宾 岚

(广州市地质调查院，广东 广州 510440)

1 引言

中国是世界上第四纪黄土分布最广的国家,黄土分布面积约为63.5万km2,其中地处黄河中上游和海河上游的黄土高原,黄土分布集中,沉积厚度大,侵蚀作用强烈,水土流失严重,是一个独特的地理区域。特别是近20年来,各种工程建设活动日益增加,人口迅速增长,黄土滑坡灾害活动日趋强烈,给广大黄土地区的经济建设和人民生活造成了极大的危害。因此,正确认识黄土滑坡的时间分布规律,研究黄土滑坡的动态变化特征,对于黄土地区的工农业生产和可持续发展,具有重要的理论价值和现实意义。

2 黄土滑坡的时间分布同地震活动密切相关

地震活动是黄土滑坡特别是大规模黄土滑坡活动的直接触发因素。黄土高原地震活动频繁,一般6级以上地震活动均要产生不同程度的黄土滑坡活动。因此,大规模的黄土滑坡活动同地震活动关系密切，特别是在新构造活动强烈的断陷盆地内尤为明显。程谦恭对渭河盆地的黄土崩滑灾害的活动历史进行了系统的分析研究, 渭河盆地内黄土滑坡活动的时间分布特征同地震活动的时间演变趋势有很好的相关性,大规模的黄土滑坡活动与大地震活动基本上相互对应同时发生。指出渭河盆地的滑坡活动可分为平静期和活跃期,滑坡活动的平静期平均约为240年,在此期间大规模灾难性滑坡稀少,滑坡活动的活跃期平均约为80年,最短为14～18年,二者共同组成了渭河盆地内山崩滑坡的257～320年左右的活动周期。黄土地区地震活动不仅产生新的黄土滑坡,而且还诱发大量的古、老黄土滑坡群复活(表1)。因此,黄土地区强地震活动带内地震活动和黄土滑坡活动之间有明显的同步性特征。

3 黄土滑坡的时间分布同第四纪地质时期相对应

3.1 晚更新世界早期的古黄土滑坡

古滑坡期形成的古黄土滑坡外部形态,大都模糊不清,滑坡体变形破坏严重,大都被马兰黄土覆盖,地貌部位相当于河流的Ⅳ级阶地,滑坡体物质通常由中更新世黄土和第三纪地层等组成。典型黄土滑坡有巴谢河流域的洒勒山滑坡、陕西葡萄园滑坡、白龙江流域的泄流坡滑坡及南山滑坡等。

3.2 全新世早期老黄土滑坡

老滑坡期形成的老黄土滑坡外部形态基本清楚,可以辨认,滑坡一般高出现代河床80～120 m,滑坡体物质由中、上更新统黄土组成,大都被现代冲沟切割。典型黄土滑坡有兰州臬兰山滑坡、武都红土坡滑坡及陕西巴峰山滑坡等。

3.3 全新世中期新黄土滑坡

新滑坡期形成的黄土滑坡多为近代滑坡,这类黄土滑坡形态清楚,滑坡规模大小不等,在黄土高原随处可见,大多分布在Ⅰ、Ⅱ级阶地上和河漫滩部位。

表1 黄土高原历史强震活动诱发的地震黄土滑坡特征

3.4 全新世晚期现代黄土滑坡

现代黄土滑坡的形成主要由各种人类工程活动引起,特别是不合理的边坡开挖易产生黄土滑坡活动。

因此,黄土滑坡的形成过程同第四纪地质时期的发展有很好的同步特征,呈现出稳定和活动的交替性过程。同时在长期的时间演化进程中,黄土滑坡活动的时间分布又是不均匀的,具有明显的阶段性和周期性。

4 黄土滑坡的时间分布同降雨活动的强弱密切相关

黄土滑坡的活动规律,明显地受降雨周期的控制,大范围的黄土滑坡活动同年降雨强度分布特征呈正相关关系。从区域性的黄土滑坡活动的年周期变化特征看,超强降水量年份黄土地区黄土滑坡活动明显上升,表2是1985～2013年黄土地区典型滑坡区域大范围的黄土滑坡活动特征与降雨分布的统计关系,其中丰水年黄土滑坡活动数量占60%以上,说明区域性的黄土滑坡活动强度和丰水年有较好的一致性。

表2 黄土滑坡活动与降雨分布的关系

区域性黄土滑坡活动的时间分布特征,不仅同年降雨量分布密切相关。而且深受滑坡活动期间降雨量的集中程度和降水强度的影响。据1991～2013年间甘肃天水地区降雨型黄土滑坡活动时间分布规律的统计分黄土滑坡活动的时间起伏变化规律同长历时强降雨过程密切相关,由于降雨动态变化的作用,使得降雨型黄土滑坡的活动在时间轴上呈现出时高时低与时强时弱的周期性变化形态,具有如下特征。

