丹江口库区地质灾害发育特征及形成机制分析

李隆平, 雷深涵, 郭 峰

(湖北省地质局 水文地质工程地质大队,湖北 荆州 434100)

丹江口库区地质灾害发育特征及形成机制分析

李隆平, 雷深涵, 郭 峰

(湖北省地质局 水文地质工程地质大队,湖北 荆州 434100)

通过对丹江口库区地质灾害点现场调查与分析确定该库区地质灾害发育类型为滑坡、崩塌、不稳定斜坡。从地形地貌、构造、地层岩性、降雨和人为条件分析该区地质灾害的形成机制,研究结果显示该库区地质灾害发生与人类工程活动和降雨诱发因素关系密切,做好汛期地质灾害监控和对工程建设活动进行规范管理是该库区地质灾害防治的关键。

地质灾害；发育特征；形成机制；防治对策；丹江口库区

十堰市丹江口库区地质灾害十分发育,各类地质灾害所表现出的特征及危害程度有相似之处,亦存在一定的差异,这些差异的形成有不同的灾害成灾机理。了解掌握灾害的成灾机理,是认识各类地质灾害并进而有效防治的前提。本文对该库区境内地质灾害点进行了详细的现场调查与分析,确定了该库区的主要地质灾害类型及其成灾机理,并提出了相应的防治建议。

1 研究区背景

丹江口水库位于湖北省丹江口市和河南省淅川县,域跨鄂豫两省,分为湖北境内汉江库区、河南境内丹江库区两大库区。本文中“丹江口库区”所指为湖北省境内十堰市城区、丹江口市、郧县、郧西县库区范围。丹江口水库是中国南水北调中线工程的水源地,水库总面积846 km2,库区水面最宽超过20 km,最窄不足300 m,库区水位最深达80 m。丹江口水利枢纽工程,大坝高为162 m,总长2 494 m,设计蓄水水位157 m,库容为174×108m3；为解决华北地区的城市生活与工业用水,坝顶加高至176.6 m,设计蓄水位提高到170 m,库区水域面积达1 022.75 km2,总库容达290.5×108m3。

丹江口库区属北亚热带季风的温和半湿润气候,多年平均气温12～16 ℃,年平均蒸发量700～1 100 mm之间,年平均降水量700～1 100 mm,年内分配不均,5—10月降水占全年的70%～80%,7—9三个月占年降水量的40%～60%。在大气环流作用下,空中水汽易向水库及周围地区扩散,使水库及周围地区的局部暴雨加强,甚至常发生灾害性局部暴雨。境内河流主要为汉江和丹江水系,主干河流为汉江,支流有丹江、浪河、后河、剑河、东河、官山河、泗河、神定河、堵河、将军河、白石河、大柏河、石人河、龙门河、天河、泥河、夹河、老灌河、淇河。

丹江口库区地处秦巴山区东段,是一个以低山丘陵为主体,山谷相间的山区。大部分为山地,山高谷深,山体浑圆,山川溪水纵横。汉江自西向东贯穿,汉江两岸枝状水系发育,地势总体上西高东低,地貌类型主要可划分为构造侵蚀剥蚀低山峡谷地貌、构造侵蚀丘陵地貌及构造盆地[1]。

丹江口库区属于多旋回的秦岭地槽区,主要由元古界、震旦系、寒武系变质岩组成,其上为中新生代盆地。区内经历了多次构造运动,形成了一系列极其复杂的构造形迹。以北西向构造带为主,主要表现为断裂、褶皱。两郧断裂和白河—石花街(公路)断裂及与其相关的次级构造。两郧与公路断裂规模十分庞大,它不但控制着区内构造骨架,同时也控制了地层建造。两郧断裂直接控制着郧县盆地的发生发展。断裂带内岩石破碎,并见有泥化及糜棱岩化。区域性变质作用总体以浅—中等变质为主,表现为片理、片麻理发育。元古代及古生代的基性、超基性侵入岩呈北西向带状分布在两郧和公路断裂之间。

2 地质灾害发育特征

2.1 类型

丹江口库区地质灾害十分发育,截止2013年7月,发育地质灾害点704处,灾害类型有滑坡、崩塌、不稳定斜坡三种地质灾害(图1)。其中:滑坡502处,占71.3%；崩塌12处,占1.7%；不稳定斜坡190处,占27.0%。地质灾害类型以滑坡为主,不稳定斜坡次之。

图1 丹江口库区地质灾害分布图Fig.1 Columnar distribution map of geological disasters in Danjiangkou reservoir area

