孫萍萍，張茂省，賈俊，程秀娟，朱立峰，薛強，王佳運

（自然資源部黃土地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054）

中國是世界上黃土最為發(fā)育的國家，主要分布于陜西、甘肅、寧夏、青海、山西、河南、新疆7省區(qū)34個地級市，黃土連續(xù)分布面積達(dá)44萬km2，是中國地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)之一（圖1）（Derbyshire et al.，1994；孫建中，2005；徐張建，2007；Sun et al.，2012）。據(jù)統(tǒng)計，不到國土面積5%的黃土地區(qū)在冊地質(zhì)災(zāi)害隱患點3.9萬余處，占全國33萬余處在冊質(zhì)災(zāi)害隱患點的12%，其中95%以上為滑坡崩塌（張茂省等，2015）。

黃土多分布于干旱-半干旱地區(qū)，其特殊的沉積和賦存環(huán)境使之呈現(xiàn)出典型的非飽和土工程特性，且表現(xiàn)為對水極為敏感（張茂省等，2016；Feng et al.，2021），這也使得黃土高原成為世界上水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，在構(gòu)造作用、地面流水地質(zhì)作用以及地下水地質(zhì)作用等內(nèi)外動力地質(zhì)作用下，塑造了塬、梁、峁等地形破碎和溝壑縱橫的黃土地貌景觀，成為中國地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育的地區(qū)之一（彭建兵等，2014，2020）。西部黃土分布區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害多集中發(fā)生于每年6～10月的雨季，水是黃土滑坡最積極的誘發(fā)因素之一（張茂省等，2011；黃玉華等，2014；彭建兵等，2019）。降雨入滲過程中，隨著土體含水率升高，黃土的吸應(yīng)力和有效應(yīng)力降低，滲透性增強，凍融期反復(fù)凍結(jié)融化循環(huán)過程直接導(dǎo)致黃土強度降低，工程擾動造成斜坡應(yīng)力集中并急劇增大，原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，都是誘發(fā)黃土崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的直接因素（張茂省等，2013；曾磊，2018；李同錄等，2018）。

圖1 西北黃土地質(zhì)災(zāi)害主要分布市區(qū)圖Fig. 1 The mainly cities for loess geo-hazards distributed in Northwest China

中國西部黃土地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作起步較早，20世紀(jì)50年代開展的以水利工程和鐵道工程為主的工程地質(zhì)勘察工作中均涉及到地質(zhì)災(zāi)害；20世紀(jì)80年代以來，以省區(qū)為單元開展了以地質(zhì)災(zāi)害為主的1∶50萬區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作，基本查清了區(qū)內(nèi)的環(huán)境地質(zhì)背景，人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用和影響。1999～2005年，以縣（市）為單元開展了1∶10萬精度的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃工作。2005～2012年，在西北各省區(qū)以縣（市）為單元開展了1∶5萬精度的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，建立起了縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村三級聯(lián)動的群測群防體系。2013年至今，開展了以流域為單元的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，1∶1萬重要城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，系統(tǒng)調(diào)查了地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、類型及分布。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的類型包括滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷等，其主要分布黃土高原、天山以北伊犁地區(qū)等（劉文紅，2016；孫萍萍等，2019a）。

黃土高原地區(qū)通過1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，共查明重點地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點14 161個，其中重大隱患點1 731個，新增隱患點5 491個，撤銷隱患點625個，并針對地質(zhì)災(zāi)害隱患點逐一提出了相應(yīng)的防治對策，并據(jù)此采取了相應(yīng)的防治措施。建立的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫和地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)，在縣、市級地方政府部門的地質(zhì)災(zāi)害日常管理及預(yù)警預(yù)報工作中發(fā)揮了重要作用。在“5.12”汶川地震、“4.14”玉樹地震、“7.3”暴雨災(zāi)害、“8.12”山陽滑坡等10余起地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救災(zāi)中發(fā)揮了重要的技術(shù)指導(dǎo)作用。

在上述工作的基礎(chǔ)上，圍繞西部黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重大需求，通過多學(xué)科交叉融合、新技術(shù)新方法拓展等方式，在地質(zhì)災(zāi)害高精度調(diào)查評價、隱患早期識別、監(jiān)測預(yù)警、風(fēng)險管控、防治技術(shù)研發(fā)與示范方面取得了系列進(jìn)展與成果。

