山区切坡活动引发地质灾害风险评估及其防控措施*

胡 鹏，王念秦，宋贵昌，赵世龙，乔丁丁，郝 业

(1.西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054；2.陕西天地地质有限责任公司，陕西 西安 710054)

地质灾害被认为是在地球表面自然或人为引起的岩土体或岩土碎屑和水的混合物移动的灾害性事件[1-2]。位于秦岭北麓的陕西省西安市临潼区仁宗街道为满足社会经济飞速发展需求，不断加强人类经济工程，切坡建房、削坡修路等逐年递增。由此表现出滑坡、崩塌在人类活动强烈的时期相对集中；同时境内地质灾害形成诱发因素几乎都与降雨有关。

20世纪下半叶始，专家学者针对地质灾害风险评估方法、评价单元、评价指标等各方面做出了许多创新，提出了大量的方法、模型、单元分割技术等[3-6]，其主要趋势是基于GIS提出了许多地质灾害易发性区划模型，目前较为常见的区划模型包括：熵模型[7]、支持向量机模型[8]、人工神经网络模型[9]、随机森林模型[10]等。基于这些模型，半定量化地确定地质灾害易发性指标，对各敏感性指标进行叠加处理，并进行粗略的易发性、危险性分区，并缺少有效的验证。

以斜坡为单元开展山区城镇大比例尺滑坡危险性评价，能够较准确地预测滑坡发生的具体空间位置[11]。我国先后部署进行了1∶100 000地质灾害调查与区划、1∶50 000地质灾害详细调查、1∶50 000地质灾害风险调查评价等，与其相比，此次的风险评估(1∶10 000)，针对仁宗街道开展地质灾害风险评估更加侧重孕灾地质条件调查，调查精度更高，调查详细程度和投入的时间更多，对调查区地质灾害发育和孕灾条件特征调查和分析更深入；评价尺度更小、针对性更强。至此，在1∶10 000地质灾害详细调查基础上，对仁宗街道调查孕灾地质条件和历史灾情，识别新的地质灾害隐患点，总结其发育特征及其影响因素；并利用GIS技术以斜坡为单元来确定仁宗街道地质灾害易发性、危险性，调查评价地质灾害承灾体易损性，开展区域地质灾害风险评估，划定地质灾害风险防治区，并分别提出了基于防灾减灾和工程建设的地质灾害风险管控措施建议，为仁宗街道防灾减灾、国土空间规划和用途管制等提供基础依据和技术支撑，有利于提高地方政府科学决策效率和精准性，提升地质灾害防治水平。

1 研究区概况及主要影响因素分析

1.1 研究区概况

研究区仁宗街道位于临潼区南部(109°12′30″～109°20′50″E、34°17′18″～34°23′06″N)，地处骊山北麓，东西长约13 km，南北宽约10.8 km，总面积61.96 km2，包含玉川村、仁宗村、庄王村、茨林村、芋坡村、房岩村、壕栗村7个行政村。境内常年四季冷暖、干湿分明，降雨季节分配不均，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温14.3 ℃，极端低温-16.5 ℃，极端高温42.2 ℃；多年平均降水量约635 mm，7-9月是主要降水期，其中9月为降雨峰值期，降水强度明显大于其他月份，且多伴随大雨和暴雨。降水量最大年份为2021年，降水量达1 081.5 mm。境内地下水类型为第四系松散层孔隙潜水和基岩构造裂隙水，其主要来源于南部低山丘陵及下部深层地下水承压补给，大气降水补给次之。

仁宗街道整体呈“西北高、东南低”地势，地貌由东南向西北可划分为两大地貌单元：黄土丘陵沟壑区和骊山断块基岩山区，海拔520～1 302 m。黄土丘陵沟壑区面积30.25 km2，位于仁宗街道东部和东南部，侵蚀强烈，水土流失严重；骊山断块基岩山区面积31.44 km2，位于仁宗街道西北部，南坡缓、北坡陡，沟壑密度大，地形破碎，海拔1 000 m左右，最高海拔仁宗庙1 302 m，四周断层发育，沟谷深切呈陡狭的“V”字形，分水岭梁脊一般呈浑圆平顶状，平缓耕地或建设用地较少。仁宗街道西北部骊山断块基岩山区山体由太古界、下元古界变质岩系组成基底，中生代花岗岩侵入，周围出露新生代地层，断层发育，岩层破碎。基岩山区主要出露太古界太华群变质岩，燕山期花岗岩以岩株侵入太华群地层中；东部及东南部黄土丘陵山区主要为第四纪风积黄土和古近系渐新统砂质泥岩、细砂岩夹灰白色含砾中粗砂岩。境内地质构造主要为小型断层和隐伏活动断裂，邻近区域的主要断裂有骊山北缘断裂、临潼-长安断裂以及老鸦沟断裂等。

