旺藏村的工程地質(zhì)特征及水庫蓄水后對其影響

李文鑫

（甘肅煤田地質(zhì)局，甘肅 蘭州 730000）

次生災(zāi)害由于會以災(zāi)害鏈的形式在空間和時間上進(jìn)行擴(kuò)展[1-2]，而變得難以治理，因此對可能發(fā)生災(zāi)害的地方進(jìn)行勘察，及早進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)，可以大大減小次生災(zāi)害的影響。電站水庫蓄水后會使庫區(qū)地下水位抬升，造成邊坡失穩(wěn)，引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等一些列的次生地質(zhì)災(zāi)害[3-5]。小浪底水庫蓄水后，引起區(qū)域地下水位抬升，水造成庫區(qū)濟(jì)源段煤礦采空區(qū)巖石軟化，引發(fā)地裂縫及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害[6]，可見地下采空區(qū)或松散區(qū)對水庫庫岸穩(wěn)定性有很大威脅。

白龍江流域盛產(chǎn)砂金，砂金起源于礦山，是由于金礦石出露地面，經(jīng)過長期風(fēng)化剝離，脫離礦脈伴，受地表水搬運(yùn)，自然沉積在砂礫中，從而形成砂金，其主要分布位置為河床砂礫石中及階地砂礫石層底部。周邊居民在近代使用簡陋工具從事掏金活動。白龍江下游的立節(jié)水電站水庫在2009 年7 月20 日蓄水后，致地下古掏金洞采空區(qū)坍塌，引發(fā)地表不均勻沉陷、部分房屋因拉裂受損等次生地質(zhì)災(zāi)害。正建的九龍峽電站位于立節(jié)水電站上游，為了防災(zāi)減災(zāi)，對其庫區(qū)，包括老旺藏村和新村在內(nèi)，進(jìn)行了勘察研究工作。

1 研究區(qū)域及方法

迭部縣旺藏鄉(xiāng)旺藏村（如圖1 所示）位于甘肅與四川省界北部，屬于典型的“兩山夾一河”溝谷地貌，相對高差500m 左右，山上植被茂密，現(xiàn)為旺藏林場，區(qū)域氣候濕潤多雨。居民區(qū)處于旺藏溝山前的沖洪積扇體，被旺藏溝河水自南向北切開，匯入白龍江，扇體西側(cè)為老旺藏村，扇體東側(cè)為旺藏新村，新村比老村地勢高。白龍江自西向東流經(jīng)旺藏村北側(cè)，對山地有強(qiáng)烈的切割作用，平水期河水位高程1946m，水面寬13～20m，水深1～3m，距公路路面有20m，江兩岸地形基本對稱，呈“U”字型，基巖裸露明顯，以志留系千枚巖為主，基巖面呈現(xiàn)波浪狀，高低起伏，上部有砂礫卵石層、人工堆積或崩坡積物覆蓋，岸坡巖體風(fēng)化較強(qiáng)，巖體松動傾倒現(xiàn)象比較普遍，居住區(qū)整體地貌平坦并向北部的白龍江傾斜。九龍峽水庫庫尾與已經(jīng)發(fā)電的尼傲峽電站尾水相接，當(dāng)達(dá)到正常蓄水位1962.0m 時，回水全長約12km，形成峽谷型帶狀水庫。

高密度電法已在巖溶的探測中使用，電阻率斷面圖上顯示的異常區(qū)與實(shí)際災(zāi)害地質(zhì)體吻合[7]。本工作主要以現(xiàn)場調(diào)查、高密度電法勘察成果和鉆探成果為論證依據(jù)。測量數(shù)據(jù)使用RTK、GPS 和全站儀獲得。高密度電法[8]施工21 條線，老旺藏村10條，新村11 條，其數(shù)據(jù)采集使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-9 型高密度電法系統(tǒng)，工作裝置采用溫納裝置。采用電極距為1m 和2m 的溫納裝置，施工采用的最大隔離系數(shù)為16。鉆探工程為驗(yàn)證手段，施工兩個孔，總工程量為37.3m。

