湖南典型河段地质灾害调查及处理方法

秦 成，石 林，唐 海，曹运江，祝传广，姜威振，曹羽哲，林明华，覃业广

（1. 湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007；2. 湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201）

严格落实湖南省大力推行河湖长制的地方政策法规，大力改善水生态环境，切实加强河湖管理保护，防治河湖水岸地质灾害[1～3]。湘水与资水是湖南的两大水系，流域具有人口密集，河道凹岸、凸岸明显等共同特征。湘江湘潭段地质特征复杂，构造繁多，岩石出露繁杂，一些隐藏在复杂地质中的结构会对河岸产生巨大的影响；资江大新集段地势高低落差极大，河岸旁的山坡非常容易产生崩塌、滑坡等地质灾害，且河段下游建有水电站，会影响坝基承载力，引发地质灾害。

综合湘水与资水共性与个性特征，本次典型河段地质灾害影响因素调查取在湘江湘潭段与资江大新集段。通过本次典型河段地质灾害影响因素调查，为河道地质灾害防治提供技术支撑。

1 概 况

1.1 基本地理情况

1.1.1 湘江湘潭段

在湖南省的中部偏东地区，湘江由南往北流经湖南8 个（县）市，在即将流入洞庭湖时，水势受昭山阻隔，由SW 折转向NE，绕湘潭顺时针迂回，形成凸向（图1）左岸的180°曲流河谷，平面上呈“Ω”或“□”型河湾[4]（图2、图3）。2018 年3 月24 日湖南正式提出了一个“湘江湾区”的概念，即类似于珠三角大湾区概念，长株潭三个城市亦组成了“大湾区”城市群。

通过历年观察，湘江湘潭段流经城市群时，水流速度快，呈急流状态。发现湘江湾区河流在孕育城市群的同时，也对河道两岸带来了地质灾害，影响湘江湾区河岸安全及城市发展规划，因此，对湘江湾区现有地质灾害进行系统复核和地质灾害隐患点早期识别以及潜在地质灾害的预测，具有重要的理论意义和重大现实意义。

图1 湘江湾湘江段河岸地貌景观图

湘江湾区（图2、图3、表1）湘潭段始于湘潭和株洲的分界界碑处，止于长沙和湘潭的分界线——黄土潭桥，全长约42 km。

图2 湘江河湾地理示意图

图3 湘江湾区湘潭段地形地貌图[（左）Google earth 卫星图，（右）数据高程图]

表1 河段地形调查表

1.1.2 资江大新集段

资江自南向北流经湖南新邵大新集镇，大新集镇西北5 km 处有筱溪水电站。沿江两侧为金龙山、天龙山山脉，地势陡峭，是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害易发区。研究区（图4、图5、表1）南起于东经111.362°，北纬27.481°，顺流向北止于东经111.411°，北纬27.524°，全长约7 km[5]。

由于地形特点与当地气候的影响，导致资江大新集段汛期暴雨时易发生滑坡或泥石流等地质灾害，且由于下游筱溪水电站的影响，导致上下游流速差异明显，水流呈相对缓流状态。如果能提前对河道两岸存在的地质灾害进行治理及潜在灾害进行预报，对保证人民财产安全和生态环境具有重要意义。

图4 资江大新集段地形地貌图[（左）Google earth 卫星图，（右）数字高程图]

图5 资江大新集段地貌景观图

2 地质灾害调查方法

2.1 InSAR 监测

2.1.1 采用数据

根据合成孔径雷达卫星在轨运行和存档数据情况以及地质灾害的监测要求，选取2017 年1 月至2019年6 月间的26 景Sentinel-1A/B 雷达影像。

2.1.2 技术流程

总体上采用以时间序列InSAR 为主，辅以人工复核的技术方法，形成河道沿岸地表沉降监测成果数据集，并结合专题数据开展地表沉降的统计分析和评价。具体流程如图6 所示。

图6 河道沿岸地表沉降监测技术流程图

2.1.3 湘江湾区湘潭段/资江大新集段河道沿岸地表沉降速率及累计沉降量

利用2017～2019 年间的26 景Sentinel-1A/B SAR影像获取了该时段湘江湾区湘潭段/资江大新集段河道沿岸的地表沉降信息，其平均升降速率如图7、图8所示。负值表示地表远离卫星（地形平坦情况下表明地表下沉），正值表示地表靠近卫星（地形平坦情况下表明地表抬升）。

