蘭州市城區(qū)環(huán)境工程地質問題及其防治對策分析研究

黃　超，丁保艷，劉　娟

（甘肅省地礦局第三地質礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

蘭州市城區(qū)環(huán)境工程地質問題及其防治對策分析研究

黃超，丁保艷，劉娟

（甘肅省地礦局第三地質礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

隨著蘭州市工程建設的不斷發(fā)展，環(huán)境工程地質問題的重要性愈來愈為人們所認識?；谔m州市城區(qū)地質環(huán)境現(xiàn)狀，主要針對活動斷裂與地震可能引發(fā)的工程地質問題、地質災害問題、地下水采灌引起的環(huán)境工程地質問題及黃河主河道變化引起的環(huán)境工程問題等進行分析研究，并提出了相應的防治對策。

蘭州市；城區(qū)；環(huán)境工程地質問題；防治對策

蘭州市作為甘肅省的省會城市，是全省的政治、經(jīng)濟、文化中心，對全省社會經(jīng)濟發(fā)展及周邊地區(qū)的發(fā)展發(fā)揮著不可替代的輻射帶動作用，隨著蘭州市社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，受特殊地形地貌的限制，城市建設空間已趨飽和，環(huán)境矛盾極為突出。面對全面建設小康社會和西部大開發(fā)的歷史機遇，為了實現(xiàn)蘭州市跨越式發(fā)展，近年來蘭州市委、市政府順應城市發(fā)展規(guī)律，提出了“東擴西展、南伸北擴”的城市空間發(fā)展戰(zhàn)略，就《蘭州市城市總體規(guī)劃》（第四版）所涉及的區(qū)域（圖1）建設用地環(huán)境工程地質問題及其防治對策進行分析研究。

圖1　蘭州市第四版城市總體規(guī)劃范圍圖

研究范圍為東起蘭州市榆中縣縣城～清水鄉(xiāng)，西至西固區(qū)河口鄉(xiāng)，南北以兩山第一斜坡帶為界，另外還包括以蘭州空港為中心的中川鎮(zhèn)部分地區(qū)（秦王川盆地南部），工作區(qū)地理坐標在東徑103°24′17″～104°15′34″，北緯35°48′23″～36°15′18″之間，蘭州空港為中心的中川鎮(zhèn)工作區(qū)地理坐標東徑103°35′14″～103°44′40″，北緯36°27′13″～36°34′14″。

本文主要針對活動斷裂與地震可能引發(fā)的工程地質問題、地質災害問題、地下水采灌引起的環(huán)境工程地質問題及黃河主河道變化引起的環(huán)境工程問題等進行分析研究。

1　活動斷裂與地震可能引發(fā)的工程地質問題及其防治對策分析研究

蘭州市區(qū)新構造運動特點突出，主要表現(xiàn)為活動斷裂及受活動斷裂控制的活動斷陷――蘭州斷陷盆地。區(qū)內(nèi)活動斷裂非常發(fā)育，其中深溝橋斷裂、李麻沙溝斷裂、李黃溝斷裂和劉家堡斷裂推測為發(fā)震斷裂?；顒訑嗔雅c地震可能引發(fā)的工程地質問題主要表現(xiàn)為出現(xiàn)地裂縫（如西固地裂縫）、噴水冒砂、土體滑移、砂土液化、地基失效等，從而對上部結構產(chǎn)生輕微乃至嚴重的變形破壞。發(fā)震斷裂帶為工程建筑抗震危險地段，應盡量避開，工作區(qū)抗震設防烈度為8度，乙類建筑最少避讓距離300m，丙類建筑最少避讓距離200m，甲類建筑最少避讓距離應進行專門研究，建議將發(fā)震斷裂帶規(guī)劃為綠化帶。其他活動斷裂帶為工程建筑抗震不利地段，規(guī)劃建筑應進行抗震設計，并避免建筑物橫跨斷裂帶。

2　地質災害問題及其防治對策分析研究

2.1地質、自然作用引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等地質災害問題及其防治對策分析研究

