河南省桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害特征及防治對(duì)策

龔巍崢，趙康寧，孟晶晶

(1．河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院，河南鄭州 450051;2．河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，河南鄭州 450051)

0 引言

桐柏縣位于河南省南部豫鄂邊區(qū)，桐柏山腹地，南陽(yáng)盆地東緣，面積1 941 km2，總?cè)丝?3萬，千里淮河于此處發(fā)源，南北氣候在這里交替，桐柏山連起豫鄂兩省，中原與南楚文化相互交融。該縣資源富集，尤以旅游、礦產(chǎn)、林果、畜牧、水產(chǎn)、土特產(chǎn)著稱，被譽(yù)為“全國(guó)特大資源寶庫(kù)縣”。但該區(qū)歷史上多次發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，沖毀農(nóng)田礦山，損壞建筑房屋，嚴(yán)重威脅人們?nèi)罕娚?、?cái)產(chǎn)安全，阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 地質(zhì)背景條件

桐柏縣屬亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)氣候，四季分明，年平均氣溫14．9℃，多年平均降水量1 173．4 mm，年最大降水量1 542．9 mm。降雨量時(shí)空分布不均，主要集中在6－9月份。在地域分布上，南部山區(qū)相對(duì)多雨，且受地形影響形成多個(gè)降雨中心，偶發(fā)大雨、暴雨等強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣，24 h最大降水量達(dá)376 mm，1 h最大降水量達(dá)189．5 mm(2010年)。暴雨和連陰雨是崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害形成的主要誘發(fā)因素之一。

桐柏縣以縣城西淮源鎮(zhèn)固廟村的西嶺和西北大河鎮(zhèn)土門村的新坡嶺一線為分水嶺，東屬淮河流域淮河水系，西屬長(zhǎng)江流域三夾河水系。地層橫跨華北地層區(qū)北秦嶺分區(qū)信陽(yáng)小區(qū)和揚(yáng)子地層區(qū)南秦嶺分區(qū)西大小區(qū)，發(fā)育了多期多次巖漿活動(dòng)，尤以酸性巖漿活動(dòng)為主。大地構(gòu)造位于秦嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的東端南支、桐柏—商城大斷裂的北西端，呈北西—南東向帶狀分布。西南—東北部山區(qū)持續(xù)隆起，在西北及東南部接受新生代河流相、湖沼相及山麓洪積的陸源碎屑沉積。地貌形態(tài)為明顯受到構(gòu)造形跡控制，使河流兩岸形成階地?？傮w呈東北部、中部和西南部高，東南、西北兩邊低平的趨勢(shì)，分布有構(gòu)造剝蝕低山、剝蝕丘陵、堆積剝蝕崗地、沖積河谷平原等地貌類型，地形地貌復(fù)雜。

桐柏縣巖土體工程地質(zhì)條件較差的巖組有分布在程灣、新集、黃崗、毛集及回龍等地段的碎裂狀較軟花崗巖強(qiáng)風(fēng)化巖組，巖石抗壓強(qiáng)度高，但抗風(fēng)化能力較弱，淺層巖石風(fēng)化較嚴(yán)重;在桐柏—淮源以南、大河南部及回龍分布的片狀較軟片麻巖、片巖組，呈西北—東南方向展布，巖體呈薄層狀，片麻理、片理發(fā)育，力學(xué)強(qiáng)度較低，抗風(fēng)化能力較弱;中厚層具軟弱夾層較軟砂巖巖組主要分布在桐柏縣東南一帶，層狀結(jié)構(gòu)，新鮮巖石抗壓強(qiáng)度較弱，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，但軟弱夾層泥巖抗壓強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力均弱;還有桐柏縣東南及西北一帶分布的粘性土單層土體，由中更新統(tǒng)沖洪積及上更新統(tǒng)沖湖積粉土、粉質(zhì)粘土組成。具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)收縮變形的特點(diǎn)。粘土弱膨脹性造成東南部及西北部部分低層建筑物成群開裂、損壞。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種人類工程活動(dòng)不斷增強(qiáng)，對(duì)自然環(huán)境破壞日趨嚴(yán)重。在城鄉(xiāng)建設(shè)過程中，往往采取開挖坡腳獲得更多的建設(shè)用地，邊坡的開挖使其臨空面增大，破壞了斜坡的穩(wěn)定性。該縣礦產(chǎn)資源豐富，礦山企業(yè)開采形成大量礦渣，開采形成高陡邊坡發(fā)生斜坡失穩(wěn)，開挖斜坡修筑公路，使邊坡變高變陡，形成不穩(wěn)定斜坡及人工危巖體，在降雨等因素影響下，可能發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害;水利工程設(shè)施較多，在工程施工及使用過程中，對(duì)周圍環(huán)境造成較大影響。如邊坡開挖、庫(kù)水滲漏浸潤(rùn)等易引發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害［1］。