图7 2017～2019 年湘江湾区湘潭段河道沿岸地表沉降速率

图8 2017～2019 年资江大新集段河道沿岸地表沉降速率

图7 表明，湘江湾区湘潭段在2017～2019 年间地表较为稳定，河道沿岸未出现明显的抬升或下沉现象。需要说明的是，监测所采用的SAR 影像，其空间分辨率较低（约20 m），可能导致无法识别出河道沿岸的小型滑坡和崩塌等。这也从另一方面说明，该区域在2017～2019 年间不存在有大型的滑坡、崩塌等地质灾害。

图8 表明，在该时段内，资江大新集段河道沿岸地表存在不同程度的升降现象。在河道西侧，整体表现为负值，说明地表远离卫星，也就是说地表向河道方向移动。平均沉降速率在5～10 mm/a 之间。结合DEM 坡度信息可以初步判断这是由于滑坡等地质灾害引起。在河道东侧的中段出现一个较大的正值（平均速率约为18 mm/y），结合InSAR 技术的观测方向以及DEM 坡度信息，该中段的抬升现象有较大可能是由滑坡引起。最大沉降位于右下端，沉降速率约为20 mm/a。因此，总体而言，在2017～2019 年间，资江大新集段河道沿岸不稳定，明显存在多处滑坡等地质灾害。

2.2 无人机航空摄影测量

随着无人机与摄影技术的不断进步，无人机在地质灾害调查中扮演着不可缺少的角色，它具有效率高、精度高、成本低等优势[6]。本次地质调查采用了无人机进行协助，对不方便前往的地质灾害点进行了摄影捕捉，从而更好地识别与判断地质灾害发育情况（图9、图10）。

图9 无人机航空拍摄流程图

图10 湘江湾区无人机航空摄影

2.3 人工现场踏勘

2.3.1 前期的准备工作

明确工作地点范围、工作区地质背景、野外时间安排、分组情况、工作方法、工作程序、相关技术要求、调查工作要点等内容。调查成员应统一认识、清楚调查重要地质灾害点、统一调查技术方法，规范技术要求。

进行图纸、图件的购置；收集调查河段当地气象、水文、交通等相关资料；收集河段历年地质灾害资料；进行相关物资的准备，如笔记本电脑、手持GPS、地质罗盘、野外记录本等。

2.3.2 野外调查工作实施

地质灾害点调查是研究工作的重点：对湘江湾区和大新集社区地质灾害隐患开展全面调查。

工作程序：通过GPS 定位，在手图上标注定点—→完成隐患点各要素的调查，并拍照记录—→绘制隐患点平、剖面图及素描图—→评价已造成的损失，统计威胁人数和潜在经济损失—→对周边居民进行防灾减灾宣传。

2.3.3 调查资料的整理

野外调查完成后需提交相应成果，按照湘江湾区、大新集区的实地勘查结果建立照片集（电子档）、完成相关预案、整理调查表格及实测剖面记录表、野外工作记录本、野外工作手图、野外工作小结、实际材料图等。

3 典型地质灾害

地质灾害可划分出30 多种类型，由降雨、融雪、地震等因素诱发的称为自然地质灾害，由工程开挖、堆载、爆破、弃土等引发的称为人为地质灾害。常见的地质灾害主要指危害人民生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等六种与地质作用有关的灾害[7]。

通过野外地质灾害调查湘江湾区和资江大新集区，经过统计与处理，得到湘江湾区和资江大新集区非常典型的地质灾害表（表2），里面包括了典型地质灾害的位置、照片以及特征描述等具体信息。

具体位置 岸坡地质灾害照 灾害类型 特征描述新邵县大新集区资水东岸上南府村images/BZ_101_680_421_1115_760.png崩塌 老堆积体，堆在岸边，塌落方向288°，堆积体上已长满灌木丛1～2.5 m，至今已有3 年。一个地基，两条马路，马路沿资江下游方向5°，开挖量1 800 m3，属于崩滑式破坏。images/BZ_101_680_808_1115_1146.png新邵县大新集区老屋场 滑坡 暴雨引起洪水泛滥，导致河流漫过农田，最终引起土质滑坡，体积约为800 m3，目前处于较稳定状态。大新集区磁溪社区大新加油站新邵县大新集区磁溪村铁索桥两头新邵县大新集区资水东岸烟竹村images/BZ_101_680_1194_1115_1532.pngimages/BZ_101_680_1580_1115_1919.pngimages/BZ_101_680_1967_1115_2305.png滑坡 地点：磁溪社区大新加油站。6 号点的描述：人工堆砌的块石墙，往资江河边变形开裂45°，变形缝4～14 cm，资江水流向76°。破坏模式，为倾倒变形。资江左岸人工堆砌墙变形破坏。滑坡 暴雨诱发滑坡，长度为63 m，宽度为6.0 m，深度14 m。 裂缝宽15 cm，长度11 m，滑坡方向为140°。 体积约为700 m3，属于滑移式破坏，处于不稳定状态。滑坡 暴雨冲刷所致，滑坡体积约为1 800 m3，属于滑移式破坏，处于不稳定状态。

