1、地质灾害易发区划分与评价
一、易发程度区划的原则
地质灾害易发程度是指在一定的地质环境条件和人类工程活动影响条件下,地质灾害发生的可能性的难易程度。
1)地质灾害易发区划分结合地质灾害形成的地质环境条件、诱发因素(人类工程活动、降雨等)和灾害发育现状,以定性评价为基础,通过信息系统空间分析定量计算来确定。
2)评价单元的划分按照“区内相似和区际相异”的原则来确定,以地质灾害发育的地质环境条件差异确定评价单元。采用人工方法计算时,以乡镇行政区或村级行政区为基本单元。采用计算机网格剖分时,单元面积采用500m×500m。
3)地质灾害发育程度划分为四级:高易发区(Ⅰ)、中易发区(Ⅱ)、低易发区(Ⅲ)和不易发区(Ⅳ)四级。在划分过程中,根据实际调查情况,具体问题具体分析,尽可能便于乡镇政府开展防治工作。
二、工作思路和技术路线
地质灾害易发程度区划是地质灾害详细调查中的重要环节,地质灾害易发性区划图是地质灾害调查研究中最基础、最重要的图件之一。地质灾害的易发性区划研究主要是对地质灾害形成的内因进行分析,综合考虑工程地质条件、植被、长期的综合降雨等影响因素在地质灾害形成过程中的作用,基于GIS平台对其影响因素进行量化分析,同时考虑各个影响因素所占的权重,遵循一定的原则设计开发程序,从而生成最终的地质灾害易发性区划图。
在地质灾害野外调查资料及整理生成的地质灾害分布图、地质灾害调查测绘图、地质灾害详细调查实际材料图的基础上,通过对灵台县地质灾害详细调查数据综合分析,对研究区进行了剖分,对每个剖分网格中地质灾害的点密度、面密度和体密度进行了分级,确定其分级指数,调用开发软件确定每个网格的灾害性影响指数,采用袭扰系数法生成初步地质灾害易发性区划图,并利用地理信息系统软件ArcGIS和MapGIS6.7空间分析功能将地质灾害的各个影响因素图叠加到初步地质灾害易发性区划分级图中,绘制出该县的地质灾害易发性分区图。灵台县地质灾害易发性区划研究系统流程图如图6-1所示。
具体步骤为:首先将灵台县地质灾害分布图进行500m×500m网格剖分。其次对每个网格内地质灾害的个数、体密度、面密度采取不同的原则将每个网格的灾害易发性程度分为四级,生成初步的地质灾害易发性等值线图。然后对该县的地形地貌图、地层岩性图、降雨量分布图、地形坡度图、植被覆盖图分别采取相应标准分为四级,采取专家打分的方法确定其权重。最后叠加各个图层从而生成灵台县地质灾害易发性分区图,为灵台县地质灾害详细调查危险性区划和灵台县地质灾害防治区划等提供可靠的数据,同时为政府部门采取有效的措施进行统筹规划减灾防灾以及灾害治理提供了可靠的依据。
图6-1 地质灾害易发性区划研究系统流程图
三、基于GIS的地质灾害区划研究
首先在MapGIS6.7平台上,以灵台县地质灾害分布图为底图采用袭扰系数法生成初步的地质灾害易发性区划图,然后把该地区地质灾害的主要影响因素地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度及植被分布的各个图件按照不同的标准进行分级,采用专家打分的方法确定各个影响因素的权重,最后在MapGIS6.7中将初步地质灾害易发性区划图与各个影响因素图进行叠加生成最终的灵台县地质灾害易发性区划图。
1.生成基于袭扰系数法的初步地质灾害易发性区划分级图
经典袭扰系数法是以反映地质灾害发育密度和规模的袭扰系数R值为依据,对调查区地质灾害易发程度进行定量分析与评价的一种方法。R值这个指标综合考虑了单位面积内(每个剖分网格)灾害点的个数、面积和体积。
采用袭扰系数法对地质灾害易发性区划的具体方法如下:
1)首先在1:50000灵台县地质灾害测绘图上进行网格剖分,共剖分8084个网格,每个网格单元代表的实地面积为500m×500m(图6-2)。
2)分别计算每一个网格单元内滑坡、崩塌、泥石流和潜在不稳定斜坡等地质灾害的个数、面密度、体积密度。采用专家评判方法,将高易发、中易发、低易发、不易发之间的界限值确定出来,每个网格中灾害点个数、体密度、面密度按最高一项确定其袭扰系数值,计算出每个网格的地质灾害易发性袭扰系数,将评价区的易发性分为4级,即:高易发、中易发、低易发和不易发,其易发袭扰指数分别赋值4,3,2,1。
3)以R值为依据自动生成初步地质灾害易发性等值线图,然后根据R值的界限给不同级别赋上不同的颜色从而生成初步的地质灾害易发性区划分级图。
图6-2 灵台县地质灾害易发性区划剖分图
图6-3 灵台县初步滑坡崩塌泥石流易发程度区划图
表6-1 滑坡崩塌泥石流易发性袭扰系数值的取值原则
在表6-1所示的地质灾害易发性袭扰系数值的取值原则基础上,生成初步的滑坡崩塌泥石流易发程度区划图(图6-3)。
2.地质灾害影响因素的分级标准及权重确定
影响灵台县地质灾害的主要因素有地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度、植被覆盖度,将这5个影响因素作为地质灾害评价指标,把各个影响因素的地质灾害易发程度分为高、中、低易发区和不发育区4个等级,其易发指数分别赋值4,3,2,1。滑坡崩塌泥石流影响因素易发程度分区评价体系如表6-2所示。
表6-2 滑坡崩塌泥石流影响因素易发程度分区评价标准
根据表6-2的评价标准,绘制出各个影响因素的地质灾害影响程度分区图(图6-4、图6-5、图6-6、图6-7、图6-8),各个图的剖分也按地质灾害测绘图上的同一网格,各个影响因素图也按照表6-2的评价标准,将各个区高、中、低易发区和不发育区分别赋予指数4,3,2,1。
采取专家打分的原则来确定各个影响因素的权重,本次共发出了80份专家打分表,收回60份,从收回的专家打分表中将各个影响因素的权重进行加权平均得出各个影响因素的最终权重,初步地质灾害易发性分区图权重为0.4,地貌类型权重为0.153,地层岩性权重0.104,降雨量权重为0.081,地形坡度权重为0.162,植被覆盖权重为0.1。
3.滑坡崩塌泥石流易发程度区划图的生成及等级划分
以灵台县初步地质灾害易发性区划图为基图,将各个影响因素对地质灾害影响分区赋予的灾害性指数乘以各自的权重,在ArcGIS中将各个影响因素叠加到基图中,生成灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度剖分网格灾害性指数图(图6-9)。在地质灾害易发性剖分网格灾害性指数图的基础上在MapGIS中生成灵台县地质灾害易发程度区划分级图(图6-10)。
对灵台县易发性区划分级图进行整理,根据分区的原则进行整理和综合规划修改,得出最终的灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度区划图(图6-11)。
如图6-11所示,将滑坡崩塌泥石流易发程度区划图分为高易发区(Ⅰ)、中易发区(Ⅱ)、低易发区(Ⅲ)、不易发区(Ⅳ)。
图6-4 灵台县地貌类型对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-5 灵台县地层岩性对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-6 灵台县降雨量对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-7 灵台县地形坡度对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-8 灵台县植被覆盖度对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-9 滑坡崩塌泥石流易发程度剖分网格灾害性指示图
图6-10 灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度分级图
图6-11 灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度区划图
4.易发区评价
依据地质灾害易发程度分区结果,充分考虑下一步防治规划工作的开展,综合灵台县地貌、地质构造等特点,将灵台县地质灾害易发程度划分为滑坡、崩塌、泥石流地质灾害高易发区(Ⅰ)、中易发区(Ⅱ)、低易发区(Ⅲ)和不易发区(Ⅳ)四级19个区。滑坡崩塌泥石流易发程度区划图说明表如表6-3所示。
(1)地质灾害高易发区(Ⅰ)
高易发区面积为36.43km2,占全区面积的1.78%,灾害点数量为126处,灾害点密度为3.46处/km2,灾害点密度较大。根据此次滑坡崩塌泥石流易发程度区划,将灵台县滑坡崩塌泥石流高易发区划分出4个亚区,即马家沟—付家沟—王家沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ1);横渠—付家沟—官村—东门—史家街子—马家寨—干涝池-朱家湾滑坡崩塌高易发区(Ⅰ2);坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄滑坡崩塌高易发区(Ⅰ3);南店子—下河—东王沟—康家沟—红崖沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ4)。
1)马家沟—付家沟—王家沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ1)