1 黃土水敏工程特性與黃土地質(zhì)災(zāi)害

1.1 黃土水敏工程特性

黃土因?qū)λ畼O為敏感，具有結(jié)構(gòu)疏松、大孔隙、垂直節(jié)理發(fā)育等特點，遇水后易發(fā)生崩解、濕陷、液化、流變等系列形變，在降雨、凍融、工程擾動等外部誘發(fā)因素作用下極易產(chǎn)生整體形變。

依據(jù)黃土高原黃土沉積的區(qū)域特征，結(jié)合已有的典型黃土剖面研究成果，選取橫跨黃土高原東西、南北2條區(qū)域性剖面上的不同沉積年代的黃土為研究對象（包括陜北洛川剖面、關(guān)中白鹿原剖面、榆林綏德剖面、陜西涇陽南塬剖面、隴西黑方臺地區(qū)，S1-S14和L1-L15的不同土層樣品），依托瞬態(tài)脫濕與吸濕試驗裝置（Transient Water Release and Imbibition Method，簡稱TRIM）（Lu et al.，2006），開展黃土高原不同區(qū)域和不同沉積年代黃土的非飽和特性測試，建立了黃土高原黃土的土水特征、滲透特征、吸應(yīng)力特征曲線數(shù)據(jù)庫。試驗結(jié)果表明：①黏土礦物含量尤其是伊利石和蒙脫石混層礦物含量（I/S）和孔隙結(jié)構(gòu)特征是影響非飽和土-水特征曲線的重要參數(shù)，其中I/S與非飽和黃土的殘余含水量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（圖2）（孫萍萍等，2019b）；孔隙比與進(jìn)氣值參數(shù)（a）存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與孔徑分布參數(shù)（n）存在正相關(guān)關(guān)系。②黃土對水的敏感程度隨其沉積年代和在黃土高原沉積位置的不同，呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。在空間上，從西向東、由北向南，黃土的水敏性減弱；時間上，沉積年代由老到新，黃土的水敏性增強。③含水量增加過程中，吸應(yīng)力變化引起的介質(zhì)宏觀變形能力是黃土水敏性的力學(xué)本質(zhì)（孫萍萍等，2019c）。

1.2 水致黃土滑坡形成機理

由于黃土強烈的水敏性，使得水成為黃土滑坡最為積極的誘發(fā)因素。非飽和帶黃土含水率的升高導(dǎo)致土體有效應(yīng)力降低，地下水位的抬升導(dǎo)致飽和帶黃土抗剪強度減弱，這些都可能引起黃土斜坡的變形破壞（Wen et al.，2014；Garakani et al.，2015）。通過在黃土地區(qū)的研究，揭示了6種典型水致黃土地質(zhì)災(zāi)害演化模式與誘發(fā)機理，更新了原有認(rèn)識，為黃土地質(zhì)災(zāi)害精準(zhǔn)防控提供了科學(xué)依據(jù)。

圖2 殘余含水量與伊利石和蒙脫石混層礦物（I/S）質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線圖Fig.2 Changes of residual volumetric water content with I/S under both dying and wetting conditions

（1）均勻入滲-坡面泥流模式。該模式是降水均勻入滲導(dǎo)致黃土坡面泥流的演化模式，揭示了黃土無限斜坡在接受降水均勻入滲過程中，隨著土體含水率不斷升高，吸應(yīng)力不斷降低導(dǎo)致黃土斜坡淺表層整體滑脫破壞的力學(xué)機制。

（2）優(yōu)勢入滲-黃土滑坡模式。該模式是降水優(yōu)勢入滲導(dǎo)致黃土滑坡的演化模式，通過高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、光纖、核磁共振等手段探測及多參數(shù)實時監(jiān)測，實現(xiàn)了優(yōu)勢入滲通道的定量刻畫，揭示了降水匯集—優(yōu)勢入滲—底部擴(kuò)散的過程，從而導(dǎo)致黃土滑帶土體含水率升高，吸應(yīng)力降低，產(chǎn)生黃土滑坡。

