兰州市城区环境工程地质问题及其防治对策分析研究

2016-09-07丁保艳

甘肃科技 2016年11期

关键词：兰州市工程地质泥石流

黄　超，丁保艳，刘　娟

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050）

兰州市城区环境工程地质问题及其防治对策分析研究

黄超，丁保艳，刘娟

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050）

随着兰州市工程建设的不断发展，环境工程地质问题的重要性愈来愈为人们所认识。基于兰州市城区地质环境现状，主要针对活动断裂与地震可能引发的工程地质问题、地质灾害问题、地下水采灌引起的环境工程地质问题及黄河主河道变化引起的环境工程问题等进行分析研究，并提出了相应的防治对策。

兰州市；城区；环境工程地质问题；防治对策

兰州市作为甘肃省的省会城市，是全省的政治、经济、文化中心，对全省社会经济发展及周边地区的发展发挥着不可替代的辐射带动作用，随着兰州市社会经济的不断发展，受特殊地形地貌的限制，城市建设空间已趋饱和，环境矛盾极为突出。面对全面建设小康社会和西部大开发的历史机遇，为了实现兰州市跨越式发展，近年来兰州市委、市政府顺应城市发展规律，提出了“东扩西展、南伸北扩”的城市空间发展战略，就《兰州市城市总体规划》（第四版）所涉及的区域（图1）建设用地环境工程地质问题及其防治对策进行分析研究。

图1　兰州市第四版城市总体规划范围图

研究范围为东起兰州市榆中县县城～清水乡，西至西固区河口乡，南北以两山第一斜坡带为界，另外还包括以兰州空港为中心的中川镇部分地区（秦王川盆地南部），工作区地理坐标在东径103°24′17″～104°15′34″，北纬35°48′23″～36°15′18″之间，兰州空港为中心的中川镇工作区地理坐标东径103°35′14″～103°44′40″，北纬36°27′13″～36°34′14″。

本文主要针对活动断裂与地震可能引发的工程地质问题、地质灾害问题、地下水采灌引起的环境工程地质问题及黄河主河道变化引起的环境工程问题等进行分析研究。

1　活动断裂与地震可能引发的工程地质问题及其防治对策分析研究

兰州市区新构造运动特点突出，主要表现为活动断裂及受活动断裂控制的活动断陷――兰州断陷盆地。区内活动断裂非常发育，其中深沟桥断裂、李麻沙沟断裂、李黄沟断裂和刘家堡断裂推测为发震断裂。活动断裂与地震可能引发的工程地质问题主要表现为出现地裂缝（如西固地裂缝）、喷水冒砂、土体滑移、砂土液化、地基失效等，从而对上部结构产生轻微乃至严重的变形破坏。发震断裂带为工程建筑抗震危险地段，应尽量避开，工作区抗震设防烈度为8度，乙类建筑最少避让距离300m，丙类建筑最少避让距离200m，甲类建筑最少避让距离应进行专门研究，建议将发震断裂带规划为绿化带。其他活动断裂带为工程建筑抗震不利地段，规划建筑应进行抗震设计，并避免建筑物横跨断裂带。

2　地质灾害问题及其防治对策分析研究

2.1地质、自然作用引发的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害问题及其防治对策分析研究

地质灾害具有突发性、诱发性、渐进性及群发性等特点，对灾害区域内人的生命和财产及环境造成极大的威胁和破坏。工作区地质灾害高易发区主要分布于南北两山山前地带和黄河Ⅳ级阶地的台缘，区内地质环境脆弱，人类工程活动强烈，地质灾害密集发育。其中青石台～伏龙坪～桑园子一带为不稳定斜坡、泥石流、滑坡高易发段，该段分布于工作区南部黄河Ⅲ、Ⅳ级阶地及山前地带，段内出露的地层主要为第四系上更新统风积黄土和第三系泥岩、砂岩。段内人类工程活动强烈，城区建设、居民削坡建房等形成大量高陡斜坡，在降雨等外动力影响下易于产生变形破坏，同时段内也是山前洪水、泥石流的流通区域，对冲沟岸坡冲刷切割强烈，引发坡体失稳；沙井驿～徐家湾～青白石一带为泥石流、崩塌高易发段，该段分布于工作区北部的黄河Ⅳ阶地及以上山前地带包括整个大沙沟流域，段内出露地层主要为前寒武系皋兰岩群黑云母角闪片岩、黑云母片岩、绢云母片岩夹薄层石英岩，白垩系河口群紫红色砂岩、泥岩，第三系桔红色厚层砂岩，段内基岩受断裂带影响岩体破碎，风化强烈，残坡积物厚度较大，坡面陡峭，山坡坡度大于30°，特殊地质地貌使得段内崩塌、泥石流非常发育。

