劉小二,張春生,王林峰,來亞芳,楊魯玉,羅穎,牛祥
(河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質勘查院,鄭州 450001)
桐柏縣的地質災害主要以崩塌、滑坡、泥石流災害為主,地面塌陷為輔。河南中州地礦巖土水務有限公司于2011~2013年開展了桐柏縣地質災害詳細調查工作,2016年開展了桐柏縣地質災害防治“十三五”規(guī)劃工作。兩次工作野外實際調查點共計1 483個,包括地質環(huán)境調查點1 427個和地質災害點56個,其中崩塌災害點22個,不穩(wěn)定斜坡災害點12處,滑坡災害點7個,泥石流災害點12個,地面塌陷災害點3個[1-4]。
桐柏縣地質災害的形成及分布嚴格受自然地質條件和人為因素的制約,多分布在剝蝕丘陵區(qū)。崩塌、滑坡主要分布于桐柏縣東北部、中部、南部的低山丘陵區(qū)域,為中、小型規(guī)模,穩(wěn)定性一般較差。泥石流主要分布在降水量較大、地形起伏大的桐柏山區(qū),均為低易發(fā)。地面塌陷主要分布于礦業(yè)活動密集的丘陵區(qū)域,穩(wěn)定性為較穩(wěn)定-不穩(wěn)定。
桐柏縣是河南省南陽市下轄縣,位于河南省西南部,南陽盆地東緣,桐柏山腹地,豫、鄂兩省交界處,素有“宛東咽喉”、“信西屏障”之稱。地理坐標:東經113°00′~113°49′,北緯32°17′~32°43′,縣境東西長76.1 km,南北寬25.5 km,桐柏縣總面積1 941 km2,寧西鐵路、312國道及滬陜高速、焦桐高速貫穿境內,省道連通南北,縣境內各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))之間公路暢通,交通便利。
桐柏縣屬亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)氣候。年平均氣溫14.9 ℃,極端高溫41.1 ℃,極端低溫-20.3 ℃。年平均降水量1 149.84 mm,年平均降水量南部高于北部,年最大降水量1 819.1 mm,發(fā)生在2005年;年最小降水量663.4 mm,發(fā)生在2001年; 6~9月降水量占全年降水量的40%以上, 15 a內日最大降水量:207.3 mm,出現在2005年7月10日,歷年1 h最大降水量:74.0 mm ,10 min最大降水量:20.7 mm。
桐柏縣為淮河的發(fā)源地。境內水系屬淮河、長江流域兩大水系,西嶺(屬淮源鎮(zhèn)固廟村)和新坡嶺(屬大河鎮(zhèn)土門村)是江淮兩大流域分水嶺,分水嶺以西為長江流域三夾河水系,分水嶺以東為淮河流域淮河水系。流域面積在100 km2以上的河流有9條?;春铀涤谢春印⒃潞?、陳留店河、五里河、毛集河5條,三夾河水系有三夾河、鴻儀河、鴻鴨河、江河4條。
桐柏縣地處南陽盆地東緣,大的地貌單元可分為構造剝蝕低山區(qū)、剝蝕丘陵區(qū)、堆積剝蝕崗地區(qū)、 沖積河谷平原區(qū)。構造剝蝕低山區(qū)分布于桐柏縣西南太白頂—線,中部及東北部零星分布,海拔500~1 000 m,相對高差200~500 m。剝蝕丘陵區(qū)分布于桐柏縣大部分地帶,海拔高度200~500 m,相對高差小于200 m。堆積剝蝕崗地分布于安棚、吳城地帶,海拔高程110~200 m。沖積河谷平原分布于桐柏縣埠江、月河、固縣等地,海拔高程75~190 m。
