莊茂國，魏云杰，邵 海，朱賽楠，石愛軍，黃 喆，祝 賀

(1.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院(國土資源部地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心)，北京 100081；2.伊犁州國土資源局，新疆 伊犁 835000)

0 引言

伊犁地區(qū)黃土發(fā)育，主要分布于山前及山麓地帶，一般厚度20～50 m。黃土垂直節(jié)理發(fā)育，大氣降水、地表水通過裂隙下滲，黃土浸水產(chǎn)生軟化崩解，抗剪強(qiáng)度急劇下降，極易形成滑坡災(zāi)害。黃土地層成為伊犁地區(qū)滑坡易發(fā)地層，并且具有分布范圍廣、發(fā)生頻率高、規(guī)律性差和防治難度較大的特點。伊犁地區(qū)黃土滑坡研究較少，僅僅開展一些區(qū)域災(zāi)害規(guī)律與綜合防治研究[1-2]。皮里青河流域(圖1)作為伊犁地區(qū)黃土地質(zhì)災(zāi)害典型區(qū)域，開展黃土滑坡特征研究，具有較強(qiáng)科學(xué)意義和社會意義。

圖1 皮里青河流域地理位置示意圖Fig.1 The geographical location of Piliqing River basin

1 地質(zhì)環(huán)境條件

皮里青河位于新疆伊犁州伊寧縣北，發(fā)源于伊寧縣北部科古爾琴山分水嶺南側(cè)，河流向南切穿山地，流經(jīng)克拉亞尕奇鄉(xiāng)、潘津鄉(xiāng)、達(dá)達(dá)木圖鄉(xiāng)和巴彥岱鎮(zhèn)流入伊犁河，為伊犁河一級支流。河流全長77 km，源頭高程2 550 m，匯入伊犁河谷溝口海拔620 m，高差1 930 m，縱坡降約25‰。流域集水范圍主要分布在中上游，海拔在1 500～3 000 m，水源主要靠降水和融雪補(bǔ)給，多年平均流量5.52 m3/s，平均徑流量1.74×108m3，主要用于農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水，水量在時間上分布不均，夏季有余，秋季不足。

皮里青河流域地形東北高，西南低，水流自東北向西南流動，匯入伊犁河。按照地貌類型大致可以分為三個地貌單元：上游主要是中高山，海拔高度在2 500～3 500 m，冰雪、流水侵蝕作用強(qiáng)烈，坡面破壞嚴(yán)重，呈現(xiàn)谷嶺相間地貌；中游以低山丘陵為主，頂部平緩，梳狀展布，頂部常覆蓋礫石和黃土；下游為山前沖洪積地區(qū)，多為緩傾的含礫細(xì)土平原。地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)育在中上游區(qū)域，下游地區(qū)基本位于伊寧市和伊寧縣轄區(qū)，基本無災(zāi)害。

流域?qū)儆谖魈焐絻?yōu)地槽褶皺帶下博羅科努山復(fù)背斜，復(fù)背斜構(gòu)造線方向以NW-SE為主。流域發(fā)育4條斷裂帶，總體呈NW-SE延伸，斷層面總體南傾,傾角在50°～80°。

皮里青河流域?qū)儆跍貛Т箨懶园敫珊禋夂?，冬春溫暖濕潤，夏秋干燥炎熱，晝夜溫差明顯，年均氣溫8.4 ℃，年均降水257 mm。上游和中游地區(qū)主要為草地，偶有林地(灌木林地和疏林地)，下游河谷平原區(qū)沿鞏乃斯河谷到東部平原地區(qū)，主要為耕地及城鎮(zhèn)用建設(shè)用地。

2 滑坡類型與分布規(guī)律

2.1 滑坡類型

在滑坡類型方面，開展的研究已經(jīng)較多。葉米里揚(yáng)諾娃根據(jù)滑動斜坡的破壞深度，將滑坡分為表層滑坡和深層滑坡[3]。在黃土區(qū)域，許領(lǐng)等[4]根據(jù)甘肅黑方臺地區(qū)黃土滑坡發(fā)育，劃分黃土泥流、黃土層內(nèi)滑動、黃土-泥巖接觸面滑坡、黃土-泥巖順層滑坡和黃土-泥巖切層滑坡等5 類。吳瑋江等[3]結(jié)合甘肅地區(qū)黃土滑坡將其劃分為四類：黃土層內(nèi)滑坡、黃土-基巖接觸面滑坡、黃土-基巖順層滑坡和黃土-基巖切層滑坡。皮里青河流域黃土厚度不大，黃土滑坡發(fā)育厚度較淺。通過野外現(xiàn)場調(diào)查與無人機(jī)遙感調(diào)查，皮里青河流域發(fā)育滑坡14處，綜合上述分類，可以分為黃土泥流、黃土層內(nèi)滑坡和黃土-基巖滑坡三種類型，其主要特征見表1。

