丹江口庫區地質災害發育特征及形成機制分析

李隆平, 雷深涵, 郭 峰

(湖北省地質局 水文地質工程地質大隊,湖北 荊州 434100)

丹江口庫區地質災害發育特征及形成機制分析

李隆平, 雷深涵, 郭 峰

(湖北省地質局 水文地質工程地質大隊,湖北 荊州 434100)

通過對丹江口庫區地質災害點現場調查與分析確定該庫區地質災害發育類型為滑坡、崩塌、不穩定斜坡。從地形地貌、構造、地層巖性、降雨和人為條件分析該區地質災害的形成機制,研究結果顯示該庫區地質災害發生與人類工程活動和降雨誘發因素關系密切,做好汛期地質災害監控和對工程建設活動進行規范管理是該庫區地質災害防治的關鍵。

地質災害；發育特征；形成機制；防治對策；丹江口庫區

十堰市丹江口庫區地質災害十分發育,各類地質災害所表現出的特征及危害程度有相似之處,亦存在一定的差異,這些差異的形成有不同的災害成災機理。了解掌握災害的成災機理,是認識各類地質災害并進而有效防治的前提。本文對該庫區境內地質災害點進行了詳細的現場調查與分析,確定了該庫區的主要地質災害類型及其成災機理,并提出了相應的防治建議。

1 研究區背景

丹江口水庫位于湖北省丹江口市和河南省淅川縣,域跨鄂豫兩省,分為湖北境內漢江庫區、河南境內丹江庫區兩大庫區。本文中“丹江口庫區”所指為湖北省境內十堰市城區、丹江口市、鄖縣、鄖西縣庫區范圍。丹江口水庫是中國南水北調中線工程的水源地,水庫總面積846 km2,庫區水面最寬超過20 km,最窄不足300 m,庫區水位最深達80 m。丹江口水利樞紐工程,大壩高為162 m,總長2 494 m,設計蓄水水位157 m,庫容為174×108m3；為解決華北地區的城市生活與工業用水,壩頂加高至176.6 m,設計蓄水位提高到170 m,庫區水域面積達1 022.75 km2,總庫容達290.5×108m3。

丹江口庫區屬北亞熱帶季風的溫和半濕潤氣候,多年平均氣溫12～16 ℃,年平均蒸發量700～1 100 mm之間,年平均降水量700～1 100 mm,年內分配不均,5—10月降水占全年的70%～80%,7—9三個月占年降水量的40%～60%。在大氣環流作用下,空中水汽易向水庫及周圍地區擴散,使水庫及周圍地區的局部暴雨加強,甚至常發生災害性局部暴雨。境內河流主要為漢江和丹江水系,主干河流為漢江,支流有丹江、浪河、后河、劍河、東河、官山河、泗河、神定河、堵河、將軍河、白石河、大柏河、石人河、龍門河、天河、泥河、夾河、老灌河、淇河。

丹江口庫區地處秦巴山區東段,是一個以低山丘陵為主體,山谷相間的山區。大部分為山地,山高谷深,山體渾圓,山川溪水縱橫。漢江自西向東貫穿,漢江兩岸枝狀水系發育,地勢總體上西高東低,地貌類型主要可劃分為構造侵蝕剝蝕低山峽谷地貌、構造侵蝕丘陵地貌及構造盆地[1]。

丹江口庫區屬于多旋回的秦嶺地槽區,主要由元古界、震旦系、寒武系變質巖組成,其上為中新生代盆地。區內經歷了多次構造運動,形成了一系列極其復雜的構造形跡。以北西向構造帶為主,主要表現為斷裂、褶皺。兩鄖斷裂和白河—石花街(公路)斷裂及與其相關的次級構造。兩鄖與公路斷裂規模十分龐大,它不但控制著區內構造骨架,同時也控制了地層建造。兩鄖斷裂直接控制著鄖縣盆地的發生發展。斷裂帶內巖石破碎,并見有泥化及糜棱巖化。區域性變質作用總體以淺—中等變質為主,表現為片理、片麻理發育。元古代及古生代的基性、超基性侵入巖呈北西向帶狀分布在兩鄖和公路斷裂之間。

2 地質災害發育特征

2.1 類型

丹江口庫區地質災害十分發育,截止2013年7月,發育地質災害點704處,災害類型有滑坡、崩塌、不穩定斜坡三種地質災害(圖1)。其中:滑坡502處,占71.3%；崩塌12處,占1.7%；不穩定斜坡190處,占27.0%。地質災害類型以滑坡為主,不穩定斜坡次之。

