黃河三峽移民區(qū)大規(guī)模群發(fā)性滑坡災(zāi)害成因分析

余志山

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,甘肅 蘭州 730050)

1 黃河三峽移民概況

黃河三峽系指黃河上游甘肅省永靖縣境內(nèi)的劉家峽、鹽鍋峽和八盤峽。黃河三峽庫(kù)區(qū)移民集中于 20世紀(jì) 50年代末到 70年代中期,歷時(shí) 18年,在甘肅省臨夏州境內(nèi)共安置移民 4.4萬(wàn)余人,前后進(jìn)行了三次大規(guī)模移民。三大庫(kù)區(qū)共淹沒(méi)良田 11.8萬(wàn)畝,砍伐樹木 115萬(wàn)株,拆遷房屋 13萬(wàn)間,并淹沒(méi)原永靖縣城蓮花堡。

永靖縣鹽鍋峽移民區(qū)是黃河三峽庫(kù)區(qū)移民較集中的一個(gè)地方。本移民區(qū)當(dāng)時(shí)共安置移民 986戶,5 527人。其中安置劉家峽庫(kù)區(qū)移民 420戶,2 177人,集中分布在黑方臺(tái)臺(tái)塬之上的朱王、新塬和陳家三個(gè)村,安置鹽鍋峽庫(kù)區(qū)移民 187戶,1 109人,全部插隊(duì)安置在黨川、黃茨、新莊和焦家 4個(gè)村;安置八盤峽庫(kù)區(qū)移民 379戶,2 241人,分布在 10個(gè)村,全部后靠一定距離安置。

與全國(guó)其他庫(kù)區(qū)移民特別是長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)移民不同的是,黃河三峽庫(kù)區(qū)移民,正處在上世紀(jì)“大躍進(jìn)”、“三年困難”和“文革動(dòng)亂”的特殊年代。由于規(guī)劃不周,工作粗糙,命令主義,過(guò)分強(qiáng)調(diào)國(guó)家利益,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低,使移民元?dú)獯髠?。就近就地安?開發(fā)黃土臺(tái)塬造地灌溉,引發(fā)了大面積黃土濕陷、土壤鹽堿化和大規(guī)模群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害等許多新問(wèn)題。地質(zhì)災(zāi)害已給永靖縣鹽鍋峽移民區(qū)造成了重大人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失,并成為威脅移民生命財(cái)產(chǎn)安全和八盤峽水庫(kù)安全運(yùn)營(yíng)的重大隱患。

2 移民區(qū)地質(zhì)災(zāi)害概況

2.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育概況

黃河三峽移民區(qū)地質(zhì)災(zāi)害為大規(guī)模群發(fā)性滑坡災(zāi)害,集中分布在甘肅省永靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)管轄的黑方臺(tái)臺(tái)塬。該臺(tái)塬是甘肅省最大的水庫(kù)移民灌區(qū),地處黃河和湟水交會(huì)處八盤峽庫(kù)區(qū)左岸(黃河段),臺(tái)塬從湟水入黃河口的湟水橋頭至鹽鍋峽大壩,東西長(zhǎng)約 10.7 km,南北寬 1～3 km,臺(tái)塬面積約 13.7 km2,臺(tái)塬地面高出周圍地形約 100～133m,臺(tái)面較為平坦,呈典型的黃土臺(tái)塬地貌形態(tài)特征。

截止 2009年 12月 31日,該臺(tái)塬邊坡地帶共發(fā)生過(guò) 100余次滑動(dòng),目前共發(fā)育 40余處滑坡,已滑動(dòng)的土體6000×104m3。有12km長(zhǎng)的邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),不穩(wěn)定土體近7200×104m3。任何一處邊坡都有隨時(shí)滑動(dòng)形成重大災(zāi)害的可能(圖 1)。

2.2 已造成的損失

截止 2009年 12月 31日統(tǒng)計(jì)資料,該地質(zhì)災(zāi)害已造成40人死亡,100余人受傷,450戶群眾,1所中學(xué)、兩所小學(xué)、1處加油站和多家鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)被迫搬遷,近3 000余畝耕地棄耕,1 000畝農(nóng)田被毀,摧毀多家鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè),并多次埋沒(méi)通往鹽鍋峽化工廠和鹽鍋峽電廠的公路,數(shù)次摧毀臺(tái)塬上水管道。直接經(jīng)濟(jì)損失折合人民幣約 2.00億元,間接經(jīng)濟(jì)損失 5.00億元。