主要包括马家沟—付家沟—王家沟三个村,灾害点密度1.34处/km2,面积6.73km2,占高易发面积的18.47%,发育灾害点7处,全部为滑坡。所处地貌单元主要为黑河谷地区及黄土梁峁区,岩性主要为第四系黄土及新近系和下白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被稀疏,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,谷坡坡形变化大,多处近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
2)横渠—付家沟—官村—东门—史家街子—马家寨—干涝池-朱家湾滑坡崩塌高易发区(Ⅰ2)
主要包括黑河沿岸的梁原乡的横渠、付家沟、官村、东门村、朱家湾村和黑河支流黄土梁峁丘陵区的朝那镇的史家街子、马家寨、干涝池村,灾害点密度2.2两处/km2,面积18km2,占高易发面积的49.41%,发育灾害点40处,38个滑坡,两个不稳定斜坡。所处地貌单元主要为黑河谷地区及其支流的黄土梁峁区,岩性主要为第四系马兰黄土、离石黄土及白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被不发育,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,谷坡坡形变化大,局部近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
表6-3 滑坡崩塌泥石流易发程度区划图说明表
3)坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄滑坡崩塌高易发区(Ⅰ3)
主要是达溪河北岸沿线的城关镇的坷台、杨村、水泉、下河、东王沟、许家沟、安家庄村,灾害点密度6.85处/km2,灾害点密度很大,面积7.51km2,占高易发面积的20.61%,发育灾害点49处,14个滑坡,23个不稳定斜坡,两个泥石流。所处地貌单元主要为达溪谷地区及其支流的黄土梁峁区,岩性主要为第四系马兰黄土、离石黄土及白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被不发育,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,坡度变化大,局部近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
4)南店子—下河—东王沟—康家沟—红崖沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ4)
主要是达溪河南岸沿线和达溪河支流蒲河的城关镇的坷南店子、下河、东王沟、康家沟、红崖沟村,灾害点密度4.2处/km2,灾害点密度较大,面积4.19km2,占高易发面积的7.16%,发育灾害点30处,12个滑坡,18个不稳定斜坡。所处地貌单元主要为达溪谷地区及其支流的黄土梁峁区,岩性主要为第四系马兰黄土、离石黄土及白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被不发育,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,坡度变化大,局部近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
(2)地质灾害中易发区(Ⅱ)
该区面积351.60km2,占总面积17.16%,发育灾害点281处,灾害点密度0.8处/km2,包括横渠—马家沟—付家沟—赵家咀—安冯村—杜家沟—景家庄子村、王家山—张家塬—温家庄—东门—高崖—小寨—边家老村—朱家堡村—前进—姜家庄—勾勾王—张坡村、寺咀—柴朝村—崖湾村—坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄村和新庙—郑家洼—康家沟—罗家湾村4个亚区。
1)包括横渠—马家沟—付家沟—赵家咀—安冯村—杜家沟—景家庄子村中易发亚区(Ⅱ1)
分布于黑河南岸极其支流的梁原乡横渠、马家沟、付家沟、赵家咀、安冯村、杜家沟、景家庄子沿河一带,是典型的黄土梁峁丘陵区,面积13.88km2,占中易发区总面积的3.95%,发育灾害点14处,灾害点密度1.0处/km2。岩性为第四系中上更新统黄土。黄土层及白垩系砂砾岩、砂岩局部岩石及土层风化破碎,节理裂隙发育,为灾害中易发区。
2)王家山—张家塬—温家庄—东门—高崖—小寨—边家老村—朱家堡村—前进—姜家庄—勾勾王—张坡村中易发亚区(Ⅱ2)
分布于黑河南岸极其支流的梁原乡、朝那镇、上良乡、什字镇、西屯乡、独店镇沿河一带,是典型的黄土梁峁丘陵区,面积144.12km2,占中易发区总面积的7%,发育灾害点94处,灾害点密度0.82处/km2。岩性为第四系中上更新统黄土、白垩系砂砾岩、砂岩。区内人口相对较少,局部岩石及土层风化破碎,节理裂隙发育,为灾害中易发区。
3)寺咀—柴朝村—崖湾村—坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄村中易发亚区(Ⅱ3)
该区面积95.72km2,占中易发区总面积的27.22%,发育灾害点70处,灾害点密度0.73处/km2,地貌为黄土梁峁区、低中山区。岩性为新近系、白垩系碎屑岩及第四系中上更新统黄土。区内沟谷发育,沟坡多为阶状陡坡,植被较差,人类工程活动频繁,灾害点分布在村庄周围、公路沿线和河谷边坡地带。
4)新庙—郑家洼—康家沟—罗家湾村中易发亚区(Ⅱ4)
主要位于达溪河南部的中台镇、新开乡、蒲窝乡、邵寨镇,该区面积97.88km2,占中易发区总面积的27.84%,发育灾害点103处,灾害点密度1.05处/km2,属于黄土梁峁丘陵区,岩性以新近系、白垩系碎屑岩及第四系中上更新统黄土。区内沟谷发育,沟坡多为阶状陡坡,植被一般,人类工程活动相对较弱,灾害点分布在村庄周围、河谷边坡地带。
(3)地质灾害低易发区(Ⅲ)
该区面积722.96km2,占中易发区总面积的35.28%,发育灾害点73处,灾害点密度0.10处/km2。包括梁原乡黑河北岸黄土梁峁丘陵区、什字塬北部-黑河南岸沿线黄土梁峁丘陵区、龙门乡黄土梁峁丘陵区、什字塬南部-达溪河北岸黄土梁峁丘陵区、达溪河南岸-中台镇-蒲窝乡-新开乡-邵寨镇黄土梁峁丘陵区5个亚区。
1)梁原乡黑河北岸黄土梁峁丘陵区低易发区(Ⅲ1)
位于梁原乡黑河北岸一带,面积32.2km2,占低易发区总面积的4.43%,无灾害点发育,属于黄土梁峁丘陵区,岩性以第四系黄土和白垩系泥质、砂岩为主。区内沟谷发育,地形切割强烈,黄土层及泥岩砂岩局部较破碎,表层风化严重。
2)什字塬北部-黑河南岸沿线黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ2)
位于什字塬北部-黑河南岸沿线的朝那、上良、什字、西屯、独店5个乡镇,面积147km2,占低易发区总面积的20%,发育有灾害点8处,灾害点密度0.054处/km2,表层覆盖第四系黄土,河沟切割强烈出有白垩系泥岩、砂岩。区内沟谷发育,地形切割强烈,岩石较破碎,表层风化严重,人类工程活动较少。
3)龙门乡黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ3)
位于龙门乡黄土梁峁丘陵区一带,面积95.329km2,占低易发区总面积的13.19%。发育灾害点10处,灾害点密度0.10处/km2。属低黄土梁峁丘陵地貌,上部岩性为第四系黄土,下部岩性为白垩系的泥岩、砂岩,表层风化严重,局部地形切割强烈,人类工程活动较少。
4)什字塬南部-达溪河北岸黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ4)
主要是什字塬南部-达溪河北岸的广大梁峁丘陵区一带,面积191.6km2,占低易发区总面积的26.5%。发育灾害点28处,灾害点密度0.146处/km2。属低黄土梁峁丘陵地貌,上部岩性为第四系黄土,下部岩性为白垩系的泥岩、砂岩,表层风化严重,局部地形切割强烈,人类工程活动较少。
5)达溪河南岸-中台镇-蒲窝乡-新开乡-邵寨镇黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ5)
主要是龙门乡黄土梁峁丘陵区一带,面积256.824km2,占低易发区总面积的35.5%。发育灾害点25处,灾害点密度0.097处/km2。属低黄土梁峁丘陵地貌,上部岩性为第四系黄土,下部岩性为白垩系的泥岩、砂岩,表层风化严重,局部地形切割强烈,人类工程活动较少。
(4)地质灾害不易发区(Ⅳ)
灵台县地质灾害不易发区总面积938.01km2,占全区面积的45.78%,基本无地质灾害发生。由梁原乡黄土塬区(Ⅳ1)、黑河宽阔河谷区(Ⅳ2)、什字塬不易发区(Ⅳ3)、达溪河河谷不易发区(Ⅳ4)、邵寨镇黄土塬不易发区(Ⅳ5)、百里乡林场不易发区(Ⅳ6)组成。
不易发区主要是黄土塬及黄土小台塬区和宽阔的河谷区以及植被茂密人烟稀少的林场区。黄土塬及黄土小台塬区和宽阔的河谷区工程地质条件很好,地形平坦,虽然人类工程活动较频繁但很少发生地质灾害,百里乡林场区植被茂密,人烟稀少,人类工程活动较少,地质环境相对优越,为地质灾害不易发区。