圖1 研究區(qū)域平面圖

2 工程地質(zhì)特征

據(jù)旺藏鄉(xiāng)居民介紹，當(dāng)?shù)厝嗽?0 世紀(jì)30 年代以前曾有掏金活動，開采的金子充當(dāng)給土司的稅金，現(xiàn)在不曾有人見過真正的掏金活動。

在研究區(qū)附近發(fā)現(xiàn)了類似掏金洞的洞口（如圖2 所示）。圖a 中有三個洞口，靠近水面，下伏基巖，其地理位置靠近九龍峽水壩，位于白龍江南岸，距離旺藏林場3.6km。圖b 有一個洞口，靠近水面，下伏致密平坦地層，形狀規(guī)則，位于白龍江南岸，距離旺藏新村1.4km。圖c 洞口與圖a 三個洞口鄰近，可以看到砂礫稍粗。圖d 在勘察區(qū)西側(cè)，白龍江北岸，同樣可見砂礫稍粗，粒徑規(guī)格為6cm8cm?？梢娞徒鸲此幍牡貐^(qū)第四系砂礫卵石層沉積較厚且平整，洞口位于靠近基巖面且砂礫較粗的地方。

圖2 研究區(qū)附近的掏金洞情況

老旺藏村靠白龍江河岸有三個洞口（圖3a），其中掏金洞2 的位置在一個水渠下，掏金洞3 由于公路重建已經(jīng)被掩埋。b 圖為洞1 的形貌，可以看出卵石粒徑較粗。其他有洞穴的位置不明確，但根據(jù)地質(zhì)填圖結(jié)果表明，勘察區(qū)基巖面起伏大（圖3a），平整地層少，且第四系由沖洪積物混合形成，含金層存在于沖積物中，故不利于大規(guī)模開采砂金。

圖3 研究區(qū)的掏金洞情況

圖4 是研究區(qū)房屋受損情況。1、2 處為同一戶人家，1 處由于在20 年前就滲水嚴(yán)重，墻體傾斜，于1996 年搬遷至2 處，2 處房屋的中間木質(zhì)立柱隨后有下沉跡象，院子中間水泥地上出現(xiàn)裂縫，同時，這戶人家的5 年前修建的豬圈出現(xiàn)裂縫，目前裂縫有變寬的趨勢。在3 處發(fā)生地表塌陷，去年的時候塌陷處有一間舊房子，5 月的時候下雨，舊房子的屋頂一直在漏水，然后漏水處出現(xiàn)了直徑1m，高0.5m 的坑。4 處院子里在6 年前7 月底下了兩天一夜的雨后發(fā)生了地陷，后用水泥填充，現(xiàn)在地面還在慢慢下沉。

圖4 受損房屋分布圖

圖5 高密度勘探4 測線電阻率斷面圖

高密度勘探4 線（位置參照圖1）布置在公路南側(cè)，從圖5 的反演結(jié)果看，樁號51 處（102m）位于地下5-10m 的低阻區(qū)，閉合形態(tài)良好，且位置靠近基巖面，與圖2 對比后認(rèn)為是掏金洞殘留采空區(qū)的可能性大，在圖1 中標(biāo)識為異常區(qū)的異5 點(diǎn)。其余藍(lán)色低阻區(qū)埋深1-3m，位置較淺，形成原因與地表排水和大氣降水有關(guān)。紅色的高阻區(qū)是基巖巖性反映，鉆探成果見表1。

表1 鉆探成果表

在研究區(qū)內(nèi)施工了兩個鉆孔（位置參照圖1），其中鉆孔1 在高密度4 線樁號51 處。兩個鉆孔分別見到6 層和4 層地層，成分相近，從上到下為雜填土、碎石土、卵石層、粗砂和千枚巖。其中，卵石和粗砂層在第四系地層占有較大比例，且砂礫卵石的磨圓度好，說明地層自身的穩(wěn)定性差，遇水容易失穩(wěn)。同時，基巖（千枚巖）上部的粗砂層較厚，存在掏金洞的可能性較大，但從在研究區(qū)施工的21 條高密度勘探線反演結(jié)果[8]看，只有4 線存在類似于洞穴的異常區(qū)。