在详尽分析已发生地质灾害历史数据的基础上，综合野外调查和研究区高分辨率遥感影像数据解译提取，确定仁宗街道发育40处地质灾害隐患点，其险情等级以中小型为主，包括滑坡20处(大型1处、中型2处，小型17处)和崩塌20处(中型3处，小型17处)，占地质灾害隐患点数的50%。仁宗街道黄土丘陵沟壑区发育滑坡和崩塌两类，其中滑坡以黄土层内滑坡为主、其次为黄土-泥岩接触面滑坡，少量为砂泥岩残坡积层滑坡，滑坡规模以小型为主，中大型较少，对人员和财产威胁较大的往往是小型滑坡；崩塌主要为土质崩塌，其中绝大多数为黄土崩塌，少量为残坡积层崩塌隐患，规模等级以小型为主，与人为切坡活动关系密切，在居民区屋后的高陡斜坡往往构成较大的地质灾害隐患。骊山断块基岩山区的滑坡主要以浅层残坡积层滑坡为主，规模主要为小型，与人类切坡建房、修路等活动密切相关，常呈周期性发生，虽规模一般不大，但因为主要分布于交通干线两侧及居民区屋后，对人员和建构筑物具有一定威胁；骊山断块基岩山区的1处崩塌隐患均与人类不合理切坡有关，受人为切坡难易程度影响。

1.2 主要影响因素

仁宗街道的地质灾害分布规律严格受自然地质条件和人为因素的共同制约，数量多、分布面广，主要分布在人类工程活动强烈的时期和区域，在丰水年份和丰水季节相对集中。因此，研究区地质灾害主要受地形地貌、人类活动和降雨影响。

地形地貌与滑坡发生的关系十分密切，是滑坡形成的主控因素之一[12]。堆积、侵蚀作用形成的宏观地貌是影响地质灾害发育位置的宏观因素，地形越平坦宽阔、地质灾害发育频率越低，地表切割越强烈、地形越复杂、则地质灾害越发育；而斜坡的坡形、坡高、坡度、坡向以及冲沟、凹槽等构成的微观地貌，是影响地质灾害发育类型和规模的微观因素。仁宗街道整体地质环境条件较差，平缓耕地及建设用地少。

境内引发地质灾害的人类工程活动主要为人为切坡建房、修路。仁宗街道地形起伏变化大，平缓地形少，居住环境有限。人们为生存需要，切坡建房和修路难以完全避免，但切坡往往会加剧房前屋后斜坡体变形。另由于切坡保护措施不当，加上降雨冻融等诱发因素极易引发地质灾害。地质灾害分布于居民点屋后、道路旁高陡斜坡处、沟谷两侧，往往构成较大的地质灾害隐患。

境内雨季地质灾害的发育概率明显增高，境内地质灾害形成诱发因素几乎都与降雨有关。连续性降雨时，因地表水持续对斜坡的渗透，故崩塌、滑坡发生的概率明显增大。当坡体存在优势渗透通道时，降雨所形成的地表径流沿裂隙的大量灌入，使坡体含水量增加，甚至达到饱和状态，在坡体内部也形成不断扩大的饱和区[13]，增加斜坡重量，加大了斜坡内的剪切下滑力，降低土体颗粒间黏结力和滑带土的抗剪强度，同时造成地下潜水位升高，静、动水压力增大，造成斜坡整体发生变形[14]。另外，地下水对岩土固体骨架会产生溶蚀作用，并产生空隙水压力和渗透压力，削减了有效应力，从而降低斜坡稳定性，不利于坡体的稳定。

