山地丘陵區(qū)水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響時(shí)空分析

陳祚偉

江西省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì) 江西 九江 332000

根據(jù)泰和縣1/5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，區(qū)內(nèi)共發(fā)生608處地質(zhì)災(zāi)害，包括崩塌355處、滑坡208處、泥石流1處、地面塌陷44處[1]，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)成因分析，區(qū)內(nèi)水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響主要表現(xiàn)在大氣降雨、地表水及地下水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響，下面分別就大氣降水、地表水和地下水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響采用時(shí)空分析進(jìn)行總結(jié)，為區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提出時(shí)空防治建議。

1 大氣降水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響

縣內(nèi)大氣降雨對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響主要是滑坡、崩塌。降雨影響主要有：一是雨水浸入坡體內(nèi)從而造成坡體孔隙水壓力加大，增加了坡體自重，加大了土體下滑力；二是雨水浸入坡體造成土體水飽和后，地下水對(duì)土體產(chǎn)生向上浮托力，從而降低不良結(jié)構(gòu)面的抗滑力；三是雨水滲入坡體后，使巖土體軟化，巖土體之間凝聚力降低、內(nèi)摩擦角減小，軟弱結(jié)構(gòu)面得到一定潤(rùn)滑，促使坡體變形，發(fā)生崩塌滑坡災(zāi)害。通過(guò)對(duì)縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間與對(duì)應(yīng)的降雨參數(shù)分析，可知降雨與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具較為明顯的一致性，日降雨量及降雨集中程度為誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)鍵性要素[2]。

1.1 地質(zhì)災(zāi)害與降雨時(shí)間關(guān)系

從全縣近10年時(shí)間里發(fā)生的608處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育特征、分布規(guī)律分析，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)與降雨量有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，豐水年地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)一般高于枯水年，縣內(nèi)根據(jù)年平均降雨量數(shù)據(jù)分析，豐水年主要為2013、2014、2015年，并且該三年地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)較多。從地質(zhì)災(zāi)害月分布特征看，絕大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在本區(qū)的主汛期內(nèi)（3-7月份），汛期多年月均降雨量均在200mm以上，其中5、6月份最高達(dá)225.9mm[1]。多年月均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率相吻合，特別是5月份地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)峰值極為明顯。（見圖1）

圖1 月平均降雨量與崩滑災(zāi)害發(fā)生頻數(shù)相關(guān)折線圖

1.2 地質(zhì)災(zāi)害與降水集中區(qū)關(guān)系

總體上泰和縣年平均降水量東西兩側(cè)高中間低。兩側(cè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均降水量在1300m以上。

從降水量與地質(zhì)災(zāi)害分布關(guān)系圖（圖2）可以看出，地質(zhì)災(zāi)害頻次基本與年均降水量呈正相關(guān)的態(tài)勢(shì)分布。年平均降雨量小于1300mm地區(qū)，有145處災(zāi)害點(diǎn)，災(zāi)害點(diǎn)密度0.12處/km2，占總災(zāi)點(diǎn)23.85%；年平均降雨量1300～1400mm地區(qū)，有160處災(zāi)害點(diǎn)，災(zāi)害點(diǎn)密度0.18處/km2，占總災(zāi)點(diǎn)26.32%；年平均降雨量1400～1500mm地區(qū)，有147處災(zāi)害點(diǎn)，災(zāi)害點(diǎn)密度0.50處/km2，占總災(zāi)點(diǎn)24.18%；年平均降雨量1500～1600mm地區(qū)，有151處災(zāi)害點(diǎn)，災(zāi)害點(diǎn)密度0.65處/km2，占總災(zāi)點(diǎn)24.84%。[1]降水是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要誘發(fā)因素，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生還受到地層巖性、地形地貌、人類工程活動(dòng)等多種因素綜合作用[3]。

