九甸峽庫區(qū)地質災害分布規(guī)律及發(fā)展趨勢

宋丹青，王 豐，宋宏權

（1.上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院，上海200030；2.河南大學 生命科學學院，河南 開封475004；3.河南大學 環(huán)境與規(guī)劃學院，河南 開封475004；4.河南大學 黃河中下游數(shù)字地理技術教育部重點實驗室，河南 開封475004）

九甸峽庫區(qū)地質災害分布規(guī)律及發(fā)展趨勢

宋丹青1，王 豐2，宋宏權3，4

（1.上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院，上海200030；2.河南大學 生命科學學院，河南 開封475004；3.河南大學 環(huán)境與規(guī)劃學院，河南 開封475004；4.河南大學 黃河中下游數(shù)字地理技術教育部重點實驗室，河南 開封475004）

水庫蓄水對庫區(qū)地質災害的發(fā)育有著重要影響，蓄水過程中庫水位及侵蝕基準面的抬高等變化將會對庫區(qū)地質災害的發(fā)育起到了重要影響。為保障九甸峽水利樞紐的順利建設和建成后的正常運營，以九甸峽庫區(qū)為例研究庫區(qū)地質災害的分布規(guī)律及其水庫蓄水后的發(fā)展趨勢?；趯靺^(qū)的詳細的勘察資料的基礎上，對庫區(qū)地質災害進行了系統(tǒng)地分析和評價。研究表明：蓄水后，庫區(qū)沿岸產(chǎn)生多處庫岸滑塌和小規(guī)模的新滑坡等災害，塌岸寬度為50～100 m，主要分布于洮硯以上的河段；庫區(qū)淺層和深層滑坡共39處，蓄水初期庫水位抬升誘發(fā)和加速了滑坡的變形破壞，蓄水后，大部分滑坡位于庫水位之下或遠高于庫水位，受庫水影響較?。恍钏畬靺^(qū)內滑坡的發(fā)育影響較大，對原有泥石流溝發(fā)育影響較小，泥石流溝的發(fā)育主要由降雨引起。

地質災害；分布規(guī)律；九甸峽庫區(qū)

地質災害是指由于自然或人為作用，在地球表層破壞人類生存環(huán)境的巖土體失穩(wěn)現(xiàn)象[1-2]。水庫蓄水過程中，由于庫區(qū)沿岸的水文地質條件改變顯著，造成庫岸邊坡的穩(wěn)定性發(fā)生了變化[3]，同時也對庫區(qū)內的地質災害的發(fā)育產(chǎn)生較大程度的影響。例如二灘水電站自蓄水以來，隨著水位上升相對侵蝕基準面不斷升高，先前存在的部分滑坡、泥石流被庫水淹沒，導致庫區(qū)環(huán)境發(fā)生較大變化[4]。三峽工程試驗性蓄水后，在庫區(qū)局部地段產(chǎn)生較強的災害體演變現(xiàn)象[5]。但是，水庫蓄水使庫區(qū)庫岸再造的狀況如何?發(fā)育趨勢如何?是否誘發(fā)了更多的滑坡和泥石流?已經(jīng)成為了一項急需解決的問題[6-7]。

本文通過對九甸峽庫區(qū)進行詳細實地勘察，分析蓄水前后庫區(qū)地質災害的分布規(guī)律及其發(fā)展趨勢，研究水庫蓄水對庫區(qū)地質災害發(fā)育的影響，對九甸峽水利樞紐的正常運營有著重要的意義。

1 庫區(qū)工程地質條件

1.1 地形地貌

庫區(qū)位于洮河中游的九甸峽峽口處，庫區(qū)面積約916 km2，為典型的河谷型水庫（圖1），總體地勢西高東低、溝壑縱橫。地貌可分為山地和河谷地貌，其中山地地貌由3個亞區(qū)構成。低中山亞區(qū)位于馬連灘—洮硯，中高山亞區(qū)位于燕子坪下游段，高中山亞區(qū)位于燕子坪—洮硯廣大區(qū)域。洮硯—馬蓮灘段階地、漫灘及心灘發(fā)育，河流縱降比2.5‰左右。洮硯—柳林段為峽谷地形，坡度多為38°～60°，谷底寬30～200 m，部分呈直立陡壁，河流縱降比4‰～10‰。

