天水市位于甘肃省东南部，属陇中盆地东南隅的天水盆地，渭河及其支流藉河自西向东穿城而过，为典型的河谷盆地型城市。区内特殊的地质环境条件，导致地质灾害频发，也使天水成为我国滑坡、泥石流等地质灾害多发的城市之一。历史上曾造成了严重的人员伤亡和经济损失，如1978年7月12日天水伯阳一带暴雨引发多处黄土滑坡、泥石流灾害，造成7人死亡，埋没伯阳火车站，中断宝天铁路行车360小时^[1]；1984年秋天水市及周边地区降雨引发88处滑坡，多处村镇、铁路及公路受到严重威胁^[2]；1990年8月11日天水市区突降大暴雨，诱发了几十处滑坡，造成22人死亡，其中，天水锻压机床厂滑坡造成7人死亡；秦州区北山椒树湾、泰山庙滑坡加剧变形，严重威胁下部14个单位、1974户7780人的生命财产安全^{[3, 4]}；2013年6月19日至7月26日期间，天水市各县(区)经历4次强降雨，导致大面积、群发性地质灾害发生，造成24人死亡^[5~7]，7月21日麦积区大沟滑坡^{[8, 9]}、7月29日麦积区伯阳榆树村滑坡^[6]、7月29日清水县曹王滑坡^[10]等滑坡均为此次强降雨引发的典型黄土滑坡灾害。

20世纪50年代初，铁路部门在陇海铁路的宝天段建设时最早开始对天水市境内铁路沿线的滑坡灾害进行研究^[11]，随后，各高等院校、科研院所、地矿部门和市政部门等相关单位陆续开展了区内的滑坡灾害研究与防治工作，取得了丰硕的研究成果。在空间尺度上，天水市的滑坡研究分为单体滑坡研究和区域性研究两种类型。单体滑坡研究主要集中于单个滑坡特征、类型、成因、形成机制、失稳模式、运动机理等方面^[12~22]，研究成果相对较少，系统和深入的研究仍然极为不足；区域性滑坡研究则多基于野外地质调查、已有成果资料总结等宏观定性描述或半定量统计分析方法^[23~29]，而深入的定量计算、分析和验证显得尤为不足。国外学者对天水市滑坡的研究几乎是空白，鲜有相关研究成果报道。

总体上，前人的研究缺乏研究区详细可靠的滑坡数据和相关特征参数，针对滑坡特征参数的研究成果仍较少。因此，我们通过研究区已有滑坡灾害研究资料整理分析甄别、室内遥感影像解译和野外实地调查验证等方法建立了详细、可靠的滑坡空间分布数据库，然后基于30m分辨率的SRTM DEM数据，采用GIS的空间分析模块，结合滑坡数据库，提取出研究区滑坡的平均高程、前后缘相对高差、平均坡度、滑坡面积、滑坡长度和滑动方向等6个特征参数指标并进行统计分析，在此基础上，对天水市区域滑坡发育演化机制进行探讨，并建立滑坡发育演化的机制模式。该研究对进一步准确认识区内滑坡的形成机理和进行有效的风险评价等，均具有十分重要的理论意义和现实价值。

天水市位于甘肃省东南部，地处陇中黄土高原南部，北秦岭山地北部。研究区所在天水市的秦州区和麦积区，是天水市的政治、经济、文化中心，总人口约130万，总面积约5833km²，其中秦州区面积约2349km²、麦积区面积约3484km²，地理位置34°5′5″~34°49′40″N，105°13′15″~106°42′58″E(图 1)。

图 1(Fig. 1)

图 1 研究区位置与滑坡分布图 Fig. 1 Map of positions and distributions of landslides in the study area

天水市处于青藏高原高寒区、西北内陆干旱区和东部季风区的交汇地带，属暖温带半湿润半干旱气候区，年平均气温为11℃，年平均降水量491.7mm，自东南向西北逐渐减少。降水量主要集中在7~9月，占全年降水量的70 %左右，且多以集中的暴雨形式出现，暴雨是引发各类地质灾害的主要因素，一般多发生在7~9月。区内一次连续最大降水量为286.6mm，一日降水量为113mm，小时最大57.3mm。研究区地处青藏高原与黄土高原的过渡地带，地貌类型主要为北部黄土丘陵沟壑区和南部基岩山区；区内出露的地层岩性主要为新生代的古近系巨厚砂砾岩、新近系巨厚泥岩和第四系风积马兰黄土等^[10]，岩土体工程性质差；受地质构造影响，区内发育西秦岭北缘断裂带、凤凰山断裂带和东泉断裂带等多条断裂带；区内发育的水系主要为渭河水系和嘉陵江水系；研究区地处我国六盘山南北地震带中段银川-天水-武都带和秦岭北缘东西地震带中部天水-兰州带的交汇复合部位，地震背景条件复杂，活动频繁。地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.30g。总体上，天水市地质环境条件脆弱，是滑坡灾害的多发高发区，滑坡灾害严重威胁区内人民生命财产安全，防灾减灾任务艰巨。

