旺藏村的工程地质特征及水库蓄水后对其影响

李文鑫

（甘肃煤田地质局，甘肃 兰州 730000）

次生灾害由于会以灾害链的形式在空间和时间上进行扩展[1-2]，而变得难以治理，因此对可能发生灾害的地方进行勘察，及早进行防灾减灾，可以大大减小次生灾害的影响。电站水库蓄水后会使库区地下水位抬升，造成边坡失稳，引发崩塌、滑坡、泥石流等一些列的次生地质灾害[3-5]。小浪底水库蓄水后，引起区域地下水位抬升，水造成库区济源段煤矿采空区岩石软化，引发地裂缝及地面塌陷等地质灾害[6]，可见地下采空区或松散区对水库库岸稳定性有很大威胁。

白龙江流域盛产砂金，砂金起源于矿山，是由于金矿石出露地面，经过长期风化剥离，脱离矿脉伴，受地表水搬运，自然沉积在砂砾中，从而形成砂金，其主要分布位置为河床砂砾石中及阶地砂砾石层底部。周边居民在近代使用简陋工具从事掏金活动。白龙江下游的立节水电站水库在2009 年7 月20 日蓄水后，致地下古掏金洞采空区坍塌，引发地表不均匀沉陷、部分房屋因拉裂受损等次生地质灾害。正建的九龙峡电站位于立节水电站上游，为了防灾减灾，对其库区，包括老旺藏村和新村在内，进行了勘察研究工作。

1 研究区域及方法

迭部县旺藏乡旺藏村（如图1 所示）位于甘肃与四川省界北部，属于典型的“两山夹一河”沟谷地貌，相对高差500m 左右，山上植被茂密，现为旺藏林场，区域气候湿润多雨。居民区处于旺藏沟山前的冲洪积扇体，被旺藏沟河水自南向北切开，汇入白龙江，扇体西侧为老旺藏村，扇体东侧为旺藏新村，新村比老村地势高。白龙江自西向东流经旺藏村北侧，对山地有强烈的切割作用，平水期河水位高程1946m，水面宽13～20m，水深1～3m，距公路路面有20m，江两岸地形基本对称，呈“U”字型，基岩裸露明显，以志留系千枚岩为主，基岩面呈现波浪状，高低起伏，上部有砂砾卵石层、人工堆积或崩坡积物覆盖，岸坡岩体风化较强，岩体松动倾倒现象比较普遍，居住区整体地貌平坦并向北部的白龙江倾斜。九龙峡水库库尾与已经发电的尼傲峡电站尾水相接，当达到正常蓄水位1962.0m 时，回水全长约12km，形成峡谷型带状水库。

高密度电法已在岩溶的探测中使用，电阻率断面图上显示的异常区与实际灾害地质体吻合[7]。本工作主要以现场调查、高密度电法勘察成果和钻探成果为论证依据。测量数据使用RTK、GPS 和全站仪获得。高密度电法[8]施工21 条线，老旺藏村10条，新村11 条，其数据采集使用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-9 型高密度电法系统，工作装置采用温纳装置。采用电极距为1m 和2m 的温纳装置，施工采用的最大隔离系数为16。钻探工程为验证手段，施工两个孔，总工程量为37.3m。

图1 研究区域平面图

2 工程地质特征

据旺藏乡居民介绍，当地人在20 世纪30 年代以前曾有掏金活动，开采的金子充当给土司的税金，现在不曾有人见过真正的掏金活动。

在研究区附近发现了类似掏金洞的洞口（如图2 所示）。图a 中有三个洞口，靠近水面，下伏基岩，其地理位置靠近九龙峡水坝，位于白龙江南岸，距离旺藏林场3.6km。图b 有一个洞口，靠近水面，下伏致密平坦地层，形状规则，位于白龙江南岸，距离旺藏新村1.4km。图c 洞口与图a 三个洞口邻近，可以看到砂砾稍粗。图d 在勘察区西侧，白龙江北岸，同样可见砂砾稍粗，粒径规格为6cm8cm。可见掏金洞所处的地区第四系砂砾卵石层沉积较厚且平整，洞口位于靠近基岩面且砂砾较粗的地方。

