青海德令哈主要環(huán)境地質(zhì)問題及其防治對(duì)策

趙 振，陳惠娟，馮林傳

(1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海西寧 810007;2.青海省地質(zhì)調(diào)查局，青海西寧 810000)

0 引言

柴達(dá)木盆地是我國(guó)西北部干旱的內(nèi)陸盆地，以礦產(chǎn)資源豐富聞名于世，有“聚寶盆”之稱。德令哈地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣，是柴達(dá)木兩堿化工重要基地。同時(shí)也是青海省第三大城市，隨著德令哈地區(qū)資源的開發(fā)的廣度和深度，環(huán)境地質(zhì)問題日趨嚴(yán)重，在一定程度上制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至造成了難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是近幾年降水量增大，所引起德令哈市尕海鎮(zhèn)附近地下水位上升引起災(zāi)害問題較為突出，已經(jīng)嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?cái)產(chǎn)安全。本文是在充分收集分析了德令哈地區(qū)已有資料，結(jié)合近幾年來筆者對(duì)德令哈市環(huán)境地質(zhì)問題實(shí)地調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，從德令哈市存在泥石流、地下水位上升災(zāi)害、地下水污染、土壤鹽漬化等主要環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)行分析研究，闡述了主要環(huán)境地質(zhì)問題特征、危害程度、發(fā)展趨勢(shì)，著重分析了主要環(huán)境地質(zhì)問題的形成機(jī)制并提出了相應(yīng)防治對(duì)策以及治理建議，對(duì)今后德令哈城市防災(zāi)減災(zāi)具有重大的意義。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然地理?xiàng)l件

德令哈市位于柴達(dá)木盆地東北部，屬典型干旱大陸性氣候，以冬長(zhǎng)夏短、氣溫低、日溫差大、降水量少、蒸發(fā)量大、無霜期短、多風(fēng)為特點(diǎn)。據(jù)德令哈氣象站觀測(cè)資料(1961～2010年)，多年平均降水量為154.2mm，多年平均蒸發(fā)量為2301.5mm，多年平均氣溫為 4.1℃［1］。

德令哈地區(qū)主要有兩條河流，巴音河和白水河均屬于內(nèi)陸水系。

巴音河:發(fā)源于宗務(wù)隆山北麓，全長(zhǎng)188km，流域面積7281km2。德令哈水文站(1971～2009年)多年平均流量為10.81m3/s。

白水河:發(fā)源于柏樹山，由巖溶泉水匯集而成，流經(jīng)柏樹山煤礦、宗務(wù)隆鄉(xiāng)匯入巴音河。全長(zhǎng)16km，匯水面積54km2，多年平均流量0.67m3/s。

1.2 水文地質(zhì)條件

德令哈山前平原地下水，具有干旱內(nèi)陸盆地沖洪積扇地下水分布的一般規(guī)律，即與地貌巖相帶相應(yīng)的水平分帶特點(diǎn)，表現(xiàn)在第四系巖性、巖相及沉積特點(diǎn)上呈現(xiàn)明顯的分帶性。地下水徑流于山前平原中、后緣。由于地形坡降大，含水層巖性單一，顆粒粗，屬溶濾型潛水;這些水繼而向平原前緣，直至沖湖積平原徑流，沉積地層從上游到下游逐漸由粗變細(xì)，地形漸緩，地下水位埋深由深漸淺，于平原中前緣帶進(jìn)入山前平原區(qū)，由于含水層厚度大，能匯集全盆地大部分地下水，是地下水的極富集地帶。山前平原前緣，地形平緩，含水層以細(xì)顆粒為主，形成了多層互層結(jié)構(gòu)，沉積地層產(chǎn)生分異，改變了水的性質(zhì)，構(gòu)成了承壓(自流)水形成條件。因此，在山前平原前緣，地下水類型為上部潛水，下部承壓水，進(jìn)入沖湖積平原區(qū)為承壓—自流水，于盆地邊緣，由于受地形地貌的制約，地下水以泉水和沼澤溢出，形成泉集河。向西流經(jīng)可魯克湖，最終流入托素湖［2-3］。