2.2 规模

地质灾害规模按受灾体体积可分为巨型、特大型、大型、中型及小型。丹江口库区境内各类地质灾害以小型为主,共489处,其中滑坡329处,崩塌11处,不稳定斜坡149处；中型192处,其中滑坡150处,崩塌1处,不稳定斜坡41处；大型21处,均为滑坡；特大型滑坡2处,体积分别为2 816×104m3、1 359×104m3(表1)。

表1 丹江口库区地质灾害规模统计表Table 1 Statistics of geological disasters in Danjiangkou reservoir area size

2.3 分布特征

丹江口库区由于受其复杂的地形地貌、地质、气象水文条件和其强烈的构造运动及人类工程经济活动的影响,使得本地区地质灾害相对发育,其分布在地形和地域上有较明显差异。地质灾害点在库区境内30个乡镇均有分布,数量最多的5个乡镇依次为:龙山镇、柳陂镇、均县镇、武当山特区及习家店镇，分别为77处、65处、59处、47处、45处；六里坪镇、牛河镇、浪河镇、凉水河镇、丁家营镇、方滩乡、黄龙镇、杨溪镇、茶店镇、青山镇、城关镇、青曲镇、五峰乡、胡家营乡、羊尾镇等15个乡镇次之,点数13～36处；其余乡镇地质灾害分布较分散,地质灾害点数均<10处(图2)。

2.3.1 地形分布

主要分布在构造剥蚀丘陵区,其主要分布于库区堵河河口—韩家洲—青曲镇店子河村一线以下地带,高程150～500 m,地势起伏较小,河谷由上至下逐渐开阔,两岸坡度多为15°～30°,植被一般较发育。由于城镇发展,人类工程活动频繁,自然植被破坏严重,在降雨或暴雨情形下,坡面侵蚀强烈,崩塌、滑坡、不稳定斜坡等地质灾害较发育。在704处地质灾害中,有428处发育在构造剥蚀丘陵区,占总数的60.80%。构造侵蚀低山峡谷区、构造盆地区次之,分别发育171处(占总数的24.29%)、105处(占总数的14.91%)。

图2 丹江口库区各乡镇地质灾害点分布柱状图Fig.2 Distribution map of geological hazard spots in townships of Danjiangkou reservoir area

2.3.2 岩性分布

丹江口库区境内有松散岩土体类、碎屑岩类、层状碳酸盐岩类、片状变质岩类、块状岩浆岩类等岩土类型,各岩类均有地质灾害分布。按岩土类型分类,主要分布在片状变质岩类、松散岩土体类岩性区,分别发育有298处(占总数的42.33%)、236处(占总数的33.52%)；其次分布在碎屑岩类岩性区,数量131处,占总数的18.61%；层状碳酸盐岩类岩性区,数量24处,占总数的3.41%；块状岩浆岩类岩性区,数量15处,占总数的2.13%(图3)。

图3 地质灾害岩类柱状分布图Fig.3 Histogram map of the distribution of rocks in geological hazards

2.3.3 构造单元分布

地质灾害点具有与主构造线展布方向一致展布的特征,具体表现：沿断裂构造带两侧密集发育,其中两郧断裂带左右各1 km影响范围内分布有地质灾害点60处,占总地质灾害的8.80%；公路断裂带左右各1 km影响范围内分布有地质灾害点47处,占总地质灾害的6.68%；观音—茶店复背斜,共发育有47处,占总地质灾害的6.68%。

2.3.4 时间分布

主要集中在6—9月。这些时间点段也是区内降雨主要时段,集中了区内降雨量60%,共发生滑坡386处,占有时间记录滑坡的86.4%；而其它月份降雨量占40%,发育滑坡60处,占13.6%。由此可见,地质灾害在月份上分布不均,且多分布于汛期6—9月份,地质灾害的时间分布规律受降雨周期及降雨量影响明显。

2.3.5 地质灾害点主要分布在人类工程活动较强烈的地带

人类工程活动破坏了原有岩土体地质结构,易导致地质灾害的发生,且工程活动越强烈的地方地质灾害越发育。本次调查的地质灾害点中,158处滑坡、9处崩塌、48处不稳定斜坡均与人类工程活动有关,大多是因城乡建设与村民建房、基础设施(如公路)建设或库水位变化影响等形成的高陡切坡。如丹江口市旅游港等码头建设、均县镇等集镇迁复建、十郧高速、黄方公路等交通路网建设,诱发了较大规模的崩塌、滑坡、不稳定斜坡等地质灾害。