4 地质灾害处理方案

4.1 崩塌防治措施

4.1.1 湘江湾区

针对湘江湘潭段典型崩塌，通过对其灾害的形成机理进行分析，采取下列处理措施：

1）坡式护岸

对河段岸坡由于水流冲刷渗入的崩塌，如岳塘区泉排子屋场湘江西岸段，可采取坡式护岸，该方案将防冲刷材料按照一定的施工工艺铺设于岸坡表面，用以抵御风浪的冲刷，防止塌岸。坡式护岸中使用的材料有石头混凝土土工织物和土工膜天然材料，如木材、芦苇、沥青等。常用坡式护岸工程分为水下抛石包括抛枕和水上护坡砌体两部分。

2）水下抛石、抛枕工程

水下抛石：①制定抛石计划表；②施工准备；③抛石定位；④确定抛石顺序；⑤进行位移控制；⑥反馈信息。

水下抛枕工程是先抛枕、后压石，枕石结合的一种护岸形式。石枕防护面积大、柔性强、空隙小，既可覆盖砂质床面，制止冲刷，缓流落淤，又能适应岸坡地形变化，具有就地取材、节约投资、施工简易和收效快等优点。

3）水上砌体护坡工程

可采用干砌石混凝土模块、浆砌石混凝土模块、格构锚固+干砌石。干砌石法的特点是可就地取材，节省运费，从而降低造价，经济性好，但在取材时应选用强度大、无风化、表面密度大、吸水率小、耐水性高的石料，还可根据需要预制混凝土模块。施工时，技术含量低，施工非常简便[8]。

4）垂直护岸

荷塘街道滴水埠组的崩塌不仅受水流冲刷影响，还受岸坡填土及房屋建筑影响，针对这种崩塌治理，不仅需要考虑由水流冲刷而产生的影响，还需要考虑土压力以及地下水压力产生的作用，因此，可采取垂直护岸设计。在选用垂直护岸时，土压力需要着重考虑，它的影响往往比水流产生的影响大得多，可选用加筋土挡土墙护岸方案[9～10]。

在崩塌严重的沿岸河段可结合抗滑桩+挡土板+支挡措施的结合，构成桩板墙以达到护坡的目的，如荷塘街道双埠村八亩组。

4.1.2 资江大新集段区

针对资江大新集段典型崩塌，结合资江大新集段的气象、水文条件及工程地质条件等，采取下列处理措施：

1）利用水库蓄积洪水，减少河水冲刷力

新邵大新集区资水东岸上南府村崩塌是因暴雨引起洪水泛滥，江水淹没周边土体，最终引起滑坡。针对这一类崩塌，应在雨季河水泛滥的时候，将水库闸门打开，同时增加河水的排放渠道，以减少河水对河岸的冲刷。然后，水库工作人员应对河水的水位进行调节，尽量使河水流速趋于稳定，减轻河水冲刷。

2）采取护岸措施，编制铁丝网

新邵资水东岸上南府村4 组的崩塌主要是受雨水冲刷渗入形成，同时也受人为因素影响，此类崩塌可采用铁丝网石笼护岸法治理，其方法稳定性强、抗冲（风浪）能力强、可减少人为因素对坡体的影响，且铁丝网石笼护岸还能起到防洪护岸固脚的作用[11]。

4.2 滑坡防治措施

1）排水导渗

由于地表水原因导致坡体抗滑力不足引起的滑坡（如岳塘区荷塘街道双埠村湘江东岸及新邵大新集区磁溪村铁索桥两头的滑坡），可以采用排水导渗法。该处理方式的主要目的是通过排除地表水的方式来整治滑坡[12～13]。

2）砍头压脚（足）

顾名思义，砍头即为后缘削方减载，压脚（足）即为前缘堆载压脚。新邵大新集区资水东岸烟竹村的滑坡是因坡角较大，导致其下滑力高于抗滑力形成的，为避免灾害引起人员伤亡，可对其采用削坡减载法，改变坡体整体轮廓，提高其稳定性。如地质条件满足，还可将上坡削落的土体置放在坡脚处，可进一步稳定滑坡。