1.3 人類工程活動(dòng)

德令哈市的人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)集中于宗務(wù)隆山的山前沖洪積平原上。該地區(qū)集中了德令哈城區(qū)、大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)住地、工業(yè)園區(qū)，90%以上的村莊，人口密度大。少量的人類工程活動(dòng)分布于盆地周邊溝谷中，主要為礦體開采、水電站開發(fā)、水庫(kù)水利設(shè)施、國(guó)防工程等。

在山前沖洪積平原地區(qū)，盲目的開荒擴(kuò)耕，破壞了地表的完整性及毀壞植被，草場(chǎng)退化、沙化趨勢(shì)加劇，流動(dòng)沙丘面積擴(kuò)大，每年有大量的農(nóng)田被風(fēng)沙掩埋，甚至出現(xiàn)沙進(jìn)人退的現(xiàn)象，如尕海鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村整體搬遷就是個(gè)典型實(shí)例。近幾年來，隨著降水量的逐年增加，不科學(xué)的農(nóng)田漫灌方式及灌渠水的滲漏，致使地下水位呈上升之勢(shì)，有些地段地下水溢出，使得大量房屋遭到嚴(yán)重?fù)p害。

山區(qū)溝谷中水電站、礦山資源等不合理開發(fā)也存在巨大隱患，地表植被遭到破壞，坡體的穩(wěn)定性降低，落后的技術(shù)及開采工藝，加上人為因素及自然條件的限制，形成了大量廢棄物，且隨意堆放，或直接傾倒溝谷中，占用了泄洪通道，為泥石流提供了物源，嚴(yán)重威脅下游城鎮(zhèn)、村莊及居民的生命財(cái)產(chǎn)安全［4］。

2 主要地質(zhì)災(zāi)害問題

德令哈市內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的分布主要受控于地形地貌條件、巖土工程地質(zhì)性質(zhì)、大氣降水，人類工程活動(dòng)，據(jù)調(diào)查:德令哈市地質(zhì)災(zāi)害在全市3鄉(xiāng)2鎮(zhèn)45個(gè)鄉(xiāng)行政村中，已查明地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)67個(gè)。本文重點(diǎn)闡述白水河泥石流、尕海地區(qū)地下水位上升、地下水位污染主要環(huán)境地質(zhì)問題。

2.1 白水河泥石流

白水河泥石流位于德令哈市北部宗務(wù)隆山南麓，是德令哈市威脅最大泥石流溝(圖1)，因此，查清白水河泥石流發(fā)育特征以及觸發(fā)因素，非常有必要。其主要特征如下:

2.1.1 白水河流域溝谷特征

白水河流域中上游為宗務(wù)隆山區(qū)，上游河谷狹窄，呈“V”型，河流總體走向近東西。河床坡降為390‰。河谷右側(cè)泥石流發(fā)育較密集，達(dá)14條，平均3.5條/km。規(guī)模以中小型為主，其中中型6個(gè)，小型8個(gè)，產(chǎn)生了大量的松散物質(zhì)。該段泥石流類型均為水石流。

圖1 白水河流域泥石流分布特征圖Fig.1 Distribution characteristics of debris flows in the White River basin map

中游河谷以“V”型為主，部分地段呈“U”型，河流總體走向變?yōu)榻蹦舷?。河床縱坡降平均為225‰。根據(jù)調(diào)查，該段河谷有泥石流10條，均為水石流，大部分位于右岸;不穩(wěn)定斜坡1處，也位于右岸。災(zāi)害點(diǎn)規(guī)模巨型2處，大型2處，中型4處，小型3處。泥石流溝多排泄于白水河中，部分泥石流堆積于臺(tái)地上，厚度3～6m。多處為護(hù)路而修筑的漿砌石泄洪溝已被沖毀，礦區(qū)公路上堆積了大量松散物(圖2)。