地质灾害的防治必须遵循预防为主、全面规划与重点防治相结合的原则。灾害检测和预报是防灾的先导性工作，一方面通过建立地质灾害灾情信息系统和检测预报网络，不断提高地质灾害的预测预报水平；另一方面树立全民防灾意识，坚持走群众性与专业性相结合的道路，“群测群防”，加强群众减灾防灾知识的普及教育，同时组织高水平的专业队伍通过综合勘查和评价研究，掌握各类地质灾害在不同地段的发生规律与成因机制，确定防灾对策，根据不同灾种的具体情况采取避让、生物或工程措施进行地质灾害的防治工作。

防治工程需要全面规划但也要突出重点，青石台～伏龙坪～桑园子一带为地质灾害高易发段，不稳定斜坡前缘建筑及道路（街道）密集，应作为主要防治地段，其中皋兰山滑坡群及姐姐沟不稳定斜坡由于危害较大，应作为防治重点。由于城市规划区位于盆地内平原区及李麻沙沟、大沙沟等较大的沟谷内，区内泥石流堆积区大多位于规划建筑区，泥石流的威胁（危害）较为严重，因此对特大型、大型、中型，高、中易发泥石流应进行综合勘查并采取科学、有效的治理措施。主要防治措施如下：

边坡一般采用坡面植草（树）、削坡、修建截（排）水设施、锚喷支护、挡墙（重力式、扶壁式等）支护及锚杆（索）挡墙支护等防护措施；滑坡一般采用坡面植草（树）、刷方减载、回填压脚、修建截（排）水设施、重力式挡墙、格构锚固、预应力锚索、抗滑桩等防治措施；危岩崩塌治理可采用清除、灌浆封闭、锚固、支撑、充填、栅栏及拦石墙、排水、挂网等措施中的一种或几种。泥石流一般采用坡面植草（树）、治理沟谷中崩塌及滑坡、清理疏通沟道、修建排洪设施、修建拦挡坝等综合治理措施。对于重要建筑应尽量避开地质灾害易发地带。

2.2人类工程活动引起的地质灾害问题及其防治对策分析研究

引起地质灾害的人类工程活动主要为削坡建房、农田水利灌溉、山坡绿化灌溉、矿产开采、公路交通建设等几个方面，下面分别阐述。

1）削坡建房使边坡失稳，沟道开发加大泥石流隐患。随着人口的增加和城市的扩展，居住密度和开发建设强度不断加强，市区缘山陡坡地带的伏龙坪、桃树坪、李家湾、金城关、华林坪等地为了争取建筑场地，不合理的削坡使得边坡过陡过高，供、排水系统不完善，多诱发滑坡灾害；大沙沟、罗锅沟等沟谷内半填半挖，使得沟谷内堆积有大量的松散土石，排洪设施不健全，存在较为严重的泥石流隐患。

2）农田水利和山坡绿化灌溉诱发滑坡灾害。黄土（黄土状粉土）高台地区长期大水漫灌的结果，使得大量水体渗入地下，软化台缘斜坡土体，改变了斜坡水文地质环境，降低了斜坡稳定性，变形破坏严重，滑坡灾害时有发生，如青石台和牟家台台缘滑坡；近年来，市区南北两山开展了大规模的植树造林工程，绿化灌溉中使大量的水体渗入斜坡土体，增加了坡体的含水量，降低了土体的强度，诱发了多处崩塌、滑坡灾害，近几年黄河北徐家湾～白塔山公园一带发生的数起滑坡灾害与该地区山体绿化灌溉有很大的关系。

3）矿产开采诱发小型滑坡、崩塌灾害，加大泥石流隐患。工作区内桑园子、李麻沙沟、咸水沟等地大规模的山体开挖进行采砂、采石，诱发小型滑坡、崩塌灾害，砂石随意堆放，堵塞沟道，存在严重的泥石流隐患。

4）公路交通建设形成多处不稳定边坡。近几年来，兰州市周围高等级公路建设工程及铁路较多，山区高等级公路及铁路修建时，都进行了大量的土石方开挖和填筑，形成了一些新的高陡边坡，部分边坡稳定性较差，形成崩塌（潜在崩塌）和小型滑坡，同时，大量废弃土石不可避免的成为泥石流的松散固体物质来源。

工程建设和浇灌等人类工程活动引发的地质灾害逐年呈增长趋势，应以高度重视。工程建设必须严格按照国家及地方有关规定进行建设用地地质灾害危险性评估工作，对于工程建设所形成的不稳定边坡和弃土石必须予以有效治理；农业和绿化灌溉不宜大水漫灌，应逐步采用喷灌或滴灌，以减少地表水的入渗量。