圖1 丹江口庫區地質災害分布圖Fig.1 Columnar distribution map of geological disasters in Danjiangkou reservoir area

2.2 規模

地質災害規模按受災體體積可分為巨型、特大型、大型、中型及小型。丹江口庫區境內各類地質災害以小型為主,共489處,其中滑坡329處,崩塌11處,不穩定斜坡149處；中型192處,其中滑坡150處,崩塌1處,不穩定斜坡41處；大型21處,均為滑坡；特大型滑坡2處,體積分別為2 816×104m3、1 359×104m3(表1)。

表1 丹江口庫區地質災害規模統計表Table 1 Statistics of geological disasters in Danjiangkou reservoir area size

2.3 分布特征

丹江口庫區由于受其復雜的地形地貌、地質、氣象水文條件和其強烈的構造運動及人類工程經濟活動的影響,使得本地區地質災害相對發育,其分布在地形和地域上有較明顯差異。地質災害點在庫區境內30個鄉鎮均有分布,數量最多的5個鄉鎮依次為:龍山鎮、柳陂鎮、均縣鎮、武當山特區及習家店鎮，分別為77處、65處、59處、47處、45處；六里坪鎮、牛河鎮、浪河鎮、涼水河鎮、丁家營鎮、方灘鄉、黃龍鎮、楊溪鎮、茶店鎮、青山鎮、城關鎮、青曲鎮、五峰鄉、胡家營鄉、羊尾鎮等15個鄉鎮次之,點數13～36處；其余鄉鎮地質災害分布較分散,地質災害點數均<10處(圖2)。

2.3.1 地形分布

主要分布在構造剝蝕丘陵區,其主要分布于庫區堵河河口—韓家洲—青曲鎮店子河村一線以下地帶,高程150～500 m,地勢起伏較小,河谷由上至下逐漸開闊,兩岸坡度多為15°～30°,植被一般較發育。由于城鎮發展,人類工程活動頻繁,自然植被破壞嚴重,在降雨或暴雨情形下,坡面侵蝕強烈,崩塌、滑坡、不穩定斜坡等地質災害較發育。在704處地質災害中,有428處發育在構造剝蝕丘陵區,占總數的60.80%。構造侵蝕低山峽谷區、構造盆地區次之,分別發育171處(占總數的24.29%)、105處(占總數的14.91%)。

圖2 丹江口庫區各鄉鎮地質災害點分布柱狀圖Fig.2 Distribution map of geological hazard spots in townships of Danjiangkou reservoir area

2.3.2 巖性分布

丹江口庫區境內有松散巖土體類、碎屑巖類、層狀碳酸鹽巖類、片狀變質巖類、塊狀巖漿巖類等巖土類型,各巖類均有地質災害分布。按巖土類型分類,主要分布在片狀變質巖類、松散巖土體類巖性區,分別發育有298處(占總數的42.33%)、236處(占總數的33.52%)；其次分布在碎屑巖類巖性區,數量131處,占總數的18.61%；層狀碳酸鹽巖類巖性區,數量24處,占總數的3.41%；塊狀巖漿巖類巖性區,數量15處,占總數的2.13%(圖3)。

圖3 地質災害巖類柱狀分布圖Fig.3 Histogram map of the distribution of rocks in geological hazards

2.3.3 構造單元分布

地質災害點具有與主構造線展布方向一致展布的特征,具體表現：沿斷裂構造帶兩側密集發育,其中兩鄖斷裂帶左右各1 km影響范圍內分布有地質災害點60處,占總地質災害的8.80%；公路斷裂帶左右各1 km影響范圍內分布有地質災害點47處,占總地質災害的6.68%；觀音—茶店復背斜,共發育有47處,占總地質災害的6.68%。

2.3.4 時間分布

主要集中在6—9月。這些時間點段也是區內降雨主要時段,集中了區內降雨量60%,共發生滑坡386處,占有時間記錄滑坡的86.4%；而其它月份降雨量占40%,發育滑坡60處,占13.6%。由此可見,地質災害在月份上分布不均,且多分布于汛期6—9月份,地質災害的時間分布規律受降雨周期及降雨量影響明顯。

2.3.5 地質災害點主要分布在人類工程活動較強烈的地帶

人類工程活動破壞了原有巖土體地質結構,易導致地質災害的發生,且工程活動越強烈的地方地質災害越發育。本次調查的地質災害點中,158處滑坡、9處崩塌、48處不穩定斜坡均與人類工程活動有關,大多是因城鄉建設與村民建房、基礎設施(如公路)建設或庫水位變化影響等形成的高陡切坡。如丹江口市旅游港等碼頭建設、均縣鎮等集鎮遷復建、十鄖高速、黃方公路等交通路網建設,誘發了較大規模的崩塌、滑坡、不穩定斜坡等地質災害。