控制崩塌、滑坡災害發(fā)育的先決條件之一是地形地貌。桐柏縣地處桐柏山腹地,是淮河發(fā)源地,區(qū)內約75%的面積屬于低山丘陵區(qū)。區(qū)內淮河、三夾河支流眾多,縱橫交錯,溝谷十分發(fā)育,地形破碎,提供了形成崩塌、滑坡、泥石流發(fā)育的地形地貌條件。斜坡的幾何形態(tài)控制其穩(wěn)定性和變形破壞模式,決定斜坡體內應力的分布及大小。
構造剝蝕低山區(qū)內人煙稀少, 人類工程活動很少,地質災害不發(fā)育。剝蝕丘陵區(qū)內溝壑縱橫,密布的溝谷切割深度較大,修路、開礦和建房等人類工程活動比較強烈,是桐柏縣內地質災害最主要的分布地區(qū)。據調查統計,發(fā)現的56處地質災害有53處分布在這一地貌單元里,占到總數的94.64%。堆積剝蝕崗地地勢開闊,地形坡度一般在5°~15°之間,下切深度5~10 m,局部有基巖出露,區(qū)內地質災害不發(fā)育。沖積河谷平原地勢平坦開闊,地形坡度小于5°,河流發(fā)育,河谷不對稱,河曲處多陡坎,切割深度2~10 m,局部發(fā)育有二級階地,區(qū)內地質災害不甚發(fā)育,調查僅發(fā)現1處滑坡,2處崩塌,占總數的5.36%(表1)。
表1 各地貌類型地質災害統計一覽表
3.2.1 斜坡坡型
桐柏縣斜坡坡面形態(tài)為直線型、凸型、階梯型及凹型等4個基本類型。直線型和凸型為正向類型,階梯型和凹型為負向類型,這4種基本坡型又可組合為凸凹型、凹凸型和波型等形式。
在調查的7處滑坡有5處發(fā)生于正向類型坡,全部為凸型,占滑坡總數的71.43%;2個發(fā)生于負向坡型,全為凹型,占滑坡總數的28.57%(表2)。
表2 各類坡型地質災害統計一覽表
在22處崩塌中有20處發(fā)生于正向類型坡,其中5個發(fā)生于凸型坡,占崩塌地質災害的22.73%;15個發(fā)生于直線型坡,占崩塌地質災害的68.18%。2處發(fā)生于負向坡型,全部為凹型,占崩塌總數的9.09%。
12處不穩(wěn)定斜坡均發(fā)生于正向類型坡,其中3個發(fā)生于凸型坡,占不穩(wěn)定斜坡地質災害的25%;9個發(fā)生于凹形坡,占不穩(wěn)定斜坡地質災害的75%。
由表2可知,崩塌、滑坡地質災害更容易發(fā)生在正向類斜坡上,凸型和直線型正向類斜坡產生的地質災害占總數的90.24%。應力集中程度在正向類斜坡上明顯提高,穩(wěn)定程度明顯降低。
崩塌、滑坡地質災害在負向類斜坡上較不容易發(fā)生,因為在斜坡走向方向上受到了應力支撐,應力集中程度在階梯型和凹型負向坡上減緩,負向類斜坡發(fā)生的災害占總數的比例僅為9.76%,穩(wěn)定程度明顯增高。
3.2.2 斜坡坡度
將斜坡微地貌按照其坡度可劃分為3種類型:坡面坡度>50°為陡崖,20°<坡面坡度<50°為陡坡,5°<坡面坡度<20°為緩坡。
調查了7個滑坡,發(fā)生在陡坡上的有4個,占滑坡災害的67.5%;發(fā)生于陡崖上的有1個,占滑坡災害的12.1%;發(fā)生于緩坡上的有2個,占整個滑坡災害的20.4%。
調查了22處崩塌,發(fā)生在陡崖的有17處,占崩塌災害的77.27%;發(fā)生在陡坡上的有5處,占崩塌災害的22.73%。
調查的12處不穩(wěn)定斜坡,有5處發(fā)生在陡崖,占崩塌總數的41. 7%;7處發(fā)生在陡坡,占總數的58.3%(表3)。
表3 各類坡度地質災害統計一覽表
