旺藏村的工程地質特征及水庫蓄水后對其影響

李文鑫

（甘肅煤田地質局，甘肅 蘭州 730000）

次生災害由于會以災害鏈的形式在空間和時間上進行擴展[1-2]，而變得難以治理，因此對可能發生災害的地方進行勘察，及早進行防災減災，可以大大減小次生災害的影響。電站水庫蓄水后會使庫區地下水位抬升，造成邊坡失穩，引發崩塌、滑坡、泥石流等一些列的次生地質災害[3-5]。小浪底水庫蓄水后，引起區域地下水位抬升，水造成庫區濟源段煤礦采空區巖石軟化，引發地裂縫及地面塌陷等地質災害[6]，可見地下采空區或松散區對水庫庫岸穩定性有很大威脅。

白龍江流域盛產砂金，砂金起源于礦山，是由于金礦石出露地面，經過長期風化剝離，脫離礦脈伴，受地表水搬運，自然沉積在砂礫中，從而形成砂金，其主要分布位置為河床砂礫石中及階地砂礫石層底部。周邊居民在近代使用簡陋工具從事掏金活動。白龍江下游的立節水電站水庫在2009 年7 月20 日蓄水后，致地下古掏金洞采空區坍塌，引發地表不均勻沉陷、部分房屋因拉裂受損等次生地質災害。正建的九龍峽電站位于立節水電站上游，為了防災減災，對其庫區，包括老旺藏村和新村在內，進行了勘察研究工作。

1 研究區域及方法

迭部縣旺藏鄉旺藏村（如圖1 所示）位于甘肅與四川省界北部，屬于典型的“兩山夾一河”溝谷地貌，相對高差500m 左右，山上植被茂密，現為旺藏林場，區域氣候濕潤多雨。居民區處于旺藏溝山前的沖洪積扇體，被旺藏溝河水自南向北切開，匯入白龍江，扇體西側為老旺藏村，扇體東側為旺藏新村，新村比老村地勢高。白龍江自西向東流經旺藏村北側，對山地有強烈的切割作用，平水期河水位高程1946m，水面寬13～20m，水深1～3m，距公路路面有20m，江兩岸地形基本對稱，呈“U”字型，基巖裸露明顯，以志留系千枚巖為主，基巖面呈現波浪狀，高低起伏，上部有砂礫卵石層、人工堆積或崩坡積物覆蓋，岸坡巖體風化較強，巖體松動傾倒現象比較普遍，居住區整體地貌平坦并向北部的白龍江傾斜。九龍峽水庫庫尾與已經發電的尼傲峽電站尾水相接，當達到正常蓄水位1962.0m 時，回水全長約12km，形成峽谷型帶狀水庫。

高密度電法已在巖溶的探測中使用，電阻率斷面圖上顯示的異常區與實際災害地質體吻合[7]。本工作主要以現場調查、高密度電法勘察成果和鉆探成果為論證依據。測量數據使用RTK、GPS 和全站儀獲得。高密度電法[8]施工21 條線，老旺藏村10條，新村11 條，其數據采集使用重慶奔騰數控技術研究所生產的WGMD-9 型高密度電法系統，工作裝置采用溫納裝置。采用電極距為1m 和2m 的溫納裝置，施工采用的最大隔離系數為16。鉆探工程為驗證手段，施工兩個孔，總工程量為37.3m。

圖1 研究區域平面圖

2 工程地質特征

據旺藏鄉居民介紹，當地人在20 世紀30 年代以前曾有掏金活動，開采的金子充當給土司的稅金，現在不曾有人見過真正的掏金活動。

在研究區附近發現了類似掏金洞的洞口（如圖2 所示）。圖a 中有三個洞口，靠近水面，下伏基巖，其地理位置靠近九龍峽水壩，位于白龍江南岸，距離旺藏林場3.6km。圖b 有一個洞口，靠近水面，下伏致密平坦地層，形狀規則，位于白龍江南岸，距離旺藏新村1.4km。圖c 洞口與圖a 三個洞口鄰近，可以看到砂礫稍粗。圖d 在勘察區西側，白龍江北岸，同樣可見砂礫稍粗，粒徑規格為6cm8cm。可見掏金洞所處的地區第四系砂礫卵石層沉積較厚且平整，洞口位于靠近基巖面且砂礫較粗的地方。

