黄土高原河谷演变与地质灾害发育规律研究——以陕西省子长县为例

曾磊，黄玉华

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054; 2.长安大学，陕西西安 710064)

黄土高原河谷演变与地质灾害发育规律研究
——以陕西省子长县为例

曾磊1，2，黄玉华1

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054; 2.长安大学，陕西西安 710064)

我国黄土高原沟壑纵横，地质灾害频发、生态环境脆弱。笔者选取陕北黄土高原延安市子长县为例，通过1:5万地质灾害野外调查，采用SPOT5高精度遥感影像数据进行地质灾害解译和数字高程模型DEM分析，系统研究了河流演变与地质灾害发育的特征和分布规律。结果表明河谷地貌的演化发育程度对地质灾害发育规律具有明显的控制作用。

关键词:地质灾害;河谷演变;黄土高原;陕西省子长县

0 引言

黄土高原地区是我国生态环境最为脆弱的地区之一，自然地理和地质环境背景特殊，区内沟壑纵横，崩塌、滑坡等地质灾害频发。借助新技术、新方法结合野外调查，揭示黄土高原河流演变与地质灾害发育规律，对于我国黄土地区防灾减灾和新农村建设具有重要意义。

陕西省延安市位于我国黄土高原中东部，区内的地质灾害种类以滑坡、崩塌为主，地面塌陷、地裂缝和泥石流相对较少。滑坡和崩塌皆以黄土滑坡和黄土崩塌为主，主要分布在黄土梁峁沟壑区，泥石流主要分布在黄河谷地及其支流两岸。地裂缝和地面塌陷则主要分布于煤矿采空区。本文采用全区高精度SPOT5影像数据以及数字高程模型DEM，结合野外地质灾害详细调查，系统研究了延安市子长县黄土地区河谷演变与地质灾害发育特征及规律。

1 延安市子长县地质环境条件

延安市子长县属典型的黄土高原丘陵沟壑区，由新到老沉积有Q3、Q2、Q1黄土(图1)，部分斜坡表层覆盖薄层黄土状土，Q3黄土大部分沿斜坡顺坡披盖至谷底，成淡灰黄色黄土，颗粒粗，疏松，断面平整，虫孔等不发育，垂直节理发育，厚5～10m，是区内主要的易滑地层。Q2黄土淡灰黄色黄土，颗粒粗，断面平整疏松，含大孔;间含数层古土壤，成壤较弱，含白色钙质结核，厚30～50m。Q1黄土淡黄色黄土，含第一、第二粉砂层，夹密集钙质结核层，密实，下部呈石质黄土，厚度40～60m。区内地势由西北向东南倾斜，海拔930～1562m，峁梁起伏，沟壑纵横，峁梁沟谷地约占总面积的94.6%。黄土下覆中生代基岩，主要为砂岩、页岩、泥岩和灰岩等，岩层产状平缓，为一向西北缓倾、倾角(1－3)°的大型单斜翘曲构造。区内地质构造简单，褶皱、断裂构造不发育，仅在局部地段分布有一些小的断层及褶曲。

2 河谷发育特征

子长区内河谷分布主要为贯穿境内东西秀延河河谷及其支流沟谷，北部为无定河支流河谷。区内黄土梁峁地貌分布面积约1924km2，占全区总面积的80%。加上流水作用的强烈侵蚀，地形破碎，形成梁、峁并存的地貌景观。其特征是梁、峁周边多发育“V”字型河谷，其切割深度数十余米至百余米不等，河谷两侧坡度陡峻，局部可达60°～70°，甚至近于直立;梁顶、峁顶则地势平坦，地形坡度只有5°～10°。黄土梁峁与谷沟并存，伴随发育的有细沟、浅沟、悬沟、冲沟、干沟和黄土溶洞等侵蚀潜蚀微地貌，组成黄土丘陵。梁、峁周边水土流失严重，伴随发育大量的滑坡、崩塌等黄土重力地貌［1］。

