陕北黄土地区伤亡性地质灾害时空特点及成灾原因

滕宏泉，宁奎斌，张新宇，李勇，王启耀

（1.陕西省地质环境监测总站，西安710054；2.陕西省国土资源厅，西安710082；3.长安大学，西安710054）

陕北地区地处黄土高原，长期以来，这块地区生态环境脆弱，水土流失严重，尤其本世纪以来，该地区降雨频繁，加之经济发展迅速，工程活动频繁且建设规模不断扩大，黄土滑坡、崩塌灾害频发，造成严重人员伤亡和经济损失。据统计，2001～2014年，陕北地区共发生伤亡性地质灾害63起，造成237人死亡，87人受伤，其中，延安地区发生伤亡性地质灾害41起，造成143人死亡，51人受伤；榆林地区发生伤亡性地质灾害22起，造成94人死亡，36人受伤。本文通过野外调查及收集整理该地区以往伤亡性地质灾害资料，论述了该地区伤亡性滑坡、崩塌时空分布特点，分析了成灾原因，并提出了防范对策。

1 时空分布特点

（1）对2001～2014年陕北地区63起伤亡性地质灾害按照行政区域进行整理统计（表1），同时，以县（区）为单元，进行年均频次统计，按照年均伤亡性地质灾害发生频次0、0.1、0.5区间进行编图（图1）。可以看出，延安市宝塔区、黄陵县、子长县，榆林市子洲县发生突发性伤亡地质灾害频次较高。这些伤亡性地质灾害频发区，从地质地貌上看，主要位于延安宝塔区以北和榆林市南部的白于山区，这些地区属黄土梁峁区，沟谷相对切割深度达100 m以上，沟谷上部坡角25°～45°，下部呈“V”形，坡角45°～75°，岩土侵蚀作用强烈，黄土崩塌滑坡发育，延安市宝塔区南部洛川县及富县的东南部的黄土塬及残塬区，沟谷的下蚀、侧蚀、和溯源侵蚀作用强烈，相对切割深度达150～230 m，塬边崩塌滑坡发育。

表1 陕北地区伤亡性地质灾害空间分布统计表

图1 陕北地区伤亡性地质灾害频次图

（2）对2001～2014年发生的63起突发伤亡性地质灾害从年际、年内、月内、日内24 h四个角度进行整理统计分析（图2～5），可以找出时间上一些特点，年份上的分布特点，2003年、2004年、2013年、2014年较为高发，共发生33起，占总数的52.3%，造成人员伤亡占总数的74.7%，总体看来，10 a左右为一个高发周期。从月份上看，7～10月为每年高发期，共发生41起，占总数的65%，伤亡人数189人，占总数的79.7%，这与该地区集中降雨密切相关。从月内分布看，下旬发生伤亡性地质灾害频率较高，占49.2%。从24 h内看，根据有具体时间记载的43起伤亡性地质灾害看，晚间和凌晨发生伤亡性的地质灾害频率较高，伤亡也最严重，数量占60.5%，伤亡人数占60.6%，这个时段人员大多集中在房屋内休息，灾害前兆难以提前发现。

