萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布規(guī)律和孕災(zāi)環(huán)境研究*

鄒鳳釵，陶小郎，呂 東，尹彥迪

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550081)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害是多因素綜合作用的復(fù)雜物理過程，不僅導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境惡化和破壞，而且給人類生命和財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅[1-4]。萬山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地層巖性多變、地貌類型多樣化、河流密度較大。特殊的自然地理環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造背景，導(dǎo)致萬山區(qū)發(fā)育獨(dú)特的環(huán)境地質(zhì)問題，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率較高，是全省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)之一。萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害歷史上共造成11人死亡、4人失蹤，損毀房屋1150間，直接經(jīng)濟(jì)損失621萬元。本文基于2021 年貴州省萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，結(jié)合近年的排查和詳查工作資料，對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布規(guī)律和孕災(zāi)環(huán)境進(jìn)行深入研究，為實(shí)現(xiàn)減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變、最大限度降低風(fēng)險(xiǎn)隱患、防災(zāi)減災(zāi)、監(jiān)測預(yù)警等提供科學(xué)依據(jù)[5-10]。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 氣象水文

萬山區(qū)位于貴州省東緣，與湖南懷化市相接。萬山區(qū)地處中亞熱帶中緯度地區(qū)，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，具有明顯的季風(fēng)氣候特點(diǎn)，因地形、地勢復(fù)雜，造成“一山有四季，十里不同天”的小氣候，具有中西溫涼、東南溫?zé)幔怪辈町惔?、立體氣溫明顯，冬溫低、春溫不穩(wěn)、秋溫下降快的特點(diǎn)。整體具有四季分明、冬暖夏涼、冬長秋短、雨充沛、無霜期較長；年極端最高溫度33.5 ℃(1978年)，極端最低溫度-10.4 ℃(1957年)，年均氣溫13.30 ℃。常見有倒春寒、暴雨、冰雹、洪澇、秋季綿雨、霜凍和凝凍等災(zāi)害性天氣。萬山區(qū)多年平均降水1430.9 mm，降水主要集中在4月至10月，約占全年降水量的79%，其中以5月至7月最為集中且降水強(qiáng)度大，是暴雨的多發(fā)季節(jié)。

區(qū)域?qū)匍L江流域沅江水系之一級(jí)支流錦江及舞陽河匯水范圍，錦江、舞陽河分水嶺位于萬山區(qū)南部，大致于大坪鄉(xiāng)-萬山鎮(zhèn)一帶呈近東西向橫穿全境。其北部地區(qū)地表水系大都呈北東向徑流匯入錦江，南部地區(qū)地表水系大都向南徑流匯入舞陽河。區(qū)內(nèi)主要河流有謝橋河、石竹河、下溪河、敖寨河、黃道河、高樓坪河，呈樹枝狀展布，主要靠源區(qū)降水補(bǔ)給，雨源特征明顯，具有河道狹窄、河床較陡、洪枯變化劇烈的特點(diǎn)。

1.2 地形地貌

該區(qū)地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，境內(nèi)主要為碳酸鹽巖溶蝕形成的溶蝕地貌區(qū)和碎屑巖、淺變質(zhì)巖形成的侵蝕地貌區(qū)，一般海拔270.0～1149.2 m，最高點(diǎn)下溪鄉(xiāng)米公山，海拔1149.2 m，最低點(diǎn)為下溪河出境處(長田灣)，海拔270.0 m，相對(duì)高差879.2 m。

區(qū)內(nèi)總體地勢東部低、西部高、中部隆起，自中部向北東南三面傾斜構(gòu)成區(qū)內(nèi)地形格架。萬山區(qū)整體中部溶蝕地貌區(qū)地勢較為平緩，北東部及西部侵蝕地貌區(qū)地勢較陡峭。區(qū)內(nèi)地貌類型主要有中山、低山侵蝕地貌、中低山、低山溶蝕地貌4類。