河谷的发育期根据其形态特征、水动力条件及侵蚀特征一共可分为三期:幼年期沟谷、中年期沟谷及老年期河谷。在DEM数据中(图2)，三个不同发育期河谷分布特征明显，幼年期沟谷多为支沟，壮年期河谷主要为秀延河上游及主要支流，沟谷较宽，老年河谷主要为秀延河中下游河谷段。

图2 子长县DEM数据河谷分布图Fig.2 River valley Distribution in Zichang county shown in DEM

2.1 幼年期沟谷

幼年期沟谷主要包括子长县内的大部分二级河流如马河川、中山川等上游部分、几乎全部三级及以上支流支沟等，一级河流秀延河的上游李家岔镇部分也为幼年期沟谷。

幼年期沟谷的主要特征是侵蚀作用以水流的垂直下切为主，切割深度几米至数十米不等，多数在黄土层内部，局部地段可下切至基岩(图3)。此类河谷狭窄，沟谷横断面呈“V”字形，沟缘明显，纵剖面坡降较大，谷坡坡度一般＞60°。由于河谷狭窄，岸坡高陡，临空面大，导致斜坡稳定性较差，崩塌、土溜等不良地质现象多发。在径流量充足的情况下，可能下切至含水层，水源得到补充，发展成为一些壮年期河流的上游部分。

图3 玉家湾乡桥沟村幼年期剖面Fig.3 Infancy profile of Qiaogou village of Yujia Tounm

2.2 壮年期河谷

子长县壮年期河谷众多，主要有区内的一级河流秀延河安定镇以东部分、北部的涧峪岔河、南部的永坪河、二级支流马河川、中山川、吴家寨子河等的中、下游部分等［1］。

壮年期河谷发育着完好的排水系统，河谷一般20°～60°，沟谷宽100～600m，坡高50～200m，河谷横断面呈“U”字形或“V”字形。垂直下切较缓慢，而侧向侵蚀突出，谷坡较陡，处于壮年期河谷凸岸的斜坡易发生变形失稳(图4)。河谷较为宽阔，尤其在河谷的交汇部位，是集镇和大的村庄所在的区域，属人口和建筑工程比较密集分布区，人类工程活动较强烈，人类活动触发的滑坡崩塌较多。河流侧蚀引起的自然灾害和人类活动引发的工程灾害兼有，且都为较大灾害。

2.3 老年期河谷

图4 玉家湾乡峁底村张家砭壮年早期沟谷剖面Fig.4 Profile of the early stage of mature gully in Maodi village Zhangjiabian in Yujiawan

老年期河谷多为大型的成型河谷，是流水长期侵蚀作用的结果，河谷宽阔，分水岭不像壮年期那么陡峭。以秀延河县城以东河段为代表。主要特征是河流的侧向侵蚀和垂直下切都趋于缓和，河谷非常宽阔，形态基本固定，呈“U”字形，谷底较为平坦，纵、横向都是缓坡，河漫滩发育，可见一到二级阶地，河谷两岸多数已出露基岩，谷坡一般较缓，坡度在15°～35°，沟谷宽度400～800m，切割深度＞200m。沟谷横断面呈“U”字形［1］。有此特征的河谷较少，区内一级河流秀延河县城所在地瓦窑堡镇以东的河段基本符合此项特征(图5)。老年期河谷自然侵蚀扩张速度较慢，两岸很少出现新的自然滑坡，多属古滑坡和老滑坡。