圖2 研究區附近的掏金洞情況

老旺藏村靠白龍江河岸有三個洞口（圖3a），其中掏金洞2 的位置在一個水渠下，掏金洞3 由于公路重建已經被掩埋。b 圖為洞1 的形貌，可以看出卵石粒徑較粗。其他有洞穴的位置不明確，但根據地質填圖結果表明，勘察區基巖面起伏大（圖3a），平整地層少，且第四系由沖洪積物混合形成，含金層存在于沖積物中，故不利于大規模開采砂金。

圖3 研究區的掏金洞情況

圖4 是研究區房屋受損情況。1、2 處為同一戶人家，1 處由于在20 年前就滲水嚴重，墻體傾斜，于1996 年搬遷至2 處，2 處房屋的中間木質立柱隨后有下沉跡象，院子中間水泥地上出現裂縫，同時，這戶人家的5 年前修建的豬圈出現裂縫，目前裂縫有變寬的趨勢。在3 處發生地表塌陷，去年的時候塌陷處有一間舊房子，5 月的時候下雨，舊房子的屋頂一直在漏水，然后漏水處出現了直徑1m，高0.5m 的坑。4 處院子里在6 年前7 月底下了兩天一夜的雨后發生了地陷，后用水泥填充，現在地面還在慢慢下沉。

圖4 受損房屋分布圖

圖5 高密度勘探4 測線電阻率斷面圖

高密度勘探4 線（位置參照圖1）布置在公路南側，從圖5 的反演結果看，樁號51 處（102m）位于地下5-10m 的低阻區，閉合形態良好，且位置靠近基巖面，與圖2 對比后認為是掏金洞殘留采空區的可能性大，在圖1 中標識為異常區的異5 點。其余藍色低阻區埋深1-3m，位置較淺，形成原因與地表排水和大氣降水有關。紅色的高阻區是基巖巖性反映，鉆探成果見表1。

表1 鉆探成果表

在研究區內施工了兩個鉆孔（位置參照圖1），其中鉆孔1 在高密度4 線樁號51 處。兩個鉆孔分別見到6 層和4 層地層，成分相近，從上到下為雜填土、碎石土、卵石層、粗砂和千枚巖。其中，卵石和粗砂層在第四系地層占有較大比例，且砂礫卵石的磨圓度好，說明地層自身的穩定性差，遇水容易失穩。同時，基巖（千枚巖）上部的粗砂層較厚，存在掏金洞的可能性較大，但從在研究區施工的21 條高密度勘探線反演結果[8]看，只有4 線存在類似于洞穴的異常區。

3 水文特征

庫區地下水主要為孔隙性潛水，分布在河床沖混積層砂卵礫石層中，補給來源為大氣降水、居民區灌溉水渠的下滲、居民生活區污水的排放下滲，地下水自洪積扇后緣向旺藏溝及白龍江排泄（如圖6 所示）。

圖6 地下水流場圖

該村早期使用泉水飲用。其中泉1、3、6 動態變化小，常年流動，干凈清冽，泉2、4、5 則動態變化明顯。20 世紀中葉，為了方便灌溉，從旺藏溝引出兩條水渠，用來灌溉2 個耕地區。老村和新村的水渠水泥硬化時間不長，其中老村的水渠會向村內排泄。同時，當地居民會將生活污水直接排向巷道區的第四系土中，調查發現勘察區地層水侵蝕作用明顯，第四系土體結構遇水容易被破壞（如圖7 所示）。