圖1 九甸峽庫區(qū)河谷形地貌

1.2 地層巖性條件

庫區(qū)內出露前第四紀地層，主要類型有4種。二迭系：下統(tǒng)分布在九甸峽的中下游峽谷段和洮硯以上地段；上統(tǒng)零星出露于柳林溝溝口處洮河兩岸。石炭系：下統(tǒng)集中分布在洮硯—燕子坪段；中、上統(tǒng)分布在九甸峽主壩的上游地段。三疊系：分布于九甸峽峽谷下游右岸。第四系：成因有重力侵蝕堆積、風積、洪積和沖積等類型。

1.3 地質構造條件

庫區(qū)受隴西旋卷構造體系、河西系和祁呂賀山字型構造體系的影響，區(qū)內褶皺、斷裂發(fā)育，構造復雜。區(qū)內展布新堡—力士山復式背斜，其軸線位于寺下川一帶，呈NW275°～300°舒緩波狀展布，復背斜兩翼形成一系列平行連續(xù)排列的平緩短袖式背向斜。庫區(qū)東南角和東北角展布北西—北西西向斷陷盆地，中新生界底層展布軸向NW300°～320°的背向斜構造，但其斷裂不發(fā)育。區(qū)內主要發(fā)育有橋道堡、羊沙—業(yè)力大山等的壓性斷裂構造帶，斷裂長均有數(shù)十千米，破碎帶一般寬20～30 m，其走向傾角60°～85°，傾向北，一般為北西270°～285°。

1.4 氣候特征

洮河上下游高差較大，下游干旱溫和，中、上游寒冷潮濕。區(qū)內年均氣溫約7°C，極端最低氣溫和極端最高氣溫分別為-17.2°C和32.5°C，年均降水量588.2 mm，多集中在7—9月份，日最大降水量61.25 mm，年蒸發(fā)量1 192.2 mm。洮河徑流量年際變化較大，年內徑流量極不均勻，汛期流量占年總流量的56.7%，但是枯水期流量僅占年總流量的17.8%。區(qū)內地下水可分為兩種類型：分布在洮硯上下游的松散巖類裂隙水和分布在洮硯上游的基巖裂隙水。

2 滑坡(包括庫岸坍塌)分布

2.1 滑坡形成條件分析

滑坡的形成和發(fā)展與其所處的地質背景密切相關[4]。庫區(qū)內發(fā)育的滑坡（包括庫岸坍塌）共計96處，其中庫岸坍塌為57處，滑坡為39處，滑坡體積大于10 000 m3的滑坡共計17處，大于106m3的滑坡共計22處。

2.1.1 地層巖性 地層巖性是制約滑坡發(fā)育和分布的重要因素[4]，庫區(qū)內大面積出露薄層灰?guī)r、砂巖、板巖。砂質頁巖、碳質頁巖互層巖體，巖層軟硬相間，風化強烈，裂隙發(fā)育，軟弱巖層遇水易軟化，使坡體力學強度降低，同時區(qū)內廣泛分布沖洪積、坡積碎石土，其結構比較松散，為上游段滑坡發(fā)育提供了良好的巖性條件。例如規(guī)模較大的蔡家崖、徐家寨等滑坡。白崖腦深層基巖滑坡也發(fā)育于這套軟硬相間的巖體中，燕子坪滑坡則發(fā)生在洪積、坡積碎石土中。