图2 研究区附近的掏金洞情况

老旺藏村靠白龙江河岸有三个洞口（图3a），其中掏金洞2 的位置在一个水渠下，掏金洞3 由于公路重建已经被掩埋。b 图为洞1 的形貌，可以看出卵石粒径较粗。其他有洞穴的位置不明确，但根据地质填图结果表明，勘察区基岩面起伏大（图3a），平整地层少，且第四系由冲洪积物混合形成，含金层存在于冲积物中，故不利于大规模开采砂金。

图3 研究区的掏金洞情况

图4 是研究区房屋受损情况。1、2 处为同一户人家，1 处由于在20 年前就渗水严重，墙体倾斜，于1996 年搬迁至2 处，2 处房屋的中间木质立柱随后有下沉迹象，院子中间水泥地上出现裂缝，同时，这户人家的5 年前修建的猪圈出现裂缝，目前裂缝有变宽的趋势。在3 处发生地表塌陷，去年的时候塌陷处有一间旧房子，5 月的时候下雨，旧房子的屋顶一直在漏水，然后漏水处出现了直径1m，高0.5m 的坑。4 处院子里在6 年前7 月底下了两天一夜的雨后发生了地陷，后用水泥填充，现在地面还在慢慢下沉。

图4 受损房屋分布图

图5 高密度勘探4 测线电阻率断面图

高密度勘探4 线（位置参照图1）布置在公路南侧，从图5 的反演结果看，桩号51 处（102m）位于地下5-10m 的低阻区，闭合形态良好，且位置靠近基岩面，与图2 对比后认为是掏金洞残留采空区的可能性大，在图1 中标识为异常区的异5 点。其余蓝色低阻区埋深1-3m，位置较浅，形成原因与地表排水和大气降水有关。红色的高阻区是基岩岩性反映，钻探成果见表1。

表1 钻探成果表

在研究区内施工了两个钻孔（位置参照图1），其中钻孔1 在高密度4 线桩号51 处。两个钻孔分别见到6 层和4 层地层，成分相近，从上到下为杂填土、碎石土、卵石层、粗砂和千枚岩。其中，卵石和粗砂层在第四系地层占有较大比例，且砂砾卵石的磨圆度好，说明地层自身的稳定性差，遇水容易失稳。同时，基岩（千枚岩）上部的粗砂层较厚，存在掏金洞的可能性较大，但从在研究区施工的21 条高密度勘探线反演结果[8]看，只有4 线存在类似于洞穴的异常区。

3 水文特征

库区地下水主要为孔隙性潜水，分布在河床冲混积层砂卵砾石层中，补给来源为大气降水、居民区灌溉水渠的下渗、居民生活区污水的排放下渗，地下水自洪积扇后缘向旺藏沟及白龙江排泄（如图6 所示）。

图6 地下水流场图

该村早期使用泉水饮用。其中泉1、3、6 动态变化小，常年流动，干净清冽，泉2、4、5 则动态变化明显。20 世纪中叶，为了方便灌溉，从旺藏沟引出两条水渠，用来灌溉2 个耕地区。老村和新村的水渠水泥硬化时间不长，其中老村的水渠会向村内排泄。同时，当地居民会将生活污水直接排向巷道区的第四系土中，调查发现勘察区地层水侵蚀作用明显，第四系土体结构遇水容易被破坏（如图7 所示）。