2 地质灾害风险评估体系构建

2.1 斜坡单元划分

建立地质灾害风险评估体系的第一步骤是确定斜坡单元[15]。以工作区地理底图(来自西安市临潼区仁宗街道地质灾害风险调查组航训成果)为基础，根据地质环境条件的相似程度，将评价区域划分为不同单元。合并地质环境条件变化不明显的斜坡单元，细化地质环境条件变化明显的斜坡单元。据此，将仁宗街道划分成663个斜坡单元来进行风险评估(图1)。

图1 仁宗街道斜坡单元及栅格单元划分图

2.2 评估模型

美国滑坡学者VARNES[16]提出灾害风险概念，包括地质灾害发生的可能性和其发生后导致的损失两个方面[4]，主要评估斜坡单元某一时间段内地质灾害对生命类和经济类承灾体所造成的潜在综合损失风险[17]。地质灾害风险值越高，表示未来发生地质灾害的风险性就越大。风险值是在危险性分析和承灾体易损性分析的基础上获得的，可用危险性指数、承灾体价值及其易损性的乘积来表示。地质灾害危险性是在某些引发因素作用下，在一定区域内某一时间段发生地质灾害的可能性[18]。地质灾害危险性评价是指在地质灾害易发性评价的基础上，叠加区域内主要诱发因素致灾概率图层，如降雨因素，对区域内某一时间段发生特定规模和类型地质灾害的可能性进行评价。地质灾害易发性是风险评估的基础，可以为地质灾害空间概率提供中间数据[19]，是指一定区域内由孕灾地质条件控制的地质灾害发生的可能性，是充分考虑各种地质环境因素的叠加作用来评价某特定地质环境中产生地质灾害的可能性[20]。地质灾害易损性是指地质灾害发生后，在其影响范围内的承灾体可能遭受破坏的严重程度[17]。承灾体包括建筑物、道路和人口分布三类。风险值计算公式如下：

依据上述辨识所得的两个传递函数，求取得出与模型相对应的DMC控制器，结合2.2中提出的加权算法，构成本文提到的多模型DMC控制器；同时，采取在工作点1下的单一模型作为仿真被控对象，设计传统的PID控制器。其结构如图4所示。

(1)

式中：R为某工况下某评价单元风险值；H为某工况下某评价单元的危险性指数；Ej、Vj分别为某工况下某评价单元内第j个承灾体的价值和易损性；Yi为第i个斜坡单元的易发性指数；Fj为某单元某指标权重；Sj为某单元某指标赋值；Ymax-最大易发性指数；Lmax/day为日最大降雨量值；L为大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨四种不同工况下的降雨量。

2.3 评价指标

根据仁宗街道地质灾害发育规律及形成条件，基于精度5 m的DEM数据、1∶10 000比例尺的地形数据、野外调查及工程勘查中采集数据，分析后选取坡度、坡高、坡向、坡型、岩土体类型、斜坡结构、道路缓冲区、切坡高度、植被覆盖指数(NDVI)等9个影响因子(表1)，并绘制成各自的易发性评价指标图(图2a～图2i)。按照划分的斜坡单元，根据每个指标权重和赋值统计每个斜坡单元内的易发性值Yi，形成基于斜坡单元的仁宗街道地质灾害易发性图(图2j)。

表1 地质灾害易发性评价指标分类与来源表

图2 仁宗街道地质灾害风险评估指标图

根据历史资料，地震在此地区发生概率较小，为此不考虑地震作用，只考虑降雨对地质灾害危险性的影响。根据临潼区多年降雨情况，Lmax/day为100 mm，L分别取值：50 mm(大雨)、75 mm(暴雨)、100 mm(大暴雨)、150 mm(特大暴雨)，求得由降雨诱发的斜坡失稳概率(L/Lmax/day)，对易发性图叠加得到降雨工况下斜坡危险性指数(H)，形成地质灾害危险性图(图2k)。建筑物依据第三次国土调查数据成果的地类提取，结合现场调查和高精度遥感影像的识别提取和综合分析后，确定建筑密度和结构类型指标；人口分布主要依据第七次人口普查数据，在现场调查中对各斜坡单元内承灾体进行比对；据此分别形成建筑物易损性图、道路易损性图和人口分布核密度图(图2l～图2n)。将不同类型承灾体易损性进行叠加，获得综合易损性评价图(图2o)。