下游位于宗務(wù)山山前沖洪積平原上，平原略向盆地傾斜，坡降為50‰，其中北部山前為60‰，南部為40‰。其上植被覆蓋率低，為30% ～40%，河流為南北向、河床坡降為43‰。河流下切平原而形成20～50m陡岸，岸坡近于直立，巖性為第四系上更新統(tǒng)的沖積、洪積砂卵礫石，松散。受自然風(fēng)化及河水沖刷的影響，該段河谷發(fā)育滑坡1處，位于河流右岸，造成2人死亡。

圖2 泥石流沖毀公路防護(hù)設(shè)施Fig.2 Mudslide washed away road protection facilities

2.1.2 白水河泥石流災(zāi)情損失

1996年8月20日午夜，宗務(wù)隆山區(qū)驟降暴雨，在午夜1∶00時(shí)到2∶00間，降雨強(qiáng)度40～50mm/h，白水河流域內(nèi)地表水?dāng)y帶砂石迅速匯入白水河谷，頓時(shí)形成泥石流。泥石流沖毀和掩埋了80412部隊(duì)水電站、私營(yíng)的本康水電站和白水河電站的一至五級(jí)電站。凌晨2:00時(shí)左右，泥石流又沖毀黑石山水庫(kù)電廠院子50余米的圍墻，掩埋水機(jī)室，浸入二樓主控室，淤平電站尾水池。接著泥石流奔騰下泄到巴音河電站，漫壩后，翻越溢流堰翼墻沖入機(jī)房，淹沒了機(jī)組(圖3)。

圖3 被泥石流沖毀、淤埋過的水電站Fig.3 Silt buried by mudslides washed away a hydropower station

此次泥石流災(zāi)害造成5人死亡，沖走牛羊等牲畜，掩埋草場(chǎng)、圍墻圍攔，沖毀或掩埋水電站。直接經(jīng)濟(jì)損失2500×104元。致使德令哈市生活及工業(yè)用電嚴(yán)重不足。

白水河泥石流危害的直接范圍為白水河河道及白水河口的黑石山水庫(kù)電站，直接危害的人口并不多，首當(dāng)其沖的是白水河上的一系列梯級(jí)電站，危害面積僅10km2。但間接危害包括白水河流域和巴音河下游沿岸居民區(qū)、企事業(yè)單位、機(jī)關(guān)、青新公路(G315)、青藏公路及大量農(nóng)田等，影響范圍可達(dá)20km2。特別是在白水河河口處，泥石流的沖擊力側(cè)蝕和刨蝕力極大，曾將黑石山水庫(kù)大壩基礎(chǔ)蝕出，且沖毀了大壩防洪堤和發(fā)電廠控制室，對(duì)大壩構(gòu)成了極大威脅。據(jù)有關(guān)部門反映，由于及時(shí)開閘泄洪未發(fā)生大的災(zāi)情，如推遲幾分鐘，就有壩毀城亡的危險(xiǎn)，對(duì)德令哈市區(qū)造成災(zāi)難性的損失(圖4)。

圖4 白水河出口與黑石山水庫(kù)位置Fig.4 Exit the White River and BlackRock reservoir location

2.1.3 白水河泥石流物源

白水河流域松散物質(zhì)來源于三個(gè)方面:一是其溝道兩側(cè)發(fā)育有24條規(guī)模不等的泥石流，產(chǎn)生了豐富的松散物質(zhì)。二是近年來人類工程活動(dòng)頻繁，如建造7級(jí)水電站后丟棄的大量廢棄物、碎石;右岸坡柴達(dá)木水泥廠采礦點(diǎn)產(chǎn)碴速度每年約2000m3，尚存碎石4700m3;白水河上游的軍事工程區(qū)施工產(chǎn)生的廢棄碎石帶等，自然堆積于支溝溝口，體積約78000m3。三是流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，對(duì)溝內(nèi)林木、植被樵采破壞，致使植被覆蓋率由60%下降到20%，邊坡裸露，風(fēng)化破碎，產(chǎn)生松散堆積物(圖5)。