图7 土被水侵蚀后产生的孔穴

图8 高密度电法勘探电阻率分层反映

图8 展示的是通过高密度电法测试的电阻横剖面图，蓝色区域阻值最低，导电性好，地层中含水量高，粉色阻值最高，地层中含水量低。村子沿着白龙江形成的一些泉眼与蓝色、绿色区域的延伸方向是对应的。其原因是村民长期直接向居住地排放生活用水，其次勘察区南面的引水渠也对村庄有长时间的渗透作用，并已经形成了强径流通道。从a 图可以直观看出几个强径流通道的位置，位于最西部的旺藏老村中部最为明显，由南往北形成一个面积较大的强径流通道，这一区域与异常区相对应，老旺藏村其他部分虽然未形成明显渗流通道，但也可以观察到其电阻值相对旺藏新村要低，原因是第四系地层含水量高。旺藏新村位于中部，其东部和北部各有两个低电阻带状区，由于建村不久，排水设施相对完善，低电阻区范围较老旺藏村小，相应的第四系地层中含水量也低。图a、b 对比发现，低阻区随深度增加范围缩小，高阻区增大，电阻率变化由含水率和岩性变化引起，老旺藏村水的影响深度和范围相比旺藏新村要大。

4 水库蓄水后的影响

依据物探、钻探、地质填图成果绘制了1 号掏金洞纵剖面图（如图9 所示），基岩面有两个阶地，并向江面倾斜，贴近基岩面有一条水位线，在白龙江边表现为泉出露。水库蓄水后，水面到达1962m高程，将出现以下4 个问题：

图9 掏金洞1 纵剖面图

1）库区内河槽较窄，两岸岸坡较陡，岸坡岩体风化较强，岩体松动倾倒现象比较普遍，随着时间的推移，此类现象还会不断发生，并可能出现局部坍塌；分布高程较低的崩坡积体，受库水淘蚀作用，岸坡会出现局部掉块、崩塌等库岸再造现象。综合分析认为，不管是强风化岩质岸坡的坍塌，还是堆积体岸坡再造，规模都有限。

2）蓄水后随着水位升高，也增加了土体的重量，而且在地下水的作用下，由于减小了岩石和土体以及土体和土体之间的摩擦力。第四系砂砾卵石层可能会沿着图中蓄水后塌岸预测线产生塌岸，其中动水位作用下的水下岸坡角选择30°，水上部分的稳定坡角选择50°，并对其后缘区域产生拉张力，造成公路和房屋损毁，且逐渐对后面的房屋产生影响，情况类似于代古寺水库问题（参照图4-1）。

3）蓄水后，由于地下水位的升高，会造成居民房屋的地基承载力下降，不排除地表变形导致房屋开裂等现象的可能性。

4）目前居民区由于地下水水力坡度大，地下强径流区土层中的可溶性物质、细粒物质易被带走，长期的地下水机械潜蚀作用，导致土的结构被破坏，导致地表不均匀沉降，蓄水后由于影响范围增大，这种破坏将会更加严重。

旺藏新村由于建村不久，排水设施相对完善，受生活用水影响小，从地质调查和高密度电法勘探的结果来看存在掏金洞的可能性小，不过要注意图7a 标识出的自然排水位置。同时，旺藏新村东面有大面积耕地，钻探施工和地质调查都表明这块耕地第四系砂砾卵石层较厚，水库蓄水后，江面会接近村名耕地地面，尤其是南北向白龙江两岸，砂砾卵石层遇水失稳可能性大，需要做好防护工作。

水库蓄水后容易引发次生灾害问题。为了进行对比研究，走访了白龙江流域七个水电站，其中，位于九龙峡下游的代古寺电站和立节水电站发生了较为严重的次生灾害问题。

向代古寺水电站工作人员了解到，代古寺水库两岸有较多的掏金洞，在水库蓄水后出现库岸土地塌陷和房屋开裂受损现象（如图10 所示），现正在补做库岸挡土墙。在代古寺电站水库受损最严重的高原宾馆附近后发现，沿水库边的房屋呈现下宽上窄的张拉裂缝，所以裂缝是由地基失稳所致。另外，损毁区域集中在一个“V”型山谷口，损毁区基岩面向水库方向倾斜，在水库蓄水后，随着水位升高，第四系失稳造成地表建筑物毁坏。