（3）水庫側(cè)滲-黃土滑坡模式。該模式是水庫蓄水—側(cè)滲—黃土梁另一側(cè)地下水位壅高—誘發(fā)黃土滑坡的演化模式，從庫水位與潛水浸潤面高度、斜坡失穩(wěn)概率關(guān)系定量分析入手，揭示了水庫蓄水在黃土梁另一側(cè)誘發(fā)黃土滑坡的機理。

（4）強震破壞-黃土滑坡模式。該模式是黃土斜坡結(jié)構(gòu)類型-邊界條件-動力響應(yīng)-強震破壞-黃土滑坡的演化模式，揭示了強震條件下滑坡發(fā)育類型、運動規(guī)律、破壞特征及其環(huán)境效應(yīng)，建立了黃土高原斜坡強震條件下失穩(wěn)判據(jù)及危害性評價方法。創(chuàng)新性的提出了飽和黃土液化后“剪切稀化”特征，指出飽和黃土液化后流滑體為典型的“剪切稀化”非牛頓流體。

（5）灌溉-黃土滑坡模式。該模式是灌溉引起地下水位上升導(dǎo)致黃土滑坡的演化模式，揭示了灌溉條件下地下水系統(tǒng)響應(yīng)機制，定量刻畫了灌區(qū)地下水動力系統(tǒng)演化過程-水動力場與斜坡應(yīng)力場耦合-斜坡變形-滑坡形成機理。

（6）凍融-黃土滑坡模式。該模式是基于地溫-氣溫-含水量-吸應(yīng)力-孔隙水壓力的原位監(jiān)測系統(tǒng)，證實了凍結(jié)滯水效應(yīng)的存在，獲取了凍結(jié)滯水引起的地下水位壅高的幅度和范圍，揭示了凍融條件下地下水滯水效應(yīng)及斜坡表層土體強度衰減效應(yīng)，定量刻畫了凍融作用的促滑機理，揭示了黑方臺地區(qū)3月份滑坡高發(fā)的原因，該項成果入選中國地質(zhì)調(diào)查百年“百項理論”。

1.3 黃土高原地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布

黃土高原地區(qū)通過1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，共查明地質(zhì)災(zāi)害隱患點14 161個，其中重大隱患點1 731個，新增隱患點5 491個，撤銷隱患點625個（圖3）。黃土地質(zhì)災(zāi)害主要分布在陜西、甘肅、寧夏、青海、山西、河南等6省區(qū)33個地級市，地質(zhì)災(zāi)害在區(qū)域、流域和具體的點上都呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律。

區(qū)域上，黃土高原第三紀(jì)構(gòu)造盆地和第四紀(jì)構(gòu)造隆起控制著地質(zhì)災(zāi)害的類型和空間分布，不同構(gòu)造單元控制了地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域發(fā)育程度，經(jīng)過各種作用的不同地層提供了災(zāi)害發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型控制著斜坡變形破壞模式，同時影響黃土斜坡的穩(wěn)定性（圖4）。

流域上，溝谷演化的過程是黃土地層不斷被侵蝕、切割的過程，溝谷侵蝕循環(huán)的發(fā)展階段控制了地質(zhì)災(zāi)害的類型、規(guī)模及危害程度。老年期河谷自然侵蝕擴(kuò)張速度慢，自然滑坡較少，但由于河谷寬闊，強烈的人類工程活動觸發(fā)的滑坡、崩塌最多，且危害嚴(yán)重；壯年期河谷垂直下切較緩，側(cè)向侵蝕突出，谷坡坡度20°～60°，易發(fā)生變形失穩(wěn)，災(zāi)害類型以滑坡為主，且災(zāi)點密度較大；幼年期溝谷是河谷發(fā)育的初期，深度不一，垂直下切強烈，風(fēng)化、卸荷裂隙發(fā)育，破壞以崩塌為主，威脅對象不多。

圖 3 黃土高原地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig. 3 Distribution of landslides at the Loess Plateau

圖4 黃土高原斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型圖Fig. 4 Structure types for slopes with multiple sediments

點上，坡型、坡度和坡高是斜坡形變破壞的控制因素，植被、坡向則是影響因素（圖5）。

圖5 坡度、坡高、坡向與黃土斜坡失穩(wěn)概率圖Fig.5 Relationship of slope gradient, slope height and slope direction with slope stability

2 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與防治技術(shù)

2.1 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查技術(shù)