圖2 降水量與地質(zhì)災(zāi)害分布關(guān)系圖

2 地表水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響

泰和縣區(qū)內(nèi)水系十分發(fā)育，河流密布，溪溝縱橫，境內(nèi)河流屬贛江水系，主要河流有贛江及其4條一級(jí)支流（禾水、蜀水、仙槎河、珠林江）具體位置見圖3。贛江由南往北縱貫全區(qū)，境內(nèi)流程59.1km。一級(jí)河流又分割出多條小流域，因河流的水文動(dòng)態(tài)變化、底質(zhì)變化以及岸坡、堤防失穩(wěn)變形等作用引起的災(zāi)害，河湖岸崩塌河流改道等。河湖災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害具有十分密切的相互關(guān)系，本次調(diào)查受河流水影響的地災(zāi)點(diǎn)113處，均為河岸崩塌，其中珠林江、45處、占總點(diǎn)數(shù)39.82%，禾水、29處、占總點(diǎn)數(shù)25.66%，仙槎河、22處、占總點(diǎn)數(shù)19.47%，贛江、10處、占總點(diǎn)數(shù)8.85%，蜀水、7處、占總點(diǎn)數(shù)6.19%。

圖3 河流及河岸崩塌位置關(guān)系

3 地下水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響

3.1 表現(xiàn)形式

工作區(qū)內(nèi)地下水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響，主要表現(xiàn)在：1.由于斜坡中上層滯水的存在，致使土體中粘性物質(zhì)發(fā)生膨脹、土體的力學(xué)性質(zhì)降低，土體強(qiáng)度降低，土體重量增加，斜坡變形失穩(wěn)概率加大。此外上層滯水局部間具有一定水頭差，有流動(dòng)補(bǔ)給趨勢(shì)，當(dāng)雨水滲入土層或隔水層后，有一定潤(rùn)滑作用。2.在連續(xù)降雨、強(qiáng)降雨后，雨水在隔水層中入滲受阻，使相對(duì)隔水層以上的巖土體含水量增大，土體強(qiáng)度降低，從而誘發(fā)斜坡變形而失穩(wěn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。3.部分隱患點(diǎn)坡腳常年有地下水溢水點(diǎn)使坡腳殘坡積層呈軟塑狀，土體極易沿土巖界面向下滑動(dòng)。4.可溶巖地區(qū)，地下水位波動(dòng)而產(chǎn)生的散解作用，也就是地下水位巖溶洞隙中發(fā)生波動(dòng)使其上部蓋層土體處于頻繁的干濕交替狀態(tài)，土體易發(fā)生崩解或剝落現(xiàn)象，促進(jìn)土洞的形成和向上擴(kuò)展。地下水位在大幅度下降的情況下可在較封閉的巖溶洞隙空間中產(chǎn)生一定負(fù)壓作用，將在蓋層土體上產(chǎn)生吸附力從而使土體遭到吸蝕而向下剝落，隨地下水遷移[4-5]。

3.2 典型區(qū)域分析

水槎鄉(xiāng)新橋至浪川巖溶洼地地處珠林江水系上游浪川河，為一四周高、中間低，近東西向向斜式巖溶洼地。其核部基巖主要二疊紀(jì)、石炭紀(jì)灰?guī)r，蓋層為第四紀(jì)全新世砂土、粘土及礫石土，一般厚度5～15m；兩翼出露泥盆紀(jì)砂巖、粉砂巖、泥巖。核部灰?guī)r區(qū)大部分為覆蓋型灰?guī)r區(qū)，其巖溶發(fā)育。

水文地質(zhì)條件，該區(qū)域?yàn)橐煌暾牡刭|(zhì)單元，匯水面積約為54.84km2，地下水類型主要有巖溶水、基巖裂隙水、第四系孔隙水三類。巖溶水主要賦存于灰?guī)r之中，巖溶發(fā)育，地下水平均逕流模數(shù)4.72L/s.km2，富水性中等；基巖裂隙水主要賦存于砂巖之中，地下水平均逕流模數(shù)0.402～0.928L/s.km2，為富水性貧乏，麻山組粉砂巖、泥灰?guī)r及洋湖組泥頁(yè)巖為相對(duì)隔水層，但是斷層較為發(fā)育，在局部由斷層聯(lián)通；第四紀(jì)孔隙水主要賦存于第四紀(jì)全新世砂土、礫石土之中，富水性中等。受到四周邊界條件控制，該區(qū)形成了一個(gè)相對(duì)封閉的匯水盆地，盆地四周山區(qū)接受大氣降雨補(bǔ)給后，通過(guò)斷層、裂隙等滲入補(bǔ)給碎屑巖基巖裂隙水含水層，然后由盆地四周向盆地中央?yún)R集，在東西向、南北向斷裂裂隙控制下盆地中央形成巖溶強(qiáng)發(fā)育帶，地下水匯集后形成北東東向南西的地下水集中徑流和排泄帶；向斜盆地南北兩側(cè)分別有由北向南或由南向北徑流，至盆地邊緣受地形切割和第四系覆蓋層阻隔出露一些分散上升泉，這些泉最后也在盆地中央?yún)R集于浪川河，自東向西流動(dòng)，于新橋村轉(zhuǎn)向北西排出區(qū)外。區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給，補(bǔ)給面積相對(duì)較廣，由于降雨補(bǔ)給充分，加之盆地區(qū)域補(bǔ)給、徑流、排泄條件較好，因此，巖溶較為發(fā)育。降雨補(bǔ)給地下水后，能及時(shí)匯集集中補(bǔ)給向斜盆地巖溶水系統(tǒng)，循環(huán)較為強(qiáng)烈。由此可見，向斜核部地下水資源較為豐富。見圖4。