3）支挡

如河岸地段已经发生滑坡或将要发生滑坡，且受地质环境的限制，考虑到工程量问题不能单纯地进行削坡减载施工，则可根据工程实际情况，因地制宜采用支挡护坡措施，如加固坡脚砌挡墙和干砌护坡[14]。

4.3 崩岸应对措施

4.3.1 湘江湾区

对于湘江湾区存在的崩岸，结合湘江湾区的气象、水文地质条件及工程地质条件等具体情况，提出以下措施：

1）抛石护岸（脚）法

荷塘街道双埠村八亩组崩滑主要是由于河水冲刷河岸，导致河岸坑底土壤被河水带走而形成的，可采用抛石护岸方法治理。其主要施工方法是由施工人员向崩岸处堆砌一定石块用来减小水流冲击的流速，这样可以使已经被冲刷的坑底与坡岸形成的坡度减小，同时减小水流与坑底土壤的直接接触，有效减少土壤被流水带走的量。抛石护岸法可预防崩岸的发生，又可在崩岸发生后维持岸坡的稳定[15]。

2）模袋混凝土护脚法

模袋混凝土护脚所使用的是一些土工织物做成的模袋，在模袋中装入混凝土或者土石来代替抛石护脚法中的石块进行使用[16]。

4.3.2 资江-大新集段

针对资江大新集段的气象、水文地质条件及工程地质条件等，提出下列措施：

1）丁坝导流法

河水流速过大引起大新集社区的磁溪社区10 组的崩滑，可采用丁坝导流法，这样可以稳住河势，保护周围建筑。河岸防护中采用丁坝导流是通过迎托主流对河水流向进行控制和改变，从而减缓水流的冲击[17]。

2）塑枕防护法

该法也是通过在编织物中填充砂石作为护坡物的方法，在河流流速较大的区域可以通过将多个编织袋串联起来进行抛投的方式来提高抗冲击性，快捷地完成护坡工作，而且成本较低。

4.4 水流冲刷诱发地质灾害处理措施

对于湘江湾区水流冲刷的影响，应在典型灾害点进行河道衬砌，否则河道一直遭到水流冲刷会威胁到周围建筑和道路安全。由于湘江湘潭段气候的影响，雨季汛期时，水流流速较大，暴雨集中时很容易在狭窄河段发生雍水，使得该河段河流水位较高，故应对衬砌进行加固处理，加筋土挡墙衬砌可以有效地防止河流冲刷带来的危害[18]。

在资江大新集段中，受水流冲刷的影响，应在上游水库中蓄水，稳定水流并使水流流速下降，使河道能够承受一定水流冲刷，起到保护弯侧河道的作用，对直行河道也有着一定的缓冲作用。

特别是风化残积土地带，在冲沟上游修建拦腰水沟以减缓水流冲刷或者改变水流方向等，都可以起到较好的治理作用。

4.5 人为因素处理措施

加强行政管理及执法力度：严禁乱挖滥采砂石，严禁乱开荒地；停止一切商业性采伐，采取相应的管理和保护性措施；保护植被，防止河砂被大范围采集[19]。

5 结 论

调查湘江湾区段及资江大新集段湖南两个典型河段的地质灾害，采用结合InSAR 技术和无人机航空摄影测量并辅以人工复核的技术方法，形成河道沿岸地表变形监测成果数据集，并结合专题数据开展地表变形的统计分析和评价。

1）利用SAR 存档数据，获取了湘江湾区段和资江大新集段河道沿岸的地表变形，发现湘江湾区段在2017～2019 年整体较为稳定，资江大新集段受两岸山体滑坡、崩塌等影响严重。另外，也发现地质灾害调研使用的SAR 无法识别小型的、植被覆盖下的地质灾害。

2）结合无人机航拍典型河段，加上实地考察，观测到这两个典型河段沿岸附近存在的地质灾害，包括崩塌、滑坡、水流冲刷所引起的淤积、滑塌和地裂缝、降雨引起的崩岸以及上游水库蓄水引起的崩滑等。

3）湘江湾区段主要地质灾害类型有沿岸土质崩塌、崩滑、地裂缝以及地表冲沟等地质灾害，资江大新段主要地质灾害类型有暴雨诱发的土质滑坡及老滑坡活动，并且伴随着人工堆砌墙的变形破坏。

4）依据所调查到的地质灾害分析了一些可能导致该类地质灾害的发生因素，并提出相应的处理措施建议和方案。

资金资助：湖南省自然科学基金项目资助（项目编号：2018JJ2114）；湖南省水利科技重大项目“洞庭湖区崩岸预测与防治技术研究”。