鄧念東，石輝，崔陽(yáng)陽(yáng)

(1.西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710054； 2.陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司， 陜西 西安 710054)

0 引言

陜西省榆林市府谷縣地處黃土高原北部，地理坐標(biāo)位于東經(jīng)110°25′40″～111°15′36″，北緯38°42′28″～39°33′44″之間。府谷縣地質(zhì)環(huán)境脆弱，加之煤炭資源的不斷開(kāi)采，地質(zhì)災(zāi)害愈發(fā)頻繁(張博，2009；賀玉成，2011；李永紅等，2016；張庭瑜，2016；崔陽(yáng)陽(yáng)等，2020；王戰(zhàn)社，2020)。近年來(lái)城鎮(zhèn)化建設(shè)加快及極端氣候的出現(xiàn)，府谷縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量呈上升趨勢(shì)(韓玲等，2019)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，府谷縣已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1960萬(wàn)元，尤其是對(duì)公路和工礦企業(yè)的損害，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。本文基于ArcGIS平臺(tái)分析影響因素與地質(zhì)災(zāi)害的分布關(guān)系，統(tǒng)計(jì)分析地質(zhì)災(zāi)害的分布情況，對(duì)府谷縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行系統(tǒng)性的分析研究，揭示其空間分布特征與影響因素的耦合關(guān)系，為府谷縣城市規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，是府谷縣地質(zhì)災(zāi)害防治工作有效進(jìn)行的前提。

1 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害主要類(lèi)型

據(jù)2014年府谷縣地質(zhì)災(zāi)害詳查數(shù)據(jù)，府谷縣地質(zhì)災(zāi)害主要類(lèi)型為崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷4類(lèi)，共計(jì)184處，地理位置及災(zāi)害點(diǎn)分布情況如圖1所示。其中，崩塌116處，是各類(lèi)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量最多的災(zāi)種，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的63.04%；滑坡39處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的21.20%；地面塌陷16處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的8.70%；泥石流13處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的7.06%。

圖1 研究區(qū)地理位置圖(a，b)及災(zāi)害點(diǎn)分布情況圖(c)

1.1 崩塌類(lèi)型

崩塌在府谷縣分布最廣，是數(shù)量最多的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。巖質(zhì)崩塌最為常見(jiàn)，占崩塌總數(shù)的86.20%，且多數(shù)為人類(lèi)工程活動(dòng)誘發(fā)，為典型的崩塌形式；而土質(zhì)崩塌發(fā)育數(shù)量相對(duì)較少，僅占崩塌總數(shù)的13.80%，崩塌過(guò)程中往往伴有滑移現(xiàn)象。巖質(zhì)崩塌主要分布于交通線路沿線等人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，主要是由于人類(lèi)工程活動(dòng)破壞了原有斜坡的穩(wěn)定性，加之斜坡巖體風(fēng)化程度較強(qiáng)、節(jié)理發(fā)育、巖體松散破碎從而發(fā)生崩塌。土質(zhì)崩塌雖分布較少，但主要在人口密集區(qū)分布，且多為沿陡立臨空面發(fā)生傾倒式破壞，常發(fā)育于雨季，嚴(yán)重威脅居民生命及財(cái)產(chǎn)安全。

1.2 滑坡類(lèi)型

府谷縣滑坡類(lèi)型均為黃土型滑坡，根據(jù)滑動(dòng)帶(面)的位置，將其分為黃土滑坡和黃土基巖接觸面滑坡。區(qū)內(nèi)滑坡以黃土滑坡為主，占滑坡總數(shù)的79.48%，滑體規(guī)模較小，92.3%的滑坡為小型滑坡。府谷縣地處黃土高原，第四系更新統(tǒng)黃土垂直節(jié)理發(fā)育，區(qū)內(nèi)地形溝壑縱橫，組成的斜坡一般較陡，在降雨條件下，多發(fā)生土質(zhì)滑坡?；鶐r接觸面滑坡在區(qū)內(nèi)發(fā)育很少，僅有1處，且均由公路建設(shè)開(kāi)挖坡腳所致。