2.4 地质灾害风险定性评估

根据野外对663个斜坡单元的稳定状况及其发展趋势做出评价，确定其稳定性后通过叠加承灾体的数量及属性特征确定危害性，以表2作为定性评价划分标准，就高不就低的原则，定性判定了仁宗街道663个斜坡单元的风险等级，确定了仁宗街道境内斜坡单元风险定性评价结果(表3，图3)。仁宗街道663个斜坡单元风险定性评价结果中无极高风险性斜坡，是因为境内人员总数低且人员居住较分散、无重大产业及工程建设，因此危害性等级较低；高风险性斜坡总计28处(4.22%)；中风险性斜坡总计73处(11.01%)；低风险斜坡共562处(84.77%)。

表2 地质灾害风险等级划分表

表3 斜坡单元地质灾害风险定性评价结果表

2.5 地质灾害综合风险评估

根据野外调查的地质灾害定性评估和定量叠加危险性、易损性计算得出的仁宗街道地质灾害风险值，对仁宗街道663个斜坡单元逐一进行风险等级判定，确定了仁宗街道斜坡单元地质灾害综合风险评估图(表4，图4)。由表4可知，26处(占比3.92%)高风险斜坡面积1.51 km2(占比2.44%)，含地质灾害隐患点20个，主要分布于居民聚集或道路通过的存在人工切坡的区域，涉及调查区内所有行政村，与区内人口分布较分散有关，该类斜坡受人类工程活动和自然环境共同影响，普遍裂隙发育、风化强烈，历史灾险情较多。75处(占比11.31%)中风险斜坡面积5.48 km2(占比8.85%)，含地质灾害隐患点19个，主要分布于主要交通线路沿线，受修路切坡和半挖半填等人类工程活动影响，该区域普遍存在人工边坡及填方区域，且在一些填方边坡下有村民居住，在降雨等诱发作用下易形成灾险情。562处(占比84.77%)低风险斜坡面积54.97 km2(88.71%)，含地质灾害隐患点1个，主要位于道路不通和无人居住的斜坡区，或一些地质灾害灾险情较低的区域，是由人类工程活动较少所致。总之，因改善居住条件和当地发展需要，切坡建房、削坡修路等人类工程活动强烈，造成高、中风险性斜坡百余处，严重威胁着当地人民生命和财产安全，本着“以人为本”和“生命至上”的原则，此类中、高风险等级斜坡应该引起当地群众和管理部门足够重视。

表4 仁宗街道斜坡单元风险性等级及面积统计表

图4 仁宗街道地质灾害综合风险评价图

图5 茨林村高风险斜坡(XP0089)

图6 壕栗村高风险斜坡(XP0252)

2.6 斜坡单元风险评估结果验证

从26处高风险等级斜坡中选取2处高风险斜坡进行了野外实地验证，来确保本次地质灾害风险评估的准确性。

该高风险斜坡位于茨林村，斜坡单元编号XP0089。所处地貌类型为黄土丘陵沟壑区，出露地层主要为第四系黄土。该处村民集中居住于斜坡中上部，人们在斜坡上切坡修筑平坦地形进行建房、修路，居民主要分两排居住于阶梯型斜坡上下平台，平台间高陡边坡高约10 m，2021年雨季，该高陡边坡发生滑塌，滑塌体宽度约30 m，造成坡脚一户村民房屋严重受损，此外，其房屋门口斜坡也发生小范围浅层滑动，造成门口道路开裂、塌陷；现场调查发现，上部平台联排居住的村民房屋内横向有数十米长裂缝，部分村民家中有与斜坡倾向相同的拉张裂缝，裂缝宽1～3 cm，显示上部平台坡体有滑动趋势。该风险斜坡内危险区域共有村民12户、42人、房屋46间，威胁财产约380万元，综合风险评价确定该斜坡为高风险，结果合理。

本次评估仁宗街道内无地质灾害极高风险斜坡，是由于仁宗街道属骊山山区和黄土丘陵沟壑区，人口密度和固定资产经济总量总体较低。境内地质灾害总体表现为“规模小、突发性强、成灾率高、危害性等级偏低”等特点，鲜有群死群伤和造成重大经济损失的地质灾害。