1)梁原乡黄土塬区(Ⅳ1)
本区主要位于梁塬乡王家沟村及黑河低缓阶地,面积19.8km2,占不易发区总面积的2.11%,本区岩土以第四系黄土为主,工程地质条件较好,地质灾害不发育。
2)黑河宽阔河谷区(Ⅳ2)
本区主要位于黑河宽阔河谷区。面积17.43km2,占不易发区总面积的1.86%,本区河谷较宽阔,地形较平坦,人类工程活动弱,地质灾害不发育。
3)什字塬不易发区(Ⅳ3)
主要位于广阔的什字塬区。本区面积306.55km2,占不易发区总面积的32.68%,本区地形平坦,工程地质条件较好,地质灾害不发育。
4)达溪河河谷不易发区(Ⅳ4)
本区主要位于达溪河沿岸宽阔河谷区。面积38km2,占不易发区总面积的4.1%,本区河谷较宽阔,地形较平坦,人类工程活动弱,地质灾害不发育。
5)邵寨镇黄土塬不易发区(Ⅳ5)
本区主要位于邵寨镇小黄土塬区,面积18.91km2,占不易发区总面积的2%,本区岩性以第四系黄土为主,工程地质条件较好,地质灾害不发育。
6)百里乡林场不易发区(Ⅳ6)
本区主要位于百里乡林场区。面积537km2,占不易发区总面积的57.3%,本区植被茂密,人烟稀少,人类工程活动较少,地质环境相对优越,为地质灾害不易发区。
2、(10分)【自然灾害与防治】我国是一个地质灾害多发的国家。下图为“中国泥石流、滑坡易发程度分区图”。
西部地区多于东部地区,南部地区多于北部地区。(5分)来其中我国西南地区是滑坡分布最集中、发生频率最高的地区(5分)
3、泥石流沟谷易发性判定
当一条沟谷在松散固体物质来源、地形地貌条件和水源水动力条件等三个方面都有利于泥石流形成时,可能成为泥石流易发沟谷。
(1)松散土石丰富
沟道两侧山体破碎、滑坡和崩塌频繁、水土流失和坡面侵蚀知作用强烈、沟道内松散固体物质积存量大的沟谷,是特别容易发生泥石流的沟谷。进入沟道的松散固体物质越丰富,泥石流发生的频道率通常也越高。
(2)地形地貌便于集水、集物
易发生泥石流的沟谷大多具有以下地形特征:沟谷上游三面环山、山回坡陡峭,平面形态呈漏斗状、勺状、树叶状;沟谷中游山谷狭窄,沟道纵坡降较大,束流特征明显;下游沟口地势开阔,有利于固体物质停积。
(3)沟内能迅速汇集大量水源
流水是形成泥石流的动力条件。局地暴雨多发区的沟谷、有溃答坝危险的水库或塘坝的下游沟谷、季节性冰雪大量消融区的沟谷,可以在短时间内产生大量流水,在沟道中汇集成湍急水流,易诱发泥石流。
4、全国滑坡、崩塌易发程度分区
4.3.1 滑坡、崩塌易发程度划分的判别特征
我国滑坡的形成条件十分复杂,其中地貌格局、地质构造、地层岩性、暴雨洪水具有根本的控制性作用,人类工程活动的影响在许多时候又是起主导作用的因素。
(1)地貌格局对滑坡、崩塌易发程度的控制作用
1)滑坡多集中分布于我国地势第一、第二级阶梯过渡地带与第二、第三级阶梯过渡地带。前者为青藏高原与黄土高原、云贵高原的结合部位——黄河上游和横断山区;后者指秦岭以南的陕南、渝东、湘西、鄂西山地——大巴山、巫山、雪峰山、武陵山等山地。前者区内包含的黄河上游河谷和金沙江、澜沧江、怒江流域,不仅地势高峻(海拔为3000~5000m),而且河谷深切,相对高差大于1000m,多级夷平面及河流高阶地也十分发育,为大型、特大型滑坡的产生提供了极为丰富的斜坡变形物质和极不稳定的地貌临空条件。后者则为我国中部高原山地与东部丘陵平原的过渡地带,其海拔与相对高差虽不及前者,但也分别为1000~2000m和500~1000m,区内地貌多级宽缓外凸的河流堆积阶地和多级夷平面都比较发育,对大型、特大型滑坡具有成因意义。
2)滑坡多集中分布于我国西部的高山、极高山地区。海拔在5000m以上高山一般为冰雪所覆盖,夏秋之际,由于冰雪消融,以雪崩或冻融滑塌的形式向河谷卸载,进而酿成巨大的灾害。
(2)地质构造对滑坡、崩塌易发程度的控制作用
山崩滑坡集中分布于不同构造体系的结合部位,构造体系急剧作弧形转弯部位,互相穿插交会或复合的部位,背斜倾伏端,向斜翘起端,深大断裂两侧,新构造活动强烈区。在多期地质构造运动影响下,我国断裂构造十分发育,一些深大断裂活动强烈,尤其是差异性升降运动,岩层遭受挤压破碎,降低了岩体稳定性,易于发生崩塌和滑坡,也为泥石流发生准备了丰富的碎屑物。因此,断裂带多是崩塌、滑坡和泥石流分布的密集带。
秦岭以南,滑坡、崩塌的分布北起岷江上游腊子口,向南经松潘、康定、西昌、东川、个旧,至腾冲,南北长1200km,东西宽400km。这一带,包括川滇景象构造体系、青藏滇缅歹字型构造体系的中部和北东向新华夏构造体系,云南山字型构造体系以及部分纬向构造体系相互穿插交会及复合的部位。这一区域中,区域性骨干活动断裂多达30多条。区内普遍保持着三级古夷平面和5~7级河流阶地。雅江甘孜、炉霍以下的雅江断裂带,有大型—特大型滑坡400余处。金沙江金江街—新市镇长达1000km的江段,有大型—特大型山崩滑坡350余处,尤以攀枝花至巧家段最为集中。
秦岭以北的祁吕山字型构造体系的两翼、弧顶、脊柱部分,也是大型、特大型滑坡集中分布的地区。该区为西起乌鞘岭,向东南经共和、临夏等盆地,再向东经天水、潼关;折向北东,经韩城、太原、北京、唐山等地,长2000多km,宽200~300km的弧形褶皱带和脊柱贺兰山、六盘山等南北向褶皱带。该山字型构造体系西翼与青藏歹字型构造体系复合或互相穿插延伸;弧顶天水、宝鸡、咸阳、潼关、洛阳等地,受秦岭纬向构造带的约束;东翼受北东向新华夏系及燕山纬向构造体系的干扰,挽近构造活动表现明显。
大型—特大型山崩滑坡还集中分布于长江三峡水库库区,万县至三斗坪库段。该库段构造体系上属大巴山弧,新华夏系川东隆起褶皱带、川黔湘鄂隆起褶皱带,以及淮阳山字型构造体系西翼反射弧交接复合的部位。
(3)地层岩性对滑坡、崩塌易发程度的控制作用
1)中小型山崩滑坡多集中分布于第四纪堆积粘土、亚粘土,特别是西南地区的成都粘土、昔格达土、滇北元谋土;西北陕、甘、宁、青、晋黄土及新近纪—第四纪含盐湖相地层。松散沉积物遇水软化,易产生崩塌和滑坡。
2)大中型滑坡集中分布于前古生代至中生代片岩、千枚岩、页岩、碳质页岩及煤层、盐岩石膏等软岩出露并且其上部发育坚硬的石英岩、灰岩、砂岩、砾岩及玄武岩、花岗岩等的地区。在我国最常见的是上硬下软的地层岩性组合,这种类型,在贵州的六盘水地区较为发育。在闽、浙、湘、鄂等省花岗岩强风化带,亦是小型山崩滑坡集中分布区。
(4)暴雨、久雨天气对滑坡、崩塌易发程度的影响
伴随异常的暴雨和久雨天气,经常会出现大面积的山崩滑坡。全国著名的长江鸡扒子滑坡,就是由特大暴雨触发的。据云阳气象站资料,当时的过程降雨量为331.3mm(64小时),日暴雨量240.9mm,1小时最大暴雨量38.5mm,而鸡扒子滑坡是暴雨达到峰值后出现的。
(5)人类工程活动对滑坡、崩塌易发程度的影响
人类工程活动的加剧,如兴修公路、铁路,矿山开采等,会使工程活动地带坡体内部应力状态重新分配,在坡体内部形成应力降低和应力增高区,由此引起岩体松动垮塌;森林的乱砍滥伐会导致水土流失,造成流水侵蚀的形式由过去的沟蚀、面蚀发展到现在的重力侵蚀。1981年四川出现的暴雨滑坡达6万余次,虽然与暴雨有关,但森林植被的减少却起了主导性作用。
综上所述,我国的地貌格局、地质构造、地层岩性、暴雨洪水等条件是滑坡和崩塌发育与分布的主要控制因素,人类工程活动的加剧还是局部的因素。因此,本次滑坡、崩塌灾害易发程度的划分拟以主要控制因素的有关指标为判别特征(表4.2)。
表4.2 滑坡、崩塌易发程度划分的判别特征
4.3.2 滑坡、崩塌易发程度分区及各区的特征简述
根据上述滑坡、崩塌易发程度划分的判别特征,对全国滑坡、崩塌易发程度进行分区,其结果如图4.1及表4.3所示。
表4.3 滑坡、崩塌易发程度分区一览表
4.3.2.1 滑坡、崩塌高易发区
(1)吕梁山、陕北高原滑坡、崩塌高易发区(H1)
包括山西西部,陕北高原,甘肃环县、崇信等地区。
该区黄土地层节理发育、湿陷性强,垄、岗、梁、峁地貌。多暴雨久雨天气,激发滑坡所需的临界暴雨强度较低。
本区滑坡密度为10.44处/100km2。
图4.1 全国滑坡崩发程度图图4.1 全国滑坡崩发程度图
图4.1 全国滑坡崩发程度图图4.1 全国滑坡崩发程度图
包括青海东部西宁、黄河上游,陇中地区。
本区属于西秦岭山地,海拔在2500~4500m之间,相对高差为1000~2000m,中高山地形。岩体类型以变质岩岩组、碳酸盐岩组为主,西礼盆地,徽成盆地有碎屑岩类和黄土。年降水量一般为600mm。
本区滑坡密度大于10处/100km2,滑坡面积占总面积的20%~30%。
(3)秦巴山地滑坡、崩塌高易发区(H3)
包括陇南、陕南地区。
本区是强烈上升的褶断山地。地层岩性以变质岩和岩浆岩为主,并普遍有小面积黄土分布,断裂发育,年降雨量为800~1200mm。
该区滑坡以基岩为主,密度大于10处/100km2,滑坡面积占总面积的20%~30%。
(4)川东、鄂西中山滑坡、崩塌高易发区(H4)
包括四川东北盆周山地,重庆(三峡库区)和鄂西地区。
本区以中山地貌为主,坡陡谷深,地层从古生界至中生界皆有出露,以沉积岩建造为主,主要为碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩,年平均降雨量为1200~1800mm。