利用天水市已有滑坡灾害详细调查资料、Google Earth遥感影像和野外调查获取了研究区滑坡数据；滑坡特征参数基于30m分辨率SRTM DEM数据，并结合滑坡数据库提取后得到。对研究区范围内滑坡平面形态上面积大于1×10⁴m²、滑坡长度大于100m的典型中型以上滑坡开展特征参数统计分析研究。

通过研究区已有滑坡灾害研究资料整理分析甄别、室内遥感影像解译和野外实地调查验证等方法建立了研究区详细、可靠的滑坡空间分布数据库，共识别、获取到470个滑坡灾害点数据，包括秦州区255个、麦积区215个(图 1和2)。研究区总面积约5833km²，滑坡灾害点总面积89km²，将滑坡矢量图按30m×30m的栅格大小转换为栅格图，共得到98932个滑坡栅格单元，整个研究区栅格单元数为6481583个，研究区内总的滑坡面积百分比为1.5 %，滑坡点密度为0.1个/km²。

图 2(Fig. 2)

图 2 天水市滑坡典型照片 Fig. 2 Photos of typical landslides in Tianshui City

基于研究区30m分辨率的DEM数据，利用ArcGIS 10软件进行处理与分析，获取了研究区黄土滑坡的平均高程、前后缘相对高差、平均坡度、滑坡面积、滑坡长度和滑动方向等6个特征参数指标，并进行统计分析(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 天水市辖区470个黄土滑坡特征参数统计表 Table 1 Statistics of characteristic parameters of 470 loess landslides in municipal districts of Tianshui City 数据来源 特征参数 参数分级 SRTM DEM3.0m分辨率 平均高程/m 1000~1200、1200~1400、1400~1600、1600~1800、1800~2000 前后缘相对高差/m < 50、50~100、100~150、150~200、200~250、250~300、300~350、350~400、400~450 平均坡度/° 5~10、10~15、15~20、20~25、25~30、≥30 滑坡面积/×104m2 1~10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60、60~70、70~80、80~90、90~100、≥100 滑坡长度/m < 200、200~400、400~600、600~800、800~1000、1000~1200、1200~1400、1400~1600、1600~1800、1800~2000 滑动方向 北、北东、东、东南、南、南西、西、北西

表 1 天水市辖区470个黄土滑坡特征参数统计表 Table 1 Statistics of characteristic parameters of 470 loess landslides in municipal districts of Tianshui City

研究区滑坡平均高程采用分辨率为30m的数字高程模型(DEM)计算，滑坡平均高程在1023.1~1922.2m之间。按200m的间距将平均高程参数分为如下5个等级：1000~1200m、1200~1400m、1400~1600m、1600~1800m和1800~2000m进行统计分析(图 3)。从图 3可以看出，1200~1400m的高程区间发育的滑坡最多，共计200个，占总滑坡数量的42.55 %。该高程区间为滑坡发育的优势区间。

图 3(Fig. 3)

图 3 研究区滑坡平均高程分级统计图 Fig. 3 Chart of mean altitude classification of landslides in the study area

滑坡前后缘相对高差是指每个滑坡周界区域内，后缘最高点海拔高度与前缘最低点海拔高度的差值。它是描述滑坡地形特征的一个参数指标。按50m的间距将滑坡前后缘相对高差参数分为如下9个等级：< 50m、50~100m、100~150m、150~200m、200~250m、250~300m、300~350m、350~400m和400~450m进行统计分析(图 4)。图 4中反映出滑坡数量的高值区出现在50~150m的区间范围，共占总滑坡数量的59.57 %。在低于50m的区间范围内，滑坡数量较少；在高于150m的范围内，滑坡数量随高差的增加而逐渐减少。

图 4(Fig. 4)

图 4 研究区滑坡前后缘相对高差分级统计图 Fig. 4 Chart of relative height classification of landslides in the study area

