大渡河金川河段地質災害調查成果分析

摘要：以大渡河金川水電站工程為研究對象，在分析遙感解譯和地面調查成果的基礎上，采用高精度遙感影像解譯、無人機航空攝影、工程地質測繪和工程地質剖面測量等手段，進一步研究電站壩址區及庫區地質災害類型、數量、基本特征及分布規律、孕災地質條件、形成機理和成災模式；并在此基礎上，評估地質災害隱患點的危害性及風險，劃分地質災害重點防治區、次重點防治區和一般防治區。結果表明：①工程壩址區、庫區近40 km的河段及其兩岸邊坡和支流等區域地質災害38處。②地質災害高易發區總面積64.86 km²，地質災害35處，分布密度53.96處/100 km²。地質災害危險性大區主要位于大渡河干流石家溝至盤龍溝段以及大渡河支流新扎溝溝口段，總面積53.88 km²，地質災害20處，分布密度37.12處/100 km²。③研究區域重點防治區面積41.07 km²，次重點防治區64.93 km²，一般防治區99.0 km²。研究成果可為該區域地質災害早期識別以及下一步的重大地質災害監測和防治提供技術支持。

關 鍵 詞：地質災害調查；地質災害危險性；地質災害防治；水電工程；大渡河金川河段

中圖法分類號：P642.2

文獻標志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.017

0 引言

地質災害是水利水電工程無法回避的問題，工程中常見的地質災害類型主要包括崩塌、滑坡、泥石流、坍塌、涌水、塌岸、地面塌陷及巖土體大變形等，而滑坡、崩塌、泥石流等災害最為頻繁，尤其以泥石流的危害最大^［1-2］。高海拔地區除了崩塌、滑坡和泥石流等地質災害外，還將遇到復雜的地質環境、工程地質難題或地質風險，比如高位遠程地質災害及災害鏈發育，具有隱蔽性、突發性、鏈生性和巨大危害性的特點^［3］。西南地區水電工程多位于深山峽谷區域，地質條件復雜多變，特別是遇到斷層、層間錯動、軟弱夾層、構造擠壓帶、節理密集帶及不利結構面組合等不良地質構造，以及遇到暴雨洪水、地震、惡劣天氣等這類不可抗拒的自然因素和水電工程勘察設計深度不足、方案不合理、施工擾動等諸多人為因素后，邊坡滑坡、圍巖坍塌等地質災害的風險會增加。2008年11月，三峽庫區龔家坊發生崩塌地質災害，崩塌體落入江中形成高達13 m的涌浪^［4］。自2003年蓄水以來，三峽庫區近700處涉水滑坡及堆積體發生了變形^［5］。2009年7月23日，長河壩水電站突發特大泥石流，造成約有50萬m³的泥石流物質堆積到大渡河內，形成了庫容達300萬m³的堰塞湖，同時也造成省道211線多處中斷、16人死亡、37人失蹤和嚴重的財產損失^［6］。

對于地質災害問題，各個國家有不同的對策，中國自20世紀90年代以來開展了區域性地質災害危險性評價工作，積累了大量經驗，取得了不少成果。樊啟祥等^［7］指出了高海拔地區水電建設具有“四高”“四大”“三長”等特點。張立偉等^［8］開展了關鍵技術研究和精度指標研究，并對應用效果進行了評價。沈仕沐^［9］論述了1∶50 000地質災害詳查的工作方案，開展了廣東省南雄市的地質災害詳細調查工作，調查了6種主要地質災害。胡才源等^［10］等采用無人機遙感技術，對某景區的高位崩塌地質災害進行了研究。張凱等^［11］等基于LightGBM算法開展了邊坡穩定性預測研究，提出了基于LightGBM算法的邊坡穩定性預測模型，為降低工程施工中的地質災害事故提供了一種技術手段。覃事河等^［12-13］針對水電工程地質災害監測信息化不足的問題，開發設計了一套地質災害監測預警系統。

