庆城县驿马北胡同沟地质灾害成因机制研究

范鹏举

(甘肃省地质调查院，甘肃 兰州 730000)

驿马镇所在地区属黄土高原沟壑区，其中的北胡同沟为董志塬北部一条近南北向的黄土泥流冲沟，总流域面积约5.80 km2，其中平坦的黄土塬区面积为2.71 km2，占流域面积的46.72%，沟谷区面积为0.49 km2，占流域面积的8.42%。北胡同沟呈“V”字型，沟底十分狭窄(2～6 m)，切割深度30～100 m。谷坡陡峻，上部多为70°～80°，加上各种侵蚀作用强烈，塬边黄土崩塌、滑坡以及坍、滑塌等灾害十分发育。

驿马北胡同沟不稳定斜坡位于驿马小学东侧坡体，威胁到附近的驿马小学、卫生院，以及另外5家企事业单位的安全。地质灾害危害程度为大型，其危害对象等级为一级。

1 自然地理环境概况

庆城县内水系较丰富，主要有蒲河、洪河、茹河等，均发源于六盘山系，由西北向东南，纵贯全县呈扇形汇流入泾河。

庆城县驿马北胡同沟地质灾害治理工程位于北胡同沟，北胡同沟属马莲河右岸一级支流赵家川河的发源地区。赵家川河由西北向东南径流，在岘子峁汇入马莲河，全长约44 km，为深切于黄土塬区的季节性河流，水量涨落变化很大，平均流量为0.201 m3/s。以赵家川河为界，东北侧属庆城县，面积约194 km2，西南侧归西峰区。本区属水土流失强烈地区，年侵蚀模数在7 000 t/km2左右。

据庆城县气象站提供的资料，全县多年(1980—2014年)平均降水量为521.3 mm，年最大降水量669.3 mm(1988年)，年最小降水量343.7 mm(1986年)。降水量由北向南逐渐递增，驿马镇多年(1980—2014年)平均降水量为585.76 mm，最大年降水量为948 mm(1964年)，最小年降水量为342.1 mm(1986年)，二者相差约2.8倍。降水在年内分配不均，主要集中在7、8、9三个月，占全年降水量的57%左右。受季风气候影响，冬春季节盛行西北风，夏秋季节多西南风。

2 地质环境条件

2.1 地形地貌

驿马镇位于我国最大黄土塬董志塬的最北端，属陇东黄土高原沟壑区，向北逐渐过渡为残塬沟壑区。受东西两侧沟谷的强烈侵蚀作用，驿马镇南段塬面宽仅为300～400 m，最窄处宽度不足200 m。地形上北高南低，勘查区最高点北胡同沟沟头塬面高程为1 500 m，沟底最低点1 350 m左右，相对高差150 m。勘查区主要地貌单元为黄土塬与黄土沟谷。

2.2 地层岩性

由于勘查区地处陇东黄土高原腹地，地表被第四系厚层黄土(约 150 m)广泛覆盖，勘查区地层较为简单，出露地层主要为第四系松散层。

2.3 区域地质构造

勘查区位于秦岭和阴山两个巨型纬向构造体系之间，鄂尔多斯盆地西缘，是比较稳定的地块。总体构造作用比较微弱，构造形迹也不十分明显，地表主要覆盖第四系黄土层，厚度约150 m。

2.4 新构造运动与地震

勘查区地处鄂尔多斯盆地相对稳定区，新构造运动以大面积整体性隆起抬升为主要特征，加之厚层黄土的广泛覆盖，活动断裂等新构造运动形迹不甚明显。在地貌上表现出沟谷迅速下切，形成切蚀沟壑地貌及重力侵蚀地貌，沟谷网纵横密布，强烈侵蚀黄土塬，向塬侵蚀沟谷多呈深切的“V”字型，部分沟段形成“一线天”状狭谷地形，上游切割深度一般在50 m左右，沟底宽度多在3～5 m，部分沟底宽度更窄，沟谷两侧滑坡、崩塌、滑塌发育，重力侵蚀强烈，沟岸不断扩张，沟头不断溯源侵蚀，显示出了发育旺盛期的沟谷特征[1]。

依照《建筑物抗震设计规范》(GB 50011—2010)，依据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001)，勘查区抗震设防烈度为Ⅵ度[2]。

3 水文地质条件

勘查区水文地质条件较为简单，地下水类型主要为赋存于离石黄土层中的黄土孔隙裂隙潜水。地下水位埋深在塬中心较浅，一般为20～40 m，塬面宽大区较浅，窄小区较深；在塬边地下水位埋深加大，一般为50～60 m。黄土塬区地势较高，四周为沟谷所切割，因此，黄土塬区地下水的补给来源主要为大气降水，通过厚层的黄土包气带或者黄土裂隙落水洞等长期入渗补给，由塬中心向四周塬边沟谷径流，以泉群或面状渗出的形式排泄于沟底，北胡同沟内黄土地下水出露点高程约为1 400 m，沿沟道两侧呈连续面状渗出。泉水流量小于0.05 L/s。在沟谷斜坡坡脚处形成一个饱和软化带，冬季有冻结滞水现象，对勘查区北胡同沟岸坡稳定性有较大的影响。

4 地质灾害基本特征

驿马镇北胡同沟的主要地质灾害有两大类型：一类为沟道洪水、泥流灾害，另一类为塬边斜坡变形破坏灾害。即水力侵蚀和重力侵蚀，二者之间有密切的关系。沟道中水流长期的侵蚀下切，使沟谷变深，沟坡变高变陡，稳定性降低，导致沟坡发生滑坡、崩塌、滑塌等重力侵蚀作用；沟岸扩张，不断侵蚀塬面，并为泥流提供丰富的松散固体物质。