3 形成条件和诱发因素

地质灾害的发生是地形地貌、地质构造、岩土体结构类型、降雨、地震、河流侵蚀、人类工程活动等诸多因素共同作用的结果,其中地形地貌、地层岩性与岩土体结构类型、地质构造、水文地质条件等是地质灾害产生的基础条件,降雨、人类工程活动、河流侵蚀、地震等是地质灾害形成的诱发因素。

3.1 形成条件

3.1.1 地形地貌条件

崩塌、滑坡、不稳定斜坡是斜坡上的岩土体在自重以及其他动力作用下发生运动的结果。地形较陡是地质灾害产生的重要条件,是崩塌、滑坡、不稳定斜坡等重力地质灾害动力形成的基本条件,地形高差越大、坡度越陡,斜坡岩土体下滑力越大,发生崩塌、滑坡的可能性也就越大。据本次地质灾害调查资料显示,丹江口库区境内地质灾害分布与地形地貌关系密切,构造剥蚀丘陵区地质灾害点分布最多(占总数的60.80%),且相对较集中；灾害点主要为滑坡、崩塌、不稳定斜坡。其主要原因是该区地势高差相对较大,一般150～500 m。沟谷多呈“U”形和“V”形,坡度较陡(坡角25°～40°)；坡脚处常有厚度较大、结构松散的残坡积物堆积,有利于崩塌、滑坡的形成。

3.1.2 地层岩性条件

地层岩性是灾害形成的物质基础,地质灾害活动与岩土类型、性质、结构具有特别密切关系。软弱地层,在构造作用以及其它外力作用影响下,都容易形成土状或泥状的软弱夹层,成为潜在的滑动面或滑动带,具备产生滑动的基本条件,同时,在软弱地层中,由于抗风化能力弱,易形成大量的松散物质。相反,硬质岩类,岩体抗风化能力强,不易形成潜在滑移面和松散物质。岩性不同,其地质灾害的发育程度及类型也不同。根据本次调查资料显示,境内321处土质滑坡中,仅7处土质滑坡是发生在土体内部,其余全是沿岩土界面滑坡,占地质灾害点总数的44.6%。岩性主要为粘土、粉质粘土、粉土夹碎块石,结构松散,孔隙度大,透水性强,下伏基岩透水性相对较小,在饱水状态下易沿岩土接触面形成崩滑；110处岩土混合型滑坡中有103处发生于片岩地层,占总数的14.6%,强风化层厚度多在10 m左右,岩石风化破碎,力学强度低,遭遇强降水和人类工程活动情况下发生崩滑；71处岩质滑坡中,有46处发生在元古界变质岩中,占地质灾害总数的6.5%,该类地层以绢云母片岩、绿泥石英片岩、钠长片岩等为主,岩性软弱,抗风化能力较弱,受降雨和工程活动影响易形成崩滑。根据调查分析统计,第四系松散岩和较坚硬—软弱的元古界武当山群变质岩为境内的易滑岩组。

3.1.3 斜坡结构类型条件

斜坡结构类型是崩滑灾害形成的直观地质基础条件,且可深入统计分析崩滑灾害的形成机理,地质灾害与其具有相关性[2]。在顺向坡中发生崩滑的可能性越大。根据本次调查,丹江口库区境内发生滑坡数量最多的斜坡结构是顺向坡,共167处,占地质灾害点总数的23.7%；其次是斜向坡,共156处,占地质灾害点总数的22.1%。不稳定斜坡中因存在部分人工切坡所致,故未参与统计分析。

3.1.4 地质构造条件

丹江口库区属于多旋回的秦岭地槽区,区内经历多期次构造运动,断裂及褶皱发育,地质构造复杂；加上大面积分布的变质岩岩性软弱,在构造作用下,使得岩体结构进一步破碎,完整性及稳定性较差,在降雨、工程活动等因素作用下,这些构造带往往也是地质灾害密集发育地带。