2 地質(zhì)災(zāi)害特征

2．1 地質(zhì)災(zāi)害類型

桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害分別為崩塌20處、滑坡7處、泥石流10處、地面塌陷3處及不穩(wěn)定斜坡(隱患)12處(表1、圖1)。

表1 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of geological disaster points and potential geological hazard points

圖1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型餅圖Fig.1 Pie chart of geological disaster development types 1．滑坡;2．崩塌;3．泥石流;4．不穩(wěn)定斜坡;5．地面塌陷。

2．2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2．2．1 崩塌

本次實(shí)地調(diào)查20處崩塌，均為小型，坡體的破壞形式以墜落、滾動(dòng)為主。其中18處巖質(zhì)崩塌主要分布在桐柏縣東北部、中部、南部的低山丘陵區(qū)域修路切坡地段。由于區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造少見，崩塌多為沿垂向節(jié)理、裂隙發(fā)生崩落，另外由于崩塌多沿公路分布，妨礙交通，堆積體大多在3個(gè)月內(nèi)被清除，不易長(zhǎng)期保存。另外的2處土質(zhì)崩塌均為洪水沖刷和掏蝕引起的河岸崩塌。以固縣鎮(zhèn)南柳扒崩塌為例，近年來幾乎每年河岸要后退0．5～1 m左右，相當(dāng)于每年損失約0．3 hm2耕地，其危害具有較強(qiáng)的持續(xù)性。

據(jù)崩塌資料統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生崩塌的坡型一般為凸型或直線型，坡高3 ～25 m，坡度多為70°～85°，85°～90°次之。土質(zhì)崩塌變形模式主要為拉裂式，基巖崩塌主要存在傾倒式和拉裂式兩種變形模式。

在降雨作用下，巖土體空隙裂隙逐漸飽和，自重及孔隙水壓力增大，力學(xué)強(qiáng)度下降，力學(xué)平衡狀態(tài)逐步破壞，巖土體沿某一結(jié)構(gòu)面發(fā)生蠕變，隨著降雨繼續(xù)，蠕變加快，當(dāng)自重及孔隙水壓力超過巖土體極限平衡力后迅速變形形成垮塌。

2．2．2 滑坡

調(diào)查共發(fā)現(xiàn)滑坡7處，大多位于低山丘陵區(qū)，以修路或建房切坡誘發(fā)的滑坡居多。其中中型滑坡1處，小型滑坡6處，均為土質(zhì)滑坡。

平面形態(tài)一般為半橢圓形、寬三角形及半圓形，滑坡后壁平面形態(tài)多呈典型的圈椅狀，形態(tài)明顯?；麦w長(zhǎng)度主要集中在50～80 m，寬度主要集中在15～70 m，厚度主要集中在2～5 m?；麦w積為(0．06～30)×104m3。后壁坡度一般較大，多在65°～90°之間，坡向與原坡向基本一致，坡度明顯大于原坡面;頂部與原斜坡坡面相交，形成明顯的坡度轉(zhuǎn)折棱坎，滑坡越新轉(zhuǎn)折越清晰;滑坡上部側(cè)壁與后壁特征相近，下部?jī)蓚?cè)向外擴(kuò)展。在斜坡上中部形成凹地，凹地兩側(cè)即為上部側(cè)界?；虑熬壋雎队诤恿骰驕瞎刃逼缕履_，在滑坡體表面自上而下可見逐級(jí)錯(cuò)降的臺(tái)坎，坎高多在1～2 m，坡度一般在70°～80°。