2.1.2 地形地貌條件 根據(jù)河段巖性、斜坡結構的差異，將庫區(qū)微地貌分為寬緩河谷段和深切峽谷段。由于區(qū)內構造運動抬升強烈，地表水不斷下切和溝壑縱橫等條件，高陡的斜坡為大規(guī)模滑坡的形成提供了有利條件，經(jīng)調查可知規(guī)模較大的滑坡均發(fā)育在洮河凹岸高陡谷坡處。但是，滑坡在數(shù)量上主要分布在寬緩河谷段，例如洮硯—馬連灘河谷開闊，發(fā)育有多級階地，為其發(fā)育提供了良好的發(fā)育條件。據(jù)統(tǒng)計顯示[8]：深切峽谷段滑坡數(shù)量較少，但是大規(guī)?；露啵员浪秃影短瑸橹?，約占30%；寬緩河谷段滑坡數(shù)量較大，約占70%。

2.1.3 滑坡主要誘發(fā)因素 水庫蓄水后，庫區(qū)內滑坡的主要誘發(fā)因素有庫水位升降、地震、降雨和人類活動。

地震可引發(fā)多種地質災害，如地裂縫可衍生成崩塌滑坡等，許多滑坡的發(fā)生與地震觸發(fā)密切相關[9]。地震直接松動坡體，加劇斜坡累進性變形破壞，甚至直接誘發(fā)坡體滑動。據(jù)勘察資料顯示[8]：徐家寨（5 384.7.萬 m3）、蔡家崖（5 810.4萬 m3）等巨型滑坡都由地震直接作用形成。

降雨也與滑坡的發(fā)育密切相關[9-10]，其誘發(fā)滑坡主要表現(xiàn)在以下方面：增大了坡體的重量，降低坡體的強度，引起坡體內孔隙水壓力劇烈變化和降低坡體內有效應力，導致地表洪水沖刷側蝕坡腳。庫區(qū)內降雨量充沛且集中，又多暴雨，如1990年7月燕子坪滑坡的復活就是由于連降暴雨所誘發(fā)。

人類工程活動指在修路工程中形成了許多高陡邊坡（圖2），加劇了滑坡等地質災害的發(fā)生。如庫區(qū)內下達勿滑坡是沿引洮黃土邊坡發(fā)生錯落滑動，喇嘛崖滑坡則是砂巖、板巖等基巖邊坡的淺層順層滑坡。

圖2 人工開挖邊坡

庫水位升降對庫岸邊坡穩(wěn)定性影響較大[11]，其誘發(fā)滑坡的作用機理表現(xiàn)為在斜坡內部產(chǎn)生軟化作用、浮托作用和向外的動水壓力作用，產(chǎn)生動水壓力會改變斜坡體內的地下水滲流場和應力場。庫水位上升使水向坡體內滲透，坡體內外形成負落差，反壓坡體，有利于滑坡體的穩(wěn)定。水位下降使地下水向外排水，由于坡體滲透性較差，滲透力指向坡體外側，不利于滑坡的穩(wěn)定。

2.2 滑坡(包括崩塌等)分布規(guī)律

2.2.1 滑坡分布規(guī)律 庫區(qū)內共發(fā)育大小滑坡39處，有巖質滑坡、碎石土滑坡和土質滑坡，以巖質滑坡為主，約占79.5%；碎石土滑坡占15.4%；土質滑坡約占5.10%。庫區(qū)內以大型滑坡為主，約占41.3%；中型滑坡約占34.2%；小型滑坡約占10.3%。

區(qū)內滑坡的發(fā)育具有明顯的分帶性，主要分布于洮硯以上區(qū)段。洮硯—馬連灘段共發(fā)育滑坡28個（占71.8%），為滑坡發(fā)育密集區(qū)和易發(fā)區(qū)段，也是穩(wěn)定性差的滑坡集中區(qū)段。根據(jù)野外調查可知該區(qū)段大部分滑坡危險性較小，但石旗崖滑坡和白腦崖滑坡穩(wěn)定性較差，危險性中等；洮硯—燕子坪段共10個，約占25.6%。

