慶城縣驛馬北胡同溝地質災害成因機制研究

范鵬舉

(甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000)

驛馬鎮所在地區屬黃土高原溝壑區，其中的北胡同溝為董志塬北部一條近南北向的黃土泥流沖溝，總流域面積約5.80 km2，其中平坦的黃土塬區面積為2.71 km2，占流域面積的46.72%，溝谷區面積為0.49 km2，占流域面積的8.42%。北胡同溝呈“V”字型，溝底十分狹窄(2～6 m)，切割深度30～100 m。谷坡陡峻，上部多為70°～80°，加上各種侵蝕作用強烈，塬邊黃土崩塌、滑坡以及坍、滑塌等災害十分發育。

驛馬北胡同溝不穩定斜坡位于驛馬小學東側坡體，威脅到附近的驛馬小學、衛生院，以及另外5家企事業單位的安全。地質災害危害程度為大型，其危害對象等級為一級。

1 自然地理環境概況

慶城縣內水系較豐富，主要有蒲河、洪河、茹河等，均發源于六盤山系，由西北向東南，縱貫全縣呈扇形匯流入涇河。

慶城縣驛馬北胡同溝地質災害治理工程位于北胡同溝，北胡同溝屬馬蓮河右岸一級支流趙家川河的發源地區。趙家川河由西北向東南徑流，在峴子峁匯入馬蓮河，全長約44 km，為深切于黃土塬區的季節性河流，水量漲落變化很大，平均流量為0.201 m3/s。以趙家川河為界，東北側屬慶城縣，面積約194 km2，西南側歸西峰區。本區屬水土流失強烈地區，年侵蝕模數在7 000 t/km2左右。

據慶城縣氣象站提供的資料，全縣多年(1980—2014年)平均降水量為521.3 mm，年最大降水量669.3 mm(1988年)，年最小降水量343.7 mm(1986年)。降水量由北向南逐漸遞增，驛馬鎮多年(1980—2014年)平均降水量為585.76 mm，最大年降水量為948 mm(1964年)，最小年降水量為342.1 mm(1986年)，二者相差約2.8倍。降水在年內分配不均，主要集中在7、8、9三個月，占全年降水量的57%左右。受季風氣候影響，冬春季節盛行西北風，夏秋季節多西南風。

2 地質環境條件

2.1 地形地貌

驛馬鎮位于我國最大黃土塬董志塬的最北端，屬隴東黃土高原溝壑區，向北逐漸過渡為殘塬溝壑區。受東西兩側溝谷的強烈侵蝕作用，驛馬鎮南段塬面寬僅為300～400 m，最窄處寬度不足200 m。地形上北高南低，勘查區最高點北胡同溝溝頭塬面高程為1 500 m，溝底最低點1 350 m左右，相對高差150 m?？辈閰^主要地貌單元為黃土塬與黃土溝谷。

2.2 地層巖性

由于勘查區地處隴東黃土高原腹地，地表被第四系厚層黃土(約 150 m)廣泛覆蓋，勘查區地層較為簡單，出露地層主要為第四系松散層。

2.3 區域地質構造

勘查區位于秦嶺和陰山兩個巨型緯向構造體系之間，鄂爾多斯盆地西緣，是比較穩定的地塊。總體構造作用比較微弱，構造形跡也不十分明顯，地表主要覆蓋第四系黃土層，厚度約150 m。

2.4 新構造運動與地震

勘查區地處鄂爾多斯盆地相對穩定區，新構造運動以大面積整體性隆起抬升為主要特征，加之厚層黃土的廣泛覆蓋，活動斷裂等新構造運動形跡不甚明顯。在地貌上表現出溝谷迅速下切，形成切蝕溝壑地貌及重力侵蝕地貌，溝谷網縱橫密布，強烈侵蝕黃土塬，向塬侵蝕溝谷多呈深切的“V”字型，部分溝段形成“一線天”狀狹谷地形，上游切割深度一般在50 m左右，溝底寬度多在3～5 m，部分溝底寬度更窄，溝谷兩側滑坡、崩塌、滑塌發育，重力侵蝕強烈，溝岸不斷擴張，溝頭不斷溯源侵蝕，顯示出了發育旺盛期的溝谷特征[1]。