圖5 白水河內(nèi)支溝泥石流形成的物源Fig.5 White River tributary of debris sources

2.1.4 白水河泥石流發(fā)災(zāi)臨界雨強(qiáng)

白水河集水面積54km2，多年平均洪峰流量11.5m3/s，其中1996年8月20日由水利部門現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估洪峰流量為59.2m3/s［5］。據(jù)海西州氣象局提供的資料，午夜 1:00～2:00時(shí)的推測(cè)雨強(qiáng)達(dá) 40～50mm/h，從而確定臨界雨強(qiáng)為40mm/h。

2.1.5 人類活動(dòng)

區(qū)內(nèi)氣候干旱，植被覆蓋率低，砍伐樹木、超載放牧等人類工程活動(dòng)也越來越強(qiáng)烈，使本地區(qū)覆蓋率極低的植被又進(jìn)一步遭到破壞，土壤涵養(yǎng)水份能力降低，水土流失加重，產(chǎn)生大量松散物。人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈形成了大量的碎石、礦渣，滾落并堆積于溝底，成為泥石流的物源。

綜上所述，白水河流域的地形坡度較陡，縱坡降較大，固體物質(zhì)豐富，在臨界降雨強(qiáng)度作用下，易造成泥石流災(zāi)害。

2.2 地下水位上升災(zāi)害

2.2.1 地下水位上升災(zāi)情

近幾年來，隨著全球氣溫變暖、降水量增加、巴音河河水流量增大，德令哈尕海地區(qū)地下水補(bǔ)給量增大，導(dǎo)致尕海鎮(zhèn)、克魯克鎮(zhèn)西面等地區(qū)地下水位持續(xù)上升問題日趨突出，據(jù)最近調(diào)查顯示:由于地下水溢出地表導(dǎo)致尕海鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村、郭里木村、新源村、尕海村、金源村等5個(gè)農(nóng)業(yè)村和陶哈村、努爾村2個(gè)牧業(yè)村受災(zāi)，受災(zāi)戶656戶2710人，其中，房屋倒塌11戶227間、嚴(yán)重裂縫的121戶464間、圍墻倒塌31戶954m，因積水過多，無法秋翻的耕地達(dá)0.421km2，退耕還林地0.213km2，被淹草場(chǎng)40km2。據(jù)估算，災(zāi)害共造成直接經(jīng)濟(jì)損失652×104元(德政辦［2012］66號(hào)文件);據(jù)2012年10月調(diào)查資料:尕海鎮(zhèn)德令哈市第三中學(xué)教學(xué)樓辦公室內(nèi)地面裂縫現(xiàn)象，外側(cè)地基處均有裂縫，學(xué)校圖書館地面有局部沉降，深度達(dá)12.6cm(圖6、圖7)。

圖6 地下水溢出地面形成的水塘Fig.6 Underground water overflows the ground reservoirs

圖7 地下水上升對(duì)居民點(diǎn)造成危害Fig.7 Groundwater rise cause harm to the population centres

2.2.2 地下水上升原因分析

地下水上升與地形地貌、全球氣候及降雨量的變化、人類活動(dòng)等有著密切的關(guān)系。

(1)地形特征

地下水上升區(qū)位于巴音河沖洪積扇前緣細(xì)土帶，地勢(shì)較低，最低點(diǎn)海拔2820m［6］，地下水匯集于此，前緣地層主要為細(xì)顆粒地層，起到阻水作用。因此，地下水在該地區(qū)徑流不通暢，導(dǎo)致地下水位上升。

(2)降水量

據(jù)德令哈氣象站1961～2010年資料顯示，德令哈地區(qū)降水量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，特別是最近10年內(nèi)降水量增幅急劇增大，1973～2006年德令哈地區(qū)年平均降雨量?jī)H182.3mm，而2008年達(dá)246.1mm，2009年326.5mm，其中2009年增量比2000年前增大了0.8倍，降雨量具有增加趨勢(shì)(圖8)。

圖8 德令哈地區(qū)1955～2010年降水量變化曲線圖Fig.8 1955～2010 in delingha region precipitation graph

