黄河三峡移民区大规模群发性滑坡灾害成因分析

余志山

(甘肃省地质环境监测院,甘肃 兰州 730050)

1 黄河三峡移民概况

黄河三峡系指黄河上游甘肃省永靖县境内的刘家峡、盐锅峡和八盘峡。黄河三峡库区移民集中于 20世纪 50年代末到 70年代中期,历时 18年,在甘肃省临夏州境内共安置移民 4.4万余人,前后进行了三次大规模移民。三大库区共淹没良田 11.8万亩,砍伐树木 115万株,拆迁房屋 13万间,并淹没原永靖县城莲花堡。

永靖县盐锅峡移民区是黄河三峡库区移民较集中的一个地方。本移民区当时共安置移民 986户,5 527人。其中安置刘家峡库区移民 420户,2 177人,集中分布在黑方台台塬之上的朱王、新塬和陈家三个村,安置盐锅峡库区移民 187户,1 109人,全部插队安置在党川、黄茨、新庄和焦家 4个村;安置八盘峡库区移民 379户,2 241人,分布在 10个村,全部后靠一定距离安置。

与全国其他库区移民特别是长江三峡库区移民不同的是,黄河三峡库区移民,正处在上世纪“大跃进”、“三年困难”和“文革动乱”的特殊年代。由于规划不周,工作粗糙,命令主义,过分强调国家利益,补偿标准过低,使移民元气大伤。就近就地安置,开发黄土台塬造地灌溉,引发了大面积黄土湿陷、土壤盐碱化和大规模群发性地质灾害等许多新问题。地质灾害已给永靖县盐锅峡移民区造成了重大人员伤亡和巨额财产损失,并成为威胁移民生命财产安全和八盘峡水库安全运营的重大隐患。

2 移民区地质灾害概况

2.1 地质灾害发育概况

黄河三峡移民区地质灾害为大规模群发性滑坡灾害,集中分布在甘肃省永靖县盐锅峡镇管辖的黑方台台塬。该台塬是甘肃省最大的水库移民灌区,地处黄河和湟水交会处八盘峡库区左岸(黄河段),台塬从湟水入黄河口的湟水桥头至盐锅峡大坝,东西长约 10.7 km,南北宽 1～3 km,台塬面积约 13.7 km2,台塬地面高出周围地形约 100～133m,台面较为平坦,呈典型的黄土台塬地貌形态特征。

截止 2009年 12月 31日,该台塬边坡地带共发生过 100余次滑动,目前共发育 40余处滑坡,已滑动的土体6000×104m3。有12km长的边坡处于不稳定状态,不稳定土体近7200×104m3。任何一处边坡都有随时滑动形成重大灾害的可能(图 1)。

2.2 已造成的损失

截止 2009年 12月 31日统计资料,该地质灾害已造成40人死亡,100余人受伤,450户群众,1所中学、两所小学、1处加油站和多家乡镇企业被迫搬迁,近3 000余亩耕地弃耕,1 000亩农田被毁,摧毁多家乡镇企业,并多次埋没通往盐锅峡化工厂和盐锅峡电厂的公路,数次摧毁台塬上水管道。直接经济损失折合人民币约 2.00亿元,间接经济损失 5.00亿元。

2.3 目前仍受威胁的人员和资产

目前移民区仍有7500人、4 600亩耕地、8 300间房屋、10 km公路、两处提灌工程、10 km水渠、7.7 km农电线路、10 km通讯光缆、一座桥梁、十多家乡镇企业和黄河八盘峡水库的安全运营受到直接威胁,同时移民区地质灾害还威胁盐锅峡化工厂和盐锅峡水电厂两家大型国营企业的安全。直接受威胁的总资产 2.67亿元,间接威胁人口10000人,资产4.00亿元。