降水是工作区滑坡、泥石流等地质灾害的主要诱发因素，区内降水集中在6～9月，为主汛期，也是各类工程建设活动强烈的时期，二者可共同诱发地质灾害。因此，6～9月为地质灾害的年度高发期，即为地质灾害重点预防期。但据统计资料，兰州市的滑坡灾害每月都发生，因此，需全年进行实时监测预防，汛期和冻融季节是高发期，要更进一步加强监测预防，增加监测的频率。

3　地下水采灌引起的环境工程地质问题及其防治对策分析研究

3.1地下水水位上升引起的环境工程地质问题

东岗、西固等人口密集和工业集中地段自20世纪60年代起地下水开始处于缓慢上升状态，水位上升使黄土状粉土湿陷导致建筑破坏的现象时有发生。近年来，随着地段内农田灌溉的减少、供排水设施的逐步健全、贮水池的关闭、沟道排水渠的修建、工业及生活污水的有效管理等，东岗、西固地段引起地下水位上升的问题逐步得到改善，本次工作认为，东岗、西固地下水水位基本处于动态平衡状态。

秦王川盆地（南部）永登东干渠自流引灌工程（1959年建成）、西岔电力提灌工程（1989年建成）以及自1993年开始投入使用的“引大如秦”工程的影响，地下水水位呈上上升趋势，局部地段地下水溢出地面。灌溉及水位上升引起区域内水质恶化和土壤次生盐渍化等环境地质问题。可通过沟道清淤、暗管排水等方式加大区域地下水的排泄量，控制水位的上升，同时可采取铺土压盐、施肥压盐（提倡使用家畜有机肥料）、种植红柳、榆树等耐盐树种以及大麦、高粱、莞豆等抗盐农作物等方法防治土壤盐渍化。由于秦王川盆地（南部）第四系主要为碎石土（表层黄土状粉土较薄），水对碎石土承载力的影响较小，地下水的危害主要表现为对建筑基础的腐蚀。

3.2地下水水位下降引起的环境工程地质问题

1）“三滩”水源地水位下降区。“三滩”水源地始建于1964年，但大规模的开采始于20世纪80年代初，1985年开采量达到最高值，为8238万m3/a。1986年“西水东调”工程投产，地下水开采量随之逐年减少。在70～80年代的超强度开采下，区内地下水位不断下降，进而形成了以“三滩”水源地为中心的区域降落漏斗，漏斗面积61km2，漏斗中心多年最大水位降幅28.41m。由于漏斗的形成，使南、北高矿化水向漏斗运移，特别是漏斗中心地带，水质呈急剧恶化势态，矿化度年平均上升27.42～38.83mg/L，总硬度（CaCO3计）年平均上升13.63～24.1mg/L，硝酸盐氮年平均上升0.75～1.68mg/L。2005年漏斗面积缩减为54km2，地下水位平均埋深也减至9.62～14.2m，但断陷盆地崔家大滩～兰工坪及迎门滩局部地段的矿化度、总硬度2004年与2005年相比仍在缓慢增加，而迎门滩的总硬度、硝酸盐氮呈急速增长势态，说明水质恶化并未随水位的上升而得到有效遏制，水质污染程度日趋加重。

目前，“三滩”水源地水位处于缓慢恢复状态，黄河水仍主要以垂向形式补给“三滩”地下水，而断陷盆地潜水则从漏斗边缘或黄河入渗形成的分水岭向漏斗中心径流。控制开采量使水位逐步恢复、减少“三滩”水源地及补给区域污水排放，依靠地下水自身的调节能力，可望使三滩水源地水水质能得到逐步改善，这是一个缓慢的过程，需要政府及居民共同努力。

2）榆中盆地水位下降区。自20世纪70年代开始，地下水开采量连年增加，致使地下水位大幅下降。目前地下水位与70年代后期相比普遍下降了3～10m，部分区段达20m以上。榆中～三角城平原水位降低了5～20m，以三角城为中心地带在开采高峰期下降幅度达26m以上；连塔～定远平原及和平平原则下降了3～5m；宛川河河谷平原下降幅度为2.5～5m，部分地段也在10m以上。

地下水无节制的超量开采，是引起盆地区域性水位下降的直接原因，而由于水位的持续下降，开采量出现衰减，为弥补由于开采量衰减造成的地下水获取量的缺额，当地群众又将目光放在增加井数上，盲目的随意布井，又进一步加剧了地下水位持续下降幅度。

目前兰大校区出现地裂缝，推测与地下水水位下降有关，具体情况尚需做进一步的勘察和研究。破坏性的开采地下水将会导致地下水水位持续下降，甚至出现水质恶化、地面变形等环境工程地质问题，防治对策：对水资源进行科学规划，合理开采利用地下水资源；加强工业及生活污水的管理，禁止污水不达标排放；节约用水，改漫灌为喷灌或滴灌。