2.2 空間分布特征

根據(jù)滑坡發(fā)育河流地貌位置、地層進(jìn)行空間分區(qū)。

滑坡主要沿河谷發(fā)育在河流凹岸位置。流域中滑坡點主要位于河流上游，階地級數(shù)較少，其中一級階地發(fā)育較為明顯，為黃土堆積階地，多為公路和居民點所在平臺?；潞缶壩挥谄马斊露扔删徸兌高^渡段，滑坡前緣基本位于河流一級階地或者河漫灘。14處滑坡均發(fā)育在皮里青河上游的三條一級支流，其中兩條主支溝右側(cè)的支溝為皮里青河，發(fā)育滑坡5處(H1-H5)，其中4處滑坡前緣位于一級階地或河漫灘；左側(cè)支溝為阿西溝，發(fā)育滑坡4處(H6-H9)，2處滑坡前緣位于一級階地或河漫灘；第三條支溝為克孜勒賽溝，發(fā)育滑坡5處(H10-H14)，2處滑坡前緣位于河漫灘?；掳l(fā)育于河流凹岸位置，主要因為河流凹岸侵蝕，階地后退，形成陡坎臨空面，增加滑坡產(chǎn)生的可能性(圖2)。

表1 皮里青河滑坡類型表Table 1 Landslide types in Piliqing River

圖2 滑坡地層分布圖Fig.2 Landslide stratigraphic distribution

滑坡均在黃土地層中發(fā)育。皮里青河流域地層結(jié)構(gòu)較為簡單，表層為風(fēng)積黃土，底部為火成巖或者沉積巖，基巖出露較少。流域滑坡全部發(fā)育在黃土地層中(圖2)，滑坡為黃土層內(nèi)滑坡、黃土泥流和黃土基巖面滑坡，未發(fā)現(xiàn)黃土切層滑坡。

2.3 時間分布特征

滑坡的發(fā)生在時間方面與其主要誘因有關(guān)，如冰雪消融、降雨、爆破、地震等外部因素。根據(jù)滑坡發(fā)生時間的快慢，又具有同時性和滯后性的特點。同時性是指當(dāng)誘因影響作用較強(qiáng)時，滑坡隨著誘因發(fā)生而發(fā)生，滯后性是指誘因發(fā)生后稍晚的時間里，發(fā)生滑坡現(xiàn)象，該類誘因一般為人類工程活動或凍融等[6-7]。

皮里青河流域黃土滑坡在時間分布上多發(fā)生在春季，14處滑坡中已知有11處發(fā)生在2017年3～4月份(表2)?；掳l(fā)育時間集中，主要原因是冰雪融水入滲和凍融作用的影響。在凍融及入滲起主導(dǎo)作用的滑坡在時間上具有一定的滯后性[8-9]，根據(jù)多年氣象資料(圖3)，皮里青河流域3～4月份平均氣溫進(jìn)入0 ℃以上，冰雪開始融化，融水入滲，造成滑動面水位上升和黃土土體強(qiáng)度降低，邊坡穩(wěn)定性降低。

表2 滑坡發(fā)生時間統(tǒng)計表Table 2 Time of landslides occurrence

圖3 伊寧縣多年月平均氣溫圖Fig.3 The histogram of monthly mean temperature in Yining County

3 滑坡發(fā)育特征

3.1 形態(tài)與體積

皮里青河流域滑坡形態(tài)較為完整，平面形態(tài)大部分均為凸型(半圓形或者舌形)，邊界清晰，滑坡裂縫發(fā)育。無人機(jī)拍攝可見后壁拉張裂隙發(fā)育，后緣裂隙多呈弧形，開口方向與滑動方向相同，寬度最大可達(dá)1 m?；麦w表面也多以拉張裂縫為主，一般裂縫彎曲，大致與滑動方向垂直，裂縫寬數(shù)厘米至數(shù)十厘米不等，延伸長度數(shù)米至十余米?；露逊e體前緣形成明顯鼓丘，或者由于前緣河流一級階地或河漫灘，堆積體沖入河道，形成堰塞湖，潰決后流水侵蝕形成陡坎。多以滑坡群的形式分布，具有多級滑動特征。