綜合分析崩塌、滑坡發(fā)生的坡度區(qū)間以及不同坡度的不穩(wěn)定斜坡未來的變化趨勢,可得出結論,在桐柏縣內20°~50°之間的斜坡最易發(fā)生滑坡,而50°~90°之間的斜坡最易引發(fā)崩塌。
3.2.3 斜坡坡高
據研究表明,斜坡坡高與地質災害的發(fā)生存在著明顯的控制關系,斜坡坡頂、坡面、坡腳及谷底的應力狀態(tài)會隨著斜坡坡高的變化發(fā)生顯著的變化,最終導致溝谷不同部位產生變形破壞。在各方面相同條件下,隨著坡高的增大,坡體安全系數減小[5]。另外,斜坡坡高對災害的危害范圍有明顯影響,對崩塌的影響尤為明顯。在崩塌體體積相同的條件下,斜坡高度越大,崩塌的威脅范圍越大。
本次調查結果顯示,60~85 m坡高的斜坡帶是滑坡的多發(fā)區(qū),有5處滑坡發(fā)育在該斜坡帶,占滑坡災害的71.4%; 25 m坡高以下的斜坡帶是崩塌的多發(fā)區(qū),20處崩塌發(fā)育在該斜坡帶,占整個崩塌災害的90.9%。這是因為崩塌的發(fā)生和人類工程活動的關系密切相關,主要表現為人類削坡,導致了斜坡應力平衡的原始狀態(tài)被破壞。而人類工程活動切坡在桐柏縣內主要是修路、建房,建房切坡的高度一般5~10 m,而修路切坡的高度一般不大于30 m,所以5~30 m之間的斜坡帶亦是不穩(wěn)定斜坡的多發(fā)區(qū),10處不穩(wěn)定斜坡發(fā)育在該斜坡帶,占整個此類災害的83.3%。
桐柏縣內易滑地層主要為片巖、片麻巖。片巖主要分布于桐柏縣東北部,主要包括回龍大部、毛集東北部以及黃崗西南的小部分地區(qū)。片巖片理十分發(fā)育,工程、水文地質條件都較差,巖性軟弱,易破碎,與其他透水性差的巖層接觸面易成為滑動面,從實地調查來看,該類接觸面大多位置比較低,不宜形成滑坡。另外,沿片巖內部片理也可能形成滑坡,但是調查僅發(fā)現1處該類滑坡。片麻巖主要分布于桐柏山區(qū),巖石致密堅硬,工程、水文地質條件都比較好,但是其內部裂隙比較發(fā)育,當裂隙面產狀與坡面相近形成順向坡時,極有可能形成滑坡。
桐柏縣內易崩地層主要為花崗巖、片麻巖、變粒巖及第四系粉質粘土?;◢弾r、片麻巖多分布于桐柏中部、西部的桐柏山區(qū),巖石致密堅硬,力學強度高,但比較脆,在修路切坡地段或者坡腳有水流沖刷時,巖層內部如發(fā)育有垂直且與斜坡面平行的裂隙,發(fā)生崩塌的可能性很大。變粒巖整體性較好,裂隙不甚發(fā)育,但在風化作用強烈,比較破碎的地段,易發(fā)生小型崩塌。在桐柏縣東南部河流沿岸,第四系粉質粘土廣泛分布,其結構較為松散,據調查,當岸高度大于2 m,坡度大于70°,且無植被保護時,受到洪水沖刷,易發(fā)生河岸崩塌。
地質構造對地質災害的分布和發(fā)育起著重要的控制作用,區(qū)內的地質災害點不僅沿著主要道路、河流呈條帶狀以及在礦山周邊分布,同時也沿著區(qū)內幾條主要的地質構造帶分布。這一點在地面塌陷以及泥石流這兩種災種上體現得尤為明顯。這是因為區(qū)內地面塌陷均是由于長期的地下采礦引發(fā),而像條山-鐵山背斜、大河斷裂、破山斷裂均為桐柏縣內的主要成礦地帶。另外根據調查,縣內已經發(fā)生的泥石流,絕大多數泥石流溝的物源均為礦山尾礦渣,這就使得泥石流溝往往會沿著主要成礦斷裂分布。
值得指出的是地質構造對地質災害的分布和發(fā)育并不起到直接的控制作用,而是一種間接的控制作用,也就是說,并不是在斷裂帶或者褶皺帶上一定會發(fā)生地質災害,而是在斷裂帶或者褶皺帶更容易出現易發(fā)生地質災害的巖性、巖土體結構。