2 成灾原因分析

2.1 地质环境变异敏感性强

（1）地形起伏大，地层结构疏松，土体抗剪强度低

图2 陕北地区伤亡性地质灾害发生年份统计表

图3 陕北地区伤亡性地质灾害发生月份统计表

图4 陕北地区伤亡性地质灾害发生月内统计表

图5 陕北地区伤亡性地质灾害发生时间段统计表

陕西黄土高原区是在第三纪末起伏和缓的准平原基础上，历经第四纪以来多次黄土堆积和侵蚀作用形成的，地形非常破碎，梁峁川塬相间，沟壑纵横，地形起伏大。除西北部为起伏很小的沙漠滩地外，其余均属黄土地貌。陕北黄土高原的上更新统黄土非常发育，呈淡灰黄色，结构疏松，常夹有1～2层厚约0.5 m的灰棕色古土壤，黄土层厚8～16 m左右，在北部厚度增大，如靖边或神木等地厚在20 m以上。该土层覆盖在时代较老的黄土或第三系或以前的地层上，在塬、梁、峁边坡上呈倾斜状，倾角一般在15°～25°左右。根据榆林、靖边、延安、洛川的4组上更新统黄土样品进行天然状态下固结不排水剪三轴试验［1－2]，结果是：陕北上更新统黄土粘聚力较低，为40～93 k Pa，平均61 k Pa，内摩擦角φ为24.7°～25.9°，在区域上由北向南，黄土的粘聚力逐渐增大，而内摩擦角变化不甚明显。因此，陕北地区这种特殊的黄土地质地貌为突发伤亡性地质灾害的发生提供了有利的孕灾环境，尤其是上更新统黄土往往是造成伤亡性黄土崩塌多发频发及致灾的物质基础。

（2）陕北地区黄土对水及温度变化敏感性强

陕北地区Q3黄土广泛分布，且对于水及温度变化敏感性强。呈彬等人研究含水量对陕北Q3黄土抗剪强度影响的试验表明［2]，陕北Q3黄土抗剪强度与含水量密切相关，粘聚力随含水量变化呈现一定的曲线变化关系，在达到一个特征含水量后，粘聚力随含水量变大急剧减小，内摩擦角随含水量增大也出现明显减小。程秀娟等人对黄土冻融试验研究表明［6]：天然状态下黄土在经历15次冻融循环后，抗剪强度指标粘聚力和内摩擦角均显著降低，饱和黄土在经历15次反复冻融后抗剪强度指标粘聚力有所下降，内摩擦角反而增大。

2.2 降雨、冻融等气象因素频发，加大了地质灾害发生的频率

（1）降水

陕北地区黄土广布，水敏感性强，持续降水或短时强降水是引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的最主要因素。有研究表明［3－5]，地质灾害发生次数与月平均降水量、前10 d平均累积降水量、暴雨次数成正相关，与前10 d的平均累积降水量的正相关性最高。当降水强度在（30，60）mm／d时，地质灾害主要发生在次日和当日，当降水强度≥60 mm／d时，地质灾害主要发生在当日。诱发地质灾害的降水一般需要3 d以上，属多日降水诱发型，滑坡所需降水日多于崩塌。仅由当日降水诱发地质灾害雨量一般为暴雨以上；主要由单日降水诱发的地质灾害，崩塌的日雨量一般＞20 mm，滑坡则一般＞30 mm。诱发崩塌、滑坡的连续降水以3 d为主。当连续降水累积量达75 mm以上，崩塌大量发生；当累积雨量达100 mm以上，滑坡大量发生。近年来，陕北地区由于退耕还林还草，植被覆盖率显著提高，加之，雨带北移，年均降雨量显著增加，尤其是短时强降雨或持续性降雨发生频次增高，加大了地质灾害发生频率。例如，2013年7月份上中旬陕北地区遭受持续性强降雨袭击，造成严重经济损失及人员伤亡，据初步统计，倒塌房屋（窑洞）约4.5万间（孔），损毁房屋（窑洞）26.6万间（孔），造成154.5万人受灾，因灾死亡42人（含山洪及塌窑遇难者），直接经济损失115亿元。其中，引发有人员伤亡和经济损失的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害近300起，因地质灾害死亡近30人。

（2）冻融

陕北地区属半干旱大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，春季气温快升多变，季节性冻融作用强烈，加之该地区黄土对温度敏感性强，干湿－温差变化和冻融作用都是促使岩土胀缩，导致碎裂的物理过程，削弱岩土体强度，冬春非雨季黄土崩塌滑坡灾害时有发生。如2002年1月8日夜3时绥德张家砭学校湾滑坡就与气温变化有关。2010年3月10日陕西子洲县双湖峪村发生的黄土滑坡（造成44人被压埋，其中27人死亡）与冬春冻融因素密切相关。陕北地区冻融作用引发黄土崩塌滑坡的机理一般为冻结滞水效应型和融化强度降低型，反复冻融作用造成地下水的滞留和突然排泄是许多崩塌滑坡发生的主要原因。