1.3 地面塌陷類(lèi)型

府谷縣有著豐富的煤炭資源，是我國(guó)主要的產(chǎn)煤基地之一。在煤炭開(kāi)采中形成了采空區(qū)，誘發(fā)了大面積地表變形和地面塌陷災(zāi)害的發(fā)生，區(qū)內(nèi)地面塌陷以中小型為主。礦山企業(yè)采取了多種防護(hù)措施，如留設(shè)煤柱避繞村莊、為礦區(qū)居民修建新農(nóng)村等，使得大多數(shù)地面塌陷災(zāi)害僅造成土地開(kāi)裂，而對(duì)人民群眾的生命安全威脅較小。

1.4 泥石流類(lèi)型

研究區(qū)泥石流發(fā)育13處，其中泥石流隱患1處，以小型泥石流為主，主要分布在孤山川河各支流溝谷區(qū)域內(nèi)。結(jié)合調(diào)查資料及泥石流發(fā)育形態(tài)和固體物質(zhì)來(lái)源，研究區(qū)內(nèi)所有泥石流均為溝谷型泥石流，固體物源主要為人類(lèi)工程活動(dòng)產(chǎn)生的棄渣。研究區(qū)雖然煤炭資源豐富，但區(qū)內(nèi)未在溝谷中發(fā)現(xiàn)廢渣堆放。據(jù)了解，當(dāng)?shù)孛旱V企業(yè)在溝內(nèi)修建運(yùn)煤公路時(shí)利用廢渣作為路基材料，從而減少了固體物質(zhì)來(lái)源，阻斷了泥石流產(chǎn)生的必要條件。

2 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害空間分布特征

府谷縣地質(zhì)環(huán)境條件極差，地質(zhì)災(zāi)害主要類(lèi)型為崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷。整體上看，全縣災(zāi)害點(diǎn)主要分布在人口相對(duì)集中、人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈且植被稀少的河谷沿岸地區(qū)；就行政區(qū)域來(lái)講，府谷縣地質(zhì)災(zāi)害主要集中在府谷鎮(zhèn)，府谷鎮(zhèn)地形地貌主要為低山丘陵和河谷階地，黃河、孤山川河從境內(nèi)流過(guò)，鎮(zhèn)內(nèi)交通發(fā)達(dá)，出露地層涵蓋了府谷縣出露的所有地層類(lèi)型，巖性以砂巖、泥巖、砂質(zhì)及砂泥巖互層為主，巖體破碎，穩(wěn)定性較差，是形成地質(zhì)災(zāi)害的主要原因。截至2021年，府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量及分布情況如表1所示。

表1 府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

3 地質(zhì)災(zāi)害與影響因素耦合分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害與海拔、地形地貌的耦合分析

府谷縣總的地勢(shì)西北高，東南低，海拔高度765～1414 m，相對(duì)高差649 m。本文以分辨率為30 m×30 m的DEM數(shù)據(jù)為底圖，在ArcGIS軟件通過(guò)投影、重分類(lèi)、多值提取至點(diǎn)等工具獲得地質(zhì)災(zāi)害與海拔關(guān)系圖(圖2)及各海拔區(qū)間災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量(表2)；以府谷縣地貌分區(qū)圖為底圖，在ArcGIS10.0軟件通過(guò)投影、面轉(zhuǎn)柵格、重分類(lèi)、多值提取至點(diǎn)等工具獲得地質(zhì)災(zāi)害與地貌類(lèi)型關(guān)系圖(圖3)及各地貌類(lèi)型災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量(表3)。