3 地质灾害风险防控措施建议

3.1 地质灾害防治区划

考虑地质灾害风险、人口聚集区、拟建(在建)重要工程区这三类因素，将仁宗街道划分为三级地质灾害防治区，得出仁宗街道地质灾害防治区划图，共分为52个防治区，即重点防治区10个，次重点防治区35个，一般防治区7个(图7)。

图7 仁宗街道地质灾害防治区划图

仁宗街道10处重点防治区总面积1.02 km2(占防治区总面积的1.65%)，主要位于居民居住较集中、建房修路切坡程度高、存在大量高陡斜坡的高风险斜坡和主要交通干线沿线，此类区域地质环境条件差、人类活动频繁、工程扰动诱发地质灾害可能性大，在强降雨等外界诱发因素作用下极易发生地质灾害，且一旦发生可能造成重大人员或财产损失，影响较严重。35处次重点防治区总面积1.49 km2(占防治区总面积的2.42%)，主要位于西部骊山断块基岩山区灞临路、斜仁路、土仁路等道路沿线和东部黄土丘陵区代仁路以及通村道路、居民聚集区，此类区域地质环境条件较差，人类工程活动频繁，在强降雨作用下，常有小范围变形滑塌现象，可能造成一定的人员和财产损失。按行政村范围划分的7处一般防治区总面积59.44 km2(占防治区总面积的95.93%)，主要分布于西部骊山断块基岩山区道路沿线以外、中部山区、东部和东南部人迹罕至的沟谷区，主要包括境内无人居住或人迹罕至的斜坡区，此外还包括人口密度低、地质灾害易发性和危险程度低的斜坡区。

3.2 基于防灾减灾的地质灾害风险防控措施建议

3.2.1 地质灾害隐患点风险防控措施

充分利用“天-空-地-深”一体化风险识别调查体系，开展对仁宗街道40处地质灾害隐患点和防治区精细化调查评价。在地质灾害隐患点附近显著位置设立警示标识，做好观察和监测，采取必要的防灾措施，达到提前避让和预防危害发生的目的。对于已经搬迁的灾害点，受威胁房屋应尽量拆除。仁宗街道有5处地质灾害隐患点已于2021年完成工程治理，有3处已于2022年完成工程治理。经分析其余地质灾害隐患点特征，建议对下官组崩塌、石河组崩塌2#等2处地质灾害隐患点实施排危除险，对黄楼组滑坡、芋坡组崩塌、庄坪组崩塌等12处地质灾害隐患点进行工程治理。仁宗街道境内主要为低山区和丘陵区，人员居住分布零散，个别灾害点威胁对象少但危险程度高、治理难度大。因此，考虑到经济性原则，对灾害体规模大、防治难度高、防治费用高、威胁对象少的灾害点建议采取搬迁避让的措施。本次建议对上官组崩塌和南湾组滑坡两处地质灾害点的威胁对象进行搬迁避让。

3.2.2 地质灾害风险斜坡风险防控措施

建立针对仁宗街道地质灾害风险斜坡的管控台账和群测群防体系，实现“隐患点+防治区”双控。根据气象预报数据确定气象预警区划，将气象预警区划格点预报叠加风险斜坡，与气象预报结合提高预警精度，实现风险斜坡地质灾害预警。境内建议建设场地选择在坡体地质结构稳定、岩土体结构简单的地段；移民搬迁新址应选择在凹型和阶梯型坡等逆向类斜坡附近，尽量远离直线型和凸起型正向类斜坡，坡度以<30°为宜；尽量避开节理、裂隙、地下水活动强烈等易引发地质灾害的地段；应尽量选择在位置相对较高的坡台、顶面平缓宽阔的低缓小山丘或高地上，尽量避免选择在堆积层厚、坡面冲沟发育、坡形复杂、地势较低、沟谷呈扇形的沟口洪积扇、河谷高漫滩、坡积层较厚的坡裙、坡脚及冲沟坡谷流通面位置。

3.3 基于工程建设的地质灾害风险防控措施建议

根据地质灾害点分布与切坡程度关系分析，仁宗街道允许建设区主要位于南部和东南部黄土丘陵沟壑区，也是地质灾害多发区。境内不合理的切坡建房、修路等是诱发地质灾害的主要因素，呈现出切坡密度和程度越大的区域，地质灾害点密度也越大的特点(图8)。