2.3 致灾体运动类型主要以崩塌、滑坡、泥石流等为主，突发性强，防范难度较大

从地质灾害类型来看，主要以黄土崩塌为主，黄土滑坡次之，泥石流相对较少。其中，延安市黄土崩塌27起，造成75人死亡，11人受伤；黄土滑坡9起，造成60人死亡，33人受伤；泥石流5起，造成8人死亡，7人受伤。榆林市黄土崩塌19起，造成85人死亡，36人受伤；黄土滑坡3起，造成9人死亡（表2）。调查表明，该63起伤亡性地质灾害均不在已发现的隐患点上，且突发性强，因此，防范难度大。

表2 陕北伤亡性地质灾害类型统计表

2.4 防灾避灾意识薄弱，人为工程活动及既加大了地质灾害发生频率又成为主要承灾体

陕北地区由于重力侵蚀作用，黄土粱峁沟壑遍布，黄土高原地区自古就有斩坡挖窑居住的习惯，特别是21世纪以来，陕北地区经济发展迅速，村民建房修窑、城镇建设、修路、油场及输油（气）管道建设与采煤、采矿等工程活动强烈，但是受地形条件制约及防灾意识淡薄等因素影响，依坡建房、随意切坡加载、随意排水等现象极为普遍，将原有的平衡状态打破，使斜坡产生卸荷、拉张和风化裂隙，形成地质灾害遍布的局面，在雨季和冻融季节易产生滑坡和崩塌灾害。雷祥义教授对陕北地区黄土窑洞边坡的崩塌做过详细调查，据其不完全统计，仅1985～1998年，陕北78处崩塌造成339人死亡，67人受伤，400余孔窑洞被毁。本文整理分析2001年以来陕北地区63次地质灾害，无一不与人类不合理的工程经济活动有关，60处与削坡建窑建房有关，1处与斩坡修路有关，2处与生产生活用水渗漏有关，因此，人类不合理的工程经济活动这一因素应当引起人们足够的重视。

（1）斩坡建房

自古以来，繁衍生息在黄土高原的居民世代穴居于土窑洞或石拱窑中，成为陕北独特的居住景观［7]。由于自然条件限制，群众大多在塬梁峁侧缘的黄土斜坡及沟谷两侧谷坡上斩坡平地基，建房拱窑多在垂直崖壁上的黄土体内挖掘土窑洞，形成高陡临空面多在10～20 m，部分小于5 m或大于20 m，土窑洞一般建在新黄土之下的老黄土中，从而形成新的人工边坡，排水设施简易，窑崖无防护措施，在连阴雨或暴雨季节，雨水、地表水的下渗，常常导致黄土崩塌、滑坡灾害的发生。如，2002年7月25日，吴旗县吴旗镇宗湾子村石油子校沟右岸发生一起黄土崩塌，造成砸毁3孔窑洞，造成17人死亡（图6），就是由于村民切坡建窑，加之持续降雨（前两天降雨量83 mm）引发的。因此，群众住宅地址位置的选择是关系到受地质灾害威胁的大小的关键。

（2）斩坡修路

修建道路也是导致本区地质灾害发育的主要影响因素之一。近年来，陕北地区交通建设提速，改扩建、新建道路规模不断加大，黄土沟壑区修路一般沿河谷岸坡或在半山坡修建，线路的修建和改造必然开挖坡脚或坡体，形成大量的黄土高陡边坡及危岩体，特别是乡镇村级公路，因资金缺乏，往往没有进行必要护坡处理，形成比较长的不稳定斜坡地段，而且将所开挖的大量弃土，随意堆积在山坡、河谷，堵塞河道，已经引起的和潜在的地质灾害都很严重。如，2008年11月30日，延安市吴起县新寨乡石台子村枣林沟道路边坡垮塌，造成正在修路的6人死亡，就是与修路切坡关系密切（图7）。