2.3 目前仍受威脅的人員和資產(chǎn)

目前移民區(qū)仍有7500人、4 600畝耕地、8 300間房屋、10 km公路、兩處提灌工程、10 km水渠、7.7 km農(nóng)電線路、10 km通訊光纜、一座橋梁、十多家鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和黃河八盤峽水庫(kù)的安全運(yùn)營(yíng)受到直接威脅,同時(shí)移民區(qū)地質(zhì)災(zāi)害還威脅鹽鍋峽化工廠和鹽鍋峽水電廠兩家大型國(guó)營(yíng)企業(yè)的安全。直接受威脅的總資產(chǎn) 2.67億元,間接威脅人口10000人,資產(chǎn)4.00億元。

圖1 移民區(qū)黑方臺(tái)地質(zhì)災(zāi)害分布圖

3 地質(zhì)災(zāi)害成因

移民區(qū)黑方臺(tái)臺(tái)緣滑坡的形成總體上主要受以下三方面因素的制約。

3.1 地形地貌

黑方臺(tái)為黃河的Ⅳ級(jí)基座階地,臺(tái)塬的Ⅳ級(jí)階地坡腳與Ⅱ級(jí)階地直接相接,二者高差 100～133m,中間缺失Ⅲ級(jí)階地。整個(gè)邊坡上陡下緩,上部坡度一般在 40°左右,下部坡度20～30°,平均坡度約 35°。焦家崖頭一帶,邊坡上部達(dá) 50～60°,而虎狼溝兩側(cè)溝谷的黃土則成直立狀。黑方臺(tái)邊坡的這種后緣高陡、前緣開闊的地形特點(diǎn),為滑坡的形成提供了良好的臨空條件。位于斜坡高處的黃土由于勢(shì)能大,在重力作用下,就產(chǎn)生了向坡底移動(dòng)的趨勢(shì),在這個(gè)趨勢(shì)力的作用下,斜坡上的黃土就具備了下滑的動(dòng)力條件(圖 2)。

3.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

黑方臺(tái)地層的組合特征是:臺(tái)塬上部是厚 22.00～43.60 m的上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土,其質(zhì)地均一,結(jié)構(gòu)疏松,垂直節(jié)理發(fā)育,為粉土;黃土的下部是厚度 4.00～17.10 m的上更新統(tǒng)沖積成因的粉質(zhì)粘土,可見水平層理,結(jié)構(gòu)較致密,為弱透水層;粉質(zhì)粘土層的下部是 4.00～7.40 m厚的卵礫石層,最下部為下白堊統(tǒng)河口群上段的砂泥巖,成單斜狀,傾向與坡向一致(圖 3)。

圖2 移民區(qū)黑方臺(tái)地形地貌示意圖

圖3 移民區(qū)黑方臺(tái)地質(zhì)剖面示意圖

從組成臺(tái)塬邊坡的地層來(lái)看,構(gòu)成斜坡主體的巖性為黃土和砂泥巖。黃土在干燥時(shí)具有較高的強(qiáng)度,遇水后表現(xiàn)出明顯的濕陷性,其力學(xué)性質(zhì)隨含水量的增加而降低,這是由黃土本身的物質(zhì)成份和結(jié)構(gòu)所決定的。

砂泥巖呈單斜構(gòu)造,傾向與坡向一致,在邊坡出露部位,風(fēng)化裂隙發(fā)育,巖體十分破碎,成碎塊狀,干時(shí)可用手折斷或捏碎,浸水或干濕交替時(shí)可迅速軟化或崩解。泥巖有較強(qiáng)的親水性和遇水軟化的特性,當(dāng)其含水量增大時(shí),其強(qiáng)度也將大大降低。

由于基巖順坡傾斜,沿基巖層面往往容易產(chǎn)生順層滑坡,同時(shí)位于基巖之上的黃土,其本身的力學(xué)性質(zhì)就很差,臨空面又高,在其它因素的作用下也很容易失穩(wěn)滑動(dòng)。