按照體積將滑坡劃分為小型滑坡、中型滑坡、大型滑坡和特大型滑坡4類。流域內(nèi)黃土地層厚度較薄，滑坡均為黃土淺層滑坡，滑坡體厚度較小(一般不超過10 m)，規(guī)模均為中、小型滑坡(黃土泥流計算其前期滑坡體積)(圖4)。

圖4 滑坡體積統(tǒng)計圖Fig.4 The histogram of landslide scale

3.2 主滑方向

將滑坡主滑方向分為8 個統(tǒng)計區(qū)間: 0～45°、45°～90°、90°～135°、135°～180°、180°～225°、225°～270°、270°～315°、315°～360°，滑坡發(fā)育數(shù)量分別為處4、3、2、0、0、0、1、4處，分別占滑坡總數(shù)的28.57%，21.43%，14.29%,0.00%,0.00%,0.00%,7.14%和28.57%(圖5)，根據(jù)主滑方向統(tǒng)計數(shù)據(jù)，皮里青河流域中，滑坡主滑方向以北東和北西方向為主，共8處，占滑坡總數(shù)的 57.14%。皮里青河上游支流大致呈北西-東南和北東-南西方向發(fā)育，造成邊坡方向基本為北東-南西和北西-東南方向，背陰坡多為北東和北西方向。該統(tǒng)計表明，流域中黃土滑坡多發(fā)育背陰坡。背陰坡冬季多冰雪覆蓋，降水與凍融作用更加顯著，易發(fā)生滑坡。

圖5 滑坡主滑方向圖Fig.5 Landslide main sliding direction figure

3.3 滑坡坡度

將滑坡整體坡度分為4 個統(tǒng)計區(qū)間: 10°～20°、20°～30°、30°～40°、≥40°四個區(qū)間，統(tǒng)計結(jié)果(圖6)表明：流域內(nèi)滑坡坡度區(qū)間較為集中，主要是30°～40°、20°～30°僅有2個滑坡，為黃土泥流；40°～50°為1個滑坡，位于阿西溝南側(cè)，受流水侵蝕形成高陡臨空面，發(fā)生滑坡后整體坡度較大。皮里青河流域內(nèi)黃土滑坡整體坡度集中，主要與流域內(nèi)黃土土體性質(zhì)、 斜坡構(gòu)造特征、降雨特征較為類似相關(guān)。統(tǒng)計黃土層內(nèi)滑坡滑動的垂直距離和水平距離(表3)，計算得出流域相似地層內(nèi)滑坡的平均等效摩擦角為22.70°，視摩擦系數(shù)為0.427，可對流域內(nèi)黃土滑坡防治與應(yīng)急避險具有一定借鑒作用。

表3 黃土層內(nèi)滑坡視摩擦系數(shù)及摩擦角Table 3 Friction coefficient and frictionangle of landslides in the loess layer

圖6 滑坡坡度統(tǒng)計圖Fig.6 The histogram of landslide slope

4 滑坡誘發(fā)因素

皮里青河流域黃土滑坡在時間上，滑坡多發(fā)生在春季3～4月份，氣溫上升冰雪融化下滲，同時凍融作用強(qiáng)烈；在空間上主要沿河谷發(fā)育在河流凹巖位置，滑坡前緣為一級階地或河漫灘上，易發(fā)生河流侵蝕作用。根據(jù)流域黃土滑坡時空分布特征，地形歸納皮里青河流域黃土滑坡主要誘發(fā)因素為降水作用、河流侵蝕與凍融作用。

4.1 降水作用

降水(冰雪融水)入滲可以降低黃土物理力學(xué)參數(shù)，降低黃土穩(wěn)定性。在降水作用下黃土由表及里逐漸飽水，其各項物理力學(xué)參數(shù)有一定程度折減并發(fā)生濕陷破壞，導(dǎo)致不均勻沉降，重心外移，偏向臨空面[10]。降水入滲影響黃土的穩(wěn)定性，雨水滲入到黃土表層，使其強(qiáng)度軟化并增加了黃土重度導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生[11]。但黃土本身滲透性較低，降水(冰雪融水)在皮里青河流域多引發(fā)淺層黃土滑坡。如果斜坡后緣發(fā)育大量節(jié)理、裂隙、落水洞等通道，降水沿通道流入地下，易導(dǎo)致滑動面附近水位上升引起大型滑坡。流域中規(guī)模較大滑坡及其周邊多可見裂隙及落水洞集中發(fā)育。

皮里青河所在伊寧縣屬于大陸性半干旱氣候，降水總量不大，以降雪形式為主，冬春季較為集中(圖7)。流域降水季節(jié)性分布，為黃土滑坡集中發(fā)生在3～4月份，提供降水(冰雪融水)入滲條件。

