清江隔河岩库区滑坡灾害时空分布特征和主要控制因素分析

张端淼, 徐 勇, 吴 昱

(1.宜昌市地质环境监测站,湖北 宜昌 443000; 2.中国地质调查局 武汉地质调查中心，湖北 宜昌 443005)

清江隔河岩库区滑坡灾害时空分布特征和主要控制因素分析

张端淼1, 徐 勇2, 吴 昱1

(1.宜昌市地质环境监测站,湖北 宜昌 443000; 2.中国地质调查局 武汉地质调查中心，湖北 宜昌 443005)

隔河岩库区地处鄂西山区,地质环境条件复杂,属地质灾害易发地带,其中滑坡是库区最主要和常见的灾害。基于区内以往地质灾害调查资料统计分析的基础上,总结了滑坡的时间、空间分布特征,认为地形地貌、地层岩性、大气降雨和库水位变化等是库区滑坡灾害的主要控制因素。

清江隔河岩库区;滑坡灾害;时空分布特征;主要控制因素

隔河岩水利工程是清江梯级开发的启动工程,位于清江中下游湖北省长阳土家族自治县(简称“长阳县”)境内,1987年由国家与湖北省合资建设,1993年4月下闸蓄水,坝前抬高水头120 m。隔河岩库区地处鄂西山区,地质环境条件复杂,属地质灾害易发地带。库区蓄水运行后,相继发生了一些规模大的地质灾害,已造成了较大的损失。其中,滑坡是库区最主要和常见的灾害,对当地人民群众的生命财产安全构成严重威胁,对库区的安全运营和生态环境保护影响也较大[1]。主管部门清江投资公司对隔河岩库区的地质灾害高度重视,曾针对“清江茅坪滑坡潜在危险性”组织院士等资深专家进行了专题研讨；近年来,对库区的重大地质灾害点加强了专业监测,对灾害体的发展趋势预测也取得较大进展,其中研究较多的主要是杨家槽滑坡、茅坪滑坡。

本文基于区内以往地质灾害调查资料统计和分析的基础上,从隔河岩库区滑坡的时间、空间分布特征以及滑坡与地形地貌、地层岩性、大气降雨、库水位变化等方面的关系出发,分析库区滑坡灾害的发育规律和主要控制因素,对库区滑坡灾害防治工作具有一定的指导意义。

1 隔河岩库区滑坡发育现状

隔河岩库区目前共调查发现滑坡287处(截至2011年),面密度为8.33处/100 km2,滑坡总方量39 771.599万m3,主要分布于库区干流的中上游两岸(特别是左岸)。根据滑坡的规模级别划分标准,特大型9处、大型42处、中型103处、小型133处；根据滑坡的物质组成,土质滑坡239处,岩质滑坡48处；根据滑坡的现状稳定性,稳定46处,基本稳定143处,不稳定98处；按滑体的厚度划分,浅层滑坡(厚度<10 m)数量182处,中层滑坡(厚度10～25 m)数量83处,深层滑坡(厚度25～50 m)数量22处。滑坡发育分布现状见图1。

2 隔河岩库区滑坡时间分布特征

隔河岩库区降雨具有水平和垂直方向上的分带规律,在水平方向上,流域西部降雨量大于东部,南、北两侧山区降雨量高于河谷地区；在垂直方向上,库区海拔1 000 m以下的地带降雨量多在1 300 mm以内,海拔升高则降雨量增多。降雨集中在雨季,且多暴雨,5—8月降雨量占全年降雨量的50%以上。区内降雨的分布及特点对滑坡的发育和分布影响很大,尤其是以降雨为主要动力因素和激发因素的滑坡,受降雨集中性和突发性的控制十分明显。据调查资料统计,区内发生滑坡的时间主要集中在1975年、1989—1992年及2005—2006年,最为突出的1975年共发生滑坡47处,这主要和上述年份降雨较丰沛有关。

