刘晋文，代宝峰

(1.甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室，甘肃 兰州 730050；2.甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

随着皋兰县社会经济发展，人口不断增长，人们赖以生活、生产的土地资源显得明显不足，开始凿山筑路，削坡建厂、建房，修渠引灌，荒坡荒沟开垦耕地，大量采砂、用砂等，随处可以见到人类改造大地留下的痕迹或人类活动诱发产生的地表形变痕迹，从地质灾害角度来看，于是形成许多滑坡、崩塌、潜在滑坡、潜在崩塌等，严重者危及人民群众生命和财产安全[1-2]。另一方面，皋兰县地处陇西黄土高原西部，黄土广泛分布，特殊的地形地貌和岩土体条件，控制了斜坡的变形破坏模式，控制了滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的发育特征，决定了皋兰县一定区域内滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害具有高易发性[3-4]。

表1 研究区地质灾害分类统计表

1 地质灾害类型

截止2021年6月，皋兰县境内共发育地质灾害及隐患点共130处，其中崩塌7处、占总数5.38%，潜在崩塌23处，占总数17.69%；滑坡20处、占总数15.38%，潜在滑坡72处，占总数55.38%；泥石流6处，占总数4.62%；地面塌陷2处，占总数1.54%。其中滑坡及其隐患点是区内发育数量最多的地质灾害，分布较广，数量多，规模普遍较小，部分地段成群分布[5-6]。

依照《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》实施细则，按照滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷规模级别划分标准(表2)，从区内地质灾害整体来看，区内地质灾害以小型地质灾害为主，占总灾害总数的91.54%，其余为中型地质灾害，占8.46%(表3)[7-8]，研究区地质灾害分布见图1。

表2 滑坡、崩塌(危岩体)、泥石流、地面塌陷规模级别划分标准

表3 研究区地质灾害规模级别划分统计表

图1 皋兰县地质灾害分布图

2 地质灾害发育特征

区内崩塌、滑坡突发性地质灾害活动较为频繁，泥石流、地面塌陷等地质灾害则次之，它们主要受人类工程活动影响显著，多集中发生在雨季和春融季节，同时与绿化、灌溉工程密切相关。地质灾害在区内具有点多面广，又有特定环境、集中分布的特点[9]。归结起来，区内地质灾害发育呈现以下特征。

2.1 普遍性

根据野外调查结果，在皋兰县除地面塌陷具有局部性分布特点以外，滑坡、潜在滑坡、崩塌、潜在崩塌及泥石流等地质灾害分布非常广泛，每个地貌单元、每个乡镇均有地质灾害现象出现，只不过危害程度不同、规模大小各异，具体统计如表4、图2和图3所示。

图2 皋兰县各乡镇地质灾害分布柱状图

表4 皋兰县各乡镇灾害点统计表

图3 皋兰县各乡镇地质灾害点密度柱状图

2.2 差异性

受地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体结构、地下水、气象水文和植被状况等自然因素综合影响，兼之人类工程活动起决定性控制作用，皋兰县地质灾害在区域分布上和灾害类型地理分配上呈现不同的差异性，同时具有一定的规律性。区域内以什川黄河河谷岸坡及其重要交通干线之较大沟谷区地质灾害点相对密集，其余地段相对较少。其次，在地质灾害类型地理分配上，滑坡、崩塌首先受地形条件控制，如黄河高阶地、黄土梁峁丘陵或较大沟谷坡脚带等人工削坡造成高差变化较大区，是滑坡、崩塌最发育地段。受皋兰县气候条件限制，泥石流分布受地层岩性和沟谷汇水量控制更为突出，岩土体相对破碎、易冲蚀土类储量丰富及沟谷汇水量较大区，泥石流灾害明显频发，威胁和破坏程度相对较严重，如忠和镇大砂沟泥石流，汇水面积大，来水量多，沟道下蚀、侧蚀较强烈，对农田地、建筑、道路影响较严重，其它地区状况则明显要好，泥石流普遍发生频率低，属低易发或不易发。

2.3 与人类工程活动关系密切

地质灾害发育区多为人口密度大，社会生产活动频繁，植被严重破坏的地区。如工作区的黄河两岸阶地及山前地带是什川镇主要的生活集中地及工农业强烈活动区，人类工程活动较强烈，这些活动对山前斜坡、河流阶地、冲沟沟岸陡坎及阶面的改造较为严重，滑坡、崩塌及隐患点多数发育于该区域。