斜坡坡度对滑坡发生起着重要的控制作用，坡度决定了地表形态和地下水的条件，从而影响斜坡的应力分布，控制滑坡的稳定和发育。研究区内滑坡的平均坡度在5.7°~33.9°之间，按5°的间距将滑坡平均坡度分为如下6个等级：5°~10°、10°~15°、15°~20°、20°~25°、25°~30°和≥30°进行统计分析(图 5)。从图 5可以看出，10°~15°的滑坡坡度是研究区滑坡的优势坡度，占总滑坡数量的50.85 %。在低于10°的区间范围内，滑坡数量较少；在高于15°的范围内，滑坡数量随坡度的增加而减少，这主要与区内发育的大量低角度缓倾黄土-泥岩接触面滑坡密切相关。

图 5(Fig. 5)

图 5 研究区滑坡平均坡度分级统计图 Fig. 5 Chart of mean slope classification of landslides in the study area

滑坡面积是滑坡形态特征的宏观参数，其大小决定着滑坡的规模。研究区内滑坡的面积在1.01×10⁴~266.3×10⁴m²之间。按10×10⁴m²的间距将滑坡面积分为如下11个等级：1×10⁴~10×10⁴m²、10×10⁴~20×10⁴m²、20×10⁴~30×10⁴m²、30×10⁴~40×10⁴m²、40×10⁴~50×10⁴m²、50×10⁴~60×10⁴m²、60×10⁴~70×10⁴m²、70×10⁴~80×10⁴m²、80×10⁴~90×10⁴m²、90×10⁴~100×10⁴m²和≥100×10⁴m²进行统计分析(图 6)。图 6中在滑坡面积1×10⁴~10×10⁴m²区间出现了滑坡数量的高值，为228个，占总滑坡数量的48.51 %。总体上，滑坡数量随滑坡面积的增加而逐渐减少。

图 6(Fig. 6)

图 6 研究区滑坡面积分级统计图 Fig. 6 Chart of area classification of landslides in the study area

滑坡长度也是滑坡形态特征的宏观参数，其大小决定着滑坡的滑动空间范围。研究区内滑坡的长度在106.3~1921.9m之间。按200m的间距将滑坡长度分为如下10个等级：< 200m、200~400m、400~600m、600~800m、800~1000m、1000~1200m、1200~1400m、1400~1600m、1600~1800m和1800~2000m进行统计分析(图 7)。图 7中明显表现出200~600m坡长区间的滑坡数量最多，占总滑坡数量的65.11 %，而200~400m范围内的滑坡最为发育，为优势区间。在低于200m的区间范围内，滑坡数量较少；在高于400m的范围内，滑坡数量随坡长的增加而逐渐减少。

图 7(Fig. 7)

图 7 研究区滑坡长度分级统计图 Fig. 7 Chart of length classification of landslides in the study area

滑坡的滑动方向即滑坡所在位置斜坡的坡向，坡向的分布范围在0°~360°之间。按照坡向每45°一个分带，将滑坡滑动方向按照北、北东、东、东南、南、南西、西、北西划分为8个分带见图 8和9，从中可以看出，总体上南西、西、北西、北、北东5个方向的滑坡最为发育，即为坡向朝西和朝北的方向。其中西向坡为滑坡的优势坡向。

图 8(Fig. 8)

图 8 研究区滑坡滑动方向分级统计图 Fig. 8 Chart of sliding direction classification of landslides in the study area

图 9(Fig. 9)

图 9 研究区滑坡滑动方向玫瑰花图 Fig. 9 Rose diagram of sliding direction of landslides in the study area

有关坡向对滑坡发育的影响分析方面，一些学者认为不同斜坡坡向的太阳辐射强度等条件不同，影响了水蒸发量、植被覆盖、坡面侵蚀等诸多因素，从而影响了斜坡的地下水孔隙压力的分布及岩土体物理力学特征，因而影响了斜坡及滑坡的稳定性^{[30, 31]}；而另一些学者认为坡向对地震滑坡的决定作用的主要原因并非这些，而主要与地震波的传播方向、地壳的运动方向以及与块体的运动方向相关，同时斜坡干燥程度、光照角度和植被发育情况等也均在一定程度上影响滑坡的发生^{[32, 33]}。兰恒星等^[30]对云南小江流域的滑坡研究表明，利于滑坡发生的坡向条件为北、南及西北向；陈晓利等^[31]对云南龙陵地区1976年地震诱发滑坡的影响因子分析表明，利于滑坡发生的坡向条件为南西及西北向；许冲等^[32]研究汶川地震诱发的滑坡，结果表明滑坡发生的坡向条件为东方向和南东方向。因此，在不同的滑坡研究区，由于所处的地质环境条件各异，因此滑坡发育的优势坡向亦不尽相同。如地震滑坡主要受地震和断裂带的控制和发育，而其他诱因的滑坡受太阳辐射、坡度、地层岩性和降雨等因素的影响。天水市发育的大量中型以上滑坡的优势坡向为朝西和朝北的方向，与区内发育的NWW向西秦岭北缘断裂和NE向断裂带密切相关。

