清江隔河巖庫區滑坡災害時空分布特征和主要控制因素分析

張端淼, 徐 勇, 吳 昱

(1.宜昌市地質環境監測站,湖北 宜昌 443000; 2.中國地質調查局 武漢地質調查中心，湖北 宜昌 443005)

清江隔河巖庫區滑坡災害時空分布特征和主要控制因素分析

張端淼1, 徐 勇2, 吳 昱1

(1.宜昌市地質環境監測站,湖北 宜昌 443000; 2.中國地質調查局 武漢地質調查中心，湖北 宜昌 443005)

隔河巖庫區地處鄂西山區,地質環境條件復雜,屬地質災害易發地帶,其中滑坡是庫區最主要和常見的災害。基于區內以往地質災害調查資料統計分析的基礎上,總結了滑坡的時間、空間分布特征,認為地形地貌、地層巖性、大氣降雨和庫水位變化等是庫區滑坡災害的主要控制因素。

清江隔河巖庫區;滑坡災害;時空分布特征;主要控制因素

隔河巖水利工程是清江梯級開發的啟動工程,位于清江中下游湖北省長陽土家族自治縣(簡稱“長陽縣”)境內,1987年由國家與湖北省合資建設,1993年4月下閘蓄水,壩前抬高水頭120 m。隔河巖庫區地處鄂西山區,地質環境條件復雜,屬地質災害易發地帶。庫區蓄水運行后,相繼發生了一些規模大的地質災害,已造成了較大的損失。其中,滑坡是庫區最主要和常見的災害,對當地人民群眾的生命財產安全構成嚴重威脅,對庫區的安全運營和生態環境保護影響也較大[1]。主管部門清江投資公司對隔河巖庫區的地質災害高度重視,曾針對“清江茅坪滑坡潛在危險性”組織院士等資深專家進行了專題研討；近年來,對庫區的重大地質災害點加強了專業監測,對災害體的發展趨勢預測也取得較大進展,其中研究較多的主要是楊家槽滑坡、茅坪滑坡。

本文基于區內以往地質災害調查資料統計和分析的基礎上,從隔河巖庫區滑坡的時間、空間分布特征以及滑坡與地形地貌、地層巖性、大氣降雨、庫水位變化等方面的關系出發,分析庫區滑坡災害的發育規律和主要控制因素,對庫區滑坡災害防治工作具有一定的指導意義。

1 隔河巖庫區滑坡發育現狀

隔河巖庫區目前共調查發現滑坡287處(截至2011年),面密度為8.33處/100 km2,滑坡總方量39 771.599萬m3,主要分布于庫區干流的中上游兩岸(特別是左岸)。根據滑坡的規模級別劃分標準,特大型9處、大型42處、中型103處、小型133處；根據滑坡的物質組成,土質滑坡239處,巖質滑坡48處；根據滑坡的現狀穩定性,穩定46處,基本穩定143處,不穩定98處；按滑體的厚度劃分,淺層滑坡(厚度<10 m)數量182處,中層滑坡(厚度10～25 m)數量83處,深層滑坡(厚度25～50 m)數量22處。滑坡發育分布現狀見圖1。

2 隔河巖庫區滑坡時間分布特征

隔河巖庫區降雨具有水平和垂直方向上的分帶規律,在水平方向上,流域西部降雨量大于東部,南、北兩側山區降雨量高于河谷地區；在垂直方向上,庫區海拔1 000 m以下的地帶降雨量多在1 300 mm以內,海拔升高則降雨量增多。降雨集中在雨季,且多暴雨,5—8月降雨量占全年降雨量的50%以上。區內降雨的分布及特點對滑坡的發育和分布影響很大,尤其是以降雨為主要動力因素和激發因素的滑坡,受降雨集中性和突發性的控制十分明顯。據調查資料統計,區內發生滑坡的時間主要集中在1975年、1989—1992年及2005—2006年,最為突出的1975年共發生滑坡47處,這主要和上述年份降雨較豐沛有關。