圖7 伊寧縣年均降水圖Fig.7 The histogram of average monthly rainfall in Yining County

4.2 河流侵蝕

黃土覆蓋地區(qū)現(xiàn)代地貌的演變過程實際就是河谷及其兩岸斜坡形成的過程，在此過程造成斜坡失穩(wěn)，從而引發(fā)滑坡、崩塌和水土流失的發(fā)生。河流侵蝕作用成為地貌外部主要營力。河流側(cè)蝕河岸后退，一級階地前緣被侵蝕，導(dǎo)致兩個作用：一是滑坡前緣抗滑段變短甚至消失，同時形成高陡臨空面；二是階地面上易形成基巖隔水，形成軟弱的飽水帶和滑動帶。河流側(cè)蝕發(fā)展到一定程度，一級階地后緣黃土斜坡易失穩(wěn)發(fā)生整體滑移。皮里青河流域內(nèi)黃土滑坡多發(fā)育在河流凹岸(流域內(nèi)14個滑坡中10個發(fā)育在河流凹岸，占71.43%)，主要受河流側(cè)蝕作用影響。

4.3 凍融作用

凍融作用目前研究尚不深入，但一直都是誘發(fā)滑坡的重要因素，凍融滲透型滑坡主要是由于冰雪凍融引發(fā)斜坡巖土體的變形破壞[12]。初步認(rèn)為凍融作用可能產(chǎn)生兩種效應(yīng)：一是凍融作用可引起斜坡地下水的分布發(fā)生變化，造成地下水的富集和疏散。地下水富集造成土體軟化，地下水疏散帶來靜水壓力和動水壓力突變，影響邊坡的穩(wěn)定性。二是反復(fù)凍融降低黃土本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。凍結(jié)土的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于天然黃土，反復(fù)凍融作用會導(dǎo)致黃土強(qiáng)度顯著降低[13]。

黃土滑坡不僅與降雨滯水有關(guān)，還與凍結(jié)滯水聯(lián)系緊密，凍結(jié)滯水效應(yīng)使土體中地下水排泄通道受阻并聚集，孔隙水壓力減小，穩(wěn)定性降低。春季凍土融化，滯留水體突然開始排泄，水力梯度較高，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步降低，觸發(fā)滑坡[14]。伊犁地區(qū)的黃土滑坡發(fā)生時段多集中在初春的凍融季節(jié)。皮里青河流域中黃土滑坡發(fā)生在春季3～4月份左右，氣溫一般由零下上升到零度以上，冰雪由凍結(jié)狀態(tài)開始融化，凍融作用較強(qiáng)。2017年3月24日皮里青河一號滑坡(H1)發(fā)生，氣象資料顯示3月23日氣溫剛剛回升到0 ℃以上(圖8)。

圖8 伊寧2017年3月氣溫(引縣氣象局)Fig.8 Temperature in Yining Country March 2017

5 結(jié)論和討論

5.1 結(jié)論

(1)本文調(diào)查研究了皮里青河流域14處滑坡。滑坡黃土泥流、黃土層內(nèi)滑坡和黃土-基巖滑坡三種類型，分別占比為21%、64%和14%。

(2)滑坡在空間上主要沿河谷發(fā)育在河流凹岸位置，集中在黃土地層中發(fā)育；在時間上，滑坡多發(fā)生在春季，14處滑坡中已知有11處發(fā)生在2017年3～4月份。

(3)流域滑坡特征明顯。形態(tài)較為完整，平面形態(tài)大部分均凸型(半圓形或者舌形)，邊界清晰，多為小型滑坡；滑坡主滑方向以北東和北西方向為主；滑坡坡度區(qū)間較為集中，主要在30°～40°。

(4)滑坡誘發(fā)因素主要為降水作用、河流侵蝕和凍融作用。

5.2 討論

隨著西部開發(fā)和城鎮(zhèn)市化進(jìn)程, 導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境容量過載, 出現(xiàn)了很多地質(zhì)災(zāi)害問題。結(jié)合對皮里青河流域滑坡規(guī)律的研究，提出該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作應(yīng)該重點做好監(jiān)測預(yù)警與避讓工作的建議。該區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)生位置多處于河流凹岸的黃土層中，發(fā)生時間集中在3～4月冰雪融化期間，時空特征較為明顯，較易于開展監(jiān)測預(yù)警。流域內(nèi)多小型黃土滑坡，單體威脅范圍較小，開展工程治理經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，結(jié)合牧民游牧生產(chǎn)方式，開展避險工作更為合理。

致謝：本文得到新疆地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、伊犁州國土資源局、伊寧縣國土資源局技術(shù)支持，深表感謝。

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