3 地质灾害孕灾地质条件分析

3.1 地形地貌与地质灾害

地形地貌是影响本区地质灾害发育程度的先决条件。研究区地处陇西黄土高原西北部，区内地貌类型以黄土丘陵及河谷平原、台地地貌为主，地势西北高东南低，最高点为县城西北二道沟，最低点为什川黄河谷地。研究区东部及南部一带，是在构造作用为主，受长期强烈剥蚀切割作用而形成的山地地貌，上部被第四系黄土覆盖，沟壑纵横，侵蚀切割强烈；北部山地以南，秦王川断陷盆地以东及魏家大山以西的广大区域为黄土梁峁丘陵，由一些NW-SE向、近ES向相间排列的黄土梁峁丘陵与宽谷组成，梁峁丘陵地之间宽谷，是在老沟谷的基础上，经冲积、洪积和风积黄土的堆积形成了比较宽阔平坦的谷地；河谷平原主要分布于工作区泥湾-什川盆地，包括黄河Ⅳ级以下阶地及部分沟谷Ⅳ级以下的沟台地，区内阶地保存完好，阶面平坦宽阔。

在黄土梁峁丘陵区，遭受剥蚀、表层遭受强风化作用的黄土变的较松散，黄土垂直节理裂隙发育，土体较为破碎，在自然状态下较易发生滑坡、崩塌等地质灾害现象，雨季暴雨时可为泥石流灾害提供充足的物源。

什川黄河IV级阶地在该区形成临空面，前缘坡度多在40°以上，局部直立，坡体为二元结构，上部为黄土状粉土，下部为冲洪积碎石土，坡体上部及坡脚一带建筑物密集，对坡体扰动极大，使得该区滑坡、崩塌灾害频发，沿阶地前缘灾害隐患点呈带状分布。

下面将从斜坡的坡形、高度、坡度、坡向等构成的微观地貌分析影响地质灾害发育类型和规模的微观因素。由于研究区泥石流发育较少，不具有典型性，故本文只分析微观地形地貌对滑坡、崩塌及隐患点的影响。

3.1.1 斜坡坡形

研究区内斜坡坡面形态可以划分为五个基本类型，即凸形、凹形、直线形、阶梯形、复合型。根据现场调查结果，以最具有代表性的坡段作为基本坡形，对区内斜坡坡形进行统计(表5、图4)。

图4 皋兰县崩塌、滑坡及隐患点所在斜坡坡形统计直方图

表5 皋兰县崩塌、滑坡及其隐患点所在斜坡坡形统计

统计分析表明，研究区内崩塌及隐患点发生于应力集中程度高的直线形正向类型斜坡，滑坡主要发生于凸型和复合型斜坡。

3.1.2 斜坡坡度

图5 DEM数据提取坡度结果图

表6 不同坡度区间灾点发生概率统计表

图6 灾害点所在斜坡坡度统计直方图

根据规范划分标准：坡度>60°为陡崖，坡度25°～60°为陡坡，坡度8°～25°为缓坡，坡度≤8°为平台[10]，调查区内20个滑坡中有19个发生在陡坡，占调查总数95.00%，1个发生于陡崖；7个崩塌中有5个发生在陡崖，占调查总数的71.43%，2个发生于陡坡；不稳定斜坡分布在陡坡上的有88处，占总数92.63%，主要为潜在滑坡灾害；而分布在陡崖上7处，占总数7.37%，主要为潜在崩塌灾害。

由统计结果可以发现，随着坡度增大发生滑坡的比率也随之变化，坡度30°～40°之间发生滑坡的比率为20.00%，40°～50°之间比率增至50.0%，50°～60°之间的比率达25.00%，大于60°的陡崖多发育崩塌而很少表现为滑坡破坏形式，随着坡度减缓，滑坡发生概率也逐渐降低，当坡度降至30°以下则不再有滑坡发生。

3.1.3 斜坡坡高

以20 m为步长，对滑坡、崩塌、潜在崩塌、潜在滑坡等在各坡高区间所占比例进行统计(表7，图7)，可以看出，区内崩塌多发生在高差10 m以下斜坡上，随着坡高的增大，发生滑坡比率也不断变化，坡高10～30 m之间滑坡发生比率相对较大，占到75.00%；滑坡及崩塌隐患点多定义在高差10～30 m之间的斜坡上，占其总数的64.21%。造成这种现象的原因主要是人类工程活动多在低于高差30m的斜坡带进行，易形成陡坡、陡崖，发生滑坡、崩塌的概率较高，而处于天然斜坡地段的黄土区坡体一般稳定性良好，很少发生滑坡、崩塌，形成滑坡、崩塌隐患点。

图7 灾害点所在斜坡坡高统计直方图

3.1.4 斜坡坡向

经DEM数据提取统计各个单元格坡向(图8)，可以看出研究区内沟壑纵横，水土流失现象严重，坡向分布基本均匀，无明显优势坡向，相对而言东南向、西南向、西向及西北向所占比例稍高，分别达16.39%、15.57%、17.21%和14.75%(表8，图9)。这一点与研究区内主河流、主沟谷发育走向有关，南部边界带黄河干流总体上呈近东西向，其二级支流多呈近南北向发育，因此这些区间坡向所占比例稍大。