以上學者和科研工作者圍繞水電工程或其他工程開展了地質災害調查和研究工作，但地質災害種類多、涉及范圍廣、危害程度高，且不同水電工程在地形地貌地質條件上存在差異性、特殊性和復雜性。鑒于此，以大渡河金川水電站工程為研究對象，分析該水電站壩址區及庫區地質災害類型、數量、基本特征及分布規律、孕災地質條件、形成機理和成災模式，評價該地質災害隱患點的危害性及風險，劃分地質災害防治區，以期為電站建設和運行階段的地質災害監測和防治提供依據。

1 研究區概況與技術路線

大渡河金川水電站壩址上下游河谷開闊，且多為縱向谷，河床漫灘及寬階地發育，兩岸特別是左岸發育較多的沖溝切割，地形完整性差，兩岸砂巖夾千枚巖均存在較嚴重的傾倒拉裂變形現象，岸坡穩定性差，河床及岸坡下部覆蓋層分布廣泛且較深厚；而新扎溝口以上約1 km的壩址部位河谷相對較窄，呈“V”形，兩岸基巖裸露，為橫向谷，岸坡整體穩定。巖質岸坡出露地層除庫尾為堅硬完整的燕山期似斑狀黑云母鉀長花崗巖外，其余均為上三疊系西康群一套變質砂巖、板巖、千枚巖等不等厚互層。庫區地處高山峽谷區，山勢挺拔，地形坡度一般為40°～60°，水庫長度約32.9 km，總體走向為SE120°～SE160°，庫區河段兩岸沖溝較發育。

在充分收集資料并利用高清遙感影像解譯成果的基礎上，全面調查工程區域的地質災害，對工程安全風險較大的重大地質災害隱患點進行重點調查，采用無人機地形測量、工程地質測繪等手段，查明其孕災背景條件、災害體基本特征、成災模式、形成機理及危險危害性，開展不同背景條件下的地質災害危險性評價和風險評估，劃分地質災害防治區，技術路線如圖1所示。

1.1 遙感調查

解譯內容主要包括劃分地貌單元以及巖、土體分布范圍，確定地質構造輪廓和主要構造形跡，解譯新構造活動跡象。在室內解譯的基礎上，通過對初步解譯資料進行野外調查與驗證并進行詳細解譯，以進一步補充和修正解譯成果，保證遙感解譯的精度和準確度。遙感調查工作范圍涵蓋工程建設區和運行期及其影響范圍，開展1∶10 000地質災害解譯。

1.2 無人機航空攝影

無人機航空圖像可以建立三維立體模型，分辨率高（可達0.1 m），地質災害影像特征明顯，有利于圈繪災害體邊界、確定災害類型、方量計算、解譯斜坡變形特征（如拉裂縫、滑坡鼓丘、洼地、滑坡平臺等）及分析探索災害物質組成。利用無人機采用滑翔式起飛模式開展典型地質災害隱患點航空攝影，獲取高分辨率1∶2 000航片。

1.3 地質測繪

全區開展1∶10 000區域工程地質測量，區域工程地質調查和地質災害調查同時進行。在工程地質條件調查的基礎上，對易發生地質災害的河谷岸坡、典型斜坡以及典型災害進行專門工程地質剖面測繪。對重大地質災害隱患開展1∶10 000工程地質剖面測量，主要布置在重大滑坡區及泥石流流通區、物源區。對重大地質災害隱患點開展1∶2 000專項工程地質測量。

一般調查區采用1∶10 000地形圖和區內已有的地質圖套合后，經投影變換成1∶10 000地形圖作為野外工作手圖，并配合使用區內Wordview、Pleiades遙感影像圖；在重大（典型）地質災害點采用無人機測量航片。地質災害調查采用遙感調查、地面調查相結合的方式開展。

2 調查成果分析

按照“點-線-面”的解譯思路進行解譯。解譯過程中，采取人機交互解譯法為主，目視解譯法、計算機自動分類法、圖像增強提取處理法等為輔的方法。在室內解譯的基礎上，首先對初步解譯資料進行野外調查和驗證，再進行詳細解譯，補充和修正初步解譯成果，最終形成遙感解譯成果。遙感解譯流程如圖2所示。