图1 移民区黑方台地质灾害分布图

3 地质灾害成因

移民区黑方台台缘滑坡的形成总体上主要受以下三方面因素的制约。

3.1 地形地貌

黑方台为黄河的Ⅳ级基座阶地,台塬的Ⅳ级阶地坡脚与Ⅱ级阶地直接相接,二者高差 100～133m,中间缺失Ⅲ级阶地。整个边坡上陡下缓,上部坡度一般在 40°左右,下部坡度20～30°,平均坡度约 35°。焦家崖头一带,边坡上部达 50～60°,而虎狼沟两侧沟谷的黄土则成直立状。黑方台边坡的这种后缘高陡、前缘开阔的地形特点,为滑坡的形成提供了良好的临空条件。位于斜坡高处的黄土由于势能大,在重力作用下,就产生了向坡底移动的趋势,在这个趋势力的作用下,斜坡上的黄土就具备了下滑的动力条件(图 2)。

3.2 地质结构

黑方台地层的组合特征是:台塬上部是厚 22.00～43.60 m的上更新统风积黄土,其质地均一,结构疏松,垂直节理发育,为粉土;黄土的下部是厚度 4.00～17.10 m的上更新统冲积成因的粉质粘土,可见水平层理,结构较致密,为弱透水层;粉质粘土层的下部是 4.00～7.40 m厚的卵砾石层,最下部为下白垩统河口群上段的砂泥岩,成单斜状,倾向与坡向一致(图 3)。

图2 移民区黑方台地形地貌示意图

图3 移民区黑方台地质剖面示意图

从组成台塬边坡的地层来看,构成斜坡主体的岩性为黄土和砂泥岩。黄土在干燥时具有较高的强度,遇水后表现出明显的湿陷性,其力学性质随含水量的增加而降低,这是由黄土本身的物质成份和结构所决定的。

砂泥岩呈单斜构造,倾向与坡向一致,在边坡出露部位,风化裂隙发育,岩体十分破碎,成碎块状,干时可用手折断或捏碎,浸水或干湿交替时可迅速软化或崩解。泥岩有较强的亲水性和遇水软化的特性,当其含水量增大时,其强度也将大大降低。

由于基岩顺坡倾斜,沿基岩层面往往容易产生顺层滑坡,同时位于基岩之上的黄土,其本身的力学性质就很差,临空面又高,在其它因素的作用下也很容易失稳滑动。

3.3 水文地质条件

黑方台为黄土台塬,属于黄河Ⅳ级阶地,台塬高出现代河床 100～133m。由于黑方台为一向偏东方向突出的半岛形台地,台地高出周围地形,基本上杜绝了周围地表水和地下水的补给。天然条件下大气降水是本区地下水的唯一补给来源,由于气候干燥,降水稀少,台塬上部平均约 40m厚的黄土层长期处于干燥状态,天然含水量一般小于 10%。尽管黄土具有较强的渗透性能,但由于干燥的包气带对水的大量吸收和大气蒸发,有限的降水很难通过巨厚的包气带大面积入渗形成地下水。据西北水土保持研究所的观测资料表明,类似的这种条件下,大气降水在黄土层中的入渗深度仅为1.5～2.6 m,只有通过垂直裂缝,落水洞等局部地段的通道,才有少量的大气降水入渗到黄土层底部或卵石层中形成地下潜水。因此,天然条件下黑方台地区的地下水非常贪乏,在台缘一带仅有少量泉水分布,地下水的年排泄总量仅为 3.2×104m3,水质很差,矿化度也很高。

上世纪 60年代中期,为了安置刘家峡与盐锅峡库区移民,在黑方台建成了提水灌溉工程。该工程 1966年 7月开工建设,1969年 6月 30日竣工,设计提水量 1.22m3/s,实际提水量为 2.115m3/s,根据 1981年到 1999年的灌溉资料计算年平均提水量是 645×104m3。由于长期大面积大水漫灌,致使大量灌溉水渗入到地下,增大了地下水的补给量,破坏了黑方台的地下水均衡,改变了天然状态下的水文地质条件。大面积长期灌溉后,各含水层得到了大量灌溉水的充分补给,地下水的活动明显加强。根据我院调查统计,不计渗入基岩中的地下水量,黑方台泉水的年排泄总量是 91.46×104m3。