图10 代古寺电站受损情况

立节水电站处也出现了水库岸边地表建筑物毁坏现象，在建筑物毁坏区由于水库已蓄水，无法看清第四系地层中有无掏金洞的分布，但在建筑物毁坏区附近却发现了掏金洞群（如图11 所示），可发现，第四系砂砾卵石层沉积较厚且平整，掏金洞位置较集中。电站工作人员解释：“上游巴藏乡居民住房出现受损情况并非由掏金洞塌陷引起，水库蓄水不是造成次生灾害的原因，损毁原因可能是居民居住地本身情况所致”，但当地居民认为，地表建筑物毁坏是由于水库蓄水后，掏金洞坍塌，引发地表塌陷造成的，为此，双方产生纠纷，当地居民到水电站闹事，工作人员已不能正常办公，一座办公楼废弃，从2009 年开始电站已赔偿3 亿多人民币，损失严重，现正补做库岸挡土墙。因此，做好“社会稳定风险评估”及其预案十分必要。

图11 立节电站掏金洞

以上两个电站的库区周边有居民区，工程地质情况与旺藏村类似，基岩面向江面倾斜，第四系以砂砾卵石为主，磨圆度好，土体稳定性差，水库蓄水后除了容易因失稳而引发次生灾害外，还会影响社会稳定。同时，白龙江流域由于盛产砂金而存在掏金活动，由于掏金而造成的采空区使引发次生灾害的条件降低。

基于水库蓄水可能造成的影响，建立完善的治理体系十分必要。建议在强渗流区域修筑支挡墙或重力坝，防止边坡失稳，在其他地区修筑挡土墙。在原有的地下水循环条件下，房屋地基是较稳定的，因水库蓄水和拦挡工程修建会改变地下水环境，对地基稳定不利，所以必须做好居民生活区的排水工作，建议在水径流形成的径流通道基础上修建排水工程（图7a）。建议对目前调查已发现出现塌陷、变形、存在松散体的区域进行地基加固处理（图1 异常区），以免蓄水后引发和加剧次生地质灾害。建议对现有居民建筑物的现状采用影像系统进行统计并建立档案，如果发生地质灾害，可作为灾害影响程度的依据。此外，还需做好“社会稳定风险评估”及其预案。

5 结论及建议

掏金洞存在于第四系砂砾卵石层沉积较厚且平整，靠近基岩，粒径较粗的砂层。研究区域符合条件的地层少，居民指认三个掏金洞，其中一个符合掏金洞存在条件，另外两个未见洞口，高密度电法和钻探在其附近发现一个松散体（异5 点），认为是掏金洞残留，与地质调查发现的4 个房屋受损点形成异常区。受生产生活用水任意排放和大气降水影响，研究区的第四系含水量大，形成地下水径流通道，老旺藏村水的影响深度和范围相比旺藏新村要大，且老旺藏的地下水径流通道区域与异常区相对应。

旺藏村的第四系以磨圆度好的砂砾卵石层为主，基岩面向江面倾斜，土体稳定性差，水库蓄水后容易失稳，由于掏金而造成的采空区使引发次生灾害的条件降低。蓄水后除了会引起塌岸、地基承载力下降、地基沉降等次生灾害外，还会影响社会稳定，建立完善的治理体系十分必要。

建议做好以下工作：（1）在强渗流区域修筑支挡墙或重力坝，防止边坡失稳，在其他地区修筑挡土墙，并做好排水工作；（2）蓄水后库岸台地塌岸问题（库岸再造）是主要矛盾，建议按库岸再造问题进行补充必要的工程地质剖面，并进行稳定性核算；（3）对目前调查已发现的异常区进行地基加固处理，并加强这一区域的观测和预警工作；（4）与当地行政单位一起做社会稳定风险评估，对现有居民建筑物的现状采用影像系统进行统计并建立档案。