3.3 水文地質(zhì)條件

黑方臺(tái)為黃土臺(tái)塬,屬于黃河Ⅳ級(jí)階地,臺(tái)塬高出現(xiàn)代河床 100～133m。由于黑方臺(tái)為一向偏東方向突出的半島形臺(tái)地,臺(tái)地高出周圍地形,基本上杜絕了周圍地表水和地下水的補(bǔ)給。天然條件下大氣降水是本區(qū)地下水的唯一補(bǔ)給來(lái)源,由于氣候干燥,降水稀少,臺(tái)塬上部平均約 40m厚的黃土層長(zhǎng)期處于干燥狀態(tài),天然含水量一般小于 10%。盡管黃土具有較強(qiáng)的滲透性能,但由于干燥的包氣帶對(duì)水的大量吸收和大氣蒸發(fā),有限的降水很難通過(guò)巨厚的包氣帶大面積入滲形成地下水。據(jù)西北水土保持研究所的觀測(cè)資料表明,類似的這種條件下,大氣降水在黃土層中的入滲深度僅為1.5～2.6 m,只有通過(guò)垂直裂縫,落水洞等局部地段的通道,才有少量的大氣降水入滲到黃土層底部或卵石層中形成地下潛水。因此,天然條件下黑方臺(tái)地區(qū)的地下水非常貪乏,在臺(tái)緣一帶僅有少量泉水分布,地下水的年排泄總量?jī)H為 3.2×104m3,水質(zhì)很差,礦化度也很高。

上世紀(jì) 60年代中期,為了安置劉家峽與鹽鍋峽庫(kù)區(qū)移民,在黑方臺(tái)建成了提水灌溉工程。該工程 1966年 7月開工建設(shè),1969年 6月 30日竣工,設(shè)計(jì)提水量 1.22m3/s,實(shí)際提水量為 2.115m3/s,根據(jù) 1981年到 1999年的灌溉資料計(jì)算年平均提水量是 645×104m3。由于長(zhǎng)期大面積大水漫灌,致使大量灌溉水滲入到地下,增大了地下水的補(bǔ)給量,破壞了黑方臺(tái)的地下水均衡,改變了天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件。大面積長(zhǎng)期灌溉后,各含水層得到了大量灌溉水的充分補(bǔ)給,地下水的活動(dòng)明顯加強(qiáng)。根據(jù)我院調(diào)查統(tǒng)計(jì),不計(jì)滲入基巖中的地下水量,黑方臺(tái)泉水的年排泄總量是 91.46×104m3。

黑方臺(tái)臺(tái)塬的地層巖性組合特點(diǎn),在垂向上就決定了疏松多孔的黃土滲水,其下較致密的粉質(zhì)粘土層相對(duì)隔水,卵礫石層滲水,砂泥巖相對(duì)隔水的特殊的水文地質(zhì)條件。地下水在粘土層和基巖面受到阻隔后,即向水平方向逕流,在塬邊以泉的形式排泄。在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn),臺(tái)塬南部的野狐溝以及該溝以東的卵石層中均有地下水滲出,同時(shí)在卵石層上部的黃土層與粉質(zhì)粘土層接觸面上也有地下水成線狀滲出。卵石層中的地下水有少部分循基巖表面的節(jié)理裂隙滲透到基巖中,而后在基巖中順層面滲流。

黑方臺(tái)臺(tái)塬的這種特殊的水文地質(zhì)條件,有利于在臺(tái)緣邊坡地帶形成滑坡。天然條件下,黃土斜坡在自重或其它因素作用下,位移變形隨時(shí)間延續(xù)而緩慢增加,邊坡后緣黃土垂直節(jié)理或裂隙開始拉張破裂,拉裂面逐漸向深部擴(kuò)展,伴隨著雨水,尤其是灌溉水的沿裂隙下滲,在滲透水壓力作用下,拉裂面最終與滑坡體內(nèi)最大剪應(yīng)力潛在滑移面相連,潛在滑移面貫通成滑動(dòng)面形成滑坡。

循基巖層面滲流的地下水,可緩慢地潤(rùn)滑基巖層面并降低其摩擦力,促使其強(qiáng)度下降。地下水對(duì)砂泥巖層面的浸潤(rùn)濕化作用日積月累,常年不斷地進(jìn)行,在龐大的后部土體自重推動(dòng)下,巖土體可沿該層面滑動(dòng),最終使斜坡巖體失穩(wěn)破壞。