表8 不同坡向区间地质灾害发生概率统计表

图8 DEM数据提取坡向结果图

图9 地质灾害点所在坡向直方图

区内滑坡在各个坡向均有发育且相差不大，其中在西北(247.5°～292.5°)、东(67.5°～112.5°)、东北(22.5°～67.5°)坡向发育滑坡数量相对较多，分别占25.00%、20.00%、15.00%，属于滑坡发生的优势坡向，尤其以西北坡向斜坡为最，而在西南、北坡向发育滑坡数量较少，各调查出1处。所调查崩塌灾害在东南(112.5°～157.5°)、南(157.5°～202.5°)向坡发育相对较多，在东北、西、西南向坡上次之。潜在滑坡在各个坡向均有发育且相差不大，其中在西(247.5°～292.5°)、西南(202.5°0～247.5°)、东南(112.5°～157.5°)坡向发育潜在滑坡数量相对较多，分别占18.06%、19.44%、13.89%，在西北(292.5°～337.5°)、东北(22.5°～67.5°)次之，均占12.50%，在其它方向则数量相对较少。潜在崩塌在东南(112.5°～157.5°)、西(247.5°～292.5°)、西北(247.5°～292.5°)方向发育较多，分别占26.09%、21.74%、17.39%，在其它方向则数量相对较少。分析发现，除受天然河谷、沟谷走向决定以外，主要与人类工程活动线方向有关，如公路线走向，居民住宅开挖坡脚线走向，引灌工程走向线，农田开垦坡脚走向线等等。

3.2 地层岩性与地质灾害

本区与滑坡活动关系密切的易滑地层主要有黄土及黄土状土，按形成年代本区黄土可分为马兰黄土及黄土状土。马兰黄土，在本区广泛披覆于中低山山梁、堆积阶地及坡地，风成为主，浅灰黄色，质地均匀，结构疏松，孔隙发育，具垂直节理，有较强的湿陷性或自重湿陷性。黄土状土多分布在黄土梁表层及河谷低阶地上，以风成为主，受各种营力作用的影响，物理力学性的差异性较大。

3.3 水与地质灾害

本文通过大气降水对地质灾害的影响、地下水对地质灾害的影响、农田灌溉用水和绿化用水对地质灾害的影响等几种情况，分析皋兰县水对诱发地质灾害的作用关系。

3.3.1 大气降水与地质灾害

研究区大气降水对地质灾害的影响主要表现在一下几方面：(1)大气降水为泥石流的水动力条件；(2)残积物、坡积物、洪积物、冲积物、重力侵蚀堆积物、疏松黄土等所有这些补给泥石流的松散固体物质，从分布状况到补给方式与降雨密切相关；(3)大气降水作用导致区内边坡岩土体抗剪强度下降而诱发边坡体产生变形破坏；(4)大气降水作用会增加坡体容重；(5)降水沿节理、裂缝下渗，或充填裂缝，增加坡体内的静水、动水压力；降水渗至隔水层富集，产生浮托力；降水停留在黄土体孔隙中，形成孔隙水压力。

3.3.2 地下水与地质灾害

区内存在少量与冻融作用相关的地质灾害，其破坏机理是：由于区内降水量较小，而在变形坡脚下大多存在泉水或渗水现象，坡脚地下水的排泄使得坡体内地下水位在促滑、促崩结构面以下，当进入冬季泉眼或湿地被冻结时，地下水无法排出，造成地下水位上升，增大坡脚动水压力，同时还润滑了促滑、促崩结构面，引发崩塌、滑坡，形成不稳定斜坡。如什川镇上泥湾村七社滑坡，是黄河高阶地地貌，坡体上半部为黄土状土，下半部砂砾卵石层，接触面处常有地下水渗出，受冻融作用，斜坡稳定性差，点北部30 m处有巨大崩落土块。

地下水对泥石流的影响较为间接，主要通过对形成区斜坡稳定性的影响，进而控制松散固体物质补给量来产生作用。调查区地下水相对贫乏，因此这种影响十分有限。

3.3.3 农田灌溉用水和绿化用水对地质灾害的影响

随着皋兰县农田灌溉工程不断发展，高速公路、国道两侧绿化带上水喷灌多年实施，人为用水引发的崩塌、滑坡、潜在崩塌、潜在滑坡等地质灾害逐渐显露出来。绿化用水引发地质灾害的基本原理同前所述，其现象参见图10。农田灌溉用水除部分用于作物生长以外，大部分渗入地下，改变原有地下水环境，或渠系所过处通过渗漏使临坡岩土体力学性能引起变化，诱发坡体失稳，基本原理同前述。