依照《建筑物抗震設計規范》(GB 50011—2010)，依據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2001)，勘查區抗震設防烈度為Ⅵ度[2]。

3 水文地質條件

勘查區水文地質條件較為簡單，地下水類型主要為賦存于離石黃土層中的黃土孔隙裂隙潛水。地下水位埋深在塬中心較淺，一般為20～40 m，塬面寬大區較淺，窄小區較深；在塬邊地下水位埋深加大，一般為50～60 m。黃土塬區地勢較高，四周為溝谷所切割，因此，黃土塬區地下水的補給來源主要為大氣降水，通過厚層的黃土包氣帶或者黃土裂隙落水洞等長期入滲補給，由塬中心向四周塬邊溝谷徑流，以泉群或面狀滲出的形式排泄于溝底，北胡同溝內黃土地下水出露點高程約為1 400 m，沿溝道兩側呈連續面狀滲出。泉水流量小于0.05 L/s。在溝谷斜坡坡腳處形成一個飽和軟化帶，冬季有凍結滯水現象，對勘查區北胡同溝岸坡穩定性有較大的影響。

4 地質災害基本特征

驛馬鎮北胡同溝的主要地質災害有兩大類型：一類為溝道洪水、泥流災害，另一類為塬邊斜坡變形破壞災害。即水力侵蝕和重力侵蝕，二者之間有密切的關系。溝道中水流長期的侵蝕下切，使溝谷變深，溝坡變高變陡，穩定性降低，導致溝坡發生滑坡、崩塌、滑塌等重力侵蝕作用；溝岸擴張，不斷侵蝕塬面，并為泥流提供豐富的松散固體物質。

泥石流：北胡同溝上游流域總面積為5.8 km2，主溝長2 095 m，平均坡降5.9%，為深切于黃土塬區的黃土沖溝，主溝道呈深切的“V”字型，較為順直，兩側溝坡陡峻，平均坡度在45°以上，上部多在70°以上，局部呈直立狀(見圖1)。溝谷處發育旺盛的青壯年期，區內溝壑密度雖然較小，但溝坡陡峻、溝谷狹窄，溝程較短，支溝比降大，極有利于降水匯集成強大水流，使塬面水流和支溝洪水迅速在主溝道集中并獲得能量，沿程強烈侵蝕沖刷疏松的黃土及崩滑體，使主溝道泥流的規模和峰值快速升級，形成大規模泥流流向溝道下游。

圖1 北胡同溝陡立岸坡及坡腳殘余堰塞體

不穩定斜坡：本次勘查治理區位于北胡同溝西岸驛馬小學段，由于北胡同溝的長期下切侵蝕，在黃土塬邊形成了高度達50～100 m，平均坡度在45°以上的高陡黃土斜坡，為不穩定斜坡，在地下水、降水、地震等的作用下，產生嚴重而頻繁的變形破壞，長期不斷地侵蝕黃土塬面，給驛馬鎮造成了嚴重的危害和威脅。不穩定斜坡的變形破壞方式主要有滑坡，滑塌等類型。不穩定斜坡位于北胡同溝西岸，斜坡總計寬約350 m，長約70～100 m，上下高差65～70 m，坡面平均坡度約35°～45°。斜坡坡面主要發育1、2(由北向南編號)兩處滑坡堆積體，滑坡變形破壞方向均近90°。滑坡平均厚度約10～19 m，體積約55.08×104m3，屬于黃土大型滑坡?；潞蟊谛纬筛叨高吰拢叨燃s5～30 m，坡度在70°以上(見圖2)。