針對西北黃土高原區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特點，建立了統(tǒng)一的遙感圖像處理標(biāo)準(zhǔn)和地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志，完成了重點地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作，開發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害遙感成果數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了海量遙感影像數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。以陜西省延安市寶塔區(qū)為試點，開展地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查示范，總結(jié)了一套以遙感調(diào)查為先導(dǎo)，以地面調(diào)查和災(zāi)點測繪為主要手段，輔以必要的鉆探、物探和山地工程，采用點、線、面相結(jié)合，重點調(diào)查和一般調(diào)查相結(jié)合，專業(yè)調(diào)查、地方政府部門與當(dāng)?shù)厝罕妳⑴c相結(jié)合的方式開展調(diào)查的工作流程和技術(shù)方法體系，有效指導(dǎo)了全國地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作的全面開展（張茂省等，2011；薛強等，2021）。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害隱患識別技術(shù)

滑坡孕育與演化過程中伴隨著大量的可觀測信息，對這些信息進(jìn)行有效監(jiān)測和識別是實現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險減緩的有效措施（許強等，2020）?；诘刭|(zhì)判識的滑坡早期識別技術(shù)是最基礎(chǔ)、最具普適性的技術(shù)方法，通過滑坡地貌特征、斜坡結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)環(huán)境條件等要素來捕捉滑坡災(zāi)變征兆，進(jìn)而實現(xiàn)滑坡有效識別。應(yīng)用L波段ALOS-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用D-InSAR（differential interferometric synthetic aperture Radar，簡稱DInSAR）技術(shù)開展了地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)調(diào)查與識別，獲取區(qū)內(nèi)地表形變信息，圈定地質(zhì)災(zāi)害隱患斜坡段。采用貼面攝影測量技術(shù)獲取高精度三維地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建高精度三維實景模型，形成局部特征信息快速提取技術(shù)，該技術(shù)可有效開展主控結(jié)構(gòu)面、臨空條件和節(jié)理裂隙等精細(xì)化特征提取。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了基于區(qū)域地表形變分析與單體變形特征捕捉相結(jié)合的地質(zhì)災(zāi)害空地探測識別技術(shù)，構(gòu)建了基于InSAR、貼近攝影測量等技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識別技術(shù)框架（圖6）。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價技術(shù)

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理始于20世紀(jì)80年代末，20世紀(jì)90年代末開始流行。2005年在加拿大溫哥華召開的滑坡災(zāi)害風(fēng)險管理國際會議，對滑坡（含崩塌、泥石流）災(zāi)害風(fēng)險管理的基本理論、方法、經(jīng)驗以及實例進(jìn)行了研究討論，代表了當(dāng)時國際滑坡風(fēng)險評價管理的最新進(jìn)展（唐亞明，2012）。2006年，中國地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查工作開始起步。在自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)一部署下，開展了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理示范研究，將地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與風(fēng)險評價劃分為小比例尺（≤1∶100 000）、中比例尺（1∶25 000～1∶100 000）、大比例尺（1∶5 000～1∶25 000）和超大比例尺（≥1∶5 000）4種類型。借鑒國外經(jīng)驗，在西北地區(qū)率先開展了寶雞和延安地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估示范，在寶塔區(qū)對人員和財產(chǎn)分別進(jìn)行了評價和區(qū)劃，將全區(qū)劃分為高風(fēng)險、中風(fēng)險和低風(fēng)險3級；對區(qū)內(nèi)重點地區(qū)1∶1萬崩滑流風(fēng)險區(qū)劃，綜合危險性和危害后果，將區(qū)域劃分為風(fēng)險很高、風(fēng)險高、風(fēng)險中、風(fēng)險低和風(fēng)險很低5級。總結(jié)形成了一套不同比例尺的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價與區(qū)劃技術(shù)方法與流程，為區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理提供了依據(jù)。

圖6 地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識別技術(shù)框架圖Fig.6 Technical framework for early identification of geo-hazards

2.4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)