1.3 地層巖性

萬山區(qū)境內(nèi)出露地層從老到新為青白口系、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系和第四系，其中以寒武系碳酸鹽巖地層出露面積最大，次為青白口系、南華系地層。區(qū)內(nèi)主要巖組為東部清水江組變余粉砂巖、板巖，西部杷榔組粘土頁巖或泥巖以及中部敖溪組的白云巖、車夫組灰?guī)r及泥灰?guī)r。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

萬山區(qū)經(jīng)歷過多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了以北東向褶皺、斷裂構(gòu)造為主的基本構(gòu)造格架。主要褶皺有核桃寨向斜、下溪背斜。主要斷層有銅仁斷層、茶店斷層、民和斷層、敖寨斷層、高樓坪斷層、鋪前斷層、石竹斷層、槐花斷層。褶皺受斷層構(gòu)造控制，其展布特征與構(gòu)造線方向一致。

2 地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布規(guī)律

萬山區(qū)現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)68處，其中滑坡隱患點(diǎn)為最多，共51處，占地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的75.00%；崩塌8處、地面塌陷8處，各占地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的11.76%，泥石流1處。區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害以小型為主。隱患點(diǎn)共威脅555戶3289人、房屋886處等，潛在經(jīng)濟(jì)損失23029萬元。

2.1 時(shí)間分布特征

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)段與降雨有十分密切的關(guān)系，在枯水期相對(duì)穩(wěn)定，發(fā)生災(zāi)情頻率相對(duì)較小甚至無災(zāi)情發(fā)生，在豐水期穩(wěn)定性相對(duì)差，發(fā)生災(zāi)情頻率相對(duì)集中甚至造成災(zāi)情頻發(fā)。根據(jù)本次收集資料綜合分析，萬山區(qū)境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害多出現(xiàn)在4月至8月，萬山區(qū)境內(nèi)每年降雨量多集中在4月至10月(表1)。

表1 萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與發(fā)生時(shí)間關(guān)系表

2.2 空間分布特征

2.2.1 地域分布呈現(xiàn)分散性和聚集性

萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害具有總體分散局部集中的特點(diǎn)。區(qū)境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害集中分布于西部的大坪鄉(xiāng)—魚塘鄉(xiāng)一帶；東北部的謝橋辦事處—熬寨鄉(xiāng)—下溪鄉(xiāng)一帶，東南面萬山鎮(zhèn)—黃道鄉(xiāng)一帶，茶店辦事處也相對(duì)較密集。

按鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)萬山區(qū)9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布。其中黃道鄉(xiāng)、下溪鄉(xiāng)、敖寨鄉(xiāng)、大坪鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)量較多，共47個(gè)，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的69.12%；高樓坪鄉(xiāng)分布數(shù)量最少(表2)。

表2 萬山區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)于清水江組和杷榔組

萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要分布于東部清水江組變余粉砂巖及西部杷榔組粘土巖中，其中清水江組共分布有滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)23處，占比33.82%；崩塌則主要分布于敖溪組白云巖中，共有4處，占比50%(表3)。

表3 萬山區(qū)各地層地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

3 地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境研究

3.1 地質(zhì)災(zāi)害主要孕災(zāi)因子

3.1.1 地形地貌

1)地形坡度

坡度是影響巖土體應(yīng)力分布和地質(zhì)災(zāi)害啟動(dòng)的動(dòng)力條件。坡度的大小決定了地表松散物質(zhì)發(fā)生位移并形成地質(zhì)災(zāi)害的可能性，很大程度上確定了斜坡變形破壞的形式和機(jī)制。