隔河巖庫區滑坡的時間分布與降雨周期緊密相關,滑坡變形破壞的時間規律主要表現為同發性、滯后性和不穩定的周期性。

圖1 隔河巖庫區滑坡分布現狀略圖Fig.1 Outline of distribution status of landslide in Geheyan reservoir area

(1) 同發性:在外界強動力驅動下,滑坡與驅動力幾乎同時發生,這一特性稱之為滑坡與動力因素的同發性。庫區以降雨型滑坡表現最為突出,每年雨季均有滑坡災害新發生,且常造成直接經濟損失。據調查資料統計,庫區絕大多數滑坡發生在雨季,有時間記載的有223處,其中6—8月發生的就有176處,占79%；而每年的6—8月份正好是區內降雨最為集中的時段,這種時間上的分布規律顯然不是巧合,表明區內滑坡與降雨的關系非常密切,滑坡的發生與較高強度的降雨具有同發性。

(2) 滯后性:滑坡變形破壞的滯后性規律,在降雨型滑坡中表現較為突出。據統計,隔河巖庫區滑坡滯后期多在7天以內,占70%以上；滯后期為7天—1個月的占近30%；1個月以上者少見。

(3) 周期性:滑坡有其自身的形成、演變過程,在其變形史上,變形的間隔期具韻律特征則稱之為周期性。周期性是繼承性在時間上的反映,繼承性系指滑坡空間上的世襲性,已經產生過變形的滑坡,往往有重復變形的特點,有的甚至多次復活,復活后的變形與以往的變形有較大程度的相似。據統計,庫區重復(復活)多次變形的滑坡占總數的50%以上。

3 隔河巖庫區滑坡空間分布特征

3.1 呈帶狀分布

庫區滑坡分布大致可分為兩個帶,即鴨子口—漁峽口滑坡發育帶、賀家坪—榔坪滑坡發育帶。鴨子口—漁峽口滑坡發育帶即庫區干流的中上游,全長72 km,地面高程450 m以下一級斜坡帶滑坡點分布較密集,這與該高程以下第四系堆積物發育以及人類工程活動強烈(如庫區蓄水、切坡修路等)有關,兩岸分布滑坡67處,分布線密度0.93處/km；賀家坪—榔坪滑坡發育帶大致沿長陽縣賀家坪鎮—榔坪鎮的軸線河谷一帶展布,長17.5 km范圍內分布滑坡26處,分布線密度0.675處/km,該區域以榔坪河為中心的狹窄走廊兩側,高速公路、鐵路修建等人類工程活動十分強烈,導致滑坡較為發育。

3.2 干流及其支流交匯處滑坡發育

在清江干流及其支流交匯處,因沖刷、侵蝕等因素造成兩面或三面臨空,為滑坡發育創造了空間條件。如在長陽縣漁峽口鎮上游巖松坪處(清江右岸),清江與溪流交匯附近的8.3 km2范圍內發育滑坡9處,面密度達1.08處/km2(圖2)；又如清江與天池河交匯處發育滑坡13處(圖3)。

圖2 清江與溪溝交匯處(巖松坪)滑坡災害發育分布圖Fig.2 Distribution map of disaster development of landslide

圖3 清江與天池河交匯處滑坡平面分布圖及Quick bird影像圖Fig.3 Plane distribution map of landslide and Quick bird image map1.危巖體;2.古滑坡;3.現代滑坡;4.滑坡體。

3.3 順向岸坡滑坡發育

庫區滑坡與斜坡結構類型有密切的關系。當河谷岸坡結構與巖層傾向一致時,易發生滑坡,尤其是順向斜坡層狀巖體及坡面松散堆積層構成“二元結構”時,滑坡尤其發育,且一般穩定性較差。如長陽縣鎖風灣—桃山段的清江左岸斜坡多為“二元結構”的順向岸坡,長6 km的岸坡發育滑坡共計17處,線密度達2.83處/km。