图10 绿化用水引发地质灾害示意图

3.4 人类工程活动与地质灾害

调查区内地质灾害及隐患点分布呈现明显的区域性，与人类工程活动关系密切，经调查分析，对地质灾害影响强烈的人类工程活动主要有道路建设、村镇建设及城市扩建，人工绿化及农田引灌，人工采砂，开荒造地等。

3.4.1 人工边坡对滑坡、崩塌及其隐患点的影响

人工边坡主要是指在人类工程活动中对原始斜坡改造使斜坡形态发生改变而形成的新的边坡坡体。皋兰县境内对地质灾害及隐患点影响严重的主要为公路人工边坡、房屋建筑边坡和平山造地边坡。

公路人工边坡分布于白兰高速、柳忠高速、兰海高速，国道109线，省道皋营公路，县乡公路如盐什公路、水罗公路、皋什公路、皋石公路、安高公路和崖中公路等。主要是挖方边坡和垫方边坡，多以中高边坡为主，公路人工边坡处崩塌、滑坡屡屡发生，危及公路、行人、车辆、农田、果园及通讯、通电设施等，高速公路边坡带的滑坡、崩塌地质灾害受上水绿化作用常常容易发生，其它公路人工边坡发生地质灾害主要受大气降水作用诱发明显，发生规模小，频率高，一般直接危害作用小。

皋兰县由于村镇建设用地紧张，普遍存在居民在天然斜坡坡脚处开挖取地，或对原始斜坡进行坡面改造现象，从而使边坡坡度变陡，稳定性变差，往往形成滑坡、崩塌、不稳定斜坡地质灾害。这种类型的边坡在村庄临坡带最为广泛，主要分布在调查区南半部，如朱家井沙沟流域、忠和镇砂沟流域、水阜镇蔡家河流域，对村镇居民造成严重威胁，已形成了地质灾害的高危地带，是皋兰县地质灾害防治的重点地段。

平山造地边坡分布于黄土丘陵区，主要采用挖、垫方形成建设用地，为挖方边坡和垫方边坡，往往高达数十米甚至百米，特别是部分地段在土地开发时将坡顶推平后产生的土方顺斜坡松散堆积，易在大气降水作用下发生堆积层滑坡，大规模、大范围挖垫土方，彻底或严重改变土坡体内部应力分布状态，即使按照规范规定的坡率放坡，但由于黄土类土体中潜藏结构面存在的不确定性，产生滑坡、崩塌，形成潜在滑坡、潜在崩塌的可能性极高，因此，这种类型边坡将是地质灾害高易发地段，为未来皋兰县地质灾害重点防治区段之一。

3.4.2 采砂取石对滑坡、崩塌及其隐患点的影响

建筑材料非金属矿产资源是皋兰县主要矿产资源之一，朱家井沙沟沟口带新近系咸水河组砂岩，厚层状，疏松，是优质的砂料资源，用作地下石油开采中换填材料，以防地面沉降；另外，九合镇彭家湾北采沙场、水阜镇水阜村沙沟中采沙场、石洞镇涧沟川村采砂场主要用于建筑材料采砂，部分用于农田覆地用砂，主要开采第四系砂砾石层、新近系咸水河组砂岩层，使上覆土体悬空或形成高陡边坡，容易产生崩塌、滑坡灾害，形成潜在崩塌、潜在滑坡，威胁采矿人员、采矿设备安全，或威胁坡脚带居民区。一些中小型矿山企业多采用高压水枪冲蚀掏采的不合理开采方式也是采砂取石产生地质灾害的因素之一。

3.4.3 绿化及农业灌溉对滑坡、崩塌及其隐患点的影响

随着什川镇黄河高阶地上的农田引灌工程、“西岔电灌”工程和“引大(大通河)入秦(秦王川)”水利灌溉工程等实施，皋兰县兰州“南北两山”绿化带部分、高速公路、国道两侧绿化带等上水喷灌多年实施，大量用水引发的临坡带崩塌、滑坡、潜在滑坡、潜在崩塌等地质灾害逐渐显露出来。灌溉、绿化用水渗入地下部分转化为地下水，地下水对地质灾害的作用和影响前以述及。

4 结语

皋兰县发育的地质灾害类型主要有滑坡、崩塌、潜在滑坡、潜在崩塌、泥石流及地面塌陷6种，数量以滑坡和潜在滑坡居多，规模以中小型为主；区内地质灾害发育具有普遍性、差异性及与人类工程活动密切相关等特征；区内孕灾地质条件主要为地形地貌、地层岩性、水与人类工程活动，其中地形地貌控制着地质灾害的总体布局，是地质灾害发育的主控因素，水对地质灾害的影响也较为显著，人类工程活动对区内地质灾害的影响最为强烈，主要表现为削坡、灌溉等活动引发地质灾害。