3 水文特征

庫區(qū)地下水主要為孔隙性潛水，分布在河床沖混積層砂卵礫石層中，補(bǔ)給來源為大氣降水、居民區(qū)灌溉水渠的下滲、居民生活區(qū)污水的排放下滲，地下水自洪積扇后緣向旺藏溝及白龍江排泄（如圖6 所示）。

圖6 地下水流場圖

該村早期使用泉水飲用。其中泉1、3、6 動態(tài)變化小，常年流動，干凈清冽，泉2、4、5 則動態(tài)變化明顯。20 世紀(jì)中葉，為了方便灌溉，從旺藏溝引出兩條水渠，用來灌溉2 個耕地區(qū)。老村和新村的水渠水泥硬化時間不長，其中老村的水渠會向村內(nèi)排泄。同時，當(dāng)?shù)鼐用駮⑸钗鬯苯优畔蛳锏绤^(qū)的第四系土中，調(diào)查發(fā)現(xiàn)勘察區(qū)地層水侵蝕作用明顯，第四系土體結(jié)構(gòu)遇水容易被破壞（如圖7 所示）。

圖7 土被水侵蝕后產(chǎn)生的孔穴

圖8 高密度電法勘探電阻率分層反映

圖8 展示的是通過高密度電法測試的電阻橫剖面圖，藍(lán)色區(qū)域阻值最低，導(dǎo)電性好，地層中含水量高，粉色阻值最高，地層中含水量低。村子沿著白龍江形成的一些泉眼與藍(lán)色、綠色區(qū)域的延伸方向是對應(yīng)的。其原因是村民長期直接向居住地排放生活用水，其次勘察區(qū)南面的引水渠也對村莊有長時間的滲透作用，并已經(jīng)形成了強(qiáng)徑流通道。從a 圖可以直觀看出幾個強(qiáng)徑流通道的位置，位于最西部的旺藏老村中部最為明顯，由南往北形成一個面積較大的強(qiáng)徑流通道，這一區(qū)域與異常區(qū)相對應(yīng)，老旺藏村其他部分雖然未形成明顯滲流通道，但也可以觀察到其電阻值相對旺藏新村要低，原因是第四系地層含水量高。旺藏新村位于中部，其東部和北部各有兩個低電阻帶狀區(qū)，由于建村不久，排水設(shè)施相對完善，低電阻區(qū)范圍較老旺藏村小，相應(yīng)的第四系地層中含水量也低。圖a、b 對比發(fā)現(xiàn)，低阻區(qū)隨深度增加范圍縮小，高阻區(qū)增大，電阻率變化由含水率和巖性變化引起，老旺藏村水的影響深度和范圍相比旺藏新村要大。

4 水庫蓄水后的影響

依據(jù)物探、鉆探、地質(zhì)填圖成果繪制了1 號掏金洞縱剖面圖（如圖9 所示），基巖面有兩個階地，并向江面傾斜，貼近基巖面有一條水位線，在白龍江邊表現(xiàn)為泉出露。水庫蓄水后，水面到達(dá)1962m高程，將出現(xiàn)以下4 個問題：

圖9 掏金洞1 縱剖面圖

1）庫區(qū)內(nèi)河槽較窄，兩岸岸坡較陡，岸坡巖體風(fēng)化較強(qiáng)，巖體松動傾倒現(xiàn)象比較普遍，隨著時間的推移，此類現(xiàn)象還會不斷發(fā)生，并可能出現(xiàn)局部坍塌；分布高程較低的崩坡積體，受庫水淘蝕作用，岸坡會出現(xiàn)局部掉塊、崩塌等庫岸再造現(xiàn)象。綜合分析認(rèn)為，不管是強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)岸坡的坍塌，還是堆積體岸坡再造，規(guī)模都有限。