地質災害具有突發(fā)性、誘發(fā)性、漸進性及群發(fā)性等特點，對災害區(qū)域內(nèi)人的生命和財產(chǎn)及環(huán)境造成極大的威脅和破壞。工作區(qū)地質災害高易發(fā)區(qū)主要分布于南北兩山山前地帶和黃河Ⅳ級階地的臺緣，區(qū)內(nèi)地質環(huán)境脆弱，人類工程活動強烈，地質災害密集發(fā)育。其中青石臺～伏龍坪～桑園子一帶為不穩(wěn)定斜坡、泥石流、滑坡高易發(fā)段，該段分布于工作區(qū)南部黃河Ⅲ、Ⅳ級階地及山前地帶，段內(nèi)出露的地層主要為第四系上更新統(tǒng)風積黃土和第三系泥巖、砂巖。段內(nèi)人類工程活動強烈，城區(qū)建設、居民削坡建房等形成大量高陡斜坡，在降雨等外動力影響下易于產(chǎn)生變形破壞，同時段內(nèi)也是山前洪水、泥石流的流通區(qū)域，對沖溝岸坡沖刷切割強烈，引發(fā)坡體失穩(wěn)；沙井驛～徐家灣～青白石一帶為泥石流、崩塌高易發(fā)段，該段分布于工作區(qū)北部的黃河Ⅳ階地及以上山前地帶包括整個大沙溝流域，段內(nèi)出露地層主要為前寒武系皋蘭巖群黑云母角閃片巖、黑云母片巖、絹云母片巖夾薄層石英巖，白堊系河口群紫紅色砂巖、泥巖，第三系桔紅色厚層砂巖，段內(nèi)基巖受斷裂帶影響巖體破碎，風化強烈，殘坡積物厚度較大，坡面陡峭，山坡坡度大于30°，特殊地質地貌使得段內(nèi)崩塌、泥石流非常發(fā)育。

地質災害的防治必須遵循預防為主、全面規(guī)劃與重點防治相結合的原則。災害檢測和預報是防災的先導性工作，一方面通過建立地質災害災情信息系統(tǒng)和檢測預報網(wǎng)絡，不斷提高地質災害的預測預報水平；另一方面樹立全民防災意識，堅持走群眾性與專業(yè)性相結合的道路，“群測群防”，加強群眾減災防災知識的普及教育，同時組織高水平的專業(yè)隊伍通過綜合勘查和評價研究，掌握各類地質災害在不同地段的發(fā)生規(guī)律與成因機制，確定防災對策，根據(jù)不同災種的具體情況采取避讓、生物或工程措施進行地質災害的防治工作。

防治工程需要全面規(guī)劃但也要突出重點，青石臺～伏龍坪～桑園子一帶為地質災害高易發(fā)段，不穩(wěn)定斜坡前緣建筑及道路（街道）密集，應作為主要防治地段，其中皋蘭山滑坡群及姐姐溝不穩(wěn)定斜坡由于危害較大，應作為防治重點。由于城市規(guī)劃區(qū)位于盆地內(nèi)平原區(qū)及李麻沙溝、大沙溝等較大的溝谷內(nèi)，區(qū)內(nèi)泥石流堆積區(qū)大多位于規(guī)劃建筑區(qū)，泥石流的威脅（危害）較為嚴重，因此對特大型、大型、中型，高、中易發(fā)泥石流應進行綜合勘查并采取科學、有效的治理措施。主要防治措施如下：

邊坡一般采用坡面植草 （樹）、削坡、修建截（排）水設施、錨噴支護、擋墻（重力式、扶壁式等）支護及錨桿（索）擋墻支護等防護措施；滑坡一般采用坡面植草（樹）、刷方減載、回填壓腳、修建截（排）水設施、重力式擋墻、格構錨固、預應力錨索、抗滑樁等防治措施；危巖崩塌治理可采用清除、灌漿封閉、錨固、支撐、充填、柵欄及攔石墻、排水、掛網(wǎng)等措施中的一種或幾種。泥石流一般采用坡面植草（樹）、治理溝谷中崩塌及滑坡、清理疏通溝道、修建排洪設施、修建攔擋壩等綜合治理措施。對于重要建筑應盡量避開地質災害易發(fā)地帶。

2.2人類工程活動引起的地質災害問題及其防治對策分析研究

引起地質災害的人類工程活動主要為削坡建房、農(nóng)田水利灌溉、山坡綠化灌溉、礦產(chǎn)開采、公路交通建設等幾個方面，下面分別闡述。

1）削坡建房使邊坡失穩(wěn)，溝道開發(fā)加大泥石流隱患。隨著人口的增加和城市的擴展，居住密度和開發(fā)建設強度不斷加強，市區(qū)緣山陡坡地帶的伏龍坪、桃樹坪、李家灣、金城關、華林坪等地為了爭取建筑場地，不合理的削坡使得邊坡過陡過高，供、排水系統(tǒng)不完善，多誘發(fā)滑坡災害；大沙溝、羅鍋溝等溝谷內(nèi)半填半挖，使得溝谷內(nèi)堆積有大量的松散土石，排洪設施不健全，存在較為嚴重的泥石流隱患。