萬山區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布在坡度為25°～30°、30°～38°區(qū)間范圍內(nèi)。其中25°～30°斜坡主要分布在大坪鄉(xiāng)、下溪鄉(xiāng)、熬寨鄉(xiāng)，其分布面積占全區(qū)總面積的11.6%，控制了36.96%的地災(zāi)隱患點(diǎn)。30°～38°斜坡面積占全區(qū)總面積的16.2%，共有23.91%的地災(zāi)隱患點(diǎn)分布在該坡度范圍內(nèi)。而50°以上斜坡分布面積占比只有3.53%，主要分布在熬寨鄉(xiāng)和萬山鎮(zhèn)一帶，以控制崩塌隱患為主。

2)地貌

區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)災(zāi)害及隱患點(diǎn)在不同地貌類型區(qū)下呈現(xiàn)不同的空間分布特征。

其中滑坡地質(zhì)災(zāi)害在侵蝕地貌區(qū)最為發(fā)育，有44處，占比86.2%。溶蝕地貌區(qū)及構(gòu)造侵蝕、溶蝕地貌區(qū)均發(fā)育較少，占比較低。崩塌地質(zhì)災(zāi)害在構(gòu)造侵蝕、溶蝕地貌區(qū)較為發(fā)育，有5處，占比62.5%。其次為溶蝕地貌區(qū)，發(fā)育有2處，占比25%。

3.1.2 易滑易崩地層

杷榔組地層在萬山區(qū)分布較廣，其黃綠色粘土巖受流水侵蝕、風(fēng)化剝蝕及節(jié)理裂隙控制，易在斜坡中下部形成松散堆積層，這些堆積層多為碎石土，其碎石含量大于50%，呈鱗片狀，結(jié)構(gòu)松散粘性差、力學(xué)強(qiáng)度低。在強(qiáng)降雨條件下，堆積層中上部巖土體達(dá)到飽和，且中上部坡度較陡，斜坡往往從中上部開始向下滑動(dòng)；中下部覆蓋層在后緣滑體的沖擊下，向下形成碎屑流滑動(dòng)。主要分布于大坪鄉(xiāng)、魚塘鄉(xiāng)北部一帶。

清水江組地層斜坡中上部覆蓋層相對(duì)較薄，覆蓋層多數(shù)小于3 m，為含碎石粉土，斜坡坡度較陡，下伏變質(zhì)粉砂巖夾灰綠色沉凝灰?guī)r軟弱夾層，往往呈單斜構(gòu)造。在強(qiáng)降雨條件下，上部土體飽和，雨水繼續(xù)下滲至基覆界面，從而形成軟弱面，在自重條件下，上覆強(qiáng)風(fēng)化層順層滑動(dòng)。而在逆向坡一側(cè)，受敖溪斷層及次級(jí)斷層影響，清水江組地層則以“X”型節(jié)理裂隙控制的小型崩塌災(zāi)害為主，分布于黃道鄉(xiāng)、下溪鄉(xiāng)、敖寨鄉(xiāng)東部。

敖溪組出露地層主要為薄層白云巖，底部夾有粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖，易差異風(fēng)化，是崩塌和地面塌陷主要產(chǎn)出層位，分布于敖寨鄉(xiāng)西部、萬山鎮(zhèn)一帶。清虛洞組主要為灰?guī)r，底部為杷榔組軟質(zhì)巖組，為崩塌主要產(chǎn)出層位，主要分布于敖寨鄉(xiāng)中部、大坪和魚塘鄉(xiāng)北部。

3.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

萬山區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系較為密切。從區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布特征來看，其主要分布于萬山區(qū)西部民和斷層的南北兩盤及東部下溪背斜東西兩翼(表4，圖1)。

表4 區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造帶上地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量

圖1 地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系圖

下溪背斜東翼分布災(zāi)害較多，滑坡災(zāi)害24處。其東翼斜坡多傾SE向，相對(duì)高差大，坡度多在25°以上，出露地層為清水江組粉砂質(zhì)板巖夾變質(zhì)沉凝灰?guī)r，其災(zāi)害主要以強(qiáng)風(fēng)化層順向產(chǎn)生的滑坡為主。而在背斜頂部及西翼，受熬寨斷層及次級(jí)斷層影響，斜坡結(jié)構(gòu)以斜向坡、橫向坡或以松散堆積為主，巖層結(jié)構(gòu)面發(fā)育，易風(fēng)化成碎裂狀，形成的覆蓋層多為含碎石粉土，較疏松，多發(fā)生淺表層小型土質(zhì)滑坡。