3 地质灾害特征及分布规律

图5 瓦窑堡镇秀延河河谷剖面Fig.5 Xiuyan river valley profile of Wayaopu town

子长县地质灾害分布的灾害种类和密度与河流及沟谷的演变有关。一般在沟谷形成早期，以垂直侵蚀作用为主，沟谷两侧崩塌、滑塌频发。但是，由于早期沟谷内人烟稀少，也无重要工程和基础设施，一般不致灾。壮年期河流进入以侧蚀为主的阶段，风化、卸载作用强烈，处于河流侵蚀岸的斜坡易发生滑坡、崩塌等地质灾害。壮年晚期及老年期河谷，如秀延河瓦窑镇以东部分两岸斜坡，自然条件下坡体总体较稳定，在风化和卸载作用下，多形成剥落和局部不稳定。但是，这类成型河谷区地形平坦开阔，人口、重要工程和基础设施密集，人类不合理工程活动强烈，人为因素引发的地质灾害最为严重［1］。

从遥感解译的657个灾害点分布统计可知，幼年期沟谷分布461处，壮年期河谷分布148处，老年期河谷分布48处。

4 河谷演变与地质灾害发育特征

黄土高原地区河谷的演变过程是黄土地层在水流侵蚀、重力侵蚀和风力侵蚀的作用下完成的，其中起主要作用的是水流侵蚀和重力侵蚀。同时，在黄土地层不断被侵蚀、切割的过程中，不可避免的引发地质灾害，对人类的生存和发展带来了不利因素。

4.1 河谷演变模式

在黄土高原地区河谷发育的早期，黄土高原是一个广袤的夷平面(图6)。可以看很出，在Q3黄土顺坡披盖直至谷底，而Q2地层成基本水平状，说明沟谷在Q3堆积的同时有强下蚀作用，逐渐形成现在的坡型。

图6 子长县沟峁示意图Fig.6 Schematic diagram of ditchs and loess hills in zichang county

古夷平面由于水流侵蚀的作用，逐渐出现毛沟、细沟。水流的进一步下侵和侧蚀，毛沟、细沟发展成为相互联系的沟壑。沟壑侵蚀作用的加强，不断的改变沟道的形态，形成了黄土高原现在的沟壑纵横，支离破碎的地形地貌。在这个缓慢的侵蚀作用的同时，亦伴生堆积作用，这两种作用的相互消长和强弱的交替形成了沟壑侵蚀演变的全过程(图7)。在这个地质过程也是河谷演变的过程，河谷从毛沟、细沟－幼年期沟谷－壮年期河谷－老年期河谷的演变中伴随着地质灾害的发育和发生。

图7 黄土高原河谷演变过程示意图Fig.7 Schematic diagram of the evolution of river valleys in the loess plateau

4.2 地质灾害发育规律

幼年期河谷主要是因为细沟、浅沟发育的深度和宽度都很小，一般不具备发生滑坡、崩塌的条件(图8)。冲沟的沟底较窄，滑坡不发育，崩塌频发，干沟内则既有滑坡，也有崩塌，常以崩塌为主。由于幼年期沟谷狭小，一般无人居住，也无重要工程设施，所以，幼年期沟谷内发生的崩塌一般不致灾［1］。

图8 黄土高原幼年沟谷地质灾害发育形态Fig.8 Geological hazard morphological development of the infancy river valleys in the loess plateau

壮年期河谷汇集了幼年期沟谷的水量，增强了水动力条件，河水在河道中纵横捭阖，垂直下切作用减弱，侧向侵蚀作用较强，一般都发育了良好的排水系统。河流的侧向侵蚀拓宽了河道，冲刷了坡脚，增大了河谷斜坡的临空面，为黄土滑坡和崩塌重力侵蚀创造了有利条件。谷坡变形失稳主要为黄土滑坡。从遥感影像中可以看出其特点是滑坡分布较多，规模以中小型为主;崩塌则以小型为主。遥感解译发现，在河流凹岸，多发育有滑坡地貌，甚至是大型的滑坡(图9)。滑坡发生后，滑体堵塞河道，阻挡河流，遭受流水的冲刷与侵蚀，滑体渐渐冲刷殆尽或只剩下一部分。如今多表现为较陡的滑坡后壁和其下残留的部分滑体，滑坡大多目前已趋稳定，其上居住村民或为耕作农田。但高陡的滑坡后壁黄土斜坡变形强烈，大部分为不稳定斜坡。河流的侧蚀和人类强烈的工程活动也对老滑坡以及谷坡的稳定构成威胁［1］。