2）農(nóng)田水利和山坡綠化灌溉誘發(fā)滑坡災害。黃土（黃土狀粉土）高臺地區(qū)長期大水漫灌的結果，使得大量水體滲入地下，軟化臺緣斜坡土體，改變了斜坡水文地質環(huán)境，降低了斜坡穩(wěn)定性，變形破壞嚴重，滑坡災害時有發(fā)生，如青石臺和牟家臺臺緣滑坡；近年來，市區(qū)南北兩山開展了大規(guī)模的植樹造林工程，綠化灌溉中使大量的水體滲入斜坡土體，增加了坡體的含水量，降低了土體的強度，誘發(fā)了多處崩塌、滑坡災害，近幾年黃河北徐家灣～白塔山公園一帶發(fā)生的數(shù)起滑坡災害與該地區(qū)山體綠化灌溉有很大的關系。

3）礦產(chǎn)開采誘發(fā)小型滑坡、崩塌災害，加大泥石流隱患。工作區(qū)內(nèi)桑園子、李麻沙溝、咸水溝等地大規(guī)模的山體開挖進行采砂、采石，誘發(fā)小型滑坡、崩塌災害，砂石隨意堆放，堵塞溝道，存在嚴重的泥石流隱患。

4）公路交通建設形成多處不穩(wěn)定邊坡。近幾年來，蘭州市周圍高等級公路建設工程及鐵路較多，山區(qū)高等級公路及鐵路修建時，都進行了大量的土石方開挖和填筑，形成了一些新的高陡邊坡，部分邊坡穩(wěn)定性較差，形成崩塌（潛在崩塌）和小型滑坡，同時，大量廢棄土石不可避免的成為泥石流的松散固體物質來源。

工程建設和澆灌等人類工程活動引發(fā)的地質災害逐年呈增長趨勢，應以高度重視。工程建設必須嚴格按照國家及地方有關規(guī)定進行建設用地地質災害危險性評估工作，對于工程建設所形成的不穩(wěn)定邊坡和棄土石必須予以有效治理；農(nóng)業(yè)和綠化灌溉不宜大水漫灌，應逐步采用噴灌或滴灌，以減少地表水的入滲量。

降水是工作區(qū)滑坡、泥石流等地質災害的主要誘發(fā)因素，區(qū)內(nèi)降水集中在6～9月，為主汛期，也是各類工程建設活動強烈的時期，二者可共同誘發(fā)地質災害。因此，6～9月為地質災害的年度高發(fā)期，即為地質災害重點預防期。但據(jù)統(tǒng)計資料，蘭州市的滑坡災害每月都發(fā)生，因此，需全年進行實時監(jiān)測預防，汛期和凍融季節(jié)是高發(fā)期，要更進一步加強監(jiān)測預防，增加監(jiān)測的頻率。

3　地下水采灌引起的環(huán)境工程地質問題及其防治對策分析研究

3.1地下水水位上升引起的環(huán)境工程地質問題

東崗、西固等人口密集和工業(yè)集中地段自20世紀60年代起地下水開始處于緩慢上升狀態(tài)，水位上升使黃土狀粉土濕陷導致建筑破壞的現(xiàn)象時有發(fā)生。近年來，隨著地段內(nèi)農(nóng)田灌溉的減少、供排水設施的逐步健全、貯水池的關閉、溝道排水渠的修建、工業(yè)及生活污水的有效管理等，東崗、西固地段引起地下水位上升的問題逐步得到改善，本次工作認為，東崗、西固地下水水位基本處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

秦王川盆地（南部）永登東干渠自流引灌工程（1959年建成）、西岔電力提灌工程（1989年建成）以及自1993年開始投入使用的“引大如秦”工程的影響，地下水水位呈上上升趨勢，局部地段地下水溢出地面。灌溉及水位上升引起區(qū)域內(nèi)水質惡化和土壤次生鹽漬化等環(huán)境地質問題?？赏ㄟ^溝道清淤、暗管排水等方式加大區(qū)域地下水的排泄量，控制水位的上升，同時可采取鋪土壓鹽、施肥壓鹽（提倡使用家畜有機肥料）、種植紅柳、榆樹等耐鹽樹種以及大麥、高粱、莞豆等抗鹽農(nóng)作物等方法防治土壤鹽漬化。由于秦王川盆地（南部）第四系主要為碎石土（表層黃土狀粉土較?。?，水對碎石土承載力的影響較小，地下水的危害主要表現(xiàn)為對建筑基礎的腐蝕。

