大溪河流域主要环境地质问题与土地功能区划分析

连志鹏，伏永朋，李 明

(中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

大溪河流域主要环境地质问题与土地功能区划分析

连志鹏，伏永朋，李 明

(中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

大溪河流域环境工程地质问题主要表现为地质灾害、岩溶、水土流失三方面，本文调查和分析了上述问题的基本特征、影响因素及对国土规划的影响；在此基础上，结合大溪河流域的特色，对流域进行了国土功能分区与适宜性评价，分为：林业经济区、农业经济区、河谷经济区三个大区，详细阐述各区环境地质问题及适宜性情况，为流域规划开发决策提供参考建议。

环境工程地质；地质灾害；岩溶；水土流失；国土功能区划；大溪河流域

大溪河流域位于长江右岸，有东西两源，西源起于奉节县土祥镇，至鹤峰乡两河口，此段称为新民河；东源分两支，分别出自庙湾水田坝和兴隆镇五坝，西支称桃源河，东支流在兴隆一带为明河，至兴隆镇附近转为暗河，于小寨电站附近与西支流汇合谓九盘河。东、西两源在鹤峰乡两河口汇合后称大溪河，在巫山县大溪镇汇入长江，干流全长13.4 km，流域总面积1736.7 km2（图1）。

大溪河流域自20世纪90年代开始已有相关的环境地质与灾害地质的调查成果，流域内突出的环境地质问题主要是地质灾害、岩溶、水土流失等；三峡水库建成后，流域内人类活动更加频繁，因开山采石、公路新扩建和移民建设等活动而弃置的土石渣随处可见，植被破坏较为严重，流域沿岸生态资源遭到破坏，抗灾能力降低，环境地质问题突出，但针对环境地质问题进行相应的功能区划研究尚不充分[1]。因此很有必要对大溪河流域内的环境地质问题调查分析，提出相应的功能区划，为国土部门进行流域规划开发决策提供参考建议。

图1 大溪河流域水系分布图Fig.1 River maps of Daxihe Basin

1 自然地理与地质环境概述

大溪河流域位于中纬度地带，属亚热带湿润季风气候，春旱、夏热、秋凉、冬暖，四季分明。年均气温随海拔增高而降低。降水76%集中在5～10月份，降水量随海拔升高递增明显。高程600 m以下年均降水1000mm；600～1000m，年均降水1100～1370mm；1000～1400m，年均降水1370～1630mm；1400m以上，年均降水1630～2100mm；最大年降雨量1635.2mm（1963年），最小年降雨量721.6mm（1953年），一小时最大降雨量82 mm（1870.5.29），一日最大降雨量158.6mm（1956.7.8）。

大溪河流域地处巫山山脉，属川鄂褶皱碳酸盐、碎屑岩高中山区，大溪河从南南西向北北东呈树状镶嵌其中，形成宽狭交替的河谷地貌，总体地势受长江控制，南高北低，在新构造运动影响下山体上部有多期层状地貌面发育，显示出层峦叠嶂的形态，河谷地区根据岩性不同，峡谷与宽谷皆有发育，局部断续分布漫滩和残留阶地；属于新华夏系构造，构造形态以一系列北北东向构造为主，区域主要构造见图2；区内主要出露地层为三叠纪（T）-侏罗纪（J）沉积岩。岩性为碳酸盐岩、碎屑岩、碳酸盐岩夹碎屑岩。流域南侧兴隆镇以南零星出露志留纪（S）-二叠纪（P）沉积岩，此外流域内还可见第四纪沉积物，延续性差，分布范围相对局限。

2 主要环境工程地质问题

环境工程地质问题是指由人类工程经济活动引起或诱发的危害工程地质环境的地质问题[2-3]。通过实地调查，大溪河流域内环境工程地质问题主要表现为三个方面：地质灾害（滑坡、崩塌、泥石流等）、岩溶、水土流失问题。