该区发育崩塌392处,滑坡3856处,滑坡密度大于17.1处/100km2。
(5)湘西、黔西中山滑坡、崩塌高易发区(H5)
该区地貌为高中山、中山,地形切割强烈,降水丰富,岩石以碳酸盐岩及碎屑岩为主,断裂发育。
该区滑坡密度大于10.41处/100km2。
(6)青藏高原东缘滑坡、崩塌高易发区(H6)
包括川西高原高山峡谷区、川西南山地区和四川西南盆周山地区。
该区以高、中山为主,变质岩、岩浆岩分布广泛,主要为碎屑岩和碳酸盐岩。构造复杂,自北而南有纬向、华夏、经向、歹字型及新华夏等多种构造体系,活动断裂密集,又属我国著名的南北地震带展布范围。年降水量为600~1400mm。
该区滑坡密布,以巨型、大型滑坡为主,最大密度超过20处/100km2,平均10~20处/100km2。
(7)横断山区滑坡、崩塌高易发区(H7)
包括藏东“三江”的中下游流域和雅鲁藏布江流域下游及南部喜马拉雅山区。
该区地势北高南低,从高山为主到中山为主,地形切割强烈。岩性复杂,碎屑岩、碳酸盐岩及变质岩、岩浆岩均有大面积出露、基岩软硬相间。歹字型构造与经向构造重接复合,活动断裂密集,属滇西地震带展布范围。年降水量为400~2000mm,自北而南迅速增加,气候垂直分带也很明显。
该区以大型—中型滑坡为主,滑坡密度为14.08个/100km2。
(8)藏东南高山峡谷滑坡、崩塌高易发区(H8)
该区属雅鲁藏布江下游,有尼羊曲、帕隆藏布江等支流,是我国海洋性冰川的集中分布地区。由于降水丰富、气温较高,冰川运动速度快,消融强烈,夏秋季节降雨量很大,河谷大多沿活动断裂带发育,两岸地形陡峻、岩层破碎,冰川堆积物特别丰富,邻近地区地震活动又十分强烈。
该区分布大型—特大型滑坡,滑坡发育且分布比较集中,危害突出的地段是易贡藏布流域。
4.3.2.2 滑坡、崩塌中易发区
包括辽宁东部和西部、吉林东部以及黑龙江东部,河北北部和北京西北部。
该地区属于山高坡陡、沟深谷狭山区,广泛分布变质岩、岩浆岩。由于东、南坡迎海,雨量丰富,多暴雨,地震活动强烈。
该地区的滑坡、崩塌规模以小型为主,滑坡密度为1~5.6处/100km2。
(2)浙、闽、粤中低山滑坡、崩塌中易发区(M2)
包括浙东南沿海丘陵山区,浙西南、皖南山区,闽中南、粤东地区。
该地区以构造侵蚀的中低山为主,山高坡陡,地形地貌复杂。多年平均降水量在1800~2200mm之间。火山碎屑岩系及花岗岩类等广泛分布。
该地区的滑坡、崩塌发育,以中小型土质滑坡为主,滑坡密度为1.6~9.8处/100km2。86.78%的滑坡是暴雨诱发的,崩塌常常是由人为工程活动和降雨共同作用引起。
(3)赣、湘、粤、桂、黔低山丘陵滑坡、崩塌中易发区(M3)
包括江西中部和西部,湖南南部,广西西部和南部,广东北部,贵州东南部。
本区从沿海向内陆,地层岩性由岩浆岩为主变为变质岩、碎屑岩相间分布,进而变为碳酸盐岩、碎屑岩、变质岩相间分布。受台风影响明显,年降水量为1600~2000mm。该地区以中低山为主,地形切割较强烈,易滑岩类有泥岩、页岩、凝灰岩、片岩等软弱岩层。
该地区的滑坡、崩塌发育,以中小型土质滑坡为主,滑坡密度为2.9~7.6处/100km2。
(4)中部秦岭以北长城以南高原山地滑坡、崩塌中易发区(M4)
包括山西大部,河南西南部,宁夏西北和南部,甘肃中部,陕西南部,黄河上游地区。
该地区的新构造运动活动强烈,地形切割较强烈,沟谷比较发育,河流不断侵蚀坡脚,常在河、沟谷形成深达10~30m的陡坎。本区降雨量较大,且高度集中,激发滑坡和崩塌所需的临界暴雨强度较低,而夏秋季节本区经常出现这种降雨过程。
该地区的滑坡、崩塌规模以中小型为主,土质滑坡居多,滑坡以暴雨诱发为主,57%的崩塌是由暴雨诱发,41%是由人为工程活动所引起。滑坡密度为1.6~9.8处/100km2。
(5)四川盆地东部低山滑坡、崩塌中易发区(M5)
该地区的地貌为丘陵、低山。地层岩性以碎屑岩为主。
该地区的滑坡、崩塌以中小型为主。
(6)川西北中高山滑坡、崩塌中易发区(M6)
包括四川阿坝州。
该区以高、中山为主,岩性主要为变质岩和碎屑岩等。构造复杂,自北而南有歹字型、经向等多种构造体系,活动断裂密集,年降水量为600~1400mm。
该区滑坡以巨型、大型为主。
(7)滇南中山盆地滑坡、崩塌中易发区(M7)
云南西双版纳地区。
(8)伊犁谷地滑坡、崩塌中易发区(M8)
包括新疆伊犁谷地、吐哈地区、南疆及其重要交通沿线。
天山新构造运动上升强烈,断裂发育,变质岩和岩浆岩分布广泛,第四纪堆积物丰富,山麓地带还有黄土状土分布。冰川雪被面积较大。暖季暴雨较多。
该地区滑坡、崩塌以中小型、土质为主,滑坡以冰川融化诱发和暴雨诱发为主,40.75%是人为工程活动诱发的;滑坡密度为1.8~5.1处/100km2。
(9)藏南高山峡谷滑坡、崩塌中易发区(M9)
包括藏东“三江”的中下游流域和桑日以东的雅鲁藏布江流域及南部喜马拉雅山区。
该地区山地海拔在3000~4500m以上,峡谷相对高差为2000~3000m,35°以上陡坡占总区域的20%以上。岩性主要为泥岩、片麻岩、花岗岩、灰岩、板岩和碎石土等。
该地区以冻融滑坡为主,多为大中型,分布较稀疏,滑速快,滑程短。
4.3.2.3 滑坡、崩塌低易发区
(1)东部山地丘陵滑坡、崩塌低易发区(L1)
包括大小兴安岭、长白山、鲁中山地、大别山区、江南—沿海低山丘陵。
该区位于我国地势的第三级阶梯。主要为新华夏系、纬向构造体系,中低山丘陵,有暴雨久雨天气。
(2)中部山地盆地滑坡、崩塌低易发区(L2)
包括四川盆地。该区中生代红层丘陵发育,多暴雨久雨天气。
(3)西部高原山地滑坡、崩塌低易发区(L3)
包括青藏高原、阿尔泰山区。位于我国地势的第一级阶梯和第二级阶梯。青藏高原属中-新生代强烈隆起区,平均海拔在3000m以上,气候寒冷。活动断裂发育较广,大多数分布在主要山脉的山前地带或沿一些江河展布。并且活动断裂活动强烈,一般水平位移速率多在6mm/a以上,有的大于10mm/a,地震活动频度高、强度大,其活动程度仅次于台湾地区。
5、 泥石流的定义及分类
3.1.1 定义
泥石流(mud-block flow)是山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水等水源激发的、含有大量泥沙石块的暂时性特殊洪流,是水土流失过程中介于挟沙水流与滑坡之间的泥沙失稳集中搬运的一种突发性极强、破坏性极大的地质灾害现象。
泥石流的形成机理:山区河流在汛期中由于暴雨或其他水动力(如冰川、融雪、堤坝溃决、地下水活动等)作用于流域内不稳定的松散土体上,使松散土体失稳后参与洪流运动,在流域内地表形成两种汇流现象,一是水的汇流(液体汇流),二是土沙汇流(固体汇流)。两相物质在共同的流动空间中混合形成特殊的水、沙混合输移现象。当流体中的固体物质含量超过某一限制后,其流动特性明显变化,明显不同于洪水及滑坡(图3-1)。
在一些植被较好的陡坡面,下伏基岩或不透水层埋深较浅,在降水充分、上覆松散体饱水后,由于土体的c、φ值降低和有压地下水的作用,也可能形成坡面泥石流(谭炳炎,2001)。
流石流的形成主要受三个条件的制约:地形条件,陡峻的地形条件为流石发生提供充足的位能;地质条件,地质条件决定了松散固体物质的来源、组成、结构、补给方式和速度等;气象水文条件,是泥石流暴发的动力条件,通常来源于暴雨、高山冰雪强烈融化和水体溃决。
图3-1 泥石流形成过程框图
3.1.2 分类
泥石流可按其物质组成、流体性质、诱发因素、规模等特征指标划分为不同的种类,其常用的分类方法列于表3-1。
表3-1 泥石流分类简表
根据泥石流易发程度、流域特征,结合流体流量、堆积区规模及危害程度,对泥石流进行综合工程分类,其分类方法列于表3-2。
表3-2 泥石流工程分类表
6、地质灾害易发性评价方法探讨
游其军
(山东省地矿工程勘察院,济南250014)
作者简介:游其军(1970—),男,工程师,长期从事环境地质、水文地质等水工环地质工作。
摘要:地质灾害易发性评价是地质灾害调查评价的一项重要内容。 为做到各区地质灾害评价结果有可比性,宜按行政单元的级别划分不同层次的地质灾害易发单元,地质灾害易发程度分区,必须同时注重灾害现状和形成条件两类因素。
关键词:地质灾害;易发性;易发程度;易发单元
1 地质灾害易发区划分中出现的矛盾
地质灾害易发性评价是地质灾害调查评价和建设项目地质灾害危险性评估的重要任务,制定一个地区的地质灾害防治规范,必须根据实际情况划定地质灾害易发区。地质灾害易发区,也可称为地质灾害多发区,是指容易或经常产生地质灾害的地区。由于评价方法、评价理论、评价指标的不同,在同一地区,不同的单位和不同的技术人员可能将某一地区划分为地质灾害易发程度迥异的两类地区。一旦出现此类情况,不仅会影响到地质灾害防治主管部门编制地质灾害防治规划的正确性,对于建设单位,也难以把握是否在该区域进行建设时是否需要对建设用地开展地质危险性评估。此外无论是夸大或缩小地质灾害易发区的范围,都会导致工程建设选址的错误,造成巨大的经济损失。
2 地质灾害易发单元和易发性级别的确定
2.1 按行政单元级别划分