隔河岩库区滑坡的时间分布与降雨周期紧密相关,滑坡变形破坏的时间规律主要表现为同发性、滞后性和不稳定的周期性。

图1 隔河岩库区滑坡分布现状略图Fig.1 Outline of distribution status of landslide in Geheyan reservoir area

(1) 同发性:在外界强动力驱动下,滑坡与驱动力几乎同时发生,这一特性称之为滑坡与动力因素的同发性。库区以降雨型滑坡表现最为突出,每年雨季均有滑坡灾害新发生,且常造成直接经济损失。据调查资料统计,库区绝大多数滑坡发生在雨季,有时间记载的有223处,其中6—8月发生的就有176处,占79%；而每年的6—8月份正好是区内降雨最为集中的时段,这种时间上的分布规律显然不是巧合,表明区内滑坡与降雨的关系非常密切,滑坡的发生与较高强度的降雨具有同发性。

(2) 滞后性:滑坡变形破坏的滞后性规律,在降雨型滑坡中表现较为突出。据统计,隔河岩库区滑坡滞后期多在7天以内,占70%以上；滞后期为7天—1个月的占近30%；1个月以上者少见。

(3) 周期性:滑坡有其自身的形成、演变过程,在其变形史上,变形的间隔期具韵律特征则称之为周期性。周期性是继承性在时间上的反映,继承性系指滑坡空间上的世袭性,已经产生过变形的滑坡,往往有重复变形的特点,有的甚至多次复活,复活后的变形与以往的变形有较大程度的相似。据统计,库区重复(复活)多次变形的滑坡占总数的50%以上。

3 隔河岩库区滑坡空间分布特征

3.1 呈带状分布

库区滑坡分布大致可分为两个带,即鸭子口—渔峡口滑坡发育带、贺家坪—榔坪滑坡发育带。鸭子口—渔峡口滑坡发育带即库区干流的中上游,全长72 km,地面高程450 m以下一级斜坡带滑坡点分布较密集,这与该高程以下第四系堆积物发育以及人类工程活动强烈(如库区蓄水、切坡修路等)有关,两岸分布滑坡67处,分布线密度0.93处/km；贺家坪—榔坪滑坡发育带大致沿长阳县贺家坪镇—榔坪镇的轴线河谷一带展布,长17.5 km范围内分布滑坡26处,分布线密度0.675处/km,该区域以榔坪河为中心的狭窄走廊两侧,高速公路、铁路修建等人类工程活动十分强烈,导致滑坡较为发育。

3.2 干流及其支流交汇处滑坡发育

在清江干流及其支流交汇处,因冲刷、侵蚀等因素造成两面或三面临空,为滑坡发育创造了空间条件。如在长阳县渔峡口镇上游岩松坪处(清江右岸),清江与溪流交汇附近的8.3 km2范围内发育滑坡9处,面密度达1.08处/km2(图2)；又如清江与天池河交汇处发育滑坡13处(图3)。

图2 清江与溪沟交汇处(岩松坪)滑坡灾害发育分布图Fig.2 Distribution map of disaster development of landslide

图3 清江与天池河交汇处滑坡平面分布图及Quick bird影像图Fig.3 Plane distribution map of landslide and Quick bird image map1.危岩体;2.古滑坡;3.现代滑坡;4.滑坡体。

3.3 顺向岸坡滑坡发育

库区滑坡与斜坡结构类型有密切的关系。当河谷岸坡结构与岩层倾向一致时,易发生滑坡,尤其是顺向斜坡层状岩体及坡面松散堆积层构成“二元结构”时,滑坡尤其发育,且一般稳定性较差。如长阳县锁风湾—桃山段的清江左岸斜坡多为“二元结构”的顺向岸坡,长6 km的岸坡发育滑坡共计17处,线密度达2.83处/km。