2.1 地質災害特征與分布規律

根據解譯成果，區內發育的地質災害主要有泥石流、崩塌、坍岸、不穩定斜坡及滑坡等，其中泥石流和崩塌最為發育，地質災害隱患分布情況如圖3所示。38處地質災害隱患點中，泥石流11處、崩塌9處、塌岸8處、不穩定斜坡5處、滑坡3處和堆積體2處^［14-15］，地質災害類型及其規模等級統計情況如圖4所示。

（1）區內發育崩塌及崩塌堆積體9處，占地質災害總數的23.68%，均為中型崩塌體。地層巖性主要為三疊系上統雜谷腦組（T3z2）的變質砂巖、板巖夾千枚巖，以及侏倭組（T3zh）變質砂巖、板巖或千枚巖，巖層陡傾（巖層傾角一般在55°～75°），地形坡度較陡，且不論是順向坡還是逆向坡，區內巖層的傾倒變形顯著，為崩塌作用創造了條件。

（2）區內發育滑坡3處，占地質災害總數的7.89%，滑坡以舌形及半圓形形態為主。從滑坡所處的位置、發育規模、組成物質、滑坡厚度、滑坡年代進行分析，大渡河左岸1處滑坡、右岸2處滑坡，中型滑坡1處、大型滑坡2處，土質滑坡1處、巖質滑坡2處，中層滑坡1處（厚10～25 m）、深層滑坡2處（＞25 m），新滑坡1處、老滑坡2處。庫區滑坡發育于三疊系薄層-中厚層狀變質細砂巖夾板巖、千枚巖中，此巖性組合構成巖體產生變形破壞的物質條件，巖性軟硬相間，受構造擠壓作用，板巖及千枚巖易形成層間軟弱帶，在與陡傾裂隙及后緣拉裂縫貫通下易形成滑面。滑坡部位的巖層總體為單斜構造，河谷多數段為縱向谷，巖層傾角較陡，一般為55°～80°，局部近直立。區內斜坡總體為高陡岸坡、巖體臨空條件優越，卸荷作用較強。其中，左岸為順層斜坡，坡體易沿板巖及千枚巖構成的層間軟弱帶滑動；右岸坡體結構總體為反傾斜坡，巖體在重力作用下傾倒彎曲，形成折斷面。

（3）區內發育泥石流11處，占地質災害總數的28.95%。按泥石流類型分為泥石流和水石流兩類，且以泥石流為主，計7處，占災害總數的63.6%；水石流4處，占災害總數的36.4%。按規模等級分為中型泥石流和小型泥石流兩類，其中小型泥石流7處，占災害總數的63.6%；中型泥石流4處，占災害總數的36.4%。按主溝縱坡，其中縱坡≤129.3‰有2處，縱坡范圍129.3‰～190.2‰有3處，縱坡范圍190.3‰～258.3‰有3處，縱坡≥258.3‰有3處。按溝槽橫斷面，其中“V”形谷（谷中谷、“U”形谷）6處，復式斷面3處，平坦型1處。按流域面積，其中流域面積≤5 km²泥石流2處，流域面積10～100 km²泥石流7處，流域面積≥100 km²泥石流2處。按易發程度分為輕度易發、易發兩類，其中低易發7處、中易發4處，分別占災害總數的63.6%和36.4%。區內泥石流以稀性泥石流為主，多處于形成期或發展期，調查評價的泥石流均為溝谷型泥石流，易發程度以低易發為主，規模等級以小型為主，主溝縱坡降均較大，溝槽橫斷面多呈“V”形谷（谷中谷、“U”形谷）。區內泥石流災害的主要成災模式有3種，即損毀道路-破壞交通、損毀建筑物及淤高下游河床、造成水庫淤積及損毀上下游設施。