在萬山區(qū)西部，民和斷層下盤分布滑坡14處。該區(qū)正斷層對(duì)巖土體的改造，加速了杷榔組泥巖及頁巖的風(fēng)化，為土質(zhì)滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)應(yīng)力場的作用使巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，從而使巖體力學(xué)性質(zhì)大大降低，為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的形成發(fā)育提供了條件。

3.1.4 斜坡結(jié)構(gòu)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要以土質(zhì)斜坡為主，在粘性土類斜坡、碎石土斜坡、粉土斜坡三種斜坡結(jié)構(gòu)中，碎石土斜坡結(jié)構(gòu)累計(jì)發(fā)生數(shù)量較多，此范圍內(nèi)地災(zāi)隱患點(diǎn)密度較高。在巖質(zhì)斜坡中，順向坡和順斜向坡滑坡較為發(fā)育，而崩塌主要發(fā)育于橫向及逆斜向坡，說明巖體結(jié)構(gòu)面不利組合，亦為巖質(zhì)滑坡和崩塌的主要形成條件。

表5 區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害斜坡結(jié)構(gòu)分布數(shù)量

3.1.5 降雨與水文地質(zhì)條件

萬山區(qū)年平均降雨量1430.9 mm，年最大降雨量1817.4 mm(2016年)。降雨集中在4月至10月，約占全年降雨量的79%。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2004年—2021年萬山區(qū)滑坡出現(xiàn)加劇變形的現(xiàn)象多發(fā)生在5月至10月，根據(jù)收集的資料顯示，在降雨中和降雨后發(fā)生變形的地質(zhì)災(zāi)害有共計(jì)33處，說明地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨關(guān)系密切，多屬降雨誘發(fā)型，主要發(fā)生在汛期。

1)地表水系

地表水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響主要表現(xiàn)為河流的侵蝕作用。萬山區(qū)屬長江流域沅江水系之一級(jí)支流錦江及舞陽河匯水范圍，境內(nèi)河流均屬山區(qū)雨源型，由降水補(bǔ)給河川徑流。夏秋季節(jié)多暴雨和大雨而且時(shí)間集中，由于區(qū)內(nèi)地形切割較深，降雨在短時(shí)間內(nèi)匯集，使河水形成洪峰，形成具有較強(qiáng)侵蝕能力的地表水流，不斷地沖蝕或淘蝕斜坡坡腳，使斜坡前部不斷變陡，臨空面增大，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

由萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與主要地表水系的距離關(guān)系表(表6)可知，地表水系200 m范圍內(nèi)全區(qū)面積占比僅為12.6%，但發(fā)育了37.25%的滑坡地質(zhì)災(zāi)害；25%的崩塌地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育與構(gòu)造、裂隙帶成谷作用有較為密切的聯(lián)系，往往地表水體兩岸的基巖因構(gòu)造的影響易風(fēng)化堆積，在短時(shí)間強(qiáng)降雨內(nèi)河谷匯集沖刷作用下易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

表6 地表水系與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系統(tǒng)計(jì)表

2)地下滲流

區(qū)內(nèi)與地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)的地下水類型有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩大類型。松散巖類孔隙水主要分布于坡殘積、沖洪積粘土、粘土、泥礫巖及第四系松散堆積物中，在基覆界面處下滲遇阻，沿基覆界面徑流軟化形成潛在軟弱面，從而誘發(fā)滑坡災(zāi)害?；鶐r裂隙水對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在粘土巖阻水軟弱層分布區(qū)域，基巖裂隙水遇粘土巖、泥巖等軟弱巖阻水后，沿層面徑流，進(jìn)一步降低了軟弱層的抗滑阻力，易誘發(fā)基巖層內(nèi)滑動(dòng)。