2.1 地质灾害

2.1.1 地质灾害特征

大溪河河谷宽、窄交替，切割剧烈。峡谷段沟谷深切，岸坡陡峻，人类活动弱，为崩塌发育区；宽谷段岸坡宽缓，漫滩发育，人类活动强，为滑坡灾害多发区。降雨量受高程控制，多年平均降雨量随高程递增的特征明显，流域内雨量充沛，且较集中，多暴雨、大雨，灾害性气候是本区地质灾害发育的重要诱因。流域内出露侏罗-二叠纪（J-P），岩性为碳酸盐岩、碎屑岩、碳酸盐岩夹碎屑岩，常伴生有泥质软弱夹层或煤系夹层等不良工程地质岩组，为滑坡、崩塌灾害的发生创造了有利条件[4]。

图2 大溪河流域构造纲要图Fig.2 :Geological structure outline of Daxihe Basin

表1 大溪河流域地质灾害类型统计表Table 1 Geological disaster statistics of Daxihe Basin

据调查，流域内发育各类地质灾害140处（截止至2010年），其中滑坡115处（土质滑坡68处，岩质滑坡47处）、崩塌13处，泥石流2处,不稳定斜坡10处。从表1可以看出，地质灾害类型主要以滑坡为主，占总数的81.6%，其中发生规模又以大型、中型为主，共131处，占灾害总数的94%。

2.1.2 地质灾害影响因素分析

地质灾害的发生是由多种因素组合作用而成的，其中包括：地形地貌、地质构造、地层岩性、降雨、人类工程活动等。通过调查分析，大溪河流域地质灾害的发生主要受地形地貌、河流切割、地层岩性、地质构造等内因地质环境因素控制[5]。

大溪河流域地质灾害沿水系呈带状分布，且以水系为中心线向两侧呈现由密集向分散过渡的特点（图3）。按照距离水系不同距离（500、1000、1500、3000 m）分带（影响距）统计表明（表2），地质灾害集中分布于水系两侧500 m的范围内，共发育地质灾害118处，占84.4%，充分说明了河流水系对地质灾害的控制作用。

地层岩性对流域内地质灾害的发生有明显的影响，将地质灾害点与岩组类型进行叠加分析（图4），可以看出流域内地质灾害主要发生于较坚硬层状弱岩溶化泥灰岩、较软弱层状粉砂岩相间岩组与软硬相间的层状砂岩、粘土岩互层岩组内，共发生110处灾害，占总数的78.6%。

表2 水系影响距与地质灾害发育频数关系表Table 2 Correlation between Influence from the river and frequency of geological disasters

图3 地质灾害发育与水系影响距分带关系图F ig.3 Correlation between Influence from the river and frequency of geological disasters

图4 地质灾害与地层岩组关系图Fig.4 Relation between geological disaster and formation rock group

地质构造是地质灾害发生的重要制约因素，通过将地质灾害点与构造进行叠加分析可以看出（图5），流域内地质构造以褶皱为主，向斜、背斜相间排列形成的隔挡式构造格局，地质灾害主要沿齐耀山背斜与横石溪背斜间的巫山向斜呈条带状分布，共发育地质灾害98处，占总数的70%。

综上所述，大溪河流域内地质灾害是河流水系、地层岩性、地质构造、地形地貌和人类工程活动等因素耦合作用的结果。地质灾害的多发区主要表现为地貌上为河谷地貌，以中宽谷为主，此处多为人类聚集的集镇建设所在区域；河流走向与构造线走向一致，并且近乎重合区域；岩性表现为较坚硬层状弱岩溶化泥灰岩、较软弱层状粉砂岩相间岩组与软硬相间的层状砂岩、粘土岩互层岩组。空间分布具有不均衡性、流域的集中性、沟谷两侧的不对称性和对生性等特点及规律。