4 隔河巖庫區滑坡主要控制因素

4.1 地形地貌控制因素

地形的切割強度和密度,斜坡的高度、坡度和形態,是斜坡穩定性的重要因素[2]。隔河巖庫區總體地勢北、西、南三面高,東部低,沿岸滑坡發育分布受地形地貌因素控制明顯。

4.1.1 滑坡與原始坡度的關系

地形坡度是影響滑坡發生的重要因素。將隔河巖庫區各滑坡進行統計分析后,得到滑坡數量與原始坡度之間的關系(見表1)。

表1 隔河巖庫區滑坡原始坡度統計表

從上表可以看出,庫區滑坡多產生于坡度為20°～50°的斜坡上,在坡度<20°或>50°的斜坡地段,滑坡分布較少。前者由于坡度小,地形平緩,不易滑動；而后者由于坡度較大,不利于松散物質堆積而難以形成滑坡物源。

4.1.2 滑坡與斜坡坡高的關系

隨著斜坡坡高的變化,坡體、坡腳的應力狀態會發生顯著變化,最終導致不同部位變形和破壞方式的改變,在相同坡度條件下,隨著坡高的增大,坡體安全系數減小。經過統計分析,得出隔河巖庫區滑坡數量與坡高之間的關系(見表2)。

表2 隔河巖庫區滑坡原始坡高統計表

庫區滑坡在坡高10～500 m范圍都有發生,其中絕大多數發生在坡高150 m以內,這是由于區內滑坡主要為土質滑坡,坡高不可能太高的原因。

4.1.3 滑坡與原始坡型的關系

斜坡坡型影響坡體內應力狀態和地下水分布,而后兩者又直接影響斜坡的穩定性。隔河巖庫區斜坡坡面幾何形態主要有凸型、凹型、階梯型、平直型。其中凸型和階梯型屬于正向類斜坡,平直型和凹型屬于負向類斜坡。經過歸納和統計分析,得出庫區滑坡數量與原始坡型的關系(見表3)。

表3 隔河巖庫區滑坡原始坡型統計表

4.2 地層巖性控制因素

地層巖性決定了滑坡的物質基礎,在滑坡形成過程中，主要軟弱結構面與斜坡臨空面的關系至關重要[3]。由于地層巖性不同,抗剪強度各不相同,發生滑坡的難易程度亦不同。軟弱地層在構造作用以及其它外力作用影響下,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,具備產生滑坡的基本條件；同時,軟弱地層由于抗風化能力弱,易產生大量的松散物質形成滑坡物源。

隔河巖庫區以土質滑坡為主,其中,母巖為軟弱地層(夾層)的殘坡積、崩坡積物的土質滑坡尤其較多,有30個土質滑坡所處基巖巖性為三疊系下統大冶組(T1d)泥晶灰巖夾碎屑灰巖、頁巖；有60個土質滑坡所處基巖巖性為志留系(S)砂、頁巖互層；有68個土質滑坡所處基巖巖性為二疊系(P)灰巖夾炭質、泥質頁巖。三個易滑巖組中發生的土質滑坡占區內滑坡總數的66.11%(圖4)。

圖4 不同母巖中發育的土質滑坡個數直方圖Fig.4 Histogram of the number of soil landslide in different parent rocks

據統計分析,第四系松散土體(Q)、志留系龍馬溪組(S1l)、羅惹坪組(S2lr)和紗帽組(S2sh)較堅硬—軟弱中厚層狀頁巖、粉砂巖,二疊系(P)上中下統的堅硬中厚層狀灰巖夾軟弱薄層狀炭質、泥質頁巖及硅質巖,以及三疊系大冶組(T1d)厚層狀泥晶灰巖夾薄層碎屑灰巖、頁巖,為隔河巖庫區的易滑巖組。

4.3 滑坡與降雨的關系

降雨是滑坡的主要動力因素和激發因素,隔河巖庫區滑坡的成生和驅動明顯受降雨強度控制。大氣降雨形成的地表水沿巖土體的孔隙、裂隙滲入斜坡體內,既增加了巖土體容重和坡體自重,又增大了斜坡巖土體的動水壓力和靜水壓力,同時還能軟化或掏蝕巖土體孔隙、裂隙中的充填物,降低巖土體的力學強度,是滑坡產生的催化劑和潤滑劑,王思敬[4]、張仲辰[5]、周平根[6]等對此都做過大量的研究。