2.2.2 崩塌及危巖松動體分布規(guī)律 區(qū)內崩塌集中于洮硯—宗石村約30 km的洮河峽谷段及該段支溝兩側，數(shù)量多、規(guī)模小，多沿河岸形成松散的倒錐狀堆積體。根據(jù)野外調查統(tǒng)計[8]，區(qū)內崩塌多達57處，總方量約為43萬m3。危巖松動體主要分布于洮河沿岸峽谷段，集中于主壩上游納爾—寺下川峽谷右岸和九甸峽峽谷兩岸。

經(jīng)野外調查可知，崩塌和危巖松動體的主要形成條件為自然條件和人類工程活動。自然條件：區(qū)內斷裂發(fā)育，新構造運動抬升強烈，河谷下切，岸坡陡峻，坡高達200～400 m，巖體裂隙特別發(fā)育，為其發(fā)育提供了有利條件；人類工程活動：引洮工程施工所造成的平臺上下的高陡巖坡松動，也是導致崩塌不斷發(fā)生的重要原因之一。

2.3 滑坡(包括庫岸坍塌)發(fā)展趨勢分析

九甸峽水庫建成后，將形成面積約22 km2的淹沒區(qū)，庫水浸潤庫岸及所產(chǎn)生的靜水壓力和動水壓力作用，將改變庫區(qū)臨水邊坡的力學平衡條件，其誘發(fā)的災害主要有兩個方面：造成已有滑坡的復活滑動和造成部分臨水邊坡滑塌和滑坡。

2.3.1 蓄水引起古滑坡復活 蓄水前，受地層巖性、地形地貌、斷裂構造及人類工程活動等因素影響，庫區(qū)內大部分滑坡位于洮硯以上洮河兩岸及兩側支溝內。大部分滑坡在水庫蓄水后位于庫水位之下或遠高于庫水位，受庫水影響而產(chǎn)生滑動的可能性較小。但是，蓄水后陳旗口南、燕子坪滑坡等15處滑坡，滑坡前緣位于庫水位以下，在庫水位作用下將會發(fā)生復活。

蓄水后，除燕子坪滑坡外，其他滑坡的穩(wěn)定性均在0.3～0.85，復活總方量約為2.7×107m3。但是，滑坡復活方量較少，其危險性及危害性較小。庫水位上升至2 202 m時，由于燕子坪滑坡有2/3處于庫水位以下，滑體較為穩(wěn)定；但是，在動水壓力及高水位作用下，有可能產(chǎn)生局部滑塌。

2.3.2 蓄水引起庫岸再造和新滑坡 蓄水初期，由于庫水位的陡漲陡落引起斜坡內地下水滲流壓力增加，對滑坡發(fā)生起到了誘發(fā)和促使其加速變形的作用。水庫蓄水后庫區(qū)內大部分滑坡基本處于緩慢變形或局部復活狀態(tài)，并且產(chǎn)生多處滑塌、坍塌甚至引起小規(guī)模的新滑坡等災害發(fā)生，主要分布于洮硯以上的河段（如洮硯、維新等地）。

洮硯以上的河段多由洮河三、四級階地構成，其階面坡度平緩，前緣為陡坎，結構比較松散，庫岸邊坡穩(wěn)定性較差，在庫水位作用下容易形成庫岸塌岸現(xiàn)象；并且該河段巖質斜坡含有砂質頁巖、板巖等軟巖及軟硬相間巖層，其風化強烈，裂隙發(fā)育，力學強度低，這既是已有滑坡發(fā)育的基礎，也是水庫蓄水后容易產(chǎn)生新滑坡的區(qū)域。

3 泥石流分布規(guī)律及發(fā)展趨勢

3.1 泥石流分布規(guī)律

庫區(qū)的泥石流溝基本上分布在洮河干流及主要支流兩側，由于洮河干流兩岸地形陡峻，支溝具有溝坡陡峭（30°～50°）、溝壑密度大、溝短高差大（高差300～1 160 m）等特點，并且泥石流溝谷平面形態(tài)多呈漏斗形、棟葉形等，溝谷平均縱比降為55‰～490‰，谷底寬度小于120 m。特殊的地形條件有利于降雨在短期內迅速匯集，沖蝕溝谷固體松散物物質，有利于泥石流的形成。