表3 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與地貌類(lèi)型分布情況/處

圖3 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與地貌類(lèi)型關(guān)系圖

從中可以看出地質(zhì)災(zāi)害主要集中在海拔765～1250 m的范圍內(nèi)(圖2；表2)，崩塌、滑坡和泥石流各占98.28%、100%和92.31%；海拔在1250～1350 m的災(zāi)害點(diǎn)僅占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的4.89%，且以地面塌陷為主；而海拔在1350 m以上未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。這是由于府谷縣地貌類(lèi)型以黃土梁卯區(qū)和黃土梁崗區(qū)為主，該區(qū)域海拔900～1300 m，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫、地形破碎、人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了前提條件。海拔1350 m以上區(qū)域主要分布在府谷縣西北部基巖山區(qū)，植被覆蓋良好，水土保持相對(duì)較好，人煙稀少，無(wú)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

圖2 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與海拔關(guān)系圖

表2 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與海拔分布情況/處

從中可以看出，黃土梁崗區(qū)和河谷階地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分別占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的27.71%和34.24%(圖3；表3)，其余兩種類(lèi)型地貌單元內(nèi)分布的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)基本接近。黃土梁崗區(qū)內(nèi)地面較平緩，起伏高差小，河流侵蝕較為微弱，但區(qū)內(nèi)人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害分布較多；河谷階地區(qū)受河流侵蝕作用強(qiáng)烈，基巖裸露，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育相對(duì)集中。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害與坡度、坡向的耦合分析

以府谷縣DEM數(shù)據(jù)為底圖，利用ArcGIS軟件坡度、坡向工具提取得到府谷縣坡度圖(圖4)、坡向圖(圖5)。通過(guò)投影、多值提取至點(diǎn)等工具對(duì)府谷縣各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)所處的坡度進(jìn)行提取統(tǒng)計(jì)(表4)。分析發(fā)現(xiàn)93.10%的崩塌發(fā)生在坡度<25°的范圍內(nèi)；超過(guò)一半的滑坡發(fā)生在坡度10°～20°的范圍內(nèi)；而在0°～15°范圍內(nèi)，地面塌陷和泥石流分別占93.75%和100%。

圖4 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與坡度關(guān)系圖

圖5 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與坡向關(guān)系圖

表4 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與坡度區(qū)間分布情況/處

我國(guó)將南坡、東南坡和西南坡統(tǒng)稱(chēng)為陽(yáng)坡，而將北坡、東北坡和西北坡統(tǒng)稱(chēng)為陰坡(王朝陽(yáng)，2008)。通過(guò)對(duì)府谷縣災(zāi)害點(diǎn)所處的坡向進(jìn)行提取統(tǒng)計(jì)(圖5；表5)。結(jié)果表明：發(fā)生在陽(yáng)坡的災(zāi)害點(diǎn)占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的53.8%，而發(fā)生在陰坡的災(zāi)害點(diǎn)僅占25.0%。這是因?yàn)殛?yáng)坡受季節(jié)性氣候變化影響較大，加之光照對(duì)斜坡巖土體的局部干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、坡面侵蝕等影響較大，地質(zhì)災(zāi)害分布較多(鄭迎凱等，2020)。

表5 府谷縣各坡向地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

3.3 地質(zhì)災(zāi)害與降雨、河流水系的耦合分析

降雨是誘發(fā)府谷縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要外在因素。以府谷縣年均降水量等值線圖為底圖，在ArcGIS軟件獲得地質(zhì)災(zāi)害與年均降雨量關(guān)系圖(圖6)及各年均降雨量區(qū)間災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量(表6)。結(jié)果表明：年均降雨量在400～460 mm區(qū)域?yàn)楦瓤h地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，這是因?yàn)榻涤旮淖兞诵逼律蠋r土體的水動(dòng)力狀況，從而導(dǎo)致了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生(郭子正等，2019)。據(jù)結(jié)果可知府谷縣79.31%的崩塌、89.74%的滑坡和76.92%的泥石流分布于年均降雨量在400～460 mm的區(qū)域內(nèi)(表6)。