（4）區內發育不穩定斜坡5處，占地質災害總數的13.16%。在新扎溝右岸以及新扎溝與大渡河之間的單薄條形山脊兩側的岸坡巖體傾倒拉裂變形嚴重，發育潛在不穩定斜坡3處，傾倒變形巖體2處。區域內巖層陡傾，巖層的傾角一般在60°～75°之間，不論是順向坡還是逆向坡，傾倒現象都很發育，且分布面積大，形成的潛在不穩定斜坡主要以大規模的傾倒體為主，傾倒變形巖體一般由坡腳一直延伸至坡頂，傾倒部分的巖體松弛、破碎，但傾倒巖層未形成連續的折斷現象、傾倒體巖層的傾角一般在10°～40°之間，且保持著原巖層的層序結構。

（5）區內發育堆積體2處，占地質災害總數的5.26%。1處堆積體組成物質為塊碎石土，最大厚度約70 m，底部壓覆厚20～25 m的洪沖積砂卵礫石。堆積體臨河自然邊坡在洪水期遭受河水側向沖蝕，前緣有小規模的淺表層塌滑破壞。另外1處堆積體在形態上呈一離堆山地貌，縱河向長約1 200 m，橫河向寬約700 m，靠山內發育一深30～50 m、寬70～130 m的槽谷，在堆積體后緣邊坡上發育多條小沖溝，一般切割深度10～20 m。其組成物質以塊碎石土為主，結構密實。

（6）水庫塌岸區共8處，占地質災害總數的21.1%。3處塌岸區位于大渡河左岸，5處塌岸區位于大渡河右岸。對水庫影響較大的塌岸區有3處。第1處為SEM堆積體塌岸區，其組成物質以塊碎石土為主，最大厚度180 m，縱河向長約1 200 m，橫河向寬700 m。臨河天然邊坡33°～56°（平均40°），水庫蓄水后堆積體邊坡會出現小范圍調整性塌滑。第2處為MDG塌岸區，該塌岸區的組成物質為崩坡積及洪積塊石土及洪沖積含漂石礫石土，溝口上游側為大渡河Ⅱ級河流侵蝕堆積階地，基座頂部高程2 230 m左右，階地臺面高程2 250～2 280 m，階地堆積物為含漂石砂卵礫石，厚度約20～50 m，整體結構較密實，前緣地形較陡，坡度約為37°左右，階地臺面地形平緩，坡度10°～13°。溝口下游堆積有崩坡積塊碎石土，塊碎石呈棱角狀，整體結構松散，覆蓋層厚度15～25m；地形較陡，坡度33°～36°。溝口兩側覆蓋層邊坡在水庫蓄水條件下，均存在漸近式坍塌。第3處為GZC塌岸區，該塌岸區岸坡組成物質為崩坡積塊碎石土，塊石、碎石多呈棱角狀，塊碎石間充填有黏土、砂土等，整體結構松散。覆蓋層厚度30～46 m，地形較陡，坡度34°～45°。現狀岸坡整體穩定，水庫蓄水后，在庫水浸泡及波浪沖蝕作用下，前緣地形較陡且結構較松散，穩定性較差，會產生漸進式塌岸后退破壞。

2.2 孕災地質條件分析

研究結果表明，地形地貌、坡度、起伏度、構造、巖組、斜坡結構等是地質災害最主要的影響因素，人類工程活動、降雨、地震作用等是地質災害的促發因素。地質災害形成的影響因素及影響強度對比分析如表1所列。

2.3 地質災害形成機理分析

崩塌主要受裂隙切割形成切割體，切割體前期階段的變形破壞以裂隙擴張和基座掏蝕為主。裂隙以垂直地面的卸荷裂隙和節理面為主。裂隙呈張開狀，在自重應力及其他外力等因素影響下，裂隙進一步擴展直至后緣貫通，最后形成分離體。滑坡以土質滑坡為主，其潛在滑面類型為基覆界面，斜坡坡體多呈下部板巖、千枚巖或變質砂巖，上部第四系崩坡積、老的滑坡堆積、殘坡積層的結構類型，在降雨條件下易產生滑動，受重力和雨水影響較大，區域內天然滑坡變形破壞模式均為蠕滑-拉裂。其變形破壞過程可分為雨水入滲階段、軟弱夾層蠕變階段和坡體滑動階段3個階段。泥石流形成機制為持續強降雨條件下，坡面堆積物和溝床碎屑物過度充水，松散堆積物顆粒間摩擦力降低，達到臨界平衡條件甚至失衡呈流塑狀態，之后在突發強降雨條件下帶動松散堆積物向下游沖擊，進而形成泥石流。從區內泥石流的形成類型來看，主要發育降雨型溝谷泥石流，其成因模式為堆積體滑塌侵蝕類型。