(3)地下水河流補(bǔ)給

德令哈地區(qū)地下水主要來源90%來源于北部巴音河水補(bǔ)給地下水，對(duì)德令哈地區(qū)地下水的補(bǔ)給具有控制性作用。據(jù)德令哈水文站1959～2007年資料分析來看，2000～2007年近10年巴音河年平均流量呈總體上升的趨勢(shì)(圖9)，是地下水上升主要原因。

圖9 巴音河1959～2007年年平均流量變化曲線圖Fig.9 Bayanhe 1959～2007 average annual flow graphs

(4)人為灌溉

地下水位上升區(qū)為農(nóng)灌區(qū)，德令哈黑石水庫(kù)東干渠貫穿南北，調(diào)查區(qū)內(nèi)支渠、毛渠向四周延伸，形成灌溉網(wǎng)，對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展起到強(qiáng)有利的支撐作用。但農(nóng)田長(zhǎng)期以來大水漫灌及退耕還林后農(nóng)灌渠道設(shè)施跑冒滴現(xiàn)象較為嚴(yán)重。也是引起地下水位上升一個(gè)重要原因之一。

總上述，德令哈尕海地區(qū)內(nèi)地下水位上升主要原因，是受全球氣候變暖影響降水量增大，冰雪融化量增大引起的巴音河水流量近10年流量變大及其對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給量增大。

2.2.3 地下水上升成災(zāi)趨勢(shì)分析

近年來隨著降雨量、冰雪融化量、巴音河流量不斷增大，對(duì)德令哈地區(qū)地下水的補(bǔ)給量增加尕海地區(qū)地下水位仍然處于逐步上升趨勢(shì)，以地下水位上升區(qū)團(tuán)結(jié)村為例，自2005年發(fā)現(xiàn)地下水位上升以來到2012年地下水位一直處于上升趨勢(shì)，導(dǎo)致整個(gè)團(tuán)結(jié)村90%以上房屋地基下沉，墻面開裂等災(zāi)害現(xiàn)象，最終導(dǎo)致整個(gè)團(tuán)結(jié)村集體搬遷至郭里木新村，才避免造成生命財(cái)產(chǎn)危害。目前，剛剛搬遷郭里木新村又面臨二次搬遷問題，因地下水位已由10m上升到3m。

2.3 地下水污染問題

德令哈工業(yè)園是柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)最為重要經(jīng)濟(jì)園區(qū)之一，其產(chǎn)業(yè)定位以德令哈及周邊地區(qū)豐富的石灰石、鈉鹽資源為原料，大力發(fā)展純堿、燒堿、電石、PVC、氯化鈣等產(chǎn)品，構(gòu)建柴達(dá)木兩堿化工基地。近幾年來，隨著對(duì)德令哈地區(qū)堿化工業(yè)資源開發(fā)利用的廣度和深度較大，對(duì)德令哈地區(qū)地下水污染面臨極大威脅，目前污染源主要是堿廠排污管道的“滴、漏、冒”等現(xiàn)象嚴(yán)重(圖10)和某公司露天曬堿池和露天引堿廠廢液土渠(圖11)，對(duì)德令哈地區(qū)地下水存在極大的威脅。據(jù)2011年6月調(diào)查，德令哈尕海鎮(zhèn)新源村供水井在使用了一段時(shí)間后水質(zhì)發(fā)生了變化，口味變咸，并且難以飲用，對(duì)該地區(qū)地下水進(jìn)行了初步調(diào)查，并采取了該地區(qū)的水樣進(jìn)行了分析，分析結(jié)果:該供水井礦化度明顯增高，水中Cl離子、Ca離子大幅度增加，并且水質(zhì)類型也由Cl·HCO3—Ca·Mg型變?yōu)镃l—Ca·Mg型水。最終調(diào)查結(jié)果目前德令哈市尕海鎮(zhèn)附近局部地下水污染。目前，隨著工業(yè)化進(jìn)展以及人為地因素的影響，德令哈地下水將面臨巨大的威脅。