区域性尺度滑坡研究表明，地质灾害的形成和分布主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、地震以及气候、人类活动等因素制约。其中，地层岩性、地质构造、新构造活动是地质灾害形成的基本条件，而气候、地震、地下水的活动往往是诱发因素^[34~40]。研究表明^[41]，中国大陆大型滑坡发育最根本的原因是具有有利的地形地貌条件，约80 %的大型滑坡发生在环青藏高原东侧的大陆地形第一个坡降带范围内，强震、极端气候条件和全球气候变化构成大型滑坡发生的主要触发和诱发因素；另外，70 %以上大型滑坡的发生与人类活动有密切的关系。黄河上游拉干峡-寺沟峡段黄河干流两侧特大型滑坡年代学研究表明，滑坡集中在5万年、3万年、1.0~0.8万年和0.5万年，反映晚更新世以来黄河下切最为强烈，创造了利于滑坡发生的临空条件，古气候变化或构造运动(地震)是导致群发的主控诱发因素^[42]。西北黄土高原区滑坡灾害数量众多，受区域地质、地形地貌等条件的影响^[43]，而位于陇中黄土高原典型地区的天水市亦是滑坡、泥石流等地质灾害多发的城市。

孕灾环境对滑坡的发育起着关键的控制作用，孕灾环境即区域地质地貌-气候环境格局。孕灾环境由各种不同的致灾因子组成，致灾因子分为环境本底因子和触发因子。因此，区域性滑坡的发育主要受控于特定的区域地质地貌-气候环境格局。据此，运用地史学、沉积学、构造学、动力地质学等的理论与方法初步建立了天水市滑坡发育演化机制的概念模型，如图 10所示。

图 10(Fig. 10)

图 10 天水市滑坡发育演化机制图 Fig. 10 Diagram of developmental and evolutionary mechanism of landslides in Tianshui City

影响滑坡灾害发生的环境本底因子主要包括地形因子(高程、坡度、坡向、曲率、地表粗糙度、地形起伏度、水系等)和地质因子(地层岩性和断层等)2种类型。天水市地貌上位于青藏高原与黄土高原的过渡地带，地形复杂；大地构造上处于古亚洲构造域、特提斯构造域和滨太平洋构造域交汇关键部位，属华北-塔里木板块、扬子板块和西藏块体三大块体的交汇部位，地质构造复杂；气候上位于青藏高原高寒区、西北内陆干旱区和东部季风区的交汇地带，气候类型复杂，对气候变化响应较敏感。总体上，天水市广泛发育的区域性滑坡正是对区内复杂的地质、地貌和气候等条件的敏感响应和反馈。从发育演化来看，研究区的滑坡主要受构造运动和气候变化两大因素控制。新生代是地质历史上距离人类最近的一个地质时期，发生了一系列波澜壮阔的地质构造事件和气候事件^[44~46]。区内的滑坡亦在新生代开始出现，随着新构造运动和气候环境的变化而不断的发育、消亡而进行演化。新生代以来影响研究区的构造运动主要为西秦岭隆升和青藏高原隆升，华南板块与华北板块碰撞造成西秦岭不断隆升，印度板块与欧亚板块碰撞造成青藏高原不断隆升，而西秦岭隆升过程又受到青藏高原隆升的影响^[45]。天水市及周边地区新生代以来划分为6个演化阶段，盆地雏形阶段、构造活动与盆地形成阶段、构造活动与盆地发展阶段、构造抬升与盆地萎缩阶段、构造隆升与盆地消亡阶段、山间盆地阶段^[47]。在这一过程中经历了喜马拉雅运动(第一幕45~38Ma B.P.、第二幕25~17Ma B.P.和第三幕3.6Ma B.P.至今)、青藏运动(A幕3.6Ma B.P.、B幕2.6Ma B.P.和C幕1.7Ma B.P.)、昆仑-黄河运动(1.2Ma B.P.、0.8Ma B.P.和0.6Ma B.P.)以及共和运动(0.15Ma B.P.)^{[48, 49]}。在上述构造运动和气候变化的共同作用下，逐渐塑造出研究区现今的区域地质地貌-气候环境格局，包括基岩山地(西秦岭、麦积山和凤凰山等)、天水盆地(古近系巨厚砂砾岩、新近系巨厚泥岩和第四系风积马兰黄土等)、断裂带(西秦岭北缘断裂带、凤凰山断裂带和东泉断裂带等)和水系(渭河水系和嘉陵江水系)。在后期孕灾环境的不断调整和控制作用下，逐渐演变为现今区域性滑坡的空间发育分布格局。