图1 黄土滑坡活动同月降雨量的关系曲线

析结果表明,当日降雨量大于50 mm,滑坡前期降雨量(6～10日)大于60 mm,雨季降雨量占同期多年平均降雨量的70%以上时,普遍产生大面积的区域性黄土滑坡活动,而小范围的黄土滑坡活动均发生在平水年及枯水年的降雨期间。因此,连阴雨、连阴雨加暴雨及暴雨过程是黄土滑坡活动的主要原因。降雨型黄土滑坡的时间分布在同一年度内同月降雨量也有很好的相关性。图1是甘肃省礼县、天水市和武都县2001～2015年期间黄土滑坡活动次数与月降雨量的关系曲线。从图中可以看出,同年度内黄土滑坡活动的时间分布集中在6～9月期间,总体上呈正态分布形式,相应的降雨时间分布集中在6～9月,这段时间占全年降雨量的70%左右,二者有很好的对应关系。宋克强等通过对西安地区30个黄土滑坡触发因素的系统研究,发现绝大多数黄土滑坡的发生时间均在区域地下水位最高的时间段,同时也是年降雨量最大的年份。降雨产流的坡面入渗过程使黄土滑坡体物质含水量增加,滑坡区地下水位上升,导致黄土滑坡岩土体强度急剧下降,容易产生滑坡活动,其中地下水位的升降变化影响较为明显(表3)。

表3 典型降雨型黄土滑坡活动时地下水位变化特征

(1)区域性大范围的黄土滑坡活动的周期性同降雨量的周期性变化呈正相关关系。例如甘肃天水地区1984年在全境范围内发生大面积的黄土滑坡活动,刚好是年降雨量的高峰年份,该年的年降雨量达938.8 mm,远超过多年平均降雨量507 mm。

(2)黄土滑坡活动在同一年度内的时间分布状态,大部份年份主要活动期集中在每年的6～9月之间,呈单峰曲线形式;少量年份的黄土滑坡活动期有两个集中时段,即6～9月雨季和冰雪消融的2～4月。

(3)降雨期间黄土滑坡活动时,滑坡区地下水位有明显上升趋势。

5 黄土滑坡活动受人类工程活动的控制

随着黄土地区经济建设的发展,人类的各种工程活动日益扩大,特别是铁路、高速公路及大中型水库的兴建,不仅产生了许多新黄土滑坡,而且诱发了大量的老黄土滑坡群复活。据黄土地区的滑坡调查统计分析,近20年来黄土高原的黄土滑坡活动,有70%以上与人类工程活动有不同程度的直接关系,特别是在黄土地区典型城镇的黄土滑坡活动同人类工程活动的关系尤为密切[5～13]。人类工程活动对黄土滑坡活动的影响主要表现在以下几个方面。

5.1 铁路及公路沿线开挖边坡造成黄土滑坡活动

黄土地区随着铁路及公路的修建,交通运输条件的日益改善,由此而引起的灾难性黄土滑坡活动屡见不鲜。例如陕西辉县—铜川市的梅七线梅前段,铁路施工前在铁路沿线附近只有3处有潜在危险性的黄土滑坡,自1973年通车后几年之内,黄土滑坡活动急剧发展,从通车前的三处危险性滑坡发展到46余处黄土滑坡活动。又如陕西宝鸡峡右岸的宝兰公路沿线边坡,开挖坡度大,在1990年雨季,引发大量的黄土滑坡崩塌,中断交通30余天。宝鸡—兰州铁路沿线因修建铁路引起的著名黄土滑坡事件有卧龙寺滑坡、葡萄园滑坡群及黄龙滑坡等,给铁路运行造成了严重的危害。铁路及公路沿线的黄土滑坡主要是不合理开挖路堑边坡改变了黄土斜坡的应力平衡状态,引起黄土滑坡活动。这类工程开挖造成的黄土滑坡时间分布较为集中,大都在每年的雨季活动。

5.2 引水灌溉工程的大量兴建造成黄土滑坡活动

黄土地区的农业生产随着人口的急剧增加而发展迅速,使得农业引水灌溉工程的规模也日益扩大。黄土地区的引水灌溉工程大都修建在黄土斜坡或黄土塬边地带的黄土地层之中,极易造成黄土滑坡活动。例如宝鸡引渭干渠,从宝鸡到常兴一带,分布有黄土滑坡170处,渠道通水后,经常产生黄土滑坡活动,其诱发原因就是引水灌溉过程中加大了地表水渗入量,软化滑坡体黄土,降低滑动面岩土强度,造成黄土滑坡活动,特别是在黄土台塬区灌溉,极易导致地下水位上升,使黄土塬边斜坡坡脚部位地下水出水量增大引发黄土滑坡。

5.3 地下采空引发黄土滑坡活动

黄土地区开采天然建筑材料和煤矿采空经常引起黄土滑坡活动,这类滑坡突发性强,常造成严重人员伤亡。例如陕西铜川煤矿开采区,1974年金华山煤矿风井广场东侧黄土塬边,由于采空塌陷,形成20余m落差的黄土滑坡,毁坏坡脚下部农庄。兰州夏官营一带,由于大量开挖河流两侧高阶地黄土下伏底砾层作混凝土骨料,形成大量的小型黄土滑坡。