4 隔河岩库区滑坡主要控制因素

4.1 地形地貌控制因素

地形的切割强度和密度,斜坡的高度、坡度和形态,是斜坡稳定性的重要因素[2]。隔河岩库区总体地势北、西、南三面高,东部低,沿岸滑坡发育分布受地形地貌因素控制明显。

4.1.1 滑坡与原始坡度的关系

地形坡度是影响滑坡发生的重要因素。将隔河岩库区各滑坡进行统计分析后,得到滑坡数量与原始坡度之间的关系(见表1)。

表1 隔河岩库区滑坡原始坡度统计表

从上表可以看出,库区滑坡多产生于坡度为20°～50°的斜坡上,在坡度<20°或>50°的斜坡地段,滑坡分布较少。前者由于坡度小,地形平缓,不易滑动；而后者由于坡度较大,不利于松散物质堆积而难以形成滑坡物源。

4.1.2 滑坡与斜坡坡高的关系

随着斜坡坡高的变化,坡体、坡脚的应力状态会发生显著变化,最终导致不同部位变形和破坏方式的改变,在相同坡度条件下,随着坡高的增大,坡体安全系数减小。经过统计分析,得出隔河岩库区滑坡数量与坡高之间的关系(见表2)。

表2 隔河岩库区滑坡原始坡高统计表

库区滑坡在坡高10～500 m范围都有发生,其中绝大多数发生在坡高150 m以内,这是由于区内滑坡主要为土质滑坡,坡高不可能太高的原因。

4.1.3 滑坡与原始坡型的关系

斜坡坡型影响坡体内应力状态和地下水分布,而后两者又直接影响斜坡的稳定性。隔河岩库区斜坡坡面几何形态主要有凸型、凹型、阶梯型、平直型。其中凸型和阶梯型属于正向类斜坡,平直型和凹型属于负向类斜坡。经过归纳和统计分析,得出库区滑坡数量与原始坡型的关系(见表3)。

表3 隔河岩库区滑坡原始坡型统计表

4.2 地层岩性控制因素

地层岩性决定了滑坡的物质基础,在滑坡形成过程中，主要软弱结构面与斜坡临空面的关系至关重要[3]。由于地层岩性不同,抗剪强度各不相同,发生滑坡的难易程度亦不同。软弱地层在构造作用以及其它外力作用影响下,容易形成土状或泥状的软弱夹层,成为潜在的滑动面或滑动带,具备产生滑坡的基本条件；同时,软弱地层由于抗风化能力弱,易产生大量的松散物质形成滑坡物源。

隔河岩库区以土质滑坡为主,其中,母岩为软弱地层(夹层)的残坡积、崩坡积物的土质滑坡尤其较多,有30个土质滑坡所处基岩岩性为三叠系下统大冶组(T1d)泥晶灰岩夹碎屑灰岩、页岩；有60个土质滑坡所处基岩岩性为志留系(S)砂、页岩互层；有68个土质滑坡所处基岩岩性为二叠系(P)灰岩夹炭质、泥质页岩。三个易滑岩组中发生的土质滑坡占区内滑坡总数的66.11%(图4)。

图4 不同母岩中发育的土质滑坡个数直方图Fig.4 Histogram of the number of soil landslide in different parent rocks

据统计分析,第四系松散土体(Q)、志留系龙马溪组(S1l)、罗惹坪组(S2lr)和纱帽组(S2sh)较坚硬—软弱中厚层状页岩、粉砂岩,二叠系(P)上中下统的坚硬中厚层状灰岩夹软弱薄层状炭质、泥质页岩及硅质岩,以及三叠系大冶组(T1d)厚层状泥晶灰岩夹薄层碎屑灰岩、页岩,为隔河岩库区的易滑岩组。

4.3 滑坡与降雨的关系

降雨是滑坡的主要动力因素和激发因素,隔河岩库区滑坡的成生和驱动明显受降雨强度控制。大气降雨形成的地表水沿岩土体的孔隙、裂隙渗入斜坡体内,既增加了岩土体容重和坡体自重,又增大了斜坡岩土体的动水压力和静水压力,同时还能软化或掏蚀岩土体孔隙、裂隙中的充填物,降低岩土体的力学强度,是滑坡产生的催化剂和润滑剂,王思敬[4]、张仲辰[5]、周平根[6]等对此都做过大量的研究。