地质灾害易发区是相对不易发区而言,划为地质灾害易发区的通常不会处处都发生地质灾害,未划为易发区的,个别地段仍可能潜伏着较大的地质灾害隐患,这就是相对性的表现。从便于各级地方政府对地质灾害防治工作的管理、防治资金的投入和满足各部门不同的需求,对地质灾害易发区的划分宜尽早制定统一的评价体系和评价方法、标准。为满足不同的需要,可以针对不同的行政单元,划分出不同层次的地质灾害易发单元,并冠以不同级别的名称,即全国以省(市、自治区)为评价单元,为国家的宏观经济建设决策服务;各省(市、自治区)以县(市)为评价单元,作为编制全省地质灾害防治规划和作为重要经济区、重大工程建设区规划的依据之一;县(市)地质灾害易发程度分区图上,应划分出易发程度不同的地段和乡镇。这一成果既是编制县(市)地质灾害防治规划必须的资料,又可直接为各类工程的规划、选址和可行性论证所利用。
2.2 有必要划分地质灾害易发性级别
地质灾害的产生是地质体在地质动力作用下恶化的结果,由于各地质条件、动力地质作用的类型和强度差异很大,地质灾害发生的密度和强度可相差数十倍以上。为了能更可观的反映这种差异性,增强评价结果的实用性,有必要将工作区划分为地质灾害易发程度不同的单元(地段),对不同的单元采取不同的对策。在地质资料缺乏、不完善,不能进行定量评价的情况下,为便于操作和利用,以分为高易发区、中等易发区、低易发区三类为宜。重大工程布设应尽量避开地质灾害高易发区段,对地质灾害高易发区段已存在地质灾害隐患的居民区和各类工程区,应优先安排进行防治或避让措施,新上项目的建设用地,必须开展一级地质灾害危险性评估工作。在地质灾害中易发区段,也应限制重大工程的布设,对该类地区段现已存在地质灾害隐患的居民区和工程区,也应按轻重缓急有序地进行防治或避让,新上项目的建设用地,宜根据工程的重要性分别开展不同级别的地质灾害危险性评估。地质灾害不易发区段,是布设各类工程的理想区段,除城市建设、重大工程和可能因建设而引发地质灾害的一般工程必须开展建设项目地质灾害危险性评估,其他工程选址时可以不开展地质灾害危险性评估。
3 地质灾害易发程度评价方法
3.1 提高地质灾害易发程度的可信度
地质灾害易发程度评价的可信度,取决于地质灾害和环境地质调查的精度,并与选定评价因子的合理性和评价模型的实用性密切相关。只有当调查资料满足规定的精度要求和采用的评价因子、评价模型比较合理时,评价结果才会有较高的可信度。有些地区或部门在地质灾害调查中,过多地强调了专门性,忽视了对地质环境特别是潜在不稳定地段的调查,崩塌、滑坡调查点大多是通过访问已形成灾害或已构成隐患的点,对那些当地群众不知晓,但稳定性差的地段很少调查,以至汛期中虽有部分已知的崩塌、滑坡出现新的活动,但大部分是新生的崩塌、滑坡,由于事前无防范,常造成灾害。因此,在对危害居民地和重要工程的地质灾害进行全面调查的同时,还必须注重环境条件和潜在隐患点的调查,提高调查成果的实用性。
3.2 评价方法和评价因子的合理选定
划分地质灾害的易发程度,合理确定评价方法、评价因子是关键。常用的评价方法(模型)有指数法、概率分析、模糊评判、聚类分析、信息量法等,可根据具体条件选定1~2种方法进行评价。评价因子选择的正确与否,直接关系到评价结果的可信度。从服务于地质灾害防治规划和国民经济建设规划的需要出发,评价因子的选择应综合考虑地质灾害现状和形成条件及动力因素。这除了注重地质灾害现状外,还着重考虑了形成条件、动力因素及其随时间而变化的特点,对易发程度赋予了预测概念。
地质灾害发生现状因素,一般包括灾害点密度(个/km2)、灾害点面积系数(m2/km2)、灾害点体积系数(m3/km2)三个因子。地质灾害形成条件和动力因素,通常包括地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水、降雨、河流冲刷、地震、人类活动、植被等,应根据调查比例尺大小、调查区地质特征和主要灾种,选择那些制约本地区地质灾害形成、发展的主要因子参与评价。在以泥石流灾害为主的地区,宜将沟谷的纵坡度、沟谷形状、第四系松散堆积层的分布面积比和厚度、植被覆盖率等作为主要评价因子。以岩溶塌陷为主的地区,选择评价因子应突出岩溶发育强度、深度、可溶岩类型、纯度、上覆土层岩性、厚度、地下水位埋深等。
4 地质灾害易发区划分实例
济南市地质灾害易发程度划分,采用易发程度指数进行分段评价,工作区易发程度分区,是在综合分析影响地质灾害的岩性、构造及致灾动力因素(人类活动、降雨、地震等)的基础上,结合地质灾害发育程度作出的。对滑坡、崩塌、泥石流重点考虑地形、地貌、岩性、降雨及人为因素,对地面塌陷、地裂缝重点考虑矿山采空区的分布、埋深和开采条件。其评价方法、程序如下。
4.1 划分评价单元
利用1∶5万含地形地质内容的地质灾害分布图,将全区1938km2划分成3km×3km单元网络,每个网络作为统计评价因子和计算易发程度的基本单元。
4.2 确定评价因子和评价模型
根据区内地质灾害发生现状和影响因素,将表征地质灾害发生现状和表征致灾作用强度的因子作为评价因子(见图1),利用公式计算地质灾害易发程度指数:
中:A为地质灾害易发程度指数;ai为评价因子权重;bi为评价因子强度指数。
图1 地质灾害易发程度评价因子框图
4.3 确定评价因子指数和权重,计算地质灾害易发程度指数
制定了不同灾种评价因子判别标准及权重表,根据各评价单元的主要灾种分别计算地质灾害易发程度指数,表1~表3分别为崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷易发程度判别标志及致灾因子权重表。
表1 崩塌、滑坡易发程度判别标志及因子权重表
4.4 确定地质灾害易发程度级别,划分出易发程度不同的单元
根据各评价单元计算结果,取A>2为地质灾害高易发单元,A=1.45~2为地质灾害中等易单元,A<1.45为地质灾害不易发单元。
4.5 圈定易发区
根据各单元易发性级别,本着同类归并的原则,并参考地貌和地质界线,分别圈定出地质灾害高易区、中易发区和不易发区。并进行分区评价。
4.6 济南市地质灾害易发程度分区评价
根据上述划分原则、标准与方法将工作区划分为高易发区、中易发区和不易发区。
表2 泥石流、岩溶塌陷易发程度判别标志及致灾因子权重表
4.6.1 地质灾害高易发区
该区地质灾害点主要集中于工作区南部山区的西营、高而、柳埠和仲宫四个乡镇,总面积31.66km2,占全区面积2.13%,袭扰系数R值为27~41,地质灾害易发程度指数A>2。区内地形陡峻,岩(土)体结构差,人类工程活动频繁,在强降雨条件下导致地质体稳定性差,容易导致地质灾害发生,该区共有地质灾害点20个。
4.6.2 地质灾害中易发区
该区地质灾害点主要分布于工作区的西营、柳埠、锦绣川、高而、港沟、郭店、王舍人、马山等9个乡镇。规模相对较小且分散,总面积105.35km2,占全区面积8.11%,共发现地质灾害点26个,袭扰系数R值为17~27,地质灾害易发程度指数A=1.45~2。松散体结构条件差,人类工程活动较频繁。
表3 岩溶塌陷易发程度判别标志及因子权重表
4.6.3 地质灾害不易发区
本区地质灾害点主要分布在中南部山区的丘陵与剥蚀平原,灾害点较少规模较小,总面积1349.09km2,占全区面积的89.76%,袭扰系数R值为12~17,地质灾害易发程度指数A<1.45。中南部山区的西营、柳埠、高而、仲宫、锦锈川、港沟、段店、万德镇、张夏等10个乡镇,共发现地质灾害点42处。在工作区的西北部,属山前冲洪积~冲积平原区。该区共涉及10个乡镇,总面积642.685km2,占全区面积的43.25%,发现地质灾害点少;地貌类型为冲洪积平原~冲积平原。
5 结语
地质灾害是在自然或人为条件下,对环境和人类造成危害的地表岩土体变形事件,其发生大多数是两种因素共同作用的结果。本文通过从地质灾害调查和建设项目地质灾害危险性评估实际工作出发对地质灾害易发性评价的方法进行了探讨,认为地质灾害易发性评价的关键在于评价因子的选取,除了考虑地质灾害现状外,还应着重考虑灾害形成条件、动力因素及其随时间而变化的特点。这样评价工作得出的结论,才能贴近实际情况,可信度高。
7、地质灾害危险性现状评估
以定性分析为主,定量为辅的评估方法,按“技术要求”规定,根据评估区地质环境条件和已有取得资料,采用地质历史分析法、工程地质类比法和稳定状态,按大、中等、小三级(表5-14)对各类地质灾害危险性现状进行评估。
表5-14 地质灾害危险性分级表
(一)崩塌(危岩)
首先对其稳定性进行评价,之后结合危害对象进行灾害(危害)程度分级评价,在此基础上进行危险性分级,如稳定性好,危害程度轻,则危险性小,相反即为危险性大,介于二者之间为危险性中等。
1.稳定性评价
根据崩塌体所处的地质环境条件,重点依据变形迹象,并与以往同类崩塌发生条件进行类比,综合分析后判定其稳定性。评估区内崩塌大部分稳定性为较差至差,其中差的有19处,较差的有72处,好的有14处。差和较差者存在有再次滑塌的可能。
2.灾害(危害)程度分级评价
根据调查,区内已发生崩塌灾情均为一般级。现依据“基本要求”对崩塌危害程度进行分级评价,其中属于重的有1处,编号b117,位于清水县土门乡老坟村(天水支线38km附近);该危岩体为黄土及下伏新近系泥岩组成的陡坡,由于人为开挖削坡形成,方量1.2×104m3,坡下学校被危及,管道也在下方通过。中等的有5处,其余99处均为轻度危害。主要危害对象为农田和简易公路,少数危害居民、学校,同时为泥石流提供了松散固体物质。
3.危险性评价