滑體物質(zhì)構(gòu)成為坡積的含粉質(zhì)粘土、粉土的塊石土和殘積的粉質(zhì)粘土?；w在滑動(dòng)時(shí)松動(dòng)解體，穩(wěn)定后在重力作用下又重新壓密固結(jié)。在斜坡坡腳和沖溝處，可以見到固結(jié)混雜的土體。僅在滑坡前緣，出現(xiàn)下部基巖風(fēng)化殼被錯(cuò)動(dòng)，可見土石混雜體。在降水入滲作用下，使滑坡體內(nèi)形成地下水，在滑坡前緣一般有少量地下水滲出現(xiàn)象?；鶐r滑帶受斜坡結(jié)構(gòu)面控制，主要分布在松散層與基巖接觸帶部位。滑帶土厚0．3～0．5 m，巖性多為粉質(zhì)粘土、碎石土可見鏡面、擦痕?；矠榛鶐r。

滑坡的形成機(jī)制比較簡(jiǎn)單，主要為牽引式和推移式。牽引式滑坡以蔡沖滑坡最為典型，主要形成原因?yàn)榫用裨谄履_切坡建房，修建排水溝，使斜坡下部失穩(wěn)先滑，上部失去支撐而變形滑動(dòng)。推移式滑坡以汪溝滑坡最為典型，主要形成原因?yàn)樵诨麦w中上部修建村村通公路等人類工程活動(dòng)，導(dǎo)致滑坡體載荷過重，上部巖層滑動(dòng)，擠壓下部產(chǎn)生變形，最終失穩(wěn)。斜坡巖土體在降水作用下逐步達(dá)到飽和至過飽和狀態(tài)，巖土體自重及孔隙水壓力增加，力學(xué)強(qiáng)度降低，巖土體前緣失去支撐導(dǎo)致受力失衡，在臨空面適當(dāng)位置發(fā)生變形剪出。

2．2．3 泥石流

依據(jù)泥石流規(guī)模級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)，中型泥石流2處，其余8處均屬小型泥石流。按照泥石流的活動(dòng)狀態(tài)來分類，除了火神廟、大石橋兩處處于形成期，其他均已進(jìn)入停歇期或者休止期。

泥石流溝多發(fā)育在縣城南部桐柏山低山區(qū)和丘陵區(qū)，泥石流的平面形態(tài)呈喇叭形、長(zhǎng)條形，剖面形態(tài)多呈階梯形，溝谷形態(tài)多呈U形谷，個(gè)別呈V形谷。溝谷發(fā)育，切割強(qiáng)烈，兩側(cè)坡度多在30°以上，主溝縱坡降多在20°～37°左右，個(gè)別達(dá)45°，且匯水面積較大，便于集水，為泥石流形成提供匯水和勢(shì)能條件。

在桐柏山周圍，主要分布的是片麻巖、變粒巖及花崗巖體。節(jié)理十分發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化深度＞10 m，巖石非常破碎，結(jié)構(gòu)松散，有小型滑坡、崩塌現(xiàn)象，在山腳下有松散物質(zhì)堆積。坡谷區(qū)表層巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，破碎嚴(yán)重，溝谷中有人為堆積的大量碎石及殘坡積物和沖洪積物廣泛分布。泥石流流域面積多在3～10 km2，個(gè)別達(dá)到13 km2。松散物貯量多在1．2×104～2×104m3/km2，為泥石流提供物源。

區(qū)內(nèi)降水量充沛，為泥石流形成提供有利水動(dòng)力條件，泥石流發(fā)生時(shí)間一般集中在6、7、8三個(gè)月。特殊的水動(dòng)力條件使得多數(shù)泥石流溝以洪沖為主，淤積次之。

在連續(xù)降雨條件下，斜坡巖土體飽和度逐漸增加，力學(xué)強(qiáng)度逐漸降低;隨著降雨繼續(xù)及雨量加大，斜坡徑流深度增加及徑流加快，降雨入滲補(bǔ)給地下水量增大，巖土體處于飽和或過飽和狀態(tài)，此時(shí)不僅自重增加，力學(xué)強(qiáng)度降至最低值，而且孔隙水壓力繼續(xù)加大，土體內(nèi)部因孔隙水壓力急劇上升而造成土體平衡力失衡而發(fā)生滑坡;而巖體則因平衡條件破壞發(fā)生崩塌，崩滑體沖入溝道參與洪水形成泥石流。河道則因急速的洪流侵蝕沖刷溝床堆積物細(xì)顆粒啟動(dòng)搬運(yùn)，進(jìn)而帶動(dòng)粗顆粒物質(zhì)運(yùn)動(dòng)直至揭底形成泥石流［2］。