庫區(qū)內泥石流溝分布廣泛，數(shù)量多，災害嚴重，是庫區(qū)主要的地質災害類型。經(jīng)現(xiàn)場調查可知，庫區(qū)內共有災害性泥石流45條，泥石流溝分布于洮河沿岸及兩側支溝達32條，區(qū)內泥石流分布具有明顯的地帶性規(guī)律，主要分布于洮硯以上的河谷兩岸及支溝內，共有泥石流溝39條，占總數(shù)量的86.7%，沿洮河兩岸泥石流溝線密度達2～5條/km。洮硯以下段發(fā)育的泥石流溝較少。庫區(qū)泥石流具有明顯的季節(jié)性，每年的7—9月是泥石流暴發(fā)的主要季節(jié)，其他季節(jié)泥石流爆發(fā)較少。泥石流一般都發(fā)生在連續(xù)的降雨過程中，地表松散物被水分充分飽和后，在暴雨的激發(fā)下發(fā)生泥石流。

3.2 泥石流活動特征

庫區(qū)泥石流主要為降雨型泥石流，流域內豐富的固體松散物為泥石流提供了物質條件，固體物質補給方式為滑坡補給、坡底侵蝕、坡面侵蝕、支溝匯集及崩塌補給的固體物質。

根據(jù)泥石流的規(guī)模、流域特征和泥石流容重，庫區(qū)泥石流分布類型及特征如下。區(qū)內泥石流以粘性泥石流為主（約占73.3%），稀性泥石流（約占26.7%）。有大型泥石流2條（約占4.4%），中型17條（約占37.8%），小型26條（約占57.8%）。泥石流流域特征有兩種：山坡型泥石流18條（約占40%），其流域面積大部分小于1.0 km2，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連，溝口形成小型堆積扇；溝谷型泥石流27條（約占60%），流域面積一般大于1.5 km2，形成、流通和堆積區(qū)比較明顯，溝口形成開闊堆積扇，擠壓洮河而使主流彎曲。

3.3 泥石流發(fā)展趨勢分析

水庫蓄水后，由于庫水位的抬升使庫區(qū)的小氣候受到一定程度上的影響，但是正常蓄水位只有2 200 m，造成淹沒線低于庫區(qū)大多數(shù)泥石流溝的形成區(qū)高程。因此，水庫蓄水對泥石流溝形成區(qū)的自然條件（地貌、固體物資、水源等）的影響不大，并未促進原有泥石流溝的發(fā)育。

但是由于庫區(qū)工程建設形成的棄渣場為新的泥石流溝的發(fā)育提供了良好條件。由于工程棄渣場選擇在洮河右岸的古馬窩溝及主壩下游的瓦力溝、橋道堡溝、柳林溝等中、下游段及宗石村附近，堆渣約313.02萬m3。堆渣總面積約為56.5萬m2，其中古窩馬1號渣場堆渣方量最大為230.23萬m3。上述堆渣場位于溝谷內或岸坡坡腳處，易遭受溝谷或坡面匯水沖蝕形成泥石流，對附近村民生命財產(chǎn)及居住環(huán)境構成危害，例如古馬窩溝工程棄渣在強降雨的作用下誘發(fā)泥石流的可能性較大。

圖3 庫區(qū)泥石流分布

4 結論

（1）蓄水后，庫區(qū)沿岸將產(chǎn)生多處庫岸滑塌、坍塌甚至引起小規(guī)模的新滑坡等災害發(fā)生，一般塌岸寬度為50～100 m，塌岸總方量274.54萬m3，主要分布于洮硯以上的河段，如洮硯、維新等地。