3.2地下水水位下降引起的環(huán)境工程地質問題

1）“三灘”水源地水位下降區(qū)?！叭秊彼吹厥冀ㄓ?964年，但大規(guī)模的開采始于20世紀80年代初，1985年開采量達到最高值，為8238萬m3/a。1986年“西水東調”工程投產(chǎn)，地下水開采量隨之逐年減少。在70～80年代的超強度開采下，區(qū)內(nèi)地下水位不斷下降，進而形成了以“三灘”水源地為中心的區(qū)域降落漏斗，漏斗面積61km2，漏斗中心多年最大水位降幅28.41m。由于漏斗的形成，使南、北高礦化水向漏斗運移，特別是漏斗中心地帶，水質呈急劇惡化勢態(tài)，礦化度年平均上升27.42～38.83mg/L，總硬度（CaCO3計）年平均上升13.63～24.1mg/L，硝酸鹽氮年平均上升0.75～1.68mg/L。2005年漏斗面積縮減為54km2，地下水位平均埋深也減至9.62～14.2m，但斷陷盆地崔家大灘～蘭工坪及迎門灘局部地段的礦化度、總硬度2004年與2005年相比仍在緩慢增加，而迎門灘的總硬度、硝酸鹽氮呈急速增長勢態(tài)，說明水質惡化并未隨水位的上升而得到有效遏制，水質污染程度日趨加重。

目前，“三灘”水源地水位處于緩慢恢復狀態(tài)，黃河水仍主要以垂向形式補給“三灘”地下水，而斷陷盆地潛水則從漏斗邊緣或黃河入滲形成的分水嶺向漏斗中心徑流?？刂崎_采量使水位逐步恢復、減少“三灘”水源地及補給區(qū)域污水排放，依靠地下水自身的調節(jié)能力，可望使三灘水源地水水質能得到逐步改善，這是一個緩慢的過程，需要政府及居民共同努力。

2）榆中盆地水位下降區(qū)。自20世紀70年代開始，地下水開采量連年增加，致使地下水位大幅下降。目前地下水位與70年代后期相比普遍下降了3～10m，部分區(qū)段達20m以上。榆中～三角城平原水位降低了5～20m，以三角城為中心地帶在開采高峰期下降幅度達26m以上；連塔～定遠平原及和平平原則下降了3～5m；宛川河河谷平原下降幅度為2.5～5m，部分地段也在10m以上。

地下水無節(jié)制的超量開采，是引起盆地區(qū)域性水位下降的直接原因，而由于水位的持續(xù)下降，開采量出現(xiàn)衰減，為彌補由于開采量衰減造成的地下水獲取量的缺額，當?shù)厝罕娪謱⒛抗夥旁谠黾泳當?shù)上，盲目的隨意布井，又進一步加劇了地下水位持續(xù)下降幅度。

目前蘭大校區(qū)出現(xiàn)地裂縫，推測與地下水水位下降有關，具體情況尚需做進一步的勘察和研究。破壞性的開采地下水將會導致地下水水位持續(xù)下降，甚至出現(xiàn)水質惡化、地面變形等環(huán)境工程地質問題，防治對策：對水資源進行科學規(guī)劃，合理開采利用地下水資源；加強工業(yè)及生活污水的管理，禁止污水不達標排放；節(jié)約用水，改漫灌為噴灌或滴灌。

4　黃河主河道的變化所產(chǎn)生的工程地質問題

地殼上升或河流的侵蝕、堆積作用會使河道發(fā)生變遷，峽谷段黃河兩岸多為基巖山區(qū)，河水流速較快，侵蝕、堆積作用不明顯，隨著市區(qū)南北濱河路及“黃河風情線”的修建和延伸，黃河側蝕作用減弱，防洪能力得到加強，因此主河道的變化所產(chǎn)生的工程地質問題得到有效控制。

5　結論

城市建設規(guī)劃與周邊地質環(huán)境密不可分，城市建設中的環(huán)境工程地質問題多種多樣，十分復雜，要大力開展環(huán)境工程地質問題的研究，加強由于自然作用和人類活動而引起的環(huán)境變化和工程影響的預測和評價，以確保工程建設的質量，并保護好環(huán)境。

［1］ 甘肅省地質環(huán)境監(jiān)測院，甘肅省蘭州市城市環(huán)境地質調查評價報告［R］.2007.7.

［2］ 甘肅省地震局.蘭州市活斷層探測與地震危險性評價工程技術報告［R］.2007.

［3］ 甘肅地質災害防治工程勘查設計院，蘭州市城市總體規(guī)劃工程地質調查報告［R］.2007.

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