图8 仁宗街道地质灾害点分布与切坡程度关系图

至此，提出仁宗街道工程建设引发地质灾害的两种模式：切坡建房致灾模式和削坡修路致灾模式。切坡建房致灾模式主要发生在居民房屋后，在境内最为普遍和具有代表性。以崩塌、滑坡为主，其中东部黄土丘陵区以黄土崩塌最为典型，南部以堆积层滑坡为主。据调查结果，凡谷沿坡比小于0.4的宅基边坡一般存在崩塌隐患。削坡修路致灾模式主要发生在交通沿线，引发的地质灾害主要是崩塌、滑坡，其前兆特征是道路两旁有危石滚下或者路面裂缝、深陷，随后往往有崩塌或滑坡发生。

总之，按照“发现隐患、监测隐患、发布预警、果断撤离”地质灾害防治全链条闭环管理思路，要以精细化风险识别、动态化风险调整、层级化责任落实、精准化风险预警、规范化风险防御、多元化群众参与、多样化风险分担、制度化风险管理、专业化技术支撑、智慧化信息服务的“十化模式”，来构建仁宗街道的地质灾害“隐患点+防治区”双控管理思路和经验。建立“隐患点+风险区”清单、避险转移人员清单、避险场所清单；实施隐患点认定与核销动态更新、风险区范围和风险等级动态调整；建立地质灾害风险区“县长-镇长-村主任-组长-片长-坡长”的责任体系，并落实奖励激励措施；采用区域地质灾害气象预报预警和隐患点风险区专业监测预警两种方式相结合精准风险预警；适时会商研判趋势、预报预警分级响应、避险人员果断撤离、灾情险情应急响应；积极科普宣传、提高防灾减灾意识，群众主动参与、强化识灾避险能力，强化科技攻关、破解技术难点堵点；搭建地质灾害全生命周期管控的系统、安全、长效风险防范和分摊机制，分散和转移社会风险，保障人民群众生命财产安全，实现风险共防、共担、共治的良好局面，营造了安全稳定的社会环境；健全风险管理制度、规范双控工作模式，规范用地审批、源头遏制地质灾害增量；提高风险调查、监测预警、人员队伍专业化水平；基于陕西省地质灾害综合防治信息平台，实现仁宗街道地质灾害防治信息“一张图”管理，实现地质灾害“隐患点+风险区”调查评价、监测预警、综合治理等全生命周期管理。

4 结论与建议

1)分析得出地质灾害在人类活动、工程活动强烈的区域相对集中，在易滑或易崩地层岩性组合部位相对集中，在现代人类活动强烈的时期相对集中，在丰水年份和丰水季节相对集中，其中与地质灾害关系尤为密切的是人类工程活动中的切坡建房和削坡修路。

2)构建了仁宗街道地质灾害风险评估体系，建立了基于易发性、危险性与易损性的风险模型，得出境内地质灾害高风险斜坡26处，面积1.51 km2，占调查区总面积2.44%，主要分布于居民聚集或道路通过的存在强烈人工切坡的区域，涉及调查区内所有行政村；中风险斜坡共75处，面积5.48 km2，占调查区总面积8.85%，主要分布于主要交通线路沿线和居民区周围；低风险斜坡单元共562处，面积54.97 km2，占调查区总面积88.71%，主要位于境内人口密度低的高山沟谷区。

3)地质灾害防治区划共划分为10个重点防治区总面积1.02 km2，占调查区总面积的1.65%；35个次重点防治区总面积1.49 km2，占调查区总面积的2.42%；7个一般防治区面积合计59.44 km2，占调查区总面积95.93%。分别提出了仁宗街道关于隐患点、风险斜坡的风险防控措施建议、关于建设用地的基于切坡建房和削坡修路致灾模式的风险防控措施建议。

仁宗街道地质灾害隐患点数量多，应采取分阶段分步骤实施工程治理、简易治理、搬迁避让和长期监测相结合的地质灾害防治措施，期间应进一步做好群测群防工作，加强重点地质灾害点专业监测。同时，应注重地质灾害早期识别技术应用，充分发挥遥感技术优势，将遥感技术贯穿至风险调查评价的全部过程中，是解决“隐患在哪里”的重要技术工作。