（2）庫區(qū)淺層和深層滑坡共39處，水庫蓄水初期由于庫水位的抬升，引起斜坡內滲流壓力增加，對滑坡發(fā)生起到了誘發(fā)和促使其加速變形的作用。水庫蓄水后，大部分滑坡位于庫水位之下或遠高于庫水位，受庫水影響而產(chǎn)生滑動的可能性較小，但是如陳旗口南、燕子坪滑坡等15處滑坡，蓄水后在庫水位作用下產(chǎn)生復活的可能性較大。

（3）九甸峽水庫蓄水對庫區(qū)內滑坡的發(fā)育影響較大，其影響的表現(xiàn)為：古滑坡復活，庫岸再造和形成新滑坡，但是水庫蓄水對原有泥石流溝發(fā)育影響較小。

（4）水庫蓄水對庫區(qū)內泥石流的發(fā)育影響較小，泥石流溝的發(fā)育主要由降雨引起。庫區(qū)內泥石流溝易發(fā)程度較高的有23條（約為54%）；中等易發(fā)程度的有14條（約為33%）；低易發(fā)程度的有6條（約為13%）。洮河支流泥石流活動微弱，且數(shù)量不多，暴發(fā)概率較??；但是庫區(qū)內中等易發(fā)程度泥石流暴發(fā)規(guī)模較大，成災嚴重。

致謝：在論文的寫作過程中得到蘭州大學梁收運教授和王志強教授級高級工程師的指導，同時由于九甸峽公司提供的寶貴監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關專家的支持才有此文的完成，在此表示衷心的感謝!

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Distribution and Evolution Trend of Geological Disaster in Jiudian Gorge Reservoir

SONG Danqing1，WANG Feng2，SONG Hongquan3，4
（1.School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai200030，China；2.School of Life Science，Henan University，Kaifeng，He′nan475004，China；3.College of Environment and Planning，Henan University，Kaifeng，He′nan475004，China；4.Key Laboratory of Geospatial Technology for the Mid dle and Lower Yellow River Regions，Ministry of Education of China，Henan University，He′nan475004，China）

Reservoir impoundment has the important influence on the geological disasters.The reservoir began to impound in early 2008 because of the change of the water level and base level of erosion increase etc.，which plays an important role in the development of geological disasters in the process of water storage.To ensure the smooth operation of the Jiudian Gorge Water Conservancy construction and normal operation after the completion，we investigated the distribution of geological disasters and their development trend after impoundment in Jiudian Gorge Reservoir based on the survey of Jiudian Gorge Reservoir area as an example.Based on the detailed survey data of the reservoir area，the geological disasters were systematically analyzed and evaluated in the reservoir area，and the influence of the reservoir impoundment on the development of geological disasters was examined.The result showed that：（1）after reservoir impoundment，it produced many bank slumps and new small-scale landslide such as collapse along the banks of the reservoir area，and the width of bank collapse was 50～100 m，which mainly distributed in the upper reaches of Taoyan；（2）there were 39 shallow and deep landslides，which induced and promoted the deformation of landslides due to reservoir water level rising in the early impoundment phase，and the reservoir water level has a little effect on landslide stability due to the most of landslides locating below the water or far above the water level；（3）the reservoir impoundment has the impact on the development of landslides at a large degree，and has a little influence on original flow gully development，the flow gully is mainly induced by rainfall.

geological disaster；distribution regularities；Jiudian Gorge Reservoir

P694

A

1005-3409（2017）01-0365-04

2015-08-15

2015-08-31

國家自然科學基金“風蝕對錫林郭勒草原土壤有機碳流失的影響研究”（41401107）

宋丹青（1989—），男，河南鄭州人，博士研究生，研究方向為地質災害與巖土體工程穩(wěn)定性。E-mail：danqingsonglzu＠163.com

宋宏權（1986—），男，河南民權人，博士，研究方向為遙感與地理信息系統(tǒng)應用、空間分析與建模。E-mail：hqsong＠henu.edu.cn