3 形成條件和誘發因素

地質災害的發生是地形地貌、地質構造、巖土體結構類型、降雨、地震、河流侵蝕、人類工程活動等諸多因素共同作用的結果,其中地形地貌、地層巖性與巖土體結構類型、地質構造、水文地質條件等是地質災害產生的基礎條件,降雨、人類工程活動、河流侵蝕、地震等是地質災害形成的誘發因素。

3.1 形成條件

3.1.1 地形地貌條件

崩塌、滑坡、不穩定斜坡是斜坡上的巖土體在自重以及其他動力作用下發生運動的結果。地形較陡是地質災害產生的重要條件,是崩塌、滑坡、不穩定斜坡等重力地質災害動力形成的基本條件,地形高差越大、坡度越陡,斜坡巖土體下滑力越大,發生崩塌、滑坡的可能性也就越大。據本次地質災害調查資料顯示,丹江口庫區境內地質災害分布與地形地貌關系密切,構造剝蝕丘陵區地質災害點分布最多(占總數的60.80%),且相對較集中；災害點主要為滑坡、崩塌、不穩定斜坡。其主要原因是該區地勢高差相對較大,一般150～500 m。溝谷多呈“U”形和“V”形,坡度較陡(坡角25°～40°)；坡腳處常有厚度較大、結構松散的殘坡積物堆積,有利于崩塌、滑坡的形成。

3.1.2 地層巖性條件

地層巖性是災害形成的物質基礎,地質災害活動與巖土類型、性質、結構具有特別密切關系。軟弱地層,在構造作用以及其它外力作用影響下,都容易形成土狀或泥狀的軟弱夾層,成為潛在的滑動面或滑動帶,具備產生滑動的基本條件,同時,在軟弱地層中,由于抗風化能力弱,易形成大量的松散物質。相反,硬質巖類,巖體抗風化能力強,不易形成潛在滑移面和松散物質。巖性不同,其地質災害的發育程度及類型也不同。根據本次調查資料顯示,境內321處土質滑坡中,僅7處土質滑坡是發生在土體內部,其余全是沿巖土界面滑坡,占地質災害點總數的44.6%。巖性主要為粘土、粉質粘土、粉土夾碎塊石,結構松散,孔隙度大,透水性強,下伏基巖透水性相對較小,在飽水狀態下易沿巖土接觸面形成崩滑；110處巖土混合型滑坡中有103處發生于片巖地層,占總數的14.6%,強風化層厚度多在10 m左右,巖石風化破碎,力學強度低,遭遇強降水和人類工程活動情況下發生崩滑；71處巖質滑坡中,有46處發生在元古界變質巖中,占地質災害總數的6.5%,該類地層以絹云母片巖、綠泥石英片巖、鈉長片巖等為主,巖性軟弱,抗風化能力較弱,受降雨和工程活動影響易形成崩滑。根據調查分析統計,第四系松散巖和較堅硬—軟弱的元古界武當山群變質巖為境內的易滑巖組。

3.1.3 斜坡結構類型條件

斜坡結構類型是崩滑災害形成的直觀地質基礎條件,且可深入統計分析崩滑災害的形成機理,地質災害與其具有相關性[2]。在順向坡中發生崩滑的可能性越大。根據本次調查,丹江口庫區境內發生滑坡數量最多的斜坡結構是順向坡,共167處,占地質災害點總數的23.7%；其次是斜向坡,共156處,占地質災害點總數的22.1%。不穩定斜坡中因存在部分人工切坡所致,故未參與統計分析。

3.1.4 地質構造條件

丹江口庫區屬于多旋回的秦嶺地槽區,區內經歷多期次構造運動,斷裂及褶皺發育,地質構造復雜；加上大面積分布的變質巖巖性軟弱,在構造作用下,使得巖體結構進一步破碎,完整性及穩定性較差,在降雨、工程活動等因素作用下,這些構造帶往往也是地質災害密集發育地帶。