2.4 地質災害成災模式分析

2.4.1 崩塌成災模式分析

根據調查分析，崩塌成災模式主要以下有3種：

（1）淺表層節理控制型（圖5（a））。該類型多為破碎的板巖、千枚巖、變質砂巖、花崗巖等，由于巖體受淺表層節理裂隙切割或風化卸荷裂隙的切割作用而顯得較為破碎。巖體在節理裂隙面或風化卸荷切割作用下形成不穩定塊體。其破壞形式常表現為規模不一的掉塊、垮塌等破壞。災害體規模一般較小，以傾倒式、墜落式和跳躍式致災破壞。

（2）深大節理控制型（圖5（b））。主要由于災害點發育于斷裂破碎帶及其影響區域內，區內發育有深、大主控節理裂隙面或巖層層面，在地震、暴雨等不利因素作用下，該崩塌體沿巖層層面或深、大主控結構面發生整體崩塌變形。該類崩塌規模較大，以滑移、傾倒或墜落式方式致災破壞。

（3）堆積體危巖成災型（圖5（c））。該類型為巨大的塊石嵌于斜坡坡面而形成的危石，由于其基座為松散土層，抗剪強度低，當降雨軟化時可能失去對危石的支撐能力，導致危石沿陡坡滾動、跳躍。

2.4.2 滑坡成災模式分析

區內滑坡成災模式包括降雨型滑坡、順層巖質邊坡的滑移-彎曲（潰屈）型滑坡、水庫型滑坡等3種，其主要表現為損毀道路、破壞交通，損毀建筑物等方式。

（1）降雨型滑坡物質來源于斜坡巖體風化殘坡積、構造或巖溶化破碎、崩滑堆積物等，一般土石混雜，結構較為松散。集中降雨期間，易沿著基覆接觸面滑移，少數也會牽動淺層基巖，或者沿著堆積體中弱面滑移，其破壞規模多為中小型。

（2）順層巖質邊坡的滑移-彎曲（潰屈）型破壞形式，一般發生在順向（斜順）結構巖體中，主要巖性組合為較堅硬—軟弱砂板巖、千枚巖互層巖性綜合體，軟硬相間結構。巖層在構造應力擠壓下發生（復式）褶曲，核部附近褶曲劇烈部位多形成裂隙密集帶，這些裂隙構成了滑坡邊界，翼部則易出現層間剪切或滑移，如遇持續強降雨或地震則形成滑坡災害。

（3）水庫型滑坡物質來源與降雨型滑坡相似，來源于老滑坡或崩坡積、坡洪積堆積體，滑坡前緣位于現今或水庫蓄水后的水位以下。

2.4.3 塌岸成災模式分析

庫區土質庫岸約占15%。預測庫區有8處塌岸區，6處塌岸區為崩坡積塊碎石土、2處為崩坡積塊碎石土及洪沖積含漂石礫石土。推算蓄水后水庫最大坍岸寬度53～243 m，一般最大坍岸寬度120～165 m。水庫蓄水后，會以坍岸再造形式產生淺表層調整變形，但不影響水庫正常運行。預測除1處坍岸規模較大外，其余坍岸規模均較小。

2.4.4 泥石流成災模式分析

泥石流成災須具備地形地貌條件、物源條件及水動力條件。目前，區內發育11條泥石流災害，其主要誘發因素為強降雨。根據資料分析并結合現場調查情況，泥石流災害的主要成災模式包括損毀道路-破壞交通、損毀建筑物及淤高下游河床、造成水庫淤積及損毀上下游設施3種，成災模式如下：