原國土資源部和中國氣象局簽訂的《關(guān)于聯(lián)合開展地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報工作協(xié)議》，標(biāo)志著中國地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報工作正式啟動，各省區(qū)、市、縣相繼開展各類地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測。西北地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作于2007年開展，分別在陜西延安、寶雞，甘肅黑方臺等地開展了專業(yè)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范建設(shè)和技術(shù)方法研究，針對區(qū)內(nèi)重大隱患點開展包括斜坡位移、斜坡土體含水量、孔隙水壓力等專項監(jiān)測及降雨量等氣象監(jiān)測；針對一般隱患點開展了包括簡易裂縫、位移等監(jiān)測，有效發(fā)揮了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測和警示作用。在此基礎(chǔ)上，完善了西北地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害群測群防網(wǎng)絡(luò)體系，以三維地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建設(shè)了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。2020年以來，以陜南略陽、甘肅舟曲為示范，啟動了西北地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害普適性監(jiān)測，相繼開展了陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆等地的普適性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害工程治理技術(shù)

開展了大型物理模型試驗，查明了黃土滑坡中微型樁和錨索抗滑樁的承載機理，揭示了黃土滑坡中微型樁和錨索抗滑樁的破壞模式及特征，建立與完善了新的微型樁、錨索抗滑樁設(shè)計計算理論，成果已納入《滑坡防治技術(shù)指南》。

基于黃土滲透性能低、排水困難等難題，提出了基于混合井、平硐、虹吸等新型排水技術(shù)（圖8），并在甘肅黑方臺、陜西延安、咸陽等地區(qū)的水致黃土地質(zhì)災(zāi)害治理中得到了充分應(yīng)用，排水效果顯著，防災(zāi)減災(zāi)效果明顯。

圖7 改進(jìn)的電阻率層析成像監(jiān)測裝置圖Fig. 7 Instruments and its main components of the improved ERT

圖8 黃土斜坡地帶水平虹吸排水的混合疏排水技術(shù)圖Fig.8 Drainage technique of horizontal siphon drainage and mixed well drainage in the loess slope

3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警典型案例

3.1 區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警

在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方面，通過對20世紀(jì)80年代以來陜北黃土高原地區(qū)25個縣近30年的已知發(fā)生時間的地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以降雨為誘發(fā)因素進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃，初步建立了陜北黃土高原地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警模型。進(jìn)一步結(jié)合黃土水敏工程特性，依托Hydrus軟件中的Slope Cube模塊，構(gòu)建滲流-應(yīng)力耦合的斜坡穩(wěn)定性分析模型；根據(jù)Lu等（2012）提出的局部安全系數(shù)算法，計算和分析了在不同降雨條件下，不同坡度的凸型、凹型、直線型斜坡的含水率、吸應(yīng)力和局部安全系數(shù)二維分布，分析了斜坡變形破壞的可能性，構(gòu)建了基于斜坡變形破壞概率的降雨型淺層黃土滑坡預(yù)警模型。在此基礎(chǔ)上，選取陜西省延安市寶塔區(qū)的主城區(qū)約214 km2范圍為研究區(qū)，在對研究區(qū)降雨特征、地貌幾何參數(shù)、災(zāi)點數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析的基礎(chǔ)上，以斜坡二維含水量分布為紐帶，采用類比法，將不同幾何形態(tài)的單體斜坡計算結(jié)果在區(qū)域上加以應(yīng)用，并與“7.3暴雨事件”中的實際災(zāi)點數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比（圖9），驗證了該預(yù)警模型的精度。

3.2 專業(yè)監(jiān)測點預(yù)警實例

3.2.1 甘肅黑方臺地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警實例

甘肅省永靖縣黑方臺地區(qū)是黃河三峽（劉家峽、鹽鍋峽和八盤峽）庫區(qū)移民的安置區(qū)，為解決移民區(qū)干旱缺水問題，1968 年實施了揚黃引水灌溉工程。長期大量引水灌溉和凍融作用導(dǎo)致黑方臺周邊滑坡頻發(fā)，嚴(yán)重地威脅著群眾生命和財產(chǎn)安全。2010～2012年，西安地質(zhì)調(diào)查中心與挪威巖土工程研究院（NGI）聯(lián)合開展了黑方臺地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險減緩國際合作研究，并與甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院及永靖縣國土局聯(lián)合共建了黑方臺黃土崩滑災(zāi)害野外科學(xué)觀測基地。依托監(jiān)測基地成果，系統(tǒng)揭示了灌溉水入滲機理及灌區(qū)地下水系統(tǒng)演化規(guī)律，查明了黃土工程地質(zhì)特性的灌溉效應(yīng)。結(jié)合大型離心模擬實驗，揭示了灌溉誘發(fā)型黃土滑坡啟動機理與運動過程，并在此基礎(chǔ)上2次成功預(yù)報滑坡，避免了人員傷亡。

