(guān)系密切，與不同母巖單位面積占比沒有明顯規(guī)律性。

表3 不同母巖地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況

2.3 降雨因素

2.3.1 地質(zhì)災(zāi)害受年降雨量影響

延平城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害分布年份不均，災(zāi)害數(shù)量與降雨量緊密相關(guān)[4]。此次收集1998～2017年的近20年年降雨量與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系(表4)。

降雨量在 2 100 mm以下時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害基本不發(fā)育，降雨量在2 100 mm以上時(shí)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與降雨量總體上呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，但存在一定的異常。尤其是2010年年降雨量為2 471 mm，在這一年延平城市發(fā)生了嚴(yán)重的滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害，房前屋后災(zāi)害數(shù)量就達(dá)到60處，此次災(zāi)害無論范圍、數(shù)量和規(guī)模均為區(qū)內(nèi)歷史之最。而2016年的年降雨量高于2010年，而地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量僅為14處。產(chǎn)生這種現(xiàn)狀原因與降雨量分布時(shí)間有關(guān)。降雨時(shí)間段相對集中，災(zāi)害發(fā)生數(shù)量越多，降雨分散，災(zāi)害數(shù)量則較少。

表4 近20年地質(zhì)災(zāi)害與年降雨量統(tǒng)計(jì)

2.3.2 地質(zhì)災(zāi)害受月降雨量影響

延平城區(qū)近20年全年降雨集中在梅雨季節(jié)和雷雨季節(jié)，地質(zhì)災(zāi)害也集中在這兩個(gè)季節(jié)發(fā)生，災(zāi)害數(shù)量占全年災(zāi)害總數(shù)的98%。其中6月份地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量達(dá)67處，占全年災(zāi)害總數(shù)的91.8%。月份降雨量多，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率高，災(zāi)害數(shù)量多。如6月份，月平均降雨量達(dá)324 mm，遠(yuǎn)高于其他月份，期間發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他月份(圖3)。

圖3 近20年月平均降雨量與月份災(zāi)點(diǎn)數(shù)關(guān)系圖

2.3.3 降雨量空間分布對地質(zhì)災(zāi)害的影響

研究收集2010年6月14～19日延平區(qū)的延福門、十里庵、夏道鎮(zhèn)、大風(fēng)、沙溪口、茂地等水文站點(diǎn)的過程降雨量值與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量(表5)，并繪制了過程降雨量等值線與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布關(guān)系圖(圖4)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，區(qū)內(nèi)房前屋后人類工程活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害大部分發(fā)育于降雨量較大區(qū)域，并呈現(xiàn)出雨量越大，地質(zhì)災(zāi)害分布越密集的特性[5]。如過程降雨量相對較大(400～420 mm)的老城區(qū)—?？哟逡粠В植嫉牡刭|(zhì)災(zāi)害點(diǎn)最多；反之，夏道鎮(zhèn)東南方向過程降雨量相對較小(200 mm以下) ，分布的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)相對較少。但值得注意的是，雨量最為集中的西側(cè)地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害反而較少發(fā)生。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要為西側(cè)為高海拔地區(qū)，人類活動較少，開發(fā)區(qū)及房前屋后高陡邊坡少，即使過程降雨量大(440～500 mm)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布也很少。

表5 2010年6月14～19日延平城區(qū)各水文站過程降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量

Table 5 Process rainfall and geological hazards development in Yanping city,14-19 June 2010

水文站點(diǎn)延福門十里庵夏道鎮(zhèn)大風(fēng)沙溪口茂地過程降雨量值(mm)384.0419.5185.5395.0450.5503.5地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)(處)38107區(qū)外未統(tǒng)計(jì)32人類工程活動強(qiáng)烈較強(qiáng)烈較強(qiáng)烈較弱較弱較弱

圖4 2010年6月14～19日過程降雨量與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布關(guān)系圖

綜上所述，區(qū)內(nèi)房前屋后人類工程活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害與年降雨量有極強(qiáng)的相關(guān)性，年降雨量越多，發(fā)生災(zāi)害的可能性越大，災(zāi)害數(shù)量越多；日降雨量大，發(fā)生的災(zāi)害數(shù)量多。人類工程活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度與過程降雨量總體呈正比關(guān)系。