3.1.6 人類工程活動(dòng)

區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)化發(fā)展速度較快，農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)工程建設(shè)活動(dòng)較為強(qiáng)烈，主要為農(nóng)村宅基地及農(nóng)村公路建設(shè)。主要表現(xiàn)在：一是村民的住房建設(shè)選址不當(dāng)，選在陡坎或陡崖的下方、選在不穩(wěn)定斜坡地段或潛在性滑坡體上；二是工程建設(shè)中的工程措施不當(dāng)，住房大都半挖半填式修建，部分房后開挖后，邊坡過高過陡，且未做支護(hù)措施，房前填方區(qū)擋墻失效造成邊坡滑塌；三是萬山區(qū)已實(shí)現(xiàn)村村通、組組通工程。大量的切坡開挖支護(hù)措施不及時(shí)，其部分危險(xiǎn)路段無有效治理措施。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要以人工切坡開挖未支護(hù)引起。

3.2 主要孕災(zāi)因子權(quán)重分析

結(jié)合前述區(qū)內(nèi)7個(gè)主要孕災(zāi)因子，利用層次分析法(AHP)計(jì)算各孕災(zāi)因子間的權(quán)重。其主要步驟有：建立模型、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗(yàn)、層次總排序及一致性檢驗(yàn)、權(quán)重向量計(jì)算[11]。對(duì)7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行兩兩重要度判斷，得到矩陣W為：

(1)

求解矩陣W的特征值，得出最大特征值λmax=7.064，λmax>n，為保證判定矩陣W的準(zhǔn)確性，需要檢驗(yàn)“一致性”[12]。

一致性指標(biāo)CI：

(2)

一致性率CR：

(3)

對(duì)矩陣W的準(zhǔn)確性進(jìn)行判定，一致性指標(biāo)CI=0.008<0.1，于是判別矩陣W通過了一致性檢驗(yàn)。

通過幾何平均法算出各孕災(zāi)因子間的權(quán)重向量Wi。

(4)

其中地層巖性的權(quán)重最大，為0.32；其次為地形地貌和斜坡結(jié)構(gòu)，權(quán)重為0.19；降雨權(quán)重為0.12；地質(zhì)構(gòu)造和人類工程活動(dòng)權(quán)重一致，為0.07，水文地質(zhì)條件影響最小，權(quán)重值0.04。

4 結(jié)論

1)萬山區(qū)現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)68處，滑坡51處，占災(zāi)害總數(shù)的75.00%；崩塌8處、地面塌陷8處，分別占11.76%，泥石流1處。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害整體上具有總體分散局部集中、危害性較大等特點(diǎn)。

2)萬山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間分布受降雨的影響，主要分布在5月至8月。

3)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害主要分布在東、西部地區(qū)，西部分布于大坪鄉(xiāng)及魚塘鄉(xiāng)北部，主要出露以杷榔組為主的軟質(zhì)巖類碎屑巖地層，而東部主要分布于敖寨鄉(xiāng)至黃道鄉(xiāng)一線，主要出露清水江組變質(zhì)巖地層及南華系至寒武系中下部以碎屑巖為主的地層。中部災(zāi)害點(diǎn)較分散。

4)萬山區(qū)境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布受多因素綜合影響。通過層次分析法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的主要孕災(zāi)因子進(jìn)行權(quán)重分析，從大到小分別為：地層巖性、地形地貌、斜坡結(jié)構(gòu)、降雨、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動(dòng)及水文地質(zhì)條件。

5)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)主要分布在坡度為25°～30°、30°～38°區(qū)間范圍內(nèi)、西部民和斷層的南北兩盤及東部下溪背斜東西兩翼、杷榔組和清水江組地層內(nèi)。而降雨和人工切坡是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素。