上述天水市辖区内黄土滑坡的特征参数统计分析结果揭示出区域性滑坡的发育对孕灾环境具有极强的选择性，具有一定的敏感和易发区间，区间内呈滑坡多发高发的态势。天水市辖区的中型以上黄土滑坡特征主要集中于平均高程1200~1400m、前后缘相对高差50~150m和平均坡度10°~15°的区间，表明滑坡具有低高程、小高差和缓角度的特征，区内地表形态变化较小和坡面侵蚀相对较弱。这些特征与天水市区域性地质地貌背景相关，新生代以来天水市受构造隆升和气候变化作用，形成由新近系、古近系等泥质岩类组成的高低起伏的“古红土丘陵”地貌；风成马兰黄土则以披覆形式堆积在古红土丘陵之上，形成黄土丘陵，构成上部黄土、下部泥岩的“双层异质”斜坡结构^[10]，为区内滑坡的发育形成奠定了地形地貌和地质基础。天水市发育的大量中型以上滑坡的优势坡向即滑动方向为朝西和朝北的方向，与区内发育的NWW向西秦岭北缘断裂和NE向断裂等密切相关，总体上区内发育的中型以上滑坡滑动方向垂直于断裂带走向，或与断裂带走向平行。

渭河和西汉水等大型河流及其支流水系的发育形成了大量河(沟)岸斜坡带，在水流的不断冲刷和侧蚀等作用下，也诱发了大量河(沟)岸滑坡。区内渭河、西汉水及其支流两岸滑坡呈带状分布，反映了滑坡以流域为单元集中分布的特点。区内大体可分为渭河两岸滑坡密集带、藉河两岸滑坡密集带、南沟河两岸滑坡密集带、永川河两岸滑坡密集带、东柯河两岸滑坡密集带及西汉水中、下游滑坡密集带等数个滑坡密集带。

影响滑坡灾害发生的触发因子主要包括降雨、地震和人类活动(如道路等)。水是滑坡发育最为活跃的动力因素之一，曾有“无水不滑”之说，极端气候变化导致的强降雨是区内滑坡和各类地质灾害发生的重要触发因子^{[37, 50, 51]}，如前文所述1990年8月锻压机床厂滑坡、2013年7月天水市强降雨诱发的群发性滑坡等。天水市地震背景复杂，活动频繁，143年10月甘谷西7级地震、734年3月19日天水市7级地震、1654年7月21日天水南8级地震、1718年6月19日通渭7.5级地震和1920年12月16日海原8.5级地震等历史强震均在区内造成大量滑坡灾害，如天水市区北山周家山-王家山滑坡、红旗山滑坡、孙家坪滑坡和肖家庄滑坡等均为地震诱发滑坡。道路修建和不合理的削坡建房等人类活动的开挖坡脚和人工堆载也是诱发滑坡的重要因素，如G316国道稍子坡滑坡群和甘肃工业职业技术学院滑坡等。

综上所述，从天水市滑坡的发育演化过程来看，区内的滑坡孕育和发生主要受构造运动和气候变化两大因素控制，区域特定的地质地貌-气候环境格局对滑坡的发育起着关键的控制作用。

(1) 基于SRTM 30m分辨率的DEM数据，采用GIS的空间分析模块，结合滑坡数据库，提取出研究区黄土滑坡的平均高程、前后缘相对高差、平均坡度、滑坡面积、滑坡长度和滑动方向等6个特征参数指标。统计分析结果表明：天水市辖区的中型以上黄土滑坡特征主要集中于平均高程1200~1400m、前后缘相对高差50~150m、平均坡度10°~15°、滑坡面积1×10⁴~10×10⁴m²、滑坡长度200~600m、滑动方向南西—西—北西—北—北东的范围内，这些区间范围内的滑坡发育数量最多，分布最广。

(2) 根据天水市辖区黄土滑坡的特征参数统计分析，表明研究区是低高程、小高差、缓角度、中型黄土滑坡广泛发育的地区，区内地表形态变化较小和坡面侵蚀相对较弱。

(3) 在上述统计分析的基础上，对天水市区域滑坡发育演化机制进行探讨，并建立滑坡发育演化的机制模式。从发育演化来看，研究区的滑坡主要受构造运动和气候变化两大因素控制。天水市广泛发育的区域性滑坡正是对区内复杂的地质、地貌和气候等条件的敏感响应和反馈，特定的区域地质地貌-气候环境格局对滑坡的发育起着决定性的控制作用。

致谢 衷心地感谢审稿专家和编辑部老师对本文提出的宝贵修改意见。