2.4 植被因素

植被根系能夠固持土體，增大土體抗剪強(qiáng)度，提高斜坡穩(wěn)定性。植被根型、根的物理性質(zhì)(如抗拉強(qiáng)度)、根表面積等不相同，對土體改良作用存在差異。高覆蓋率的植被對于水文效應(yīng)和土體性質(zhì)有著改良作用，樹冠截留降雨，減少斜坡地表水和地下水流速，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。植被自重對斜坡表面存在附加荷載，對斜坡穩(wěn)定性不利。不同的植被類型對地質(zhì)災(zāi)害的抑制作用也不同。根據(jù)歷年40處地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害范圍內(nèi)主要植被類型為竹林、松杉樹和灌草，竹林區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害最多，占總數(shù)的54.8%，松樹、杉樹林區(qū)發(fā)生災(zāi)害的數(shù)量相對較少。

竹林：此類植被屬水平根型植被，根系分布淺，集中分布于50 cm以上的土層，樹木根系往往處于滑動面以上，對斜坡穩(wěn)定性貢獻(xiàn)較小。而竹子本身上部植株重量較大，在一定程度上加大了坡面上部荷載，對于斜坡穩(wěn)定性不利。另外，每年冬、春兩季挖采竹筍及增加產(chǎn)量的需要翻松土層，對坡面的破壞尤其嚴(yán)重，使降雨滲入量增加，因此，此類植物區(qū)淺層地質(zhì)災(zāi)害容易發(fā)生，災(zāi)害數(shù)量多。

灌草：灌草往往生長茂盛，能夠有效減小地表徑流，降低坡面沖刷，發(fā)育的根系能對表層土體起著固持作用，在一定程度上提高了土體抗剪強(qiáng)度。但灌草根系很淺，僅在10～30 cm，處于滑動面以上，不能抑制30 cm以下的土體滑動，因此，該植被區(qū)地質(zhì)災(zāi)害較容易發(fā)生。

松杉樹：松杉木種植相對茂密，此類植被根系分布深度大，在絕大多數(shù)條件下，樹種根系可及深度在1～3 m，主直根常?？梢源┩副硗料旅娴膴A層或黏質(zhì)土層，使得松散表層中的下滲水更深層入滲，避免了由于不透水層表面多余水分的聚集而導(dǎo)致松散層下滑的發(fā)生。

2.5 人類工程活動因素

人類工程活動是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)外部因素，開挖邊坡后產(chǎn)生較大的臨空面，巖土體內(nèi)部應(yīng)力重新分布，并在坡腳部位形成一個(gè)較為明顯的最大剪應(yīng)力集中帶，造成斜坡土體剪切破壞；在斜坡上耕種，使地表土體結(jié)構(gòu)松散，在降雨沖刷下極易使邊坡失穩(wěn)而形成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害[6]；大量砍伐林木和改造山體的行為，致使土體松散和坡體固土能力下降，工程建設(shè)形成的大量棄土堆填于溝谷上游，且未采取有效的支擋和截排水措施，極易引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害。

3 結(jié)論

(1)延平區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡為主，其次是崩塌和泥石流，規(guī)模以小型為主。

(2)邊坡的坡高、坡角是影響高陡邊坡穩(wěn)定性的重要內(nèi)因，當(dāng)邊坡過高、坡角過大時(shí)，穩(wěn)定性降低，容易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；自然斜坡坡度增加，邊坡的穩(wěn)定性降低，危險(xiǎn)性隨之增大。地質(zhì)災(zāi)害與不同母巖單位面積占比沒有明顯規(guī)律性；變質(zhì)巖類殘積土可塑性較好，而侵入巖和沉積巖類殘積土可塑性較差，在相同的地質(zhì)環(huán)境條件下侵入巖和沉積巖類殘積土較易引發(fā)土體滑動，應(yīng)采取切實(shí)有效的邊坡支護(hù)和截排水措施。

(3)不同植被區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量明顯不同。竹林區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多，災(zāi)害數(shù)量最少的植被區(qū)為松杉區(qū)，高覆蓋率的植被對于水文效應(yīng)和土體性質(zhì)有著改良作用，增大土體抗剪強(qiáng)度，提高斜坡穩(wěn)定性，有效減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

(4)人類工程活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度與過程降雨量、年降雨量、月降雨量、日降雨量總體呈正比關(guān)系，過程降雨量、年降雨量、月降雨量、日降雨量相對較大的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多，反之地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)相對較少。同時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度與人類工程活動密切相關(guān)，人類工程活動強(qiáng)烈的丘陵區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多。

本文是在延平城市地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)延平城市地質(zhì)調(diào)查斜邊坡地質(zhì)調(diào)查專題報(bào)告資料總結(jié)歸納編撰而成，感謝項(xiàng)目組同仁大力支持。在成文過程中感謝陳愛孫高級工程師的熱情指導(dǎo)，同時(shí)感謝審稿專家對文章提供的寶貴修改意見！