（1）損毀道路-破壞交通。泥石流災害對交通道路的破壞主要表現為泥石流松散物質淤積造成路基部分掩埋，阻斷交通。

（2）損毀建筑物及淤高下游河床。泥石流造成沿溝道兩側的房屋建筑毀壞、掩埋，泥石流運動過程中搬運的大粒徑塊石沖擊、側蝕建筑物地基和主體結構；泥石流出溝后，流速降低，淤積明顯，建筑物底層被泥砂漿淤埋，造成結構破壞。

（3）水庫淤積及損毀上下游設施。泥石流流經范圍內崩滑流物質易造成河道堵塞，進而導致河流上游水位升高，淹沒部分耕地、林地和房屋；同時還會造成河段擠壓，河道變窄，河水流速變緩，輸沙能量降低，下游河床泥沙淤積嚴重。

3 地質災害易發性和危險性評價

采用地質災害綜合易發性指數法，將地質災害劃分為三大類，其中，地質災害高易發區主要位于大渡河干流及其支流新扎溝兩側岸坡，總面積64.86 km²，數量占全區地質災害總數的92.1%，分布密度為53.96處/100 km²。地質災害中易發區位于峽谷兩側岸坡中上部到地勢相對較緩段，崩塌等不良地質現象較為發育，總面積160.99 km²，數量占全區地質災害總數的7.9%，分布密度為1.86處/100 km²。地質災害低易發區位于兩側斜坡中上部及流域上部至分水嶺處，發育部分崩塌、泥石流等不良地質現象。地質災害易發程度分區如圖6所示。

根據地質災害危險性指數分區，結合現場調查進行地質災害危險性綜合分區，研究區劃分為地質災害危險性大區、中等區和小區，其中，地質災害危險性大區主要位于大渡河干流石家溝至盤龍溝段以及大渡河支流新扎溝溝口段，總面積53.88 km²，地質災害數量占全區地質災害總數的52.6%，分布密度為37.12處/100 km²。地質災害危險性中等區主要位于大渡河干流盤龍溝至庫尾段，總面積62.55 km²，數量占全區地質災害總數的47.4%，分布密度為28.79處/100 km²。地質災害危險性小區位于河谷兩側斜坡中上部及流域上部至分水嶺處，發育部分崩塌、泥石流等不良地質。地質災害危險性分區評價如圖7所示。

圖7 地質災害危險性分區評價

根據工程區地質環境條件、工程設施分布情況、地質災害發育分布現狀及危險性、地質災害易發程度分區結果等因素綜合分析，地質災害重點防治區面積41.07 km²，次重點防治區64.93 km²和一般防治區99.00 km²。地質災害防治區劃說明如表2所列。

4 結論

（1）以大渡河金川水電站工程為研究對象，對遙感解譯的地質災害點進行了現場復核，對工程壩址區及庫區近40 km的河段及其兩岸邊坡和支流等區域進行了詳細的地質調查和測繪，完成了調查區地質災害點的隱患點排查工作，查明了金川河段地質災害數量為38處，地質災害類型有泥石流11處、崩塌9處、塌岸8處、不穩定斜坡5處、滑坡5處和堆積體2處，分析了不同地質災害的基本特征及分布規律、孕災地質條件、形成機理和成災模式。

（2）采用地質災害綜合易發性指數法，將地質災害劃分為“高、中、低”易發區。其中，地質災害高易發區總面積64.86 km²，地質災害數量35處，分布密度53.96處/100 km²。根據地質災害危險性指數分區，結合現場調查進行地質災害危險性綜合分區，研究區劃分為地質災害危險性“大、中、小”區，其中，地質災害危險性大區主要位于大渡河干流石家溝至盤龍溝段以及大渡河支流新扎溝溝口段，總面積53.88 km²，地質災害數量20處，分布密度37.12處/100 km²。

（3）根據調查區地質災害易發性分區和危險性分區評價結果，劃分了地質災害“三區”，其中，重點防治區面積41.07 km²，次重點防治區64.93 km²和一般防治區99.00 km²，為下一步金川河段的重大地質災害專業監測和地質災害防治提供了依據。

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（編輯：劉媛）