2.2 岩溶发育特征及影响

大溪河流域内碳酸盐岩呈片状广泛分布于流域内，出露面积大，除背斜核部出露二叠系外，其余均为三叠系嘉陵江组和大冶组，岩溶现象发育，斜坡及山顶一带常见地貌形态主要有峰丛坡状高台原、岩溶槽谷、碗状洼地、石芽、落水洞等，局部发育地下暗河、地缝式峡谷等。典型喀斯特地质现象主要分布在大溪河东源兴隆至九盘一带，该区面积约800 km2,地形切割多在1000 m以上，构造受横石溪背斜和官渡河向斜控制，由三叠系下统构成的碳酸盐岩厚度达到1500 m，产状平缓，发育著名的天坑、地缝、暗河等地质现象，如天井峡地缝、小寨天坑等[6]（图6）。

受溶蚀及构造作用影响，流域内发育多级层状剥夷面，剥夷面上溶槽、溶沟及洼地发育，形成地势平坦的平坝地貌，比较典型的如茅草坝、三角坝、含瑞坝等。

岩溶区主要环境工程地质问题是岩溶塌陷和岸坡危岩崩塌，岩溶塌陷主要分布在溶蚀台地一带，该区岩溶洼地、漏斗、落水洞、隐伏溶洞或暗河等不良地质现象发育，主要为农业耕植区和城镇、居民点，人口集中，一旦发生岩溶塌陷，危害大。

2.3 水土流失特征及影响

图5 地质灾害与地质构造关系图Fig.5 Relation between geological disaster andgeological structure

大溪河流域属亚热带湿润季风气候，山高坡陡，地形复杂，降雨集中且多暴雨，河流切割强烈，顺坡耕作的坡耕地较多，碎屑岩分布地区和巴东组地层抗风化能力弱，风化强烈，人类经济活动频繁，植被覆盖率低，降雨充沛，面蚀作用强烈，水土流失严重，导致土壤日益瘠薄，地力下降，堰塘淤积，河床抬高。部分经大溪河带入三峡库区，使得库容减少，功能削弱。另外严重的还有可能导致滑坡、坡面泥石流等地质灾害的发生，严重威胁人民生命财产安全，造成巨大的经济损失。

图6 大溪河流域岩溶分布示意图[7]Fig.6 Karst distribution of Daxihe basin

参考前人的研究成果，通过野外实地调查，对大溪河流域水土流失进行了简要评价（表3、图7）。流域内水土流失类型、强度和空间分布与岩性关系密切，侏罗系、三叠系中上统以碎屑岩为主，岩性软弱，易风化，水土流失以斜坡“风化-流失-再风化-再流失”坡面流失为主，冲沟和岸坡常见沟蚀和重力侵蚀[8]。三叠系下统至二叠系以碳酸盐岩为主，地表土层浅薄，土被覆盖率低，溶隙、落水洞发育，水土流失类型以坡面流失为主，常因水土流失导致砾质化和石漠化。森林植被的人为破坏、不合理的弃渣和陡坡垦荒种地等不合理的人类活动加剧了水土流失。

从上图可以看出，流域内强-极强度流失区主要分布于新民河及大溪河干流两岸，该区地层岩性以碎屑岩为主，植被以灌木、草地为主、耕地较多，植被覆盖少，沟谷切割强烈、比降大，利于水土流失。特别是青龙镇以下至大溪河河口，河谷斜坡地带，坡耕地多，土壤疏松，遇强降雨时，地表径流速度快，土壤冲刷量大，加上人类工程活动强烈，加剧了水土流失。其它地段岩性以碳酸盐岩为主，植被覆盖好，人类工程活动弱，水土流失为轻-中度。

3 流域土地功能区划

3.1 原则与方法

(1)分区原则

综合性原则：综合考虑不同地段的自然地理、地质环境、经济发展规划及环境适宜性。

实用性原则：客观分析不同地区环境工程问题，从总体发展和长远规划角度分区。

预测性原则：充分考虑不同地区主要环境工程地质问题的潜在影响，并提出评价建议[9]。

(2)分区方法

国土功能分区的原则和方法,主要有:综合分析和人工判别,GIS,模糊数学和灾害密度,模糊灰色聚类,多元统计判别,因素比较法,质量系数法,决策支持系数,神经网络,专家系统[10-12]等。本文选取综合分析和人工判别的方法，采用GIS软件，对大溪河流域地质环境进行国土功能分区。