圖4 巖溶洼地南東向巖溶地面塌陷機(jī)理成因水文地質(zhì)剖面圖

該區(qū)已發(fā)生巖溶地面塌陷有7處，其中有4處上部覆蓋層為具有二元結(jié)構(gòu)的聯(lián)圩組地層，其上部為細(xì)砂層、亞粘土等，下部為砂礫石層、含礫砂層等，其富水性相對(duì)豐富，并且這4處塌陷點(diǎn)距離浪川河300m以內(nèi)農(nóng)田之中，為地表水地下水聯(lián)系密切及地下水動(dòng)態(tài)變化大地帶。另外3處上部覆蓋層為山背組的砂土、亞粘土等，其土體相對(duì)密實(shí)，富水相對(duì)貧乏。

巖溶地面塌陷成因機(jī)理實(shí)質(zhì)上是覆蓋性可溶巖區(qū)上方土體的受力平衡瞬間被打破時(shí)，上方土體發(fā)生快速變形的破壞。當(dāng)受力平衡被打破，塌陷力大于支撐力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)地面塌陷；當(dāng)塌陷力小于支撐力時(shí)，就不發(fā)生；當(dāng)相等時(shí)，土體處于臨界平衡狀態(tài)。在天然條件下，降雨匯集入滲地下，地下水流動(dòng)速度增加，土體顆粒被地下水剝離運(yùn)移，導(dǎo)致溶洞上方土體流失而掏空，最后土體失穩(wěn)而發(fā)生地面塌陷?；蛟陂L(zhǎng)期的干旱季節(jié)，地下水水位發(fā)生快速下降，降至巖溶含水層之下時(shí)，由于巖溶裂隙上方土體密封性較好，巖溶裂隙內(nèi)部氣體不能得到及時(shí)補(bǔ)給，使空腔由地下水的正壓力迅速發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成真空負(fù)壓狀態(tài)，從而產(chǎn)生吸蝕剝落作用，打破土體之間的平衡，導(dǎo)致土體發(fā)生向下變形而形成地面塌陷災(zāi)害。通過(guò)成因機(jī)理分析，可以看出地面塌陷的發(fā)生，均與地下水的作用密不可分，地下水變動(dòng)是巖溶地面塌陷的主要誘發(fā)因素[6-7]。

4 結(jié)論與建議

山地丘陵區(qū)，在其他條件一致的情況下，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與大氣降水基本成正比，降雨為地質(zhì)災(zāi)害最主要的誘發(fā)因素。泰和縣降雨集中區(qū)主要位于兩側(cè)的山地丘陵區(qū)，應(yīng)為地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)防治區(qū)，時(shí)間段為3～7月最為重要。

地表水與地質(zhì)災(zāi)害主要在河岸或湖岸在其侵蝕岸處易發(fā)生崩塌、滑坡災(zāi)害，泰和縣河岸地質(zhì)災(zāi)害主要在珠林江、禾水、仙槎河等3條贛江一級(jí)支流中，河岸的主要防護(hù)區(qū)位于河流拐彎或侵蝕岸段，主要時(shí)間段為河水漲退中。

地下水與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系主要表現(xiàn)為其破壞坡體巖土力學(xué)性質(zhì)與水位變動(dòng)使塌陷力與支撐力失去原有平衡，而發(fā)生災(zāi)害，泰和縣巖溶洼地地下水水位變化頻繁，覆蓋性可溶巖區(qū)為地面塌陷災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，建議采取控制抽排地下水，地面硬化等方法進(jìn)行預(yù)防。