2）蓄水后隨著水位升高，也增加了土體的重量，而且在地下水的作用下，由于減小了巖石和土體以及土體和土體之間的摩擦力。第四系砂礫卵石層可能會沿著圖中蓄水后塌岸預(yù)測線產(chǎn)生塌岸，其中動水位作用下的水下岸坡角選擇30°，水上部分的穩(wěn)定坡角選擇50°，并對其后緣區(qū)域產(chǎn)生拉張力，造成公路和房屋損毀，且逐漸對后面的房屋產(chǎn)生影響，情況類似于代古寺水庫問題（參照圖4-1）。

3）蓄水后，由于地下水位的升高，會造成居民房屋的地基承載力下降，不排除地表變形導(dǎo)致房屋開裂等現(xiàn)象的可能性。

4）目前居民區(qū)由于地下水水力坡度大，地下強(qiáng)徑流區(qū)土層中的可溶性物質(zhì)、細(xì)粒物質(zhì)易被帶走，長期的地下水機(jī)械潛蝕作用，導(dǎo)致土的結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致地表不均勻沉降，蓄水后由于影響范圍增大，這種破壞將會更加嚴(yán)重。

旺藏新村由于建村不久，排水設(shè)施相對完善，受生活用水影響小，從地質(zhì)調(diào)查和高密度電法勘探的結(jié)果來看存在掏金洞的可能性小，不過要注意圖7a 標(biāo)識出的自然排水位置。同時，旺藏新村東面有大面積耕地，鉆探施工和地質(zhì)調(diào)查都表明這塊耕地第四系砂礫卵石層較厚，水庫蓄水后，江面會接近村名耕地地面，尤其是南北向白龍江兩岸，砂礫卵石層遇水失穩(wěn)可能性大，需要做好防護(hù)工作。

水庫蓄水后容易引發(fā)次生災(zāi)害問題。為了進(jìn)行對比研究，走訪了白龍江流域七個水電站，其中，位于九龍峽下游的代古寺電站和立節(jié)水電站發(fā)生了較為嚴(yán)重的次生災(zāi)害問題。

向代古寺水電站工作人員了解到，代古寺水庫兩岸有較多的掏金洞，在水庫蓄水后出現(xiàn)庫岸土地塌陷和房屋開裂受損現(xiàn)象（如圖10 所示），現(xiàn)正在補(bǔ)做庫岸擋土墻。在代古寺電站水庫受損最嚴(yán)重的高原賓館附近后發(fā)現(xiàn)，沿水庫邊的房屋呈現(xiàn)下寬上窄的張拉裂縫，所以裂縫是由地基失穩(wěn)所致。另外，損毀區(qū)域集中在一個“V”型山谷口，損毀區(qū)基巖面向水庫方向傾斜，在水庫蓄水后，隨著水位升高，第四系失穩(wěn)造成地表建筑物毀壞。

圖10 代古寺電站受損情況

立節(jié)水電站處也出現(xiàn)了水庫岸邊地表建筑物毀壞現(xiàn)象，在建筑物毀壞區(qū)由于水庫已蓄水，無法看清第四系地層中有無掏金洞的分布，但在建筑物毀壞區(qū)附近卻發(fā)現(xiàn)了掏金洞群（如圖11 所示），可發(fā)現(xiàn)，第四系砂礫卵石層沉積較厚且平整，掏金洞位置較集中。電站工作人員解釋：“上游巴藏鄉(xiāng)居民住房出現(xiàn)受損情況并非由掏金洞塌陷引起，水庫蓄水不是造成次生災(zāi)害的原因，損毀原因可能是居民居住地本身情況所致”，但當(dāng)?shù)鼐用裾J(rèn)為，地表建筑物毀壞是由于水庫蓄水后，掏金洞坍塌，引發(fā)地表塌陷造成的，為此，雙方產(chǎn)生糾紛，當(dāng)?shù)鼐用竦剿娬爵[事，工作人員已不能正常辦公，一座辦公樓廢棄，從2009 年開始電站已賠償3 億多人民幣，損失嚴(yán)重，現(xiàn)正補(bǔ)做庫岸擋土墻。因此，做好“社會穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評估”及其預(yù)案十分必要。