2．2．4 地面塌陷

桐柏縣礦產(chǎn)資源豐富，桐柏銀礦、銀洞坡金礦、大河銅礦、寶石崖鐵礦均是開采時(shí)間較長(zhǎng)的中、大型礦山，礦區(qū)歷史上均多次發(fā)生過地面塌陷。塌陷坑面積多為180～2 400 m2，塌陷深度在5．3～20 m，根據(jù)地面塌陷的規(guī)模分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，均屬于小型地面塌陷。采礦形成的大面積采空區(qū)是主要誘因。

地面塌陷分布區(qū)域一般屬于丘陵地貌，地表一般為新生界第四系，下伏堅(jiān)硬礦層，地下采空區(qū)成為形成地面塌陷的主要場(chǎng)所。從地面塌陷發(fā)生的時(shí)間來看，一般在6－9月，降雨較為集中的月份。原因是雨季時(shí)期采空區(qū)上覆地層自重增大，松散土體處于臨界狀態(tài)，使土體飽和、軟化增荷，巖土體工程地質(zhì)條件惡化，從而加速失穩(wěn)，引起塌陷。

2．2．5 不穩(wěn)定斜坡(隱患)

不穩(wěn)定斜坡在調(diào)查區(qū)普遍存在，由人類工程活動(dòng)而形成的為10處，自然形成的僅有2處。

區(qū)內(nèi)斜坡主要有兩種類型:土質(zhì)—基巖和基巖斜坡。土質(zhì)—基巖斜坡，由于工程、水文地質(zhì)條件截然不同，如下部有切坡現(xiàn)象，遇上暴雨天氣，易引發(fā)滑坡。而基巖斜坡有兩種情況易成為不穩(wěn)定斜坡，一是斜坡結(jié)構(gòu)類型為層狀，層理面與坡向相同或相近，再加上斜坡前緣切坡，易引發(fā)滑坡;二是斜坡結(jié)構(gòu)類型為塊狀，相交垂直—近于垂直節(jié)理裂隙十分發(fā)育，如切坡形成高陡邊坡，易發(fā)生傾倒式崩塌。

當(dāng)原始坡度在21°～40°，滑坡發(fā)育;當(dāng)原始坡度在41°～50°，崩塌、滑坡均有出現(xiàn);＞50°沒有滑坡形成，而崩塌卻比較發(fā)育。據(jù)此，可以對(duì)不穩(wěn)定斜坡做出初步預(yù)測(cè):對(duì)于＜40°的不穩(wěn)定斜坡，其破壞模式主要是滑坡;41°～50°的不穩(wěn)定斜坡，破壞模式以滑坡為主，并伴有崩塌;當(dāng)斜坡＞50°時(shí)，基本不發(fā)生滑坡，主要破壞模式為崩塌。

不穩(wěn)定斜坡的發(fā)展趨勢(shì)一般有兩種:其一是斜坡失穩(wěn)，發(fā)生崩塌或滑坡，變形破壞方式和崩塌、滑坡相同;其二是較長(zhǎng)時(shí)間維持不穩(wěn)定狀態(tài)。

2．3 地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

2．3．1 空間分布規(guī)律

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的52處地質(zhì)災(zāi)害沿主要交通要道、河流兩側(cè)、礦山周邊分布，有25處位于公路沿線，占總數(shù)的48．08%;16處位于河流沿岸，占總數(shù)的30．77%;8處位于礦山周邊，占總數(shù)的15．38%，這三類加起來占總數(shù)的94．23%。

剝蝕丘陵區(qū)風(fēng)化層覆蓋厚度不大，河流縱橫交錯(cuò)，溝谷密布，植被發(fā)育主要以低矮灌木群為主。低矮灌木根系較淺，對(duì)斜坡的護(hù)坡效應(yīng)，對(duì)土壤的纏繞、固結(jié)作用明顯不如高大的闊葉林。這一區(qū)域也是人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，地質(zhì)環(huán)境受到的破壞比較大。44處地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生在修路建房、礦產(chǎn)開發(fā)等人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈的地區(qū)。