结合稳定性和灾害(危害)程度结果,评价得出危险性大的有3处,分别位于张家川木河(b80)、清水县土门(b117)、北道区北部(b120);中等的有 10处,主要分布于皋兰山、清水金集—北道等地;其余92处均为危险性小的。危险性大的前2处距管线较近。
(二)滑坡
对稳定性和危险性分别进行评价。
1.稳定性评价
按滑坡稳定性判别表(表5-15)进行评价,其中稳定性差的有7处,分别位于通渭碧玉、张家川木河、清水金集—北道;较差的有28处,分别位于兰州范家坪、马营—通渭、静宁仁大—秦安莲花、清水土门—天水北道等地;稳定性好的有23处。
现将2处典型滑坡的特征分析一下。
(1)下河里滑坡(h28)
位于张家川木河乡下河里村东侧。滑坡发育在木河上游北岸,沟谷较窄,谷地宽约 100~180m,呈“U”型,发育有一级阶地,高出河床3~5m,沟谷两侧为黄土丘陵,相对高差为80~100m。出露地层为新近系砂质泥岩并夹有灰绿色泥岩条带,出露段表层风化强烈,其上为马兰黄土,厚约30~50m,坡体有细小冲蚀沟槽和零星落水洞。
表5-15 滑坡稳定性判别表
该滑坡为黄土—泥岩滑坡,滑坡体长500m,宽300~350m,平均土体厚20m,约40×104m3。滑距约100m,为一老滑坡,滑体下陡、上缓,坡度25°~40°,成因是地表水流侧蚀形成。目前该滑坡前缘因修路削坡,形成一定的临空面,局部已出现崩塌和浆砌护坡鼓胀开裂,极可能导致开挖段部分滑体复活。现场调查,推断复活体长约50~60m,宽约100~150m,推测滑体厚度5~10m。现状主要威胁对象为公路和农田,有再次发生的可能(图5-5)。管线滑坡体下方,距其前缘剪出口约40m。
图5-5 下河里滑坡示意剖面图
1.黄土 2.泥岩及砂质泥岩 3.黄土状土 4.滑坡堆积物 5.滑床及滑向 6.推测复活体滑床及滑向
(2)莲花城—郭家河滑坡群
位于清水河河谷北岸,共有5处,由巨型和大型老滑坡组成(图5-6),自西向东编号依次为:h127、h128、h129、h130、h131。相应的管道里程桩号283km~288km。该段相对高差120~180m,平均坡度30~35°,出露地层为新近系泥岩、第四系黄土、黄土状土,黄土厚约40~60m,披覆于谷坡及顶部,落水洞及冲蚀沟发育。
图5-6 莲花城—郭家河滑坡群平面分布图
5处滑坡均为黄土—泥岩滑坡,上覆第四系马兰黄土,下伏新近系泥岩夹砂质泥岩。滑坡后壁高约10~30m,滑坡形态清晰,坡体长300~500m不等,宽500~800m,推测平均厚度30~40m,主滑方向垂直清水河流向。由于本段所发育的滑坡全是老滑坡,滑坡体受水流冲蚀切割强烈,坡体表面树枝状冲沟十分发育,切割较深的冲沟两侧小型崩塌发育,部分滑坡后壁在黄土与泥岩接触处有泉水出露。滑坡群整体稳定,但组成物较松散,现状前缘受河流侧蚀和开挖削坡的影响,局部出现掉块和崩塌等轻微的变形迹象,可能导致前缘较陡段复活。目前受威胁的对象为村庄、公路。管线在该5处滑坡下方通过(图5-7)。
图5-7 h131滑坡示意剖面图
1.黄土 2.黄土状土及砂砾石 3.泥岩及砂质泥岩 4.滑坡堆积物 5.滑床及滑向 6.泉
2.危险性评价
据调查结果,区内已发生滑坡灾情从一般级到特大级都存在。危害程度严重的有3处,主要位于通渭碧玉等地;危害程度中等的有6处,主要位于秦安莲花、天水北道等地;其余49处属于危害程度轻的。主要危害农田、公路、零星住户,同时构成泥石流的松散补给物质。
根据滑坡稳定性和危害程度评判结果,评估区危险性大的滑坡有4处,分别位于范家坪—彭家大山(h3、h5)、通渭碧玉峡口(h49)、张家川木河(h28);中等的有30处,分别位于兰州范家坪、静宁仁大—秦安莲花、清水土门~天水北道等地;危险性小的24处。
(三)泥石流
分泥石流灾情和现状危险性评估两部分。
1.泥石流灾情评估
区内已发生过多次灾害性泥石流,按表5-16分级标准进行灾情评估与分级,经调查后初步认为,评估区灾害程度中和轻的较多,特重程度的泥石流一般很少发生。由于无法取得准确的资料,只能从简单的走访中了解。
表5-16 地质灾害灾情与危害程度分级标准
2.泥石流现状危险性评估
按泥石流规模、易发性以及危害情况综合评估危险性。
(1)泥石流规模。
本次按一次最大冲出量划分(表5-17),计算方法采用径流折算法概算,经验公式为:
WH=1000K·H.a.F.
式中:
WH——一次最大冲出量(104m3);
K——系数,取0.1~0.5;
H——小时最大降水量(mm);
a——系数,取0.73;
F——流域汇水面积(km2);
——增流系数。
根据公式
=(γc-10)/(yh-yc)计算求得,其中γ。为泥石流重度(k N/m3),根据泥石流数量化评分直接查得,γh为泥沙颗粒重度(k N/m3),取26.5k N/m3。
计算得出区内一次最大冲出量介于0.1×104m3~7.5×104m3之间,其中属于小一型的16条,小二型的47条。
(2)泥石流易发性
主要依据已经作过的《县(市)地质灾害调查与区划》成果进行易发程度分区评价。在没有作过此项工作的地区,首先按表5-18进行泥石流易发程度分级评价,其中易发程度(严重程度)按表5-19进行量化。
区内共有泥石流沟57条,中易发性泥石流沟有21条,低易发32条,不易发者4条。
表5-17 评估区泥石流规模划分标准表
表5-18 泥石流易发程度分级表
(3)泥石流危害程度及危险性
评估区泥石流沟多属深切沟谷,而村庄一般均座落于沟谷较高地段,泥石流危害相对较轻,仅对靠近沟口的村庄、农田以及公路有轻微危害,但在城镇附近和人口集中的地方泥石流危害最大,往往对沟谷两侧及沟口设施形成大的威胁和危害,并诱发一些崩塌和滑坡发生,如通渭碧玉、秦安莲花城、张家川韩家硖等地。区内泥石流危害程度轻的有24条,危害程度中等的有33条。
表5-19 泥石流易发程度(严重程度)数量化表
根据泥石流的易发性、规模和危害程度,区内危险性大的泥石流沟有2条,位于燕麦庄(N8)和高崖(N9);危险性中等的泥石流沟有31条,分别位于兰州小坪子、马营镇、莲花城、阎家店等地;危险性小的泥石流沟有24条。2条危险性大的泥石流沟距管线有一定距离,影响小。
(四)洪水冲蚀
洪水冲蚀强度东部大于西部,相应的危害性和威胁性也较大。通渭以西年降水量较低,属中易发区,除少数河沟外,主要对农田、道路的威胁大,危害程度较小~中等。通渭以东,年降水量较多,特别是局地性阵雨及暴雨突发频率较高,汛期洪峰流量大,来势猛,对居民区和道路构成威胁,危害程度中等。除上述危害外,由于水流的不断冲刷、浸泡和侧蚀作用,常引起沟岸坍塌,加剧了水土流失,据有关部门资料和本次调查情况,通渭以西侵蚀模数500~2000t/(km2·a),强侧蚀段坍岸速度0.1~0.5m/a,危害程度轻。通渭以东侵蚀模数小于2000~5000t/(km2·a),局部大于5000 t/(km2·a),危害程度中等。
依据调查成果,对评估区内洪水冲蚀灾情和危险性分别给予评估。
灾情评估依据表5-16分级标准进行,评价结果:属于轻度灾害的有4次,中等灾害的有5次,重灾害有2次(表5-20),表明本区洪水冲蚀危害一般为轻和中等,当遇降水多的年份或遇暴雨很可能造成较大的灾害损失。
表5-20 已发生主要洪水冲蚀灾害灾情一览表
易发性根据实地调查结果,并结合沟谷已发生洪水频次和降水量分布情况确定。评价结果:高易发1处、中易发者1处,低易发10处(表5-21)。
根据洪水冲蚀灾情和易发性结果,区内洪水冲蚀危险性小的有8处,中等的有4处(见表5-21)。
表5-21 评估区区洪水冲蚀沟现状危险性评估一览表
(五)地面塌陷
根据野外调查,评估区采空区目前仅有兰州西固人防工程、地下水位上升引起的地面塌陷,人防工程与管线距离>1.5km,黄土丘陵区开挖窑洞引起的地面塌陷很少,其他地段不存在地面塌陷现象。所以评估区内地面塌陷危害小,危险性小。
(六)特殊岩土灾害
1.黄土湿陷和潜蚀
根据《湿陷性黄土地区建筑规范》,对黄土的湿陷类型及等级作了初步评价。丘陵区黄土为Ⅱ-Ⅳ级自重湿陷性土,属中等—很严重等级,河谷区黄土状土多为Ⅰ—Ⅱ级非自重湿陷性土,仅黄河、渭河二级阶地局部地段为Ⅱ级自重湿陷性土,属轻微—中等级。
黄土湿陷和潜蚀现象主要表现为陷穴、陷坑、落水洞和竖井等。多零星分布于地形低洼地带和陡岸处,规模均较小,落水洞一般深2~5m,洞口直径0.5~2.5m。目前主要危害公路、渠道和农田,另外,引起崩塌、滑坡和水土流失发生。在黄土丘陵和河谷地带对乡间公路危害较大,危险性中等,其余地段危害小,危险性小。
2.盐渍土的盐胀和腐蚀
盐渍土以硫酸—氯化物型为主,经收集资料分析,通渭以西0.0~1.0m段土壤平均含盐量为3.4%,最大可达 8%~15%左右,表层有弱胀缩性和腐蚀性;该类土现状分布面积很小,对农田等不具危害性,因此危害小,危险性小。对建筑基础工程有一定影响,但危害小,危险性小。
高矿度水分布区,矿化度1.7~3.2g/L,p H值1~8,氯离子和硫酸根离子含量大于500mg/L,对混凝土和钢结构有一定的腐蚀性,按《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)指标对比评价,评价区高矿化度水对混凝土具弱—中等结晶性侵蚀,小面积强腐蚀区位于黄河二级阶地后缘和葫芦河、牛谷河及关川河等地;对钢材的腐蚀性均为中等(表5-22)。
3.膨胀岩的胀缩