圖11 立節(jié)電站掏金洞

以上兩個電站的庫區(qū)周邊有居民區(qū)，工程地質(zhì)情況與旺藏村類似，基巖面向江面傾斜，第四系以砂礫卵石為主，磨圓度好，土體穩(wěn)定性差，水庫蓄水后除了容易因失穩(wěn)而引發(fā)次生災(zāi)害外，還會影響社會穩(wěn)定。同時，白龍江流域由于盛產(chǎn)砂金而存在掏金活動，由于掏金而造成的采空區(qū)使引發(fā)次生災(zāi)害的條件降低。

基于水庫蓄水可能造成的影響，建立完善的治理體系十分必要。建議在強(qiáng)滲流區(qū)域修筑支擋墻或重力壩，防止邊坡失穩(wěn)，在其他地區(qū)修筑擋土墻。在原有的地下水循環(huán)條件下，房屋地基是較穩(wěn)定的，因水庫蓄水和攔擋工程修建會改變地下水環(huán)境，對地基穩(wěn)定不利，所以必須做好居民生活區(qū)的排水工作，建議在水徑流形成的徑流通道基礎(chǔ)上修建排水工程（圖7a）。建議對目前調(diào)查已發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)塌陷、變形、存在松散體的區(qū)域進(jìn)行地基加固處理（圖1 異常區(qū)），以免蓄水后引發(fā)和加劇次生地質(zhì)災(zāi)害。建議對現(xiàn)有居民建筑物的現(xiàn)狀采用影像系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并建立檔案，如果發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，可作為災(zāi)害影響程度的依據(jù)。此外，還需做好“社會穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評估”及其預(yù)案。

5 結(jié)論及建議

掏金洞存在于第四系砂礫卵石層沉積較厚且平整，靠近基巖，粒徑較粗的砂層。研究區(qū)域符合條件的地層少，居民指認(rèn)三個掏金洞，其中一個符合掏金洞存在條件，另外兩個未見洞口，高密度電法和鉆探在其附近發(fā)現(xiàn)一個松散體（異5 點(diǎn)），認(rèn)為是掏金洞殘留，與地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的4 個房屋受損點(diǎn)形成異常區(qū)。受生產(chǎn)生活用水任意排放和大氣降水影響，研究區(qū)的第四系含水量大，形成地下水徑流通道，老旺藏村水的影響深度和范圍相比旺藏新村要大，且老旺藏的地下水徑流通道區(qū)域與異常區(qū)相對應(yīng)。

旺藏村的第四系以磨圓度好的砂礫卵石層為主，基巖面向江面傾斜，土體穩(wěn)定性差，水庫蓄水后容易失穩(wěn)，由于掏金而造成的采空區(qū)使引發(fā)次生災(zāi)害的條件降低。蓄水后除了會引起塌岸、地基承載力下降、地基沉降等次生災(zāi)害外，還會影響社會穩(wěn)定，建立完善的治理體系十分必要。

建議做好以下工作：（1）在強(qiáng)滲流區(qū)域修筑支擋墻或重力壩，防止邊坡失穩(wěn)，在其他地區(qū)修筑擋土墻，并做好排水工作；（2）蓄水后庫岸臺地塌岸問題（庫岸再造）是主要矛盾，建議按庫岸再造問題進(jìn)行補(bǔ)充必要的工程地質(zhì)剖面，并進(jìn)行穩(wěn)定性核算；（3）對目前調(diào)查已發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進(jìn)行地基加固處理，并加強(qiáng)這一區(qū)域的觀測和預(yù)警工作；（4）與當(dāng)?shù)匦姓挝灰黄鹱錾鐣€(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評估，對現(xiàn)有居民建筑物的現(xiàn)狀采用影像系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并建立檔案。