泥石流：北胡同沟上游流域总面积为5.8 km2，主沟长2 095 m，平均坡降5.9%，为深切于黄土塬区的黄土冲沟，主沟道呈深切的“V”字型，较为顺直，两侧沟坡陡峻，平均坡度在45°以上，上部多在70°以上，局部呈直立状(见图1)。沟谷处发育旺盛的青壮年期，区内沟壑密度虽然较小，但沟坡陡峻、沟谷狭窄，沟程较短，支沟比降大，极有利于降水汇集成强大水流，使塬面水流和支沟洪水迅速在主沟道集中并获得能量，沿程强烈侵蚀冲刷疏松的黄土及崩滑体，使主沟道泥流的规模和峰值快速升级，形成大规模泥流流向沟道下游。

图1 北胡同沟陡立岸坡及坡脚残余堰塞体

不稳定斜坡：本次勘查治理区位于北胡同沟西岸驿马小学段，由于北胡同沟的长期下切侵蚀，在黄土塬边形成了高度达50～100 m，平均坡度在45°以上的高陡黄土斜坡，为不稳定斜坡，在地下水、降水、地震等的作用下，产生严重而频繁的变形破坏，长期不断地侵蚀黄土塬面，给驿马镇造成了严重的危害和威胁。不稳定斜坡的变形破坏方式主要有滑坡，滑塌等类型。不稳定斜坡位于北胡同沟西岸，斜坡总计宽约350 m，长约70～100 m，上下高差65～70 m，坡面平均坡度约35°～45°。斜坡坡面主要发育1、2(由北向南编号)两处滑坡堆积体，滑坡变形破坏方向均近90°。滑坡平均厚度约10～19 m，体积约55.08×104m3，属于黄土大型滑坡。滑坡后壁形成高陡边坡，高度约5～30 m，坡度在70°以上(见图2)。

图2 斜坡南侧顶部高陡边坡

5 地质灾害的形成机理

5.1 泥石流的形成条件

物源条件：北胡同沟泥流沟流域面积5.8 km2，属马莲河一级支流赵家川河的上游发源地区。沟谷面积为0.49 km2，占8.45%，是泥流的松散固体物质主要补给源区，也是泥流的主要流通区。根据北胡同沟流域内松散固体物质的发育特征、堆积位置，松散或密实程度，沟坡侵蚀强度，沟谷植被覆盖情况及人类活动影响等，经实际勘察与计算可知，可转化为泥流的松散固体物质储量为198.13×104m3，其中滑坡96.18×104m3，占总量的48.5%；崩塌50.95×104m3，占总量的25.7%；坍塌7.0×104m3，占总量的3.5%；塬面松散物质44.0×104m3，占总量的22.2%。区内泥流松散固体物质补给来源总体以滑坡、崩塌为主，占总补给量的74.3%，这反映出本区黄土泥流固体物质的补给来源和特征。

水源条件：本区泥流属典型的降雨型泥流，降雨是区内泥流形成的唯一水源和激发因素。调查资料表明， 区内泥流属暴雨型泥流。据庆城县有关气象资料，本区降雨具有雨量高度集中，降水强度大的特征， 全年降雨大部集中在 7—9月份，这三个月的多年平均总降雨量达333.8 mm，占年降雨量的 57%以上，降雨日数不多，但多以大暴雨的过程出现，量多强度大。1988年7月23日小时降雨量达150余mm， 平均雨强分别为 18.5，60 mm/h。

5.2 不稳定斜坡的成因分析

勘查区的斜坡变形是在多种因素综合作用下形成的，其成因归纳起来主要为以下四个方面：

地形地貌：新构造运动的整体隆升，沟谷强烈下切，谷坡陡峻，滑坡发育地段沟谷切割深度在60～100 m，平均坡度在 35°以上，上部最陡处近于直立，下部沟床流水不断冲刷，掏蚀坡脚，为黄土滑坡的发育提供了优越的地形地貌。

地层岩性：黄土结构疏松，上部马兰黄土具有较强湿陷性及渗透性，柱状节理发育，其中顺坡向节理总体倾向北胡同沟，其产状为 80°∠78°，降雨易于入渗，使黄土力学强度明显降低，坡体内部软弱面极易形成，为滑坡的发育提供了优越的岩性和地质结构条件。

降雨与地下水：降雨是滑坡形成的重要诱发因素，降雨使得滑体饱和，强度显著降低，变形失稳，进而在诱发因素下发生滑动[3]。同时坡脚一带常年受沟道洪水下切侧蚀，流水长期软化土体，强度降低，形成厚 3～4 m 的软化带，并对细粒黄土产生机械潜蚀作用，非常有利于坡体变形破坏。

人类工程活动：驿马小学滑坡位于驿马镇中心地带，加之北胡同沟上游(北侧)工业园区的成立和建设，致使其受人类工程活动扰动频繁，促进了地质灾害的发育。主要包括以下方面：①随着城镇建设的持续发展，坡顶工程建设加荷，坡体上开挖窑洞(现多数已废弃)削切坡脚，使局部塬坡陡立，形成高陡的边坡，改变了坡体的原始应力分布，对边坡稳定性极为不利；②驿马镇建成的驿马镇工业园区几乎所有生活污水均排放至北胡同沟内，加大了沟道水量，加剧了斜坡坡脚沟底侵蚀。此外，生活污水量的日益加大，而坡体截排水措施尚不完善，使得大量污水及降雨得不到及时排导，而是以落水洞或沿黄土裂隙下渗等方式渗入塬坡坡体，加剧残塬斜坡坡面失稳破坏。

6 结论

本文从自然地理状况和地质环境条件两个方面入手，详细分析了庆城县驿马北胡同沟地质灾害的基本特征，并研究了其成因机制。