圖11 利用天然土渠引排污管道污水Fig.11 By natural soil drainage outfall sewerage

3 主要環(huán)境地質(zhì)問題防治對(duì)策

3.1 泥石流防治對(duì)策

針對(duì)白水河泥石流特點(diǎn)以及形成機(jī)理及觸發(fā)因素，白水河泥石流應(yīng)采取以下措施:

(1)在白水河泥石流物源區(qū)，應(yīng)停止關(guān)閉石灰?guī)r礦以及采石場(chǎng)，減少泥石流的物源，同時(shí)，制定相關(guān)政策法規(guī)，植樹造林，封山育林等生物措施，確保形成區(qū)保水保土。

(2)在流通區(qū)和泥石流通過地段以疏導(dǎo)為主，保證流路通暢。主要措施是導(dǎo)流和護(hù)岸、護(hù)底、清障。在地形較好的地區(qū)，則采用可靠的攔擋措施，以達(dá)到減沙、減勢(shì)、控制水沙下泄量、控制流量的效果。攔擋工程有:實(shí)體重力壩和格柵壩、停淤場(chǎng)、導(dǎo)流堤、壩下的護(hù)岸、護(hù)底等。

3.2 地下水位上升防治對(duì)策

德令哈市尕海地區(qū)地下水位上升問題，已經(jīng)越來越嚴(yán)重，得到當(dāng)?shù)卣叨戎匾?，針?duì)尕海地區(qū)地下水位上升的主要因素，地下水位上升災(zāi)害防治的目的是降低地下水位，治理方案采用排水降低水位的辦法，采取具體工程如下:

3.2.1 渠道排水工程

渠道排水工程主要布置在沖洪積扇前緣細(xì)土帶尕海鎮(zhèn)至一棵樹一帶，因?yàn)榇说囟坞x巴音河河道較近，地形東高西低，便于排水，采用網(wǎng)狀排水渠道進(jìn)行排水，該工程開挖難度小，工程建設(shè)投資少優(yōu)點(diǎn)。

3.2.2 垂直管井排水工程

垂直管井排水工程以急需解決尕海鎮(zhèn)第三中學(xué)以及海湖小學(xué)附近地下建筑物為對(duì)象，按降水規(guī)范要求，使地下水位埋深降至建筑物以下0.5～1.0m，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)做地下室防水工程措施，垂直管井參數(shù)見表1。

表1 垂直管井參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Table vertical well parameters

3.2.3 修整河道、渠道工程

針對(duì)尕海地區(qū)地下水主要是河流和渠道下滲以及渠道尾水補(bǔ)給特點(diǎn)，本次應(yīng)采取在巴音河上游應(yīng)規(guī)整河道工程，控制東干渠渠道流量，合理規(guī)劃尕海地區(qū)的灌溉方式，以減少地表水補(bǔ)給地下水，從源頭上控制地下水補(bǔ)給。

3.3 地下水污染防治對(duì)策

針對(duì)德令哈市目前地下水污染主要污染源，應(yīng)采取相應(yīng)防治措施:

(1)急需對(duì)及露天引廢液渠道進(jìn)行防滲處理，如果不及時(shí)處理，將會(huì)造成大面積的地下水污染，并將影響到德令哈市第二水源地的水質(zhì)以及下游農(nóng)田農(nóng)作物生長(zhǎng);

(2)建議對(duì)該地區(qū)進(jìn)行專門地下水污染勘察評(píng)價(jià)工作，提出地下水污染問題解決的辦法和對(duì)策;

(3)應(yīng)建立廢水排污系統(tǒng)，包括污水處理廠，此項(xiàng)工作應(yīng)及時(shí)納入城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃中。

4 結(jié)語(yǔ)

目前德令哈市存在主要環(huán)境地質(zhì)問題愈來愈突出，已經(jīng)成為嚴(yán)重制約著德令哈地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此，德令哈市在今后工業(yè)發(fā)展以及城市化過程中，政府應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境地質(zhì)保護(hù)工作。

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