圖6 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與年均降雨量關(guān)系圖

表6 府谷縣各年均降雨量區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

河流水系對(duì)府谷縣地質(zhì)災(zāi)害的影響，主要表現(xiàn)為溝谷流水對(duì)河谷岸坡的側(cè)蝕和侵蝕作用。以府谷縣地表水系圖為底圖，在ArcGIS軟件獲得地質(zhì)災(zāi)害與河流水系關(guān)系圖(圖7)及地表水系距離各災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量(表7)。府谷縣境內(nèi)水系發(fā)育的地段地質(zhì)災(zāi)害分布較為集中，尤其在黃河、孤山川河范圍內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害密集分布，其他河流地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布則相對(duì)較為分散。據(jù)統(tǒng)計(jì)：府谷縣69.83%的崩塌、48.72%的滑坡和53.85%的泥石流分布在地表水系兩側(cè)400 m范圍內(nèi)。

圖7 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與河流水系關(guān)系圖

表7 府谷縣各河流水系距離區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

3.4 地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類(lèi)型、歸一化植被指數(shù)的耦合分析

以府谷縣巖土體工程地質(zhì)分類(lèi)圖為底圖，在ArcGIS軟件獲得地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類(lèi)型關(guān)系圖(圖8)及各巖土體類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量(表8)。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的巖土體類(lèi)型主要為層狀堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬砂泥巖互層碎屑巖組，崩塌、滑坡和泥石流分別占了82.76%、53.85%和84.62%。這些地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的數(shù)量明顯多于黃土及第四系地層分布范圍內(nèi)的災(zāi)害數(shù)量。從地域來(lái)看，中部、東部和南部發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境條件明顯優(yōu)于西部和北部地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件。

圖8 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類(lèi)型關(guān)系圖

表8 府谷縣各巖土體類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與植被覆蓋情況有著密不可分的聯(lián)系(張秦華等，2018)。歸一化植被指數(shù)(NDVI)是目前對(duì)植被指數(shù)進(jìn)行空間監(jiān)測(cè)最先進(jìn)的技術(shù)和研究手段，它能夠很好的反映出植被覆蓋、生物量及生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)的變化(趙志平等，2009)。在地理空間數(shù)據(jù)云獲得landsat 8 OLI_TIRS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，基于ArcGIS軟件獲得地質(zhì)災(zāi)害與歸一化植被指數(shù)圖(圖9)及各NDVI區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量(表9)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：77.59%的崩塌、69.23%的滑坡、81.25%的地面塌陷和69.23%的泥石流都分布在NDVI為0.06～0.22區(qū)間內(nèi)。該區(qū)間植被覆蓋率較低，水土流失嚴(yán)重，土地荒漠化嚴(yán)重，加之人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，因此地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量普遍較多。

圖9 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與歸一化植被指數(shù)關(guān)系圖

表9 府谷縣各NDVI區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

3.5 地質(zhì)災(zāi)害與道路、人口密度的耦合分析

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，近年來(lái)府谷縣修建了許多交通線路。由于地處基巖山區(qū)，修建公路對(duì)山體坡腳進(jìn)行開(kāi)挖，形成了大大小小的高陡邊坡，加之府谷地層多為砂泥巖互層，風(fēng)化較為嚴(yán)重，節(jié)理較為發(fā)育，且保護(hù)措施又很差，因此公路建設(shè)誘發(fā)了大量崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害及其隱患點(diǎn)(楊軍強(qiáng)，2017；馬嘯，2021；王念秦等，2021；朱利輝等，2021)。據(jù)統(tǒng)計(jì)72.41%的崩塌、69.23%的滑坡和61.54%的泥石流均分布在道路兩側(cè)400 m的范圍內(nèi)(表10)。府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與道路關(guān)系如圖10所示。