據調查資料統計,庫區絕大多數滑坡發生在雨季,287處滑坡有時間記載的有223處,其中,5—9月發生的有205處,占92%；而6—8月發生的占79%。由此可以看出,滑坡發生與大氣降雨具有明顯的相關性,降雨強度越大,發生滑坡的頻率就越高；反之也成立(見表4)。

表4 隔河巖庫區不同月份滑坡發育程度統計表

4.4 滑坡與庫水的關系

庫區滑坡的產生與庫水位變化關系密切,且常發生于水位驟降時期。水庫蓄水后,庫岸斜坡受到庫水浸泡,岸坡巖土體與水發生相互作用。一方面,岸坡巖土體受庫水浸泡發生軟化,滑動帶(面)的物理力學性質變差,抗剪強度等力學值急劇降低,導致抗滑力減小,這種軟化常常具有不可逆性；另一方面,岸坡巖土體浸水后產生懸浮減重效應,對抗滑力起衰減作用,從而誘發滑坡形成或復活。

當庫水位從高水位降落時,滑體中的地下水向坡下滲流,且一般滯后于庫水位下降幅度,從而沿滑動帶(面)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(正落差),大大增加了滑體的下滑力,促使滑體應力局部調整而出現變形,甚至牽引滑坡整體變形破壞。據調查統計,隔河巖庫區有66處滑坡涉水,近年來,這些滑坡出現變形的頻度和強度均高于其他滑坡,說明其穩定性與庫水的關系密切。

隔河巖庫區滑坡災害除與以上控制因素關系密切外,與地質構造、人工活動等影響因素也有較大關系。綜上所述,隔河巖庫區滑坡的變形和發展往往是多種因素綜合作用的結果。

[1] 徐瑞春,李江風.清江流域環境地質災害研究[M].北京:科學出版社,2006:10-16.

[2] 姚鵬.湖南省滑坡地質災害現狀、發育特征、成生因素及防治對策研究[J].科學之友,2010,3(9):105-106.

[3] 李智毅,楊裕云.工程地質學概論[M].武漢:中國地質大學出版社,1994:127-128.

[4] 王思敬,馬風山,杜永廉.水庫地區的水巖作用及其地質環境影響[J].工程地質學報,1996,4(3):1-9.

[5] 張作辰.滑坡地下水作用研究與防治工程實踐[J].工程地質學報,1996,4(4):80-85.

[6] 周平根.滑坡中地下水與巖土體相互作用機理的研究[J].地學前緣,1996,3(1/2):34.

(責任編輯：陳姣霞)

Analysis of Spatial-Temporal Distribution Characteristics and Main ControlFactors of Landslide in Geheyan Reservoir Area on Qingjiang

ZHANG Duanmiao1, XU Yong2, WU Yu1

(1.YichangGeologicalEnvironmentMonitoringStation,Yichang,Hubei443000; 2.WuhanCenter,ChinaGeologicalSurvey,Yichang,Hubei443005)

Geheyan reservoir area is located in the western Hubei moutainous area,where the geological conditions are complex,which is geological disaster easy-happening area.Based on the region’s previous geological disaster survey statistics and analysis,the paper summarizes temporal and spatial distribution characteristics,thinks the topography,lithology,precipitation,changes of the reservoir water level of landslide are the main control factors of landslide disaster in reservoir area.

Geheyan reservoir area; landslide disaster; spatial-temporal distribution characteristics; main control factors

2014-12-08;改回日期:2015-04-02

張端淼(1978-),男,高級工程師,碩士,水文地質與工程地質專業,從事地質災害調查評價和地質環境評估工作。E-mail:250900561@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2015)04-0449-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504017

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1501.019.html 數字出版日期:2015-06-19 15:01