表3 流域水土流失评价表[8]Table 3 Evaluation of soil erosion within the basin

图7 流域水土流失评价图Fig.7 Evaluation of soil erosion within the basin

首先进行宏观分区，以自然地理特征、经济发展现状和环境工程地质条件为分区评价因素，综合分析不同地区共有的环境工程地质特征,对大溪河流域进行一级分区。

在宏观分区的基础上，通过综合分析区域稳定性、斜坡稳定性、水土资源、环境质量、人类工程经济活动适宜性及综合开发的社会经济效益等因素，对大溪河流域进行微观分区，即二级分区。

3.2 分区与评价

通过上述分区原则及方法，结合流域现状及开发前景，对大溪河流域环境工程地质进行国土功能分区及评价，评价图见图8。从图中可以看到流域宏观上分为三个大区，微观上分为七个亚区，各区的情况如下：

(I)林业经济适宜区

该区面积1345.5 km2，占流域总面积71.3%，该区分为两个亚区：Ⅰ1区为天然林保护区，面积377.2 km2，集中分布于新民河与九盘河之间和流域南西侧三角坝至茅草坝狭长的斜坡地带。该区属于中山区，区域构造上分别处于北北东向横石溪背斜和茅草坝背斜核部，山高坡陡，最高海拔1900余米，岩性以碳酸盐岩为主，地表大多基岩出露，碳酸盐岩分布地段受溶蚀作用，峰丛槽谷或溶丘绵延分布，常分布厚度不等的粘性土，因人类活动弱，天然植被保护完好，植被覆盖率达到80%以上，以森林生态资源和生物多样性成为自然保护区，该区适宜以生物多样性、水土保持、水源涵养林等进行生态系统和生物资源保护和管理，打造“生物基因库”和“天然植物园”；Ⅰ2区为农林经济适宜区，面积968.3 km2，集中分布于新民河两岸斜坡中上部及九盘河流域溶蚀台地上。系低中山区，山顶高程大多在1000 m以上，区域构造上处于NNE向巫山向斜和官渡河向斜两翼，河谷斜坡坡度以大于15°陡坡为主，台地以岩溶台地为主，斜坡稳定性好，地质灾害不发育，植被覆盖较好，人类工程活动沿溶沟、洼地、槽谷或溶盆等坡度较小的地带耕种，其余斜坡多以灌木、草被为主，该区水土流失、洪水灾害是其主要的环境工程地质问题。

图8 环境工程地质问题国土功能区划图Fig.8 Land-function appraisal of Daxihe basin

(Ⅱ)农业经济适宜区

该区面积303.4 km2，占流域面积的16.1%，分为两个亚区：Ⅱ1为农业经济适宜区，面积79.3 km2，分布于庙宇镇一带，系山间河谷盆地，区域构造上处于官渡河向斜核部，岩性以碎屑岩为主，斜坡坡度多小于15°，水土流失属中度流失区，地表多覆盖残坡积碎石土，厚度多小于3 m，斜坡耕作层30～50 cm，适宜农作物种植。河谷平坦开阔，河床宽500 m～ 1000 m，以冲洪积粘性土为主，适于水田。该区地质灾害不发育，人口居住集中，农业经济适宜；Ⅱ2为林农经济适宜区，面积224.1 km2，主要分布于新民河及干流大溪河两岸斜坡中下部，高程多为小于1000 m的河谷斜坡地带，区域构造上处于NNE向巫山向斜两翼，岩性以侏罗系、三叠系中上统碎屑岩为主，坡度以15°～35°陡坡为主，由于人类不合理农业耕作，水土流失严重，不宜进行盲目的农业开发，可在考虑在水土保持、退耕还林的同时，通过坡改梯、农业和经济林兼作等措施，改善生态环境。在该区域进行人类工程活动时，应控制其规模。