老年期河谷通过遥感图像的解译可以看出两岸很少出现新的自然滑坡，多属古滑坡和老滑坡(图10)。由于河谷宽阔，是县城城区和重要集镇所在的区域，属人口和工程的密集分布区，人类工程活动强烈。新农村建设场地的选址、城镇建设的向外扩张以及工程建设一般都在老年期河谷两侧，部分选址在古滑坡的滑体上，人类活动的加剧以及生活生产用水影响使古滑坡复活的情况时有发生。因此人类活动触发的崩塌以及古老滑坡复活较多［1］。

图9 黄土高原壮年河沟地质灾害分布Fig.9 Geological hazard distribution of the mature river valleys in the loess plateau

图10 黄土高原老年河谷地质灾害分布Fig.1 0Geological hazard distribution of the old river valleys in the loess plateau

5 结论及建议

通过黄土高原河流沟谷发育各阶段的地质环境研究，以及地质灾害分布规律和形成机理研究，可以得出在河谷演变的不同阶段，地质灾害发育具有以下特点:

(1)在幼年期阶段，由于沟谷狭窄，岸坡高陡，临空面大，导致斜坡稳定性较差，滑坡、崩塌多发，但由于人类工程活动较少，所以危害较少。

(2)在壮年期阶段，沟谷渐宽，水量增大，河流的侧向侵蚀增强，冲刷了坡脚，增大了河沟斜坡的临空面，为黄土滑坡和崩塌重力侵蚀创造了有利条件。在这些河沟地段，人类工程活动加强，居民点聚集，更容易诱发地质灾害，为重大危险区。

(3)老年期沟谷为大型的成型河谷，河流的侧向侵蚀和垂直下切趋于缓和，河谷宽阔，谷底平缓，河漫滩发育，河谷两侧多数出露基岩，是区内稳定的斜坡地段之一。

由于近年来，黄土高原区资源的大量开发，人类工程活动逐渐向幼年期沟谷发展，特别是油气的开采，修建了大量简易公路，削坡和斩坡破坏了黄土边坡的稳定，在雨季极易诱发地质灾害，此类工程活动，应引起有关部门的关注。新农村建设场地选址也要规避地质灾害隐患，通过地质灾害评估，并采取必要的防治措施，以保证人类的生命财产安全。

［1］黄玉华，武文英，曾磊，等.陕西省延安市子长县地质灾害详细调查报告［R］.西安地质调查中心，2008.

Abstract:Crisscrossing gullies，frequent geological hazards and vulnerable ecological environment problems occur in the Loess Plateau of China.In this paper，the authors took the Zichang County in Yan＇an City of the northern Loess Plateau of Shaanxi Province as an example，based on 1∶50000 investigation of geological hazards，as well as highprecision remote sensing image data SPOT5 and DEM data，their analyzed the evolution of valley and characteristics of geological hazards and distribution.Study shows that the river valley and the evolutional stage of landforms play a controlling role in geological disasters.

Key words:geologic hazards;valley evolution;Loess Plateau;Zichang county;Shaanxi province

Valley evolution and geologic hazard occurrences in the Loess Plateau of China——a case study:Zichang County in the northern loess plateau of Shanxi Province

ZENG Lei1，2，HUANG Yu－hua1
(1.Xi’an Centre of China Geological Survey，Xi’an，710054，China; 2.Chang’an University，Xi’an，710064，China)

1003－8035(2010)03－0067－06

642

A

2010－01－29;

2010－04－18

国土资源大调查项目:陕西省延安市1∶5万地质灾害调查(1212010640402)

曾磊(1981—)，男，在职硕士，从事第四纪地质学及地质灾害研究。

E－mail:zenglei0719@yahoo.com.cn