3.2 诱发因素

3.2.1 降雨

根据本次调查,在丹江口库区已发生的崩塌、滑坡中,其具有群发性、周期性和季节性等特征,这些特征与降雨都存在紧密联系,汛期短时暴雨或持续强降雨是库区重要的地质灾害诱发因素之一。尤其最近数年以来,随着气候变化异常大背景的影响,汛期暴雨增多,并形成了一些新生滑坡崩塌灾害。以丹江口市为例,2003年8月28日—9月2日降雨量达178 mm,发生地质灾害24处；2005年9月30日—10月2日降雨量123 mm,发生地质灾害3处；2012年8月5日—7日六里坪镇降雨量300 mm,发生地质灾害8处。均表明地质灾害的发生与强降雨存在密切关系。此外,许多滑坡在经历上述几个降雨时间段时,有明显加剧变形迹象。如丹江口市丹赵路街杨山林场蔡家包子滑坡于2005年9月30日发生变形,后缘形成弧形裂缝,延伸长约15 m,宽约0.2 m,下挫0.2～0.5 m；2010年6月23日降雨后,变形急剧增加,裂缝加长至50 m,宽0.5～1 m,下挫1～2 m。

3.2.2 人为因素

(1) 人类工程活动 不良工程地质作用是导致发生地质灾害的重要因素。据现场调查,与工程活动有直接或间接关系的地质灾害隐患点有215处,占总数的30.5%。由此可见,引发地质灾害的人类工程活动中,更多表现为对边坡的开挖,形成高陡人工切坡,边坡的临空面增大,边坡失去平衡后失稳,在降雨的作用下引发崩塌、滑坡。尤其是农村建房切坡是丹江口库区引发崩塌、滑坡灾害的主要工程活动,虽然灾害规模不大,但点多面广,直接威胁房屋建筑,危害性大。

(2) 库水作用 丹江口水库蓄水后,滑坡坡体受到库水浸泡,滑坡岩土体与水发生相互作用,一方面,岩体发生软化,特别是滑动带的物理力学性质变差,抗剪强度值急剧降低,导致抗滑力减小,且这种软化常常具有不可逆性；另一方面滑坡部分浸水后,上浮力增大,对库岸稳定性造成影响,从而诱发滑坡的形成或复活。当库水位从高水位降落时,滑体中的孔隙水向坡下渗流,产生向下的渗透动水压力,这种压力和滑坡的滑动方向一致,从而增加了滑体的下滑力,引起滑体局部调整而出现变形。据现场调查,丹江口库区回水范围内,发育涉水地质灾害共有222处,占总数的31.5%。这些地质灾害前缘均受水库回水的淹没或受水位升降变化影响,如果长期淹没、冲蚀,将导致这些地质灾害体的前缘乃至整体发生变形失稳。

4 结语

丹江口库区地质灾害形成和发展受多方面的因素控制,以地形地貌、地层岩性、地质构造等地质环境背景为内在因素,以人类工程活动、库水作用对地质环境的破坏和改造为外在因素,以降雨为诱发因素,是所有这些因素共同作用、相互影响的结果。从内在因素来说,以下地段易产生滑坡、崩塌:山高坡陡地段,岩石风化强烈、残坡积层厚度大的斜坡地段,裂隙发育岩石破碎地段，断裂褶皱发育地段。地质灾害发生与人类工程活动和降雨诱发因素关系密切,因此,做好汛期地质灾害监控和对工程建设活动进行规范管理是该库区地质灾害防治的关键。

[1] 肖宇煌,王戈,苏昌,等.湖北省十堰市丹江口水库库区地质灾害调查报告[R].武汉：湖北省地质环境总站,2013.

[2] 姜得义，朱合华，杜云遗.边坡稳定性分析与滑坡防治[M].重庆：重庆大学出版社，2005.

(责任编辑：陈文宝)

Analysis of Development Characteristics and Formation Mechanism of GeologicalDisasters in Danjiangkou Reservoir Area

LI Longping, LEI Shenhan, GUO Feng
(HubeiInstituteofHydrogelogyandEngineeringGeology,Jingzhou,Hubei434100)

Based on field investigation and analysis of geological disasters in Danjiangkou reservoir area,the authors determine development types of geological disasters are landslide,collapse and unstable slope.The paper analyses formation mechanism in sides of topography,lithology,structure,rainfall and human conditions.The results show geological disasters in the reservoir area ,economic activities of human beings and the rainfall induced factors are closely related.Good geological disasters monitoring and standardized management of the activities of engineering construction is the key of the prevention of geological disasters in the reservoir area.

geological disaster;development characteristics;formation mechanism;countermeasures;Danjiangkou reservoir

2014-09-18；改回日期：2014-10-14

湖北省南水北调丹江口库区及十堰城区、丹江口市、郧县地质灾害详细调查项目。

李隆平(1984-),男,助理工程师，工程地质勘查专业,从事地质灾害防治、水工环地质工作。E-mail:723263035@qq.com

P694

A

1671-1211(2015)01-0036-04

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.1358.016.html 数字出版日期:2014-12-24 13:58