圖7 土被水侵蝕后產生的孔穴

圖8 高密度電法勘探電阻率分層反映

圖8 展示的是通過高密度電法測試的電阻橫剖面圖，藍色區域阻值最低，導電性好，地層中含水量高，粉色阻值最高，地層中含水量低。村子沿著白龍江形成的一些泉眼與藍色、綠色區域的延伸方向是對應的。其原因是村民長期直接向居住地排放生活用水，其次勘察區南面的引水渠也對村莊有長時間的滲透作用，并已經形成了強徑流通道。從a 圖可以直觀看出幾個強徑流通道的位置，位于最西部的旺藏老村中部最為明顯，由南往北形成一個面積較大的強徑流通道，這一區域與異常區相對應，老旺藏村其他部分雖然未形成明顯滲流通道，但也可以觀察到其電阻值相對旺藏新村要低，原因是第四系地層含水量高。旺藏新村位于中部，其東部和北部各有兩個低電阻帶狀區，由于建村不久，排水設施相對完善，低電阻區范圍較老旺藏村小，相應的第四系地層中含水量也低。圖a、b 對比發現，低阻區隨深度增加范圍縮小，高阻區增大，電阻率變化由含水率和巖性變化引起，老旺藏村水的影響深度和范圍相比旺藏新村要大。

4 水庫蓄水后的影響

依據物探、鉆探、地質填圖成果繪制了1 號掏金洞縱剖面圖（如圖9 所示），基巖面有兩個階地，并向江面傾斜，貼近基巖面有一條水位線，在白龍江邊表現為泉出露。水庫蓄水后，水面到達1962m高程，將出現以下4 個問題：

圖9 掏金洞1 縱剖面圖

1）庫區內河槽較窄，兩岸岸坡較陡，岸坡巖體風化較強，巖體松動傾倒現象比較普遍，隨著時間的推移，此類現象還會不斷發生，并可能出現局部坍塌；分布高程較低的崩坡積體，受庫水淘蝕作用，岸坡會出現局部掉塊、崩塌等庫岸再造現象。綜合分析認為，不管是強風化巖質岸坡的坍塌，還是堆積體岸坡再造，規模都有限。

2）蓄水后隨著水位升高，也增加了土體的重量，而且在地下水的作用下，由于減小了巖石和土體以及土體和土體之間的摩擦力。第四系砂礫卵石層可能會沿著圖中蓄水后塌岸預測線產生塌岸，其中動水位作用下的水下岸坡角選擇30°，水上部分的穩定坡角選擇50°，并對其后緣區域產生拉張力，造成公路和房屋損毀，且逐漸對后面的房屋產生影響，情況類似于代古寺水庫問題（參照圖4-1）。

3）蓄水后，由于地下水位的升高，會造成居民房屋的地基承載力下降，不排除地表變形導致房屋開裂等現象的可能性。

4）目前居民區由于地下水水力坡度大，地下強徑流區土層中的可溶性物質、細粒物質易被帶走，長期的地下水機械潛蝕作用，導致土的結構被破壞，導致地表不均勻沉降，蓄水后由于影響范圍增大，這種破壞將會更加嚴重。

旺藏新村由于建村不久，排水設施相對完善，受生活用水影響小，從地質調查和高密度電法勘探的結果來看存在掏金洞的可能性小，不過要注意圖7a 標識出的自然排水位置。同時，旺藏新村東面有大面積耕地，鉆探施工和地質調查都表明這塊耕地第四系砂礫卵石層較厚，水庫蓄水后，江面會接近村名耕地地面，尤其是南北向白龍江兩岸，砂礫卵石層遇水失穩可能性大，需要做好防護工作。

水庫蓄水后容易引發次生災害問題。為了進行對比研究，走訪了白龍江流域七個水電站，其中，位于九龍峽下游的代古寺電站和立節水電站發生了較為嚴重的次生災害問題。

向代古寺水電站工作人員了解到，代古寺水庫兩岸有較多的掏金洞，在水庫蓄水后出現庫岸土地塌陷和房屋開裂受損現象（如圖10 所示），現正在補做庫岸擋土墻。在代古寺電站水庫受損最嚴重的高原賓館附近后發現，沿水庫邊的房屋呈現下寬上窄的張拉裂縫，所以裂縫是由地基失穩所致。另外，損毀區域集中在一個“V”型山谷口，損毀區基巖面向水庫方向傾斜，在水庫蓄水后，隨著水位升高，第四系失穩造成地表建筑物毀壞。