2．3．2 時(shí)間分布規(guī)律

地質(zhì)災(zāi)害在時(shí)間上也呈現(xiàn)出集中分布的規(guī)律。滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌基本發(fā)生在全新世以來，主要受人類活動(dòng)影響。在一年之內(nèi)，雨季地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)集中。

2．4 地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性

依據(jù)崩塌滑坡泥石流詳細(xì)調(diào)查規(guī)范以及滑坡、泥石流防治工程勘查規(guī)范和野外調(diào)查資料計(jì)算分析判斷:該區(qū)崩塌現(xiàn)處于較穩(wěn)定狀態(tài)的為5處，不穩(wěn)定的15處;滑坡不穩(wěn)定的5處，較穩(wěn)定2處;泥石流穩(wěn)定性(易發(fā)程度)有2條為易發(fā)，3條為輕度易發(fā);不穩(wěn)定斜坡(隱患)穩(wěn)定性較差狀態(tài)的為2處，穩(wěn)定性差狀態(tài)的10處;地面塌陷2處較穩(wěn)定，1處不穩(wěn)定［3］。

3 防治對(duì)策

針對(duì)全縣不同地質(zhì)地貌單元，實(shí)行保護(hù)和利用相結(jié)合的方針;高度重視地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃;加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)與資料積累;繼續(xù)重視地質(zhì)災(zāi)害防治知識(shí)教育與群測(cè)群防網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

3．1 生物措施

生物防治主要指恢復(fù)植被和合理耕種。采取喬、灌、草等植物科學(xué)搭配，有計(jì)劃的提高森林和植被的覆蓋率，充分發(fā)揮其滯留降水、保持水土、調(diào)節(jié)逕流等功能，從而達(dá)到防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，減小災(zāi)害發(fā)生規(guī)模，減輕其危害程度的目的。在崩塌、滑坡體表面植樹種草，防止雨水下滲造成侵蝕，有利于固坡和防止崩塌、滑坡的發(fā)生。

3．2 工程措施

對(duì)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害，從致災(zāi)體和受災(zāi)體兩方面采取措施進(jìn)行工程治理?；碌刭|(zhì)災(zāi)害采取減荷、排水、支擋等措施消除或削弱致災(zāi)體的活動(dòng)能量;崩塌、不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害采取清除、部分削坡、排水、加固等措施解除或減緩災(zāi)害體的活動(dòng)，通過攔截、遮擋等措施以保護(hù)受災(zāi)體免受災(zāi)害破壞;泥石流地質(zhì)災(zāi)害采取攔擋、排導(dǎo)、停淤、疏浚等工程，防止其造成較大的損害;對(duì)地面塌陷災(zāi)害采取排水、填夯和加固等措施來消除災(zāi)害的影響，并輔助生物工程等措施。

3．3 行政措施

人類工程活動(dòng)是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害最重要的因素之一，政府要加強(qiáng)對(duì)建設(shè)用地審批和居民房屋建設(shè)的管理工作，不僅要做好地質(zhì)災(zāi)害防治方面的科普知識(shí)教育，集中規(guī)劃宅基地，更重要的是加強(qiáng)礦山管理工作。一方面對(duì)區(qū)內(nèi)礦山排土場(chǎng)、堆渣場(chǎng)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大的要立即進(jìn)行削方減載、修建擋墻等工程措施以消除隱患;另一方面，要加強(qiáng)礦山排土場(chǎng)、堆渣場(chǎng)管理，敦促礦山企業(yè)科學(xué)、合理、有序地排放廢礦渣，避免形成新的地質(zhì)災(zāi)害隱患;同時(shí)，還要加強(qiáng)安全部門與國(guó)土部門在尾礦庫(kù)管理方面的銜接、合作。

4 結(jié)語(yǔ)

桐柏縣為河南省地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)之一，地質(zhì)災(zāi)害類型較多，但一般為中型和小型，大部分災(zāi)害處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆姝h(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有較大影響。因此，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)體系建設(shè)和治理工程實(shí)施，使地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生造成的人員傷亡和居民財(cái)產(chǎn)損失降到最小。

［1］ 龔巍崢．河南省桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告［R］．鄭州:河南中州地礦巖土水務(wù)有限公司，2013．

［2］ 中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所．中國(guó)泥石流［M］．北京:商務(wù)印書館，2000．

［3］ 王明偉，陳治，孫永年．地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評(píng)價(jià)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2008．