黑方台台塬的地层岩性组合特点,在垂向上就决定了疏松多孔的黄土渗水,其下较致密的粉质粘土层相对隔水,卵砾石层渗水,砂泥岩相对隔水的特殊的水文地质条件。地下水在粘土层和基岩面受到阻隔后,即向水平方向迳流,在塬边以泉的形式排泄。在野外调查中发现,台塬南部的野狐沟以及该沟以东的卵石层中均有地下水渗出,同时在卵石层上部的黄土层与粉质粘土层接触面上也有地下水成线状渗出。卵石层中的地下水有少部分循基岩表面的节理裂隙渗透到基岩中,而后在基岩中顺层面渗流。

黑方台台塬的这种特殊的水文地质条件,有利于在台缘边坡地带形成滑坡。天然条件下,黄土斜坡在自重或其它因素作用下,位移变形随时间延续而缓慢增加,边坡后缘黄土垂直节理或裂隙开始拉张破裂,拉裂面逐渐向深部扩展,伴随着雨水,尤其是灌溉水的沿裂隙下渗,在渗透水压力作用下,拉裂面最终与滑坡体内最大剪应力潜在滑移面相连,潜在滑移面贯通成滑动面形成滑坡。

循基岩层面渗流的地下水,可缓慢地润滑基岩层面并降低其摩擦力,促使其强度下降。地下水对砂泥岩层面的浸润湿化作用日积月累,常年不断地进行,在庞大的后部土体自重推动下,岩土体可沿该层面滑动,最终使斜坡岩体失稳破坏。

4 地质灾害诱发因素分析

黑方台边坡前方有相当宽阔的Ⅱ级阶地,黄河水流不存在对坡脚的冲刷问题,坡脚的水渠顺脚填筑而成,流量较小,也不构成对坡脚的冲刷,人工开挖边坡的现象也很少,只是在虎狼沟内和湟水边上有掏挖卵石层的现象,但其对台塬边坡的失稳滑动毫无影响,村庄都远离坡脚,近几十年来,没有进行过大规模开挖边坡取土工作。根据地震资料分析,工作区滑坡受地震的影响也很小。黑方台未进行上水灌溉之前的天然条件下,永靖县多年平均降水量是 287.6 mm,最丰年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,只有形成地表径流的暴雨才能通过黄土的垂直裂隙、落水洞等局部地段,以通道方式少量入渗到黄土层底部,进而入渗到卵石层中,形成地下潜水。大部分降水由于难以形成地表径流,有限的降水最多只能入渗到包气带 2m深度以内,不可能通过巨厚的黄土包气带形成地下水。所以除少量的大气降水通过裂隙,落水洞补给含水层外,大部分降水只能湿润表层的包气带,无法补给地下水。

据统计,自 1981年到 1999年 19年间,黑方台灌区每年的平均提水量是 645×104m3,天然条件下,在台缘带出露的少量泉水的年排泄总量约为 3.2×104m3,2000年所统计的泉水年排泄总量为 91.46×104m3,后者是前者的 28.6倍,在没有侧向迳流补给和降水量无明显变化的条件下,泉流量大量增大的根本原因,只能是大量灌溉水的回渗引起的。

因此,长期的大水漫灌是引起黑方台边坡失稳、反复发生滑坡的最主要的诱发因素,地下水位的升高,地下水静水压力和动水压力的增大,是黑方台滑坡形成的系统动力来源。在大水漫灌和地下水位持续上升条件下,该移民区台缘滑坡有持续加剧发展的可能,即使在近 1～2年内将大水漫灌改为节水灌溉,台塬内大量地下水的排泄也需要较长时间,台缘滑坡灾害现状在短期内得不到根本性的改变。

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