圖10 代古寺電站受損情況

立節水電站處也出現了水庫岸邊地表建筑物毀壞現象，在建筑物毀壞區由于水庫已蓄水，無法看清第四系地層中有無掏金洞的分布，但在建筑物毀壞區附近卻發現了掏金洞群（如圖11 所示），可發現，第四系砂礫卵石層沉積較厚且平整，掏金洞位置較集中。電站工作人員解釋：“上游巴藏鄉居民住房出現受損情況并非由掏金洞塌陷引起，水庫蓄水不是造成次生災害的原因，損毀原因可能是居民居住地本身情況所致”，但當地居民認為，地表建筑物毀壞是由于水庫蓄水后，掏金洞坍塌，引發地表塌陷造成的，為此，雙方產生糾紛，當地居民到水電站鬧事，工作人員已不能正常辦公，一座辦公樓廢棄，從2009 年開始電站已賠償3 億多人民幣，損失嚴重，現正補做庫岸擋土墻。因此，做好“社會穩定風險評估”及其預案十分必要。

圖11 立節電站掏金洞

以上兩個電站的庫區周邊有居民區，工程地質情況與旺藏村類似，基巖面向江面傾斜，第四系以砂礫卵石為主，磨圓度好，土體穩定性差，水庫蓄水后除了容易因失穩而引發次生災害外，還會影響社會穩定。同時，白龍江流域由于盛產砂金而存在掏金活動，由于掏金而造成的采空區使引發次生災害的條件降低。

基于水庫蓄水可能造成的影響，建立完善的治理體系十分必要。建議在強滲流區域修筑支擋墻或重力壩，防止邊坡失穩，在其他地區修筑擋土墻。在原有的地下水循環條件下，房屋地基是較穩定的，因水庫蓄水和攔擋工程修建會改變地下水環境，對地基穩定不利，所以必須做好居民生活區的排水工作，建議在水徑流形成的徑流通道基礎上修建排水工程（圖7a）。建議對目前調查已發現出現塌陷、變形、存在松散體的區域進行地基加固處理（圖1 異常區），以免蓄水后引發和加劇次生地質災害。建議對現有居民建筑物的現狀采用影像系統進行統計并建立檔案，如果發生地質災害，可作為災害影響程度的依據。此外，還需做好“社會穩定風險評估”及其預案。

5 結論及建議

掏金洞存在于第四系砂礫卵石層沉積較厚且平整，靠近基巖，粒徑較粗的砂層。研究區域符合條件的地層少，居民指認三個掏金洞，其中一個符合掏金洞存在條件，另外兩個未見洞口，高密度電法和鉆探在其附近發現一個松散體（異5 點），認為是掏金洞殘留，與地質調查發現的4 個房屋受損點形成異常區。受生產生活用水任意排放和大氣降水影響，研究區的第四系含水量大，形成地下水徑流通道，老旺藏村水的影響深度和范圍相比旺藏新村要大，且老旺藏的地下水徑流通道區域與異常區相對應。

旺藏村的第四系以磨圓度好的砂礫卵石層為主，基巖面向江面傾斜，土體穩定性差，水庫蓄水后容易失穩，由于掏金而造成的采空區使引發次生災害的條件降低。蓄水后除了會引起塌岸、地基承載力下降、地基沉降等次生災害外，還會影響社會穩定，建立完善的治理體系十分必要。

建議做好以下工作：（1）在強滲流區域修筑支擋墻或重力壩，防止邊坡失穩，在其他地區修筑擋土墻，并做好排水工作；（2）蓄水后庫岸臺地塌岸問題（庫岸再造）是主要矛盾，建議按庫岸再造問題進行補充必要的工程地質剖面，并進行穩定性核算；（3）對目前調查已發現的異常區進行地基加固處理，并加強這一區域的觀測和預警工作；（4）與當地行政單位一起做社會穩定風險評估，對現有居民建筑物的現狀采用影像系統進行統計并建立檔案。