表10 府谷縣各道路距離區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

圖10 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與道路關(guān)系圖

人口密度與地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，人們往往選擇居住在地質(zhì)環(huán)境相對(duì)較好的地段，但隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)速度的不斷加快，人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響越來(lái)越明顯，呈現(xiàn)出人口密度較大的地方地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)較多的現(xiàn)象(張曉敏等，2018；高玉欣等，2021)。府谷縣作為產(chǎn)煤大縣，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，周邊及外來(lái)人口大量涌入縣城及各鎮(zhèn)駐地，使得房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)異?；鸨芯用穹课菘焖俑慕槎鄬由踔粮邔幼≌?。各類(lèi)城市建設(shè)工程進(jìn)行了大規(guī)模山體開(kāi)挖，嚴(yán)重破壞了原有斜坡穩(wěn)定性，且多數(shù)無(wú)有效的工程防護(hù)，產(chǎn)生了大量崩塌、滑坡等災(zāi)害隱患(張博，2009；洪增林等，2020；楊海峰和翟國(guó)方，2021)。據(jù)統(tǒng)計(jì)74.14%的崩塌、71.79%的滑坡和69.23%的泥石流均分布在人口密度大于100人/km2的范圍內(nèi)。府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與人口密度關(guān)系及不同人口密度區(qū)間內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)的類(lèi)型及數(shù)量如圖11及表11所示。

表11 府谷縣各人口密度區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害分布情況/處

圖11 府谷縣地質(zhì)災(zāi)害與人口密度關(guān)系圖

4 結(jié)論

(1)府谷縣地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型眾多，受人類(lèi)工程活動(dòng)影響顯著。地質(zhì)災(zāi)害以中小型崩塌為主，集中發(fā)育于府谷鎮(zhèn)、新民鎮(zhèn)。影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素分為外因和內(nèi)因，地形地貌、地層巖性等是內(nèi)因，降雨量、人類(lèi)工程活動(dòng)等是外因。

(2)地質(zhì)災(zāi)害主要集中在海拔765～1250 m的人類(lèi)工程活動(dòng)集中的區(qū)域內(nèi)。地形地貌是形成地質(zhì)災(zāi)害隱患的主要內(nèi)在因素，黃土梁崗區(qū)和河谷階地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較多，分別占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的27.71%和34.24%。在坡度<25°的范圍內(nèi)，分布著93.10%的崩塌；在0～15°范圍內(nèi)，地面塌陷和泥石流分別占93.75%和100%。此外，受太陽(yáng)光照的影響，發(fā)生在陽(yáng)坡的災(zāi)害點(diǎn)占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的53.8%，而發(fā)生在陰坡的災(zāi)害點(diǎn)僅占25.0%。

(3)地質(zhì)災(zāi)害受降雨量季節(jié)變化影響明顯，超過(guò)75%的崩塌、滑坡和泥石流均分布于年均降雨量在400～460 mm的區(qū)域內(nèi)。此外，地質(zhì)災(zāi)害沿河流兩岸呈集中帶狀分布，距離河流越近越容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，69.83%的崩塌、48.72%的滑坡和53.85%的泥石流分布在地表水系兩側(cè)400 m范圍內(nèi)。

(4)府谷縣有利于發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的巖土體類(lèi)型主要為層狀堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬砂泥巖互層碎屑巖組。此外，植被覆蓋程度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響明顯，77.59%的崩塌、69.23%的滑坡、81.25%的地面塌陷和69.23的泥石流都分布在NDVI為0.06～0.22區(qū)間內(nèi)。

(5)工程活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害越易發(fā)生。在道路兩側(cè)400 m的范圍內(nèi)分布著72.41%的崩塌、69.23%的滑坡和61.54%的泥石流。此外，地質(zhì)災(zāi)害總體分布于人口密集區(qū)域，74.14%的崩塌、71.79%的滑坡和69.23%的泥石流均分布在人口密度大于100人/km2的范圍內(nèi)。

致謝感謝馬建全老師、丁一碩士、邢聰聰碩士、李宇新碩士、羅鵬翔碩士、郭亞雷碩士對(duì)本文撰寫(xiě)及修改方面提供的幫助。