3.2 誘發因素

3.2.1 降雨

根據本次調查,在丹江口庫區已發生的崩塌、滑坡中,其具有群發性、周期性和季節性等特征,這些特征與降雨都存在緊密聯系,汛期短時暴雨或持續強降雨是庫區重要的地質災害誘發因素之一。尤其最近數年以來,隨著氣候變化異常大背景的影響,汛期暴雨增多,并形成了一些新生滑坡崩塌災害。以丹江口市為例,2003年8月28日—9月2日降雨量達178 mm,發生地質災害24處；2005年9月30日—10月2日降雨量123 mm,發生地質災害3處；2012年8月5日—7日六里坪鎮降雨量300 mm,發生地質災害8處。均表明地質災害的發生與強降雨存在密切關系。此外,許多滑坡在經歷上述幾個降雨時間段時,有明顯加劇變形跡象。如丹江口市丹趙路街楊山林場蔡家包子滑坡于2005年9月30日發生變形,后緣形成弧形裂縫,延伸長約15 m,寬約0.2 m,下挫0.2～0.5 m；2010年6月23日降雨后,變形急劇增加,裂縫加長至50 m,寬0.5～1 m,下挫1～2 m。

3.2.2 人為因素

(1) 人類工程活動 不良工程地質作用是導致發生地質災害的重要因素。據現場調查,與工程活動有直接或間接關系的地質災害隱患點有215處,占總數的30.5%。由此可見,引發地質災害的人類工程活動中,更多表現為對邊坡的開挖,形成高陡人工切坡,邊坡的臨空面增大,邊坡失去平衡后失穩,在降雨的作用下引發崩塌、滑坡。尤其是農村建房切坡是丹江口庫區引發崩塌、滑坡災害的主要工程活動,雖然災害規模不大,但點多面廣,直接威脅房屋建筑,危害性大。

(2) 庫水作用 丹江口水庫蓄水后,滑坡坡體受到庫水浸泡,滑坡巖土體與水發生相互作用,一方面,巖體發生軟化,特別是滑動帶的物理力學性質變差,抗剪強度值急劇降低,導致抗滑力減小,且這種軟化常常具有不可逆性；另一方面滑坡部分浸水后,上浮力增大,對庫岸穩定性造成影響,從而誘發滑坡的形成或復活。當庫水位從高水位降落時,滑體中的孔隙水向坡下滲流,產生向下的滲透動水壓力,這種壓力和滑坡的滑動方向一致,從而增加了滑體的下滑力,引起滑體局部調整而出現變形。據現場調查,丹江口庫區回水范圍內,發育涉水地質災害共有222處,占總數的31.5%。這些地質災害前緣均受水庫回水的淹沒或受水位升降變化影響,如果長期淹沒、沖蝕,將導致這些地質災害體的前緣乃至整體發生變形失穩。

4 結語

丹江口庫區地質災害形成和發展受多方面的因素控制,以地形地貌、地層巖性、地質構造等地質環境背景為內在因素,以人類工程活動、庫水作用對地質環境的破壞和改造為外在因素,以降雨為誘發因素,是所有這些因素共同作用、相互影響的結果。從內在因素來說,以下地段易產生滑坡、崩塌:山高坡陡地段,巖石風化強烈、殘坡積層厚度大的斜坡地段,裂隙發育巖石破碎地段，斷裂褶皺發育地段。地質災害發生與人類工程活動和降雨誘發因素關系密切,因此,做好汛期地質災害監控和對工程建設活動進行規范管理是該庫區地質災害防治的關鍵。

[1] 肖宇煌,王戈,蘇昌,等.湖北省十堰市丹江口水庫庫區地質災害調查報告[R].武漢：湖北省地質環境總站,2013.

[2] 姜得義，朱合華，杜云遺.邊坡穩定性分析與滑坡防治[M].重慶：重慶大學出版社，2005.

(責任編輯：陳文寶)

Analysis of Development Characteristics and Formation Mechanism of GeologicalDisasters in Danjiangkou Reservoir Area

LI Longping, LEI Shenhan, GUO Feng
(HubeiInstituteofHydrogelogyandEngineeringGeology,Jingzhou,Hubei434100)

Based on field investigation and analysis of geological disasters in Danjiangkou reservoir area,the authors determine development types of geological disasters are landslide,collapse and unstable slope.The paper analyses formation mechanism in sides of topography,lithology,structure,rainfall and human conditions.The results show geological disasters in the reservoir area ,economic activities of human beings and the rainfall induced factors are closely related.Good geological disasters monitoring and standardized management of the activities of engineering construction is the key of the prevention of geological disasters in the reservoir area.

geological disaster;development characteristics;formation mechanism;countermeasures;Danjiangkou reservoir

2014-09-18；改回日期：2014-10-14

湖北省南水北調丹江口庫區及十堰城區、丹江口市、鄖縣地質災害詳細調查項目。

李隆平(1984-),男,助理工程師，工程地質勘查專業,從事地質災害防治、水工環地質工作。E-mail:723263035@qq.com

P694

A

1671-1211(2015)01-0036-04

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.1358.016.html 數字出版日期:2014-12-24 13:58