根据岩样分析结果,白垩系泥岩自由膨胀率(Fs)为20%~60%,蒙脱石含量8.17%~19.09%;页岩自由膨胀率(Fs)为40%~54.3%,蒙脱石含量8.94%~15.59%。
新近系泥岩自由膨胀率(Fs)为11%~59%,膨胀力(Ps)(4~25)k Pa,饱和吸水率(Wsa)9.9%~34.9%。
依据《岩土工程勘察规范》,按自由膨胀率(Fs)分类(表5-23)评价,本区膨胀岩在大部分地段具胀缩性,但均属弱膨胀潜势,主要危害是剥落、掉块造成农田、道路和水利设施等的掩埋,致灾现状轻微,危险性小。此外黄土自由膨胀率变化较大,现状危害轻微,危险性小。
表5-22 高矿化水对混凝土和钢结构腐蚀性评价结果表
表5-23 膨胀岩的膨胀潜势分类表
8、地质灾害易发程度评价
4.2.1 地质灾害易发区的属性
综上所述本次研究中所说的“地质灾害易发区”是指地质环境条件脆弱,对外动力条件变化反应敏感,在气候和人类工程经济活动的强度等条件的变化(量的积累及其引起的质的变化)达到一定程度时,容易产生地质灾害的区域。
(1)地质灾害易发区的相对性
“地质灾害易发区”是一个相对的概念。
由于不同种类地质灾害的发生,都与特定的地质环境相联系,不同类型地质灾害其易发区范围不同,因而应该根据地质灾害的种类分别确定其易发区。
同时,地质灾害易发区的相对性,还体现在研究区域整体和局部的关系上。在基本地质环境条件一致的情况下,在圈定全国范围的区域性的易发区时,有时对那些因局部条件差异形成的局部的非易发区则不予考虑,特别当那些局部条件在某些因素影响下有可能发生变化而导致易发程度改变的时候,这种忽略更是显而易见的。
(2)地质灾害易发区的动态性
地质灾害易发区是动态的。随着地质灾害调查的深入,自然地质地理条件的变化,人类工程经济活动的强度、方式的变化,特别是地质灾害防治工作的进展,地质灾害易发区会随时间的推移(如不同的规划期)而有所变化。
4.2.2 地质灾害易发程度分区的依据
地质灾害的发生与发育程度主要受地形地貌、地层的岩土体类型及性质、地质构造、水文地质条件等地质环境背景的控制,而地质灾害的类型、时空分布规律及发展趋势,又与大气降水、人类活动强度等外动力条件有关。
具体地说,对于滑坡、崩塌和泥石流灾害易发区划分主要考虑区域地形地貌、水文及工程地质条件(岩土体类型)、区域构造和地震活动、区域气候类型与暴雨强度以及地质灾害现状等因素。
对于地面塌陷,要按岩溶塌陷和矿山采空区塌陷分别考虑。对于岩溶塌陷灾害易发区的划分主要考虑碳酸盐岩类型及其区域分布、埋藏状况、岩溶发育强度、区域水文地质、地形地貌条件等,以及地下水开采状况与地下水位变化情况;对于矿山采空区塌陷灾害,主要考虑矿山种类、开采规模、矿区地质构造、地形地貌、岩土体结构类型、采矿方式和强度等因素。
地面沉降灾害易发区的划分主要考虑地形地貌、第四纪松散层厚度、区域水文地质条件、地下水开采状况、水位变化和城市规模与人口密度等因素。
为了研究与地质灾害的发生与发育程度有关的上述地质环境条件,本次研究充分收集并综合分析了全国及各省已有的相关成果资料,所依据的主要数据资料和图件成果等如下:
(1)数据资料
全国地质灾害数据库资料,全国以省为单位的地质灾害现状调查,1∶50万环境地质调查资料,县(市)地质灾害调查资料,已掌握的汛期地质灾害调查资料,县(市)地质灾害调查综合研究成果,三峡库区地质灾害调查评价综合研究成果和风险评估研究成果,已有的北京、安徽、山东、湖北、广东、云南、天津、浙江等各省地质灾害防治规划和相关文献等。
(2)地质环境专题图件
中国地貌分区图,中国地质岩组类型图,1∶400万《中国地震烈度区划图》(2001),1∶400万《中国水文地质分区图》,1∶600万《中国特殊类土及危害图》,1∶600万《中国环境地质分区图》,《中国多年降水量分布图(1991~2000)》,《中国地下水位变化分布图》,《中国地下水开采潜力示意图》等。
(3)地质灾害专题图件
滑坡、崩塌分布图,泥石流分布图,地面塌陷分布图,地面沉降分布图,各省地质灾害图集等。
(4)社会经济专题图件
中国人口密度图,矿山分布图等。
4.2.3 地质灾害易发程度分区的原则
地质灾害易发区的划分主要从地质灾害的易发条件、诱发因素、历史地质灾害发生情况三方面考虑。
(1)主要因素原则
影响致灾地质作用发育的条件很多,对崩塌、滑坡、泥石流灾害,主要有:地形地貌、地层岩性、地质构造、切割密度、降雨强度、地震强度等。综合分析后确定致灾地质作用发育的最基本因素是地形地貌、地层岩性、地质构造。
(2)类似原则
“类似原则”,即类似的地质环境具有类似的地质灾害问题。遵循这一原则,根据不同级别地质灾害易发区判别特征,以各灾种地质灾害形成发育的地形地貌、地层岩性、地质构造等地质环境条件为基本因素,结合大气降水,人类活动强度等外动力诱发因素,利用类比原理、点面结合综合划定易发区。
(3)自然因素和人为因素相结合的原则
由于地面沉降是人为引发的地质灾害,因此划分地面沉降易发区时,要考虑地下水开采状况、人口密度等社会因素。
(4)定性分析与定量评价相结合的原则
以历史地质灾害分布状况为基础,定性分析与定量评价相结合进行划分;利用最新的地质灾害调查资料和统计数据。
4.2.4 地质灾害易发程度的分级
考虑全国地质环境调查和地质灾害调查现状,以及地质灾害防治规划和地质环境管理的需求,易发区的易发程度宜分为:地质灾害高易发区、地质灾害中易发区、地质灾害低易发区。
4.2.5 地质灾害易发程度图的编制
本次地质灾害易发程度划分的目的是在规划期内,对相对稳定不变的内在地质环境基本条件和与人类工程经济活动有关的外在的动力诱发因素进行宏观评价,为合理制定地质灾害防治规划及相关专项规划、减灾工程、监测预警体系、地质灾害防治基础工作和地质灾害重点防治工作的部署和开展,汛期重点区防范工作的部署以及实现可持续发展等提供参考依据。为全国地质灾害防治规划工作而进行的地质灾害易发程度划分,就是在全国范围内把地质灾害发生的地质环境条件相近,灾害种类基本一致,历史上地质灾害事件频率、规模和危害程度相当的区域划在一起,进行分区划片。这种分区区划片的最直观的表达形式,就是编制“地质灾害易发程度图”。
在前述地质灾害易发区的“相对性”中指出,由于不同种类地质灾害的发生,都与特定的地质环境相联系,不同类型地质灾害其易发区范围不同,因而应该根据地质灾害的种类分别确定其易发区。本次工作就从此出发,按灾种编制“地质灾害易发程度图”。共需编制滑坡-崩塌灾害易发程度图、泥石流灾害易发程度图、地面塌陷灾害易发程度图、地面沉降和地裂缝灾害易发程度图。
图件编制的步骤是:
1)对已发生滑坡和崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂缝的地质环境特征进行总结,分析主要地质灾害类型发生的典型特征,也就是易发特征。
2)利用不同级别易发区特征,采用工程地质类比原理,分析与主要地质灾害类型相关的、不同易发特征的地质环境条件的时空规律,找出相似的地区,进行主要地质灾害类型易发程度的划分。
9、 地面沉降易发程度和地面沉降危险程度评价方法
如前所述,地面沉降引起的地面变形量微小,非专业人员进行精密测量不易察觉。因此,要有效防治地面沉降,必须建立统一的评价体系和分级标准,这是开展地面沉降的灾情评估和灾害防治工作的一项重要基础性工作。一个地区发生地面沉降必定要具备一定的地质环境条件,如地面高程相对较低的平原,具有一定厚度的软土层,开采含水层顶板埋深较浅等等。如果存在产生地面沉降的基本条件,过量开采地下水就可能诱发地面沉降。因此,地面沉降易发程度评价就是对产生地面沉降的地质环境条件进行等级划分和分区。而地面沉降危险程度评价则是对可能存在产生地面沉降的地质环境条件,并且过量开采地下水就可能诱发地面沉降的地区,根据地表多年水位观测和地下水开采等资料,通过对累计地下水开采量—地面沉降中心累计沉降量关系、地面沉降量—沉降区面积分布关系、地下水位下降—地面年沉降速率关系、地面高程与地表多年平均水位值分布关系等的分析,评价地下水开采状况对诱发地面沉降的影响程度,并进行等级划分。地面沉降灾害易发程度和地面沉降危险程度评价的目的是为对地面沉降灾害防治工作提供指导。
朱川(2002,见69页脚注)根据对地面沉降形成条件,影响因素和危害迹象等的长期观察,提出了一种经验的地面沉降易发程度和地面沉降灾害危险程度等级划分方案(表3.10和3.11),为研究该问题提供了一个很有价值也富有启迪的思路。在此基础上,我们应用高分辨率卫星遥感和DEM数据获取地形地貌和地表相对高程信息,结合地表多年水位观测数据,对浙江区域内地面沉降的易发程度进行分区评价,进而根据对地下水开采资料和地面沉降观测数据的分析研究,建立有统计学证据的判别地面沉降易发程度和地面沉降危险程度等级的方法。
3.2.3.1 数据
本文使用的数据主要包括美国陆地卫星Landsat-7ETM+影像数据、国家测绘局制作的1∶5万数字高程模型(DEM)、浙江省水文勘测局提供的嘉兴、路桥、鄞州黄古林、温岭水位站的地表水多年平均水位观测数据(表3.12)、对《浙江省地质环境监测综合报告(1996~2000年)》(浙江省地质环境监测总站,2002)中的图26等图件进行数字化后采集的1964~2000年期间的地面沉降、地下水位、地下水开采量等数据。
3.2.3.2 方法与结果