圖2 斜坡南側頂部高陡邊坡

5 地質災害的形成機理

5.1 泥石流的形成條件

物源條件：北胡同溝泥流溝流域面積5.8 km2，屬馬蓮河一級支流趙家川河的上游發源地區。溝谷面積為0.49 km2，占8.45%，是泥流的松散固體物質主要補給源區，也是泥流的主要流通區。根據北胡同溝流域內松散固體物質的發育特征、堆積位置，松散或密實程度，溝坡侵蝕強度，溝谷植被覆蓋情況及人類活動影響等，經實際勘察與計算可知，可轉化為泥流的松散固體物質儲量為198.13×104m3，其中滑坡96.18×104m3，占總量的48.5%；崩塌50.95×104m3，占總量的25.7%；坍塌7.0×104m3，占總量的3.5%；塬面松散物質44.0×104m3，占總量的22.2%。區內泥流松散固體物質補給來源總體以滑坡、崩塌為主，占總補給量的74.3%，這反映出本區黃土泥流固體物質的補給來源和特征。

水源條件：本區泥流屬典型的降雨型泥流，降雨是區內泥流形成的唯一水源和激發因素。調查資料表明， 區內泥流屬暴雨型泥流。據慶城縣有關氣象資料，本區降雨具有雨量高度集中，降水強度大的特征， 全年降雨大部集中在 7—9月份，這三個月的多年平均總降雨量達333.8 mm，占年降雨量的 57%以上，降雨日數不多，但多以大暴雨的過程出現，量多強度大。1988年7月23日小時降雨量達150余mm， 平均雨強分別為 18.5，60 mm/h。

5.2 不穩定斜坡的成因分析

勘查區的斜坡變形是在多種因素綜合作用下形成的，其成因歸納起來主要為以下四個方面：

地形地貌：新構造運動的整體隆升，溝谷強烈下切，谷坡陡峻，滑坡發育地段溝谷切割深度在60～100 m，平均坡度在 35°以上，上部最陡處近于直立，下部溝床流水不斷沖刷，掏蝕坡腳，為黃土滑坡的發育提供了優越的地形地貌。

地層巖性：黃土結構疏松，上部馬蘭黃土具有較強濕陷性及滲透性，柱狀節理發育，其中順坡向節理總體傾向北胡同溝，其產狀為 80°∠78°，降雨易于入滲，使黃土力學強度明顯降低，坡體內部軟弱面極易形成，為滑坡的發育提供了優越的巖性和地質結構條件。

降雨與地下水：降雨是滑坡形成的重要誘發因素，降雨使得滑體飽和，強度顯著降低，變形失穩，進而在誘發因素下發生滑動[3]。同時坡腳一帶常年受溝道洪水下切側蝕，流水長期軟化土體，強度降低，形成厚 3～4 m 的軟化帶，并對細粒黃土產生機械潛蝕作用，非常有利于坡體變形破壞。

人類工程活動：驛馬小學滑坡位于驛馬鎮中心地帶，加之北胡同溝上游(北側)工業園區的成立和建設，致使其受人類工程活動擾動頻繁，促進了地質災害的發育。主要包括以下方面：①隨著城鎮建設的持續發展，坡頂工程建設加荷，坡體上開挖窯洞(現多數已廢棄)削切坡腳，使局部塬坡陡立，形成高陡的邊坡，改變了坡體的原始應力分布，對邊坡穩定性極為不利；②驛馬鎮建成的驛馬鎮工業園區幾乎所有生活污水均排放至北胡同溝內，加大了溝道水量，加劇了斜坡坡腳溝底侵蝕。此外，生活污水量的日益加大，而坡體截排水措施尚不完善，使得大量污水及降雨得不到及時排導，而是以落水洞或沿黃土裂隙下滲等方式滲入塬坡坡體，加劇殘塬斜坡坡面失穩破壞。

6 結論

本文從自然地理狀況和地質環境條件兩個方面入手，詳細分析了慶城縣驛馬北胡同溝地質災害的基本特征，并研究了其成因機制。