結(jié)合滑坡機理研究和變形監(jiān)測結(jié)果，在黑方臺陳家村滑坡發(fā)生前10天和5小時分別向永靖縣國土資源局發(fā)布了短期預(yù)警和臨滑預(yù)警。2015年1月29日，提前5小時預(yù)報陳家村滑坡，避免了人員死亡；2015年4月29日，對羅家坡段滑坡提前預(yù)警，迅速撤離受滑坡威脅的47戶居民和3家企業(yè)人員，成功避免人員傷亡450余人（圖10）。

圖9 基于斜坡失穩(wěn)概率的黃土滑坡預(yù)測分級圖Fig.9 Prediction classification of loess landslides based on slope instability probability

3.2.2 陜西延安淹土安滑坡監(jiān)測預(yù)警實例

防止糞塊再積聚的試驗，可以分雙盲和開放兩個試驗階段設(shè)計。雙盲試驗的療程至少4～8周，可以每2周設(shè)置1個訪視時點；接下來的擴(kuò)展試驗可以設(shè)計 4～10 個月（補齊 6～12 個月［10‐11］），一般每4～8周設(shè)置1個訪視時點。解除糞便嵌塞的試驗，治療觀察期僅需3～6 d。此外，改善小兒便秘癥狀或證候的試驗，療程可以設(shè)計為3～6 d，或1～2周。療程2周的試驗，可以每周設(shè)計1個訪視時點。

淹土安滑坡位于陜西省延安市甘泉縣城關(guān)鎮(zhèn)瓦窯溝，2013年7月延安地區(qū)發(fā)生極端強降雨，導(dǎo)致滑坡前部蠕動變形，滑坡體出現(xiàn)數(shù)條橫向拉張裂縫，滑坡有復(fù)活跡象。為了減災(zāi)防災(zāi)和分析研究滑坡變形特征、變形力學(xué)機制，2013年10月16日開始對滑坡進(jìn)行實時監(jiān)測。通過對淹土安滑坡含水率與變形量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在土壤含水率增大的時間段內(nèi)，滑坡變形量也有增大的趨勢；同時，在土體基質(zhì)吸力減小的過程中，滑坡變形量在增大。因此，土壤含水率和基質(zhì)吸力的改變對滑坡穩(wěn)定性有著顯著的影響。

基于原位含水量和變形數(shù)據(jù)，結(jié)合水致黃土地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機理，于2014年5月14日發(fā)現(xiàn)滑坡變形加劇，及時進(jìn)行了預(yù)警預(yù)報，受威脅人員全部安全撤離，撤離次日滑坡前部滑塌，方量約200 m3，有效避免了人員傷亡。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，滑坡變形過程可分為初始變形、加速變形、變形破壞和減速變形4個階段。降雨是滑坡變形失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素，坡腳開挖和凍融作用對滑坡變形失穩(wěn)也有重要影響。

4 西北黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治面臨的新問題新挑戰(zhàn)

近年來，受極端氣候變化和人類工程活動影響，西北黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治面臨諸多新的形勢。

（1）氣候暖濕化導(dǎo)致雨線北移，極端降雨頻發(fā)，汛期延長。21世紀(jì)以來，西北地區(qū)年均降水量增幅約9.6 mm/10a，2000年以來，陜北地區(qū)400 mm等降水量線向西北方向移動達(dá)40 km，大于400 mm的降雨區(qū)面積增大了6.5%。2010年后，降水量年代變差系數(shù)由0.16增大到0.29，即干旱與洪澇交替更加明顯。近10年，西北干旱區(qū)年內(nèi)降水分布更加不均，6～9月降雨量占全年降雨量的比例可達(dá)80%以上。極端降雨強度增大，暴雨對降水的貢獻(xiàn)由15%增大到20%，由2.3次/年增大到4.1次/年，強降雨頻次逐步增加。陜北黃土地區(qū)在2013年、2017年、2021年高頻次出現(xiàn)極端降雨，其中2013年7月連續(xù)降雨時長達(dá)12天，累計降水量達(dá)到568 mm。同時，汛期呈延長趨勢，2021年共經(jīng)歷了22輪強降雨過程，最后一輪強降雨到10月15日結(jié)束，斜坡高含水率狀態(tài)與凍融期接續(xù)，使得地質(zhì)災(zāi)害防治形勢更為復(fù)雜。