(1)由表3.13可知,从1954至2000年,杭嘉湖平原地下水开采量的变化具有明显的不均匀分布特点,因此要评价因地下水开采而引起的地面沉降发展程度,很重要的一个方面就是获得可以表征地面沉降不同发展阶段的特征值。根据分形统计学的概念(Mandelbrot,1983),若以P作为表征地面沉降特征(如地面年沉降速率或累计沉降量等)的一个函数,δ表示对地下水开采情况(如年开采量或开采强度、地下水位下降值等)的度量尺度,如果P与δ之间满足以下关系
浙江省国土资源遥感调查与综合研究
且β为函数P(δ)的拐点处值,则对应于拐点处的P与δ可以作为评价地面沉降发展程度的特征值。
对杭嘉湖平原地面沉降和地下水开采情况的系统观测始于1964年,在此之前缺乏比较系统和完整的资料,并且在1964年以前地下水的开采量很小,仅占开采总量的1.6%(见表3.13),对地面沉降的影响比较小。因此下面主要依据1964~2000年的资料进行分析。
表3.10 地面沉降易发程度等级划分参考表
(据朱川,2002,地下水资源开发利用及地面沉降防治,地质灾害培训班讲义。)
表3.11 地面沉降危险程度等级划分参考表
(据朱川,2002,地下水资源开发利用及地面沉降防治,地质灾害培训班讲义。)
表3.12 杭嘉湖平原、温黄平原、宁奉平原地区地表水位数据 (单位:m)
注:①采用黄海基面,该值加上1.881m即为吴淞基面。温黄地区水位采用用温岭站水位。本表中数据由浙江省水文勘测局提供。
表3.13 1954~2000年杭嘉湖平原地下水阶段开采量统计表 (单位:104m3)
资料来源:浙江省地质环境监测总站,2000,浙江省杭嘉湖平原地下水资源开发利用及其环境效应论证。
将1964~2000年期间杭嘉湖平原地下水年开采量(Q)与地面沉降中心的年沉降速率(V)投在双对数坐标图上,得到图3.34,且图中Q-V相关线与按式(3.5)拟合的结果吻合很好。在不同的地下水年开采量区间Q-V相关线具有不同的斜率,在拐点两侧地面沉降的速率变化不同,说明由地下水开采引起的地面沉降变化可能具有多重分形特征。在Q-V相关线三个拐点处的Q和V值分别为:Q=0.2×108m3,V=16.7mm/a(1972年);Q=1.2×108m3,V=51.1mm/a(1988年):Q=1.5×108m3,V=25.5mm/a(1996年)。杭嘉湖平原面积约6490km2,因此与三个拐点处Q值对应的地下水开采强度(Qi)分别为0.3×104m3/km2.a(1972年)、1.8×104m3/km2.a(1988年);2.3×104m3/km2.a(1996年)。根据图3.34并结合表3.13,可以把1964~2000年期间杭嘉湖平原地区地下水开采量及其引起的地面沉降速率的变化划分为四个阶段:
图3.34 1964~2000年杭嘉湖平原地下水年开采量与地面沉降速率之间的关系
第一阶段从1964~1972年。在这个阶段地下水年开采量从1426×104m3增加到2070×104m3,嘉兴城区等6个主要城镇的地下水开采量占开采总量的79.3%,而广大乡镇和乡村的地下水开采量仅占开采总量的20.7%,表明本阶段地下水开采主要集中在嘉兴城区等少数几个主要城镇。在这个阶段,地面沉降速率快速增大(按幂指数关系),Q-V相关线的斜率为3.82512。
第二阶段从1973~1988年。在这个阶段地下水年开采量从2070×104m3增加到11681×104m3,但是嘉兴城区等主要城镇的地下水开采量占开采总量的比例下降为60.1%,而乡镇和乡村的地下水开采量占开采总量的比例上升到39.9%。在该阶段Q-V相关线的斜率为0.8234,地面沉降中心的年沉降速率增长比第一阶段有所减缓。
第三个阶段从1989~1996年。在这个阶段地下水年开采量从11681×104m3增加到14785×104m3,但是嘉兴城区等主要城镇的地下水开采量在总开采量中的比例继续下降为37.2%,而广大乡镇和乡村的地下水开采量占开采总量的比例继续上升,达到62.8%。表明在这个阶段虽然地下水开采总量仍然增加,但增加的开采量分散在多开采点,分布较广的乡镇和乡村,因此Q-V相关线的斜率为负值(-2.92381),沉降中心的年沉降速率呈下降趋势,这表明地面沉降中心沉降速率的变化不仅与地下水开采量有关,而且受地下水开采量的分布所影响。
第四个阶段从1997~2000年。在这个阶段,由于有关部门采取措施限制地下水开采,地下水年开采量从14785×104m3减少到11411×104m3,并且嘉兴城区等主要城镇的地下水开采量占开采总量的比例继续下降为20.9%,而乡镇和乡村的地下水开采量占开采总量的比例进一步上升到79.1%,但是这个阶段地面沉降速率的减小明显比第三个阶段缓慢,并且Q-V相关线的趋势与第二阶段(1973~1988年)基本一致。这表明如果地下水开采量的继续下降,地面年沉降速率的变化可能将依照先前的增长模式进行回落。
对1964~2000年期间杭嘉湖平原地下水位累计降低值(∑h)与地面沉降中心累计沉降量(∑Q)数据,按式(3.5)进行拟合,结果如图3.35所示,在∑h-∑Q相关线存在两个拐点,对应的∑h值分别为8m(1971年)和22m(1980年)。即从1964至1971年,平均地下水位下降速率为1.1m/a,从1971年至1980年的平均地下水位下降速率为1.6m/a。两个拐点将∑h-∑Q相关线分为三段,从下端向上,相关线斜率分别为0.1890、1.5533和7.6261,表明当地下水位累计降低值(∑h)的增加超过拐点值时,地面沉降中心累计沉降量(∑Q)急剧增大。将该两拐点处的∑h值分别代入对地下水位累计降低值(∑h与地下水位值h的拟合关系(见图3.36)。
图3.35 1964~2000年杭嘉湖平原地下水位累计降低值与地面沉降中心累计沉降量的关系
图3.36 1964~2000年杭嘉湖平原地下水位标高与地下水位累计降低值之间的关系
浙江省国土资源遥感调查与综合研究
得到,当∑h=8m时,h=-28.5m;当∑h=22m时,h=-42.5m。
(2)研究地面高程及其与地表多年平均水位之间差值的变化,有助于评价一个地区地面沉降灾害的危险程度。在此,根据ETM+影像解译结果和1∶5万数字高程模型(DEM)数据首先分析杭嘉湖平原地面高程值的变化,从图3.37可以看出,地面沉降区域范围内的地面高程变化存在2个分布。我们再考察地面沉降区内地面高程值与地表多年平均水位(见表3.12)之间差值(Δ)的分布特征,由图3.38可知,地面高程值与地表平均水位之间差值的变化同样存在2个分布。根据图3.37和图3.38,我们可以获得划分杭嘉湖平原地区地面沉降灾害易发程度等级的地面高程特征数值,其结果见表3.14。
图3.37 杭嘉湖平原地面沉降区内地面高程值(hDEM)的分布特征
a—表示地面高程值的直方图;b—表示地面沉降区内大于给定值的数据点数。该图显示地而高程值的变化存在2个分布
图3.38 杭嘉湖平原地面沉降范围内地面高程值与地表多年平均水位之间差值的分布特征
a—表示地面高程值与地表多年平均水位之间差值(Δ)的直方图;b—表示地面沉降区内地面高程平均值与地表多年平均水位之间差值(Δ)大于给定高程值的数据点数。该图显示地面高程值与地表多年平均水位之间差值(Δ)的变化存在2个分布
同理,由图3.39~图3.42(为节省篇幅,这里没有如图3.37和图3.38那样给出数据分布的直方图,但这并不影响我们对问题的讨论),可以得到对宁波市区和温黄平原地区进行地面沉降危险程度等级划分的地面高程特征数值(见表3.14)。
图3.39 宁波市地面沉降区内地面高程分布的变化
图3.40 宁波市地面沉降区内地而高程平均值与地表多年平均水位之间的差值(Δ)与地面高程分布的关系
图3.41 温黄平原地面沉降区内地面高程分布的变化
图3.42 温黄平原地面沉降区内地面高程平均值与地表多年平均水位之间的差值(Δ)与地面高程分布的关系
综合以上所述,对浙江省地面沉降易发程度和地面沉降危险程度等级划分与评价指标分别概括于表3.14和表3.15中。据此编制的嘉兴、宁波和温黄平原地区地面沉降易发程度分区、各区面积分布见图3.43~3.46和表3.16。表3.17给出了不同等级地面沉降区在遭遇5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇洪水时的水淹面积估计结果。
表3.14 浙江地面沉降易发程度等级划分表
①引自朱川,2002年。②对于地面高程,在统计时,对杭嘉湖平原、宁波市、温黄平原均已剔除大于10m以上部分,其中杭嘉湖平原地而沉降区地面高程平均值为2.80m;宁波市地面沉降区地面高程平均值为2.44m;温黄平原地面沉降区地面高程平均值为4.06m。
表3.15 浙江地面沉降危险程度等级划分表
①由于目前对于宁波市和温黄平原还缺乏比较系统的地下水开采和地而沉降观测数据,因此表中有关地面沉降特征与地下水开采动态的评价指标主要依据对杭嘉湖平原的统计结果。
图3.43 嘉兴市地面沉降灾害易发程度分区图
图3.44 宁波市地面沉降易发程度分区图
图3.45 温黄平原地区地面沉降易发程度分区图
图3.46 地面沉降易发程度分区面积分布统计
表3.16 嘉兴、宁波和温黄平原地区地面沉降易发等级的面积分布
注:地表高程值大于10m以上部分已剔除。
表3.17 嘉兴、宁波和温黄平原地区地面沉降易发区与多年设计水位设计值之间的水淹面积估计