(Ⅲ)河谷经济适宜区

该区面积238.2 km2，占流域面积12.6%。分为三个亚区：Ⅲ1为库区生态经济适宜区，面积61.0 km2，分布于大溪河河口至新民河下游库区两岸，主要位于三峡库区，蓄水后水势平稳，以宽谷为主。该区地质灾害发育，水土流失严重，主要环境工程地质问题是须家河组和巴东组分布的岸坡受库水位影响诱发的库岸稳定性问题，应结合生态屏障区建设，通过消落区库岸治理、岸坡植被恢复和库周绿化带工程、水土流失整治等措施，改善生态环境；Ⅲ2为河谷农业综合适宜区，面积64.7 km2，分布于新民河两岸狭长河谷地带，河谷形态以"V"形峡谷为主，岸坡坡度多小于25°，集镇多沿河谷两岸狭长地带布置，人口集中，斜坡以旱田为主，由于人类不合理农业耕作，水土流失严重，大多属于极强度流失区，青龙一带多有煤矿分布，环境工程地质条件差。适宜综合农业，果林与现代农业综合发展，城镇控制规模，矿山加强生态恢复治理；Ⅲ3为旅游、水电经济适宜区，面积112.7 km2，分布于九盘河河谷地带及上游，旅游资源包括天坑地缝、九盘河、龙桥河、茅草坝林区等景区等；河谷形态以“V”形、“U”形峡谷为主，河床落差大，水能丰富，适宜水能开发。主要环境工程地质问题是两岸山高坡陡，斜坡稳定性差，崩塌发育，对旅游接待场所和水电设施构成安全威胁，因此在该区建设时要充分考虑环境工程地质条件，建筑物尽量避开陡崖和崩坡积斜坡地带，水电尽量以隧洞引水为主，管道易布置在岩体相对完整的逆向坡和倾伏坡上。

4 结论

大溪河流域位于长江上游，地质环境复杂,灾害频繁,随着三峡水库蓄水后,自然环境、经济环境、社会环境以及人类活动之间的相互影响也日益加强。流域环境脆弱且敏感,环境工程地质问题复杂多样，通过调查、分析、研究大溪河流域环境工程地质问题，得到以下几点结论：

（1）大溪河流域主要环境工程地质问题有三类：地质灾害、岩溶、水土流失。其中地质灾害是流域内最突出的环境工程地质问题，是河流水系、地层岩性、地质构造和地形地貌等因素耦合作用的结果。

（2）岩溶、水土流失相比地质灾害为流域内次一级的环境地质问题，空间分布与发育强度与岩性关系密切；但岩溶、水土流失随着强度与规模的扩大，易引发岩溶塌陷、崩塌，滑坡、泥石流等地质灾害。

（3）以综合性、实用性、预测性为分区原则，采用综合分析和人工判别的方法，定性的对大溪河流域进行国土功能区划，分为林业经济区、农业经济区、河谷经济区三个大区及七个亚区。

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LIAN Zhi-Peng,FU Yong-Peng,LI Ming

（Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China）

Lian Z P,Fu Y P and Li M.Main environmental engineering geological problems and land-function regionalization appraisal of Daxihe basin.,2015, 31(3):297-305.

The main environmental engineering geological problems of Daxihe basin include geological disaster, karst geology,and soil erosion.Those questions have been analyzed through investigation,involving basic characteristics，influences and land-function regionalization.On the basis,the paper proposes three regions defined as forestry economic Zone,agricultural economic zone,valley economic zone concerning the local features, land-function regionalization and suitability appraisal,and also the detail understanding and suggestion of the following development in the Daxihe basin.

Daxihe basin;Environmental engineering geology;Geological hazard;Karst geology;Soil erosion; land-function regionalization.

P66

A

1007-3701（2015）03-297-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2015.03.010

2015-02-26；

2015-07-06.

中国地质调查局“长江上游宜昌-江津段环境工程地质调查（1212010640601）”项目资助.

连志鹏(1985—)，男，硕士，工程师，主要从事地质灾害方面的研究,E-mail:lianzhipeng1985@163.com.