5.4 过渡垦植及破坏植被引发黄土滑坡活动

黄土地区由于人口增长过快,对土地的需求越来越大,导致山坡的开垦强度急剧增大,植被被大量破坏。例如宝鸡、武山、武都及甘谷等地,近30年来,由于大量开荒种地,林线平均后退5 km左右,造成大量的水土流失,每年雨季均有大量的黄土滑坡活动。

6 黄土滑坡活动具有同发性、滞后性和重复性

黄土滑坡变形破坏活动时间分布的同发性,指的是黄土滑坡活动与其动力触发因素同时发生的特征,地震活动、暴雨和工程边坡爆破是造成黄土滑坡同发性的主要因素。对地震活动引发的黄土滑坡,一般而言,绝大部分地震黄土滑坡同地震活动同步,特别是极震区黄土滑坡,都是在发震时刻产生活动。对暴雨黄土滑坡的同发性,主要受降雨强度的控制,图2是武都县2001～2015年间降雨触发的黄土滑坡次数同降雨强度的关系曲线,其中大雨≥25 mm、暴雨≥50 mm及大暴雨≥75 mm。从图中可以看出,随着降雨强度及降雨次数的增加,同时产生的黄土滑坡活动数量也明显上升。

黄土滑坡活动的滞后性现象大都出现在降雨型黄土滑坡、灌溉水入渗引发的黄土滑坡和地震黄土滑坡之中。地震黄土滑坡有少量是滞后发生的,主要分布在极震区之外的地带,滞后发生的时间可以是震后数天到数年不等,一般以震后几天活动的黄土滑坡为主。例如1961年10月1日甘肃岷县5.4级地震,震后两天距震中100余km的杨家山发生滑坡,震前滑坡体已形成裂缝,地震时滑坡体变形加剧,裂缝扩展增大,10月3日晚9时滑坡才发生。降雨型黄土滑坡滞后期一般不超过30 d,滞后期的长短与滑坡发生前累积降雨量、降雨强度、黄土滑坡规模和降雨前的变形程度有关,其滑坡个体滞后时间比较分散。灌溉入渗引发的黄土滑坡滞后特征明显,滞后活动时间较长,一般在几个月到数年之间。受滑坡区灌溉水量的大小、灌溉时间及灌溉次数的控制。

图2 甘肃武都县黄土滑坡活动同降雨强度的关系

滑坡活动的重复性是黄土滑坡活动时间分布的典型特征,主要是继承老滑坡(群)多次重复活动,其中以塬边黄土滑坡的重复性最为严重,其重复发生的周期性多不稳定。例如宝鸡卧龙寺滑坡和舟曲泄流坡滑坡,都是在老滑坡基础上的重复活动。

7 黄土滑坡的活动具有突发性、隐蔽性和夜发性

黄土滑坡活动的突发性、隐蔽性和夜发性三者之间是互相联系和共生发展的。从滑坡孕育开始到产生灾变活动,虽然具有一定时间的滑前动态变形阶段,但其前期蠕变过程大都是缓慢长期的,人们在直观上难以察觉,或者长期习以为常,司空见惯,使得黄土滑坡的这种孕育变形过程隐蔽性极强,到剧烈滑动阶段时,滑坡往往在极短的时间内就完成了,具有突发性特征。例如甘肃东乡县洒勒山黄土滑坡发生前,地表裂缝、地下水活动及蠕变位移就累积了很长的时间,漫长的滑坡变形过程使滑坡区附近居民丧失了应有的警惕性,最终产生突发性灾变滑动,造成死亡237人的巨大灾难。黄土滑坡发生时刻,具有很好的夜发性规律,图3是162个黄土滑坡日内发生时间的统计曲线。从图中可以看出, 黄土滑坡的日内发生时间以夜间居多,特别是午夜到凌晨这段时间最易产生滑坡活动,而这段时间又是人们的最佳睡眠时段。因此,黄土滑坡的夜发性又加剧了滑坡活动的突发生和隐蔽性,导致黄土滑坡活动的危害性更趋严重。

图3 黄土滑坡日内发生时间的统计特征

8 结论

(1)黄土滑坡活动的时间分布规律主要受降水变化、地震活动和人类工程活动的控制。

(2)从黄土滑坡的形成时代看,黄土滑坡的时间分布与第四纪地质时期相对应。

(3)从区域性滑坡活动的时间分布规律看,具有明显的不稳定周期性和随机性,地震活动和降雨作用是影响滑坡年际时间分布规律的主要因素,但由于地震活动的周期很长,降雨周期较短,故降雨特征对滑坡活动的年周期性作用更为强烈。

(4)从黄土滑坡年内活动的时间分布规律看,具有明显的季节集中性,呈单峰和双峰分布曲线。对单峰型活动的黄土滑坡分布区,滑坡集中在每年的6～9月雨季,对双峰型活动的黄土滑坡分布区,滑坡集中在每年的7～9月和2～4月，前者受降雨特征控制,后者主要是春季冰雪消融,冻融作用强烈造成。

(5)从日内发生的时间看,以夜间发生的居多,使得黄土滑坡的突发性强,隐蔽性程度高,灾难性事件频发。

(6)从黄土滑坡近年的发展趋势看,人类工程活动造成的黄土滑坡明显呈上升趋势,其时间分布规律呈杂乱分布。