4 地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素分析

黑方臺(tái)邊坡前方有相當(dāng)寬闊的Ⅱ級(jí)階地,黃河水流不存在對(duì)坡腳的沖刷問(wèn)題,坡腳的水渠順腳填筑而成,流量較小,也不構(gòu)成對(duì)坡腳的沖刷,人工開挖邊坡的現(xiàn)象也很少,只是在虎狼溝內(nèi)和湟水邊上有掏挖卵石層的現(xiàn)象,但其對(duì)臺(tái)塬邊坡的失穩(wěn)滑動(dòng)毫無(wú)影響,村莊都遠(yuǎn)離坡腳,近幾十年來(lái),沒(méi)有進(jìn)行過(guò)大規(guī)模開挖邊坡取土工作。根據(jù)地震資料分析,工作區(qū)滑坡受地震的影響也很小。黑方臺(tái)未進(jìn)行上水灌溉之前的天然條件下,永靖縣多年平均降水量是 287.6 mm,最豐年431.9mm,最枯年 178.8 mm,降水量全年分配不均,降水的85%集中在 5～9月份,只有形成地表徑流的暴雨才能通過(guò)黃土的垂直裂隙、落水洞等局部地段,以通道方式少量入滲到黃土層底部,進(jìn)而入滲到卵石層中,形成地下潛水。大部分降水由于難以形成地表徑流,有限的降水最多只能入滲到包氣帶 2m深度以內(nèi),不可能通過(guò)巨厚的黃土包氣帶形成地下水。所以除少量的大氣降水通過(guò)裂隙,落水洞補(bǔ)給含水層外,大部分降水只能濕潤(rùn)表層的包氣帶,無(wú)法補(bǔ)給地下水。

據(jù)統(tǒng)計(jì),自 1981年到 1999年 19年間,黑方臺(tái)灌區(qū)每年的平均提水量是 645×104m3,天然條件下,在臺(tái)緣帶出露的少量泉水的年排泄總量約為 3.2×104m3,2000年所統(tǒng)計(jì)的泉水年排泄總量為 91.46×104m3,后者是前者的 28.6倍,在沒(méi)有側(cè)向逕流補(bǔ)給和降水量無(wú)明顯變化的條件下,泉流量大量增大的根本原因,只能是大量灌溉水的回滲引起的。

因此,長(zhǎng)期的大水漫灌是引起黑方臺(tái)邊坡失穩(wěn)、反復(fù)發(fā)生滑坡的最主要的誘發(fā)因素,地下水位的升高,地下水靜水壓力和動(dòng)水壓力的增大,是黑方臺(tái)滑坡形成的系統(tǒng)動(dòng)力來(lái)源。在大水漫灌和地下水位持續(xù)上升條件下,該移民區(qū)臺(tái)緣滑坡有持續(xù)加劇發(fā)展的可能,即使在近 1～2年內(nèi)將大水漫灌改為節(jié)水灌溉,臺(tái)塬內(nèi)大量地下水的排泄也需要較長(zhǎng)時(shí)間,臺(tái)緣滑坡災(zāi)害現(xiàn)狀在短期內(nèi)得不到根本性的改變。

[1]余志山.甘肅省永靖縣黑方臺(tái)滑坡災(zāi)害治理工程可研報(bào)告[R].2004.

[2]張倬元.王士天.王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社,1985.

[3]曾思偉.趙冬至.郭濤.張又安.舟曲縣泄流坡滑坡調(diào)查報(bào)告[R].1990.

[4]易順民.胡向德.黃土地區(qū)重點(diǎn)城鎮(zhèn)滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究[R].地質(zhì)礦產(chǎn)部蘭州水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心與四川大學(xué)高速水力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2000.5.

[5]于建都.張樹橋.斳澤先.余志山.蘭州市皋蘭山滑坡災(zāi)害勘查報(bào)告[R],地質(zhì)礦產(chǎn)部地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院西北分院,1995.12.

[6]黃茨大型滑坡的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)[R].鐵道部科學(xué)研究院西北分院,1995.7.