图6 吴旗县吴旗镇宗湾子村石油子校沟右侧窑洞崩塌灾害

图7 2008年11月30日延安吴起县新寨乡石台子村枣林沟道路边坡崩塌，6人死亡

（3）生产生活用水渗漏

黄土地区土质疏松多空，渗透性强，遇水浸润后，力学强度降低显著，常常加剧黄土斜坡变性破坏甚至失稳，造成崩塌滑坡灾害。有试验研究表明［8]，黄土室内CU试验的粘聚力随着含水量的增加呈对数降低，内摩擦角以线性递减；原位直剪试验也表明，饱和黄土较之天然黄土，粘聚力锐降达68%，内摩擦角降幅仅16%；总体而言，黄土介质水敏性显著，灌溉导致黄土原生结构改变，进而造成结构强度大幅丧失，是导致区内滑坡频发的主控因素。如2014年10月10日，黄延高速十四标段马岔沟隧道工地生活区发生滑坡灾害，造成19人死亡，见图8。分析其原因，一是工棚区建设未经科学选址，建在地质灾害易发区，二是与坡体上生活用水渗漏密切相关。再如10月13日，发生在宝塔区凤凰广场南侧滑坡灾害，下方窑洞被埋，造成3人死亡，也是与坡体上方居民灌溉渗漏有很大关系。

图8 2014年10月10日，甘泉县黄延高速马岔沟隧道东侧施工工地滑坡灾害

3 防范对策

科学前瞻性的调查评价、合理规划、科学选址、加强人为工程活动监管，提高当地群众地质灾害识灾避灾意识，加强预防，是减轻伤亡性地质灾害的有效途径，主要包括以下几个方面：

（1）开展地质灾害调查过程中，要充分考虑地质地貌、降雨、冻融等多因素的地质环境易变敏感性评价，科学前瞻性的进行地质灾害易发区评价，而不仅仅限于已有地质灾害隐患点的调查发现。

（2）针对区域特点，在开展中长期地质灾害气象预警的基础上，加强局地短时预警预报，同时，在对已有地质灾害隐患点的监测预警技术防范进行优化提升基础上，加强地质环境敏感区段的排查和巡查，及早发现地质灾害前期征兆。

（3）科学选址，加强工程建设活动过程中乱斩坡、乱开挖等随意破坏边坡地质环境行为的监管。工程建设前期，针对选址或对地质环境产生改变的建设方案，必须做好地质灾害危险性评估工作，提出的针对性防治措施建议，在建设过程中，建设单位必须按照建设方案合理进行工程活动，施工单位必须做好临时工地选址地质灾害危险性评估工作，同时，在生产生活过程中，要加强临时工地地质灾害监测、巡查与防范工作，不可随意切坡、排水。

（4）陕北地区地质灾害较为普遍，群众防灾减灾意识普遍淡薄，采取多种形式深入宣传普及地质灾害方面的常识，包括如何识别地质灾害、发生前兆、如何预防、如何避险等基本技能，实现承灾体的自我识灾、自我查灾、自我避灾意识与能力的提升。

［1]雷祥义，魏青珂.陕北伤亡性黄土崩塌成因与对策研究［J].岩土工程学报，1998，20（1）：64－69.

［2]呈彬，卢靖.含水量对陕北Q3黄土抗剪强度影响的试验研究［J].施工技术，2013，38（增刊）：40－43.

［3]李明，高维英，杜继稳.诱发陕西黄土高原地质灾害降水因子分析［J].陕西气象，2009，（5）：1－5.

［4]李明，杜继稳，高维英.陕北黄土高原区地质灾害与降水关系［J].干旱区研究，2009，26（4）：599－606.

［5]黄玉华，冯卫，李政国.陕北延安地区2013年“7.3”暴雨特征及地质灾害成灾模式浅析［J].灾害学，2014，29（2）：54－59.

［6]程秀娟，张茂省，朱立峰，等.季节性冻融作用及其对斜坡土体强度的影响——以甘肃永靖黑方台地区为例［J].地质通报，2013，32（6）：904－909.

［7]黄玉华，张睿，王佳运，等.陕北黄土丘陵区威胁窑洞居民的地质灾害问题［J].地质通报，2008，27（8）：1223－1229.

［8]胡炜，朱立峰，张茂省，等.灌溉引起黄土工程地质性质变化［J].地质通报，2013，32（6）：875－880.