圖10 陳家村滑坡預(yù)警數(shù)據(jù)圖（2015年1月29日）Fig.10 The early warning data for Chenjia landslides at 29th January, 2015

（2）小規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)逐漸成為人員傷亡的主要成災(zāi)模式。隨著地質(zhì)災(zāi)害防治體系建設(shè)逐步完善，中等以上規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害造成人員傷亡水平顯著下降?！笆濉逼陂g，黃土地區(qū)發(fā)生小規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量占比為81.0%，造成人員傷亡占比為60.6%，相比“十二五”，分別上升了12.9%和21.2%。2021年小規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害造成人員傷亡占總數(shù)的57.1%，而在2011年該比例為19.1%。

（3）低易發(fā)區(qū)在極端氣候條件下發(fā)生大量地質(zhì)災(zāi)害。近年來，城鎮(zhèn)周邊建設(shè)活動頻繁，切坡建房、修路形成了大量的人工高陡邊坡，地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)向村鎮(zhèn)發(fā)展的趨勢，極端降雨下以往的低易發(fā)區(qū)也呈現(xiàn)災(zāi)害多發(fā)的趨勢。甘肅天水娘娘壩地區(qū)以往為地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)，2013年7月發(fā)生極端降雨，誘發(fā)淺層黃土滑坡872起，造成33人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失39.6億元。

5 結(jié)論與展望

（1）西北地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，人類工程活動強度強烈，是中國地質(zhì)災(zāi)害強烈發(fā)育的地區(qū)，在國家統(tǒng)一部署下，“十三五”期間西北地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治成效顯著。然而，受近年來極端氣候變化和人類工程活動影響，西北地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治面臨諸多新的形勢，諸如氣候暖濕化導(dǎo)致雨線北移，極端降雨頻發(fā)，汛期延長；黃土地區(qū)溝道切坡建設(shè)與平山造地等人類工程活動強烈；小規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)逐漸成為人員傷亡的主要成災(zāi)模式；低易發(fā)區(qū)在極端氣候條件下發(fā)生大量地質(zhì)災(zāi)害。

（2）強化地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查排查，夯實防控基礎(chǔ)。圍繞城區(qū)山體斜坡區(qū)、農(nóng)村溝道斜坡段、高填方高開挖斜坡等地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)開展精細(xì)化風(fēng)險調(diào)查評價。探索開展低易發(fā)區(qū)極端條件下地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價。建立黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防范區(qū)的劃定技術(shù)方法，構(gòu)建風(fēng)險防范區(qū)的年度動態(tài)調(diào)整機制。

（3）優(yōu)化監(jiān)測手段，強化技術(shù)支撐。加強精細(xì)化氣象預(yù)警預(yù)報，推進(jìn)西北地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)化風(fēng)險預(yù)警模型試點應(yīng)用，預(yù)警單元由縣級到鄉(xiāng)鎮(zhèn)。推進(jìn)適用黃土地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)性特點的GNSS變頻解算算法完善與應(yīng)用，加快雷達(dá)感測、智能視頻等非接觸式位移監(jiān)測設(shè)備的野外功能驗證，研發(fā)有效深度3～5 m及以上的土壤含水率監(jiān)測設(shè)備，提升地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警能力。

（4）構(gòu)建雙控模式，提升防控成效。逐步構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害“隱患點+風(fēng)險區(qū)”雙控模式，形成“一點（隱患點）一區(qū)（風(fēng)險區(qū)）一管控”網(wǎng)格化工作機制。構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃定技術(shù)方法，探索建立地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)分類分級的源頭管控機制，圈定地質(zhì)災(zāi)害安全區(qū)范圍，對中等級別以上風(fēng)險區(qū)內(nèi)的土地用途、工程活動建設(shè)類別和強度、空間規(guī)劃等提出限制措施。

致謝:謹(jǐn)以此文慶祝中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心成立60周年。