据调查资料统计,库区绝大多数滑坡发生在雨季,287处滑坡有时间记载的有223处,其中,5—9月发生的有205处,占92%；而6—8月发生的占79%。由此可以看出,滑坡发生与大气降雨具有明显的相关性,降雨强度越大,发生滑坡的频率就越高；反之也成立(见表4)。

表4 隔河岩库区不同月份滑坡发育程度统计表

4.4 滑坡与库水的关系

库区滑坡的产生与库水位变化关系密切,且常发生于水位骤降时期。水库蓄水后,库岸斜坡受到库水浸泡,岸坡岩土体与水发生相互作用。一方面,岸坡岩土体受库水浸泡发生软化,滑动带(面)的物理力学性质变差,抗剪强度等力学值急剧降低,导致抗滑力减小,这种软化常常具有不可逆性；另一方面,岸坡岩土体浸水后产生悬浮减重效应,对抗滑力起衰减作用,从而诱发滑坡形成或复活。

当库水位从高水位降落时,滑体中的地下水向坡下渗流,且一般滞后于库水位下降幅度,从而沿滑动带(面)产生向下的渗透动水压力,这种压力和滑坡的滑动方向一致(正落差),大大增加了滑体的下滑力,促使滑体应力局部调整而出现变形,甚至牵引滑坡整体变形破坏。据调查统计,隔河岩库区有66处滑坡涉水,近年来,这些滑坡出现变形的频度和强度均高于其他滑坡,说明其稳定性与库水的关系密切。

隔河岩库区滑坡灾害除与以上控制因素关系密切外,与地质构造、人工活动等影响因素也有较大关系。综上所述,隔河岩库区滑坡的变形和发展往往是多种因素综合作用的结果。

[1] 徐瑞春,李江风.清江流域环境地质灾害研究[M].北京:科学出版社,2006:10-16.

[2] 姚鹏.湖南省滑坡地质灾害现状、发育特征、成生因素及防治对策研究[J].科学之友,2010,3(9):105-106.

[3] 李智毅,杨裕云.工程地质学概论[M].武汉:中国地质大学出版社,1994:127-128.

[4] 王思敬,马风山,杜永廉.水库地区的水岩作用及其地质环境影响[J].工程地质学报,1996,4(3):1-9.

[5] 张作辰.滑坡地下水作用研究与防治工程实践[J].工程地质学报,1996,4(4):80-85.

[6] 周平根.滑坡中地下水与岩土体相互作用机理的研究[J].地学前缘,1996,3(1/2):34.

(责任编辑：陈姣霞)

Analysis of Spatial-Temporal Distribution Characteristics and Main ControlFactors of Landslide in Geheyan Reservoir Area on Qingjiang

ZHANG Duanmiao1, XU Yong2, WU Yu1

(1.YichangGeologicalEnvironmentMonitoringStation,Yichang,Hubei443000; 2.WuhanCenter,ChinaGeologicalSurvey,Yichang,Hubei443005)

Geheyan reservoir area is located in the western Hubei moutainous area,where the geological conditions are complex,which is geological disaster easy-happening area.Based on the region’s previous geological disaster survey statistics and analysis,the paper summarizes temporal and spatial distribution characteristics,thinks the topography,lithology,precipitation,changes of the reservoir water level of landslide are the main control factors of landslide disaster in reservoir area.

Geheyan reservoir area; landslide disaster; spatial-temporal distribution characteristics; main control factors

2014-12-08;改回日期:2015-04-02

张端淼(1978-),男,高级工程师,硕士,水文地质与工程地质专业,从事地质灾害调查评价和地质环境评估工作。E-mail:250900561@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2015)04-0449-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504017

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1501.019.html 数字出版日期:2015-06-19 15:01