降雨是地質災害最重要的誘發(fā)因素之一,多年平均降雨量與多年來地質災害發(fā)育密度具有較好的正相關關系。從空間上看,桐柏縣從南到北,年均降雨量呈遞減趨勢。從調查結果來看,在低山丘陵區(qū),西南部、南部地區(qū)地質災害發(fā)育密度遠大于東北部;在平原區(qū),僅有的1處地質災害也發(fā)育于南部。從時間上看,降雨豐水年,一般也是崩塌、滑坡等地質災害的高發(fā)年,據調查在桐柏縣2010~2012年連續(xù)干旱的3 a內,新發(fā)生的地質災害僅有4處。將時間周期縮短到1 a,夏秋多雨季節(jié),也是地質災害的高發(fā)期。
桐柏縣年平均降水量1 149.84 mm,其中有40%集中在6~9月,多暴雨和大雨且時間集中。調查結果顯示,區(qū)內地質災害絕大多數發(fā)生于這幾個月,尤其是7~9月這3個月內更是地質災害頻發(fā)時間段。降雨沿著孔隙下滲,飽水帶巖土體飽和重力增加,形成孔隙水壓力,強度明顯降低,改變了斜坡內部應力狀態(tài),引發(fā)斜坡失穩(wěn),致使坡體局部出現各種變形,如裂縫、膨脹、下挫等,從而發(fā)生崩塌、滑坡等地質災害。
隨著經濟社會的迅猛發(fā)展,人類工程活動無論是在深度上還是在廣度上都日益加劇,特別是對自然斜坡的不合理開挖,打破了地質歷史時期形成的斜坡平衡狀態(tài),造成斜坡變形失穩(wěn),已成為引發(fā)地質災害的主要因素之一[6]。區(qū)內人類工程活動對斜坡穩(wěn)定性造成影響并引發(fā)地質災害主要體現在以下幾個方面。
(1) 交通工程
城市經濟的發(fā)展,必然伴隨著公路、鐵路等基礎設施工程建設的長足發(fā)展。桐柏縣內現有滬陜高速、焦桐高速、寧西鐵路、國道G312、省道S206、S234、S239、S335,另有縣道、鄉(xiāng)道若干,村村通公路已貫通絕大多數行政村。在山區(qū)修路不可避免的要進行切坡,切坡規(guī)模受當地地形、公路等級的影響。高速公路、鐵路切坡規(guī)模最大,但是由于其重要程度,沿線地質災害防治措施到位,在調查過程中,未在高速、鐵路沿線發(fā)現地質災害。而在國道G312、省道S234、S239沿線,切坡規(guī)模也比較大,坡高一般在3~10 m,坡度一般在70°以上,區(qū)內的崩塌點也主要集中于這3條公路沿線,其他縣鄉(xiāng)公路沿線也有崩塌發(fā)生,但數量較少,規(guī)模也要小得多。
(2) 城鄉(xiāng)建設
近年來,隨著經濟建設的迅速發(fā)展,城鎮(zhèn)建設規(guī)模擴大,建設用地需求不斷增加。在低山丘陵區(qū),回龍、毛集、黃崗、朱莊、大河、淮源等集鎮(zhèn)大多坐落于河谷內或者山間平地,可用作建設用地的平地并不多,這就導致要想獲得建設用地,就必須得向山要地、向坡要地,大規(guī)模的切坡不可避免。切坡活動打破了斜坡的自然平衡狀態(tài),隨著時間的推移,加上降雨、震動等其他因素的影響,斜坡穩(wěn)定性不斷降低,最終誘發(fā)滑坡、崩塌等地質災害。
(3) 礦山開發(fā)
桐柏縣礦產資源豐富,已探明礦藏56種,主要有金、銀、銅、鐵、石油、天然堿、螢石、大理石、花崗石等為桐柏縣創(chuàng)造了良好的經濟效益,同時,礦山開發(fā)也會引發(fā)多種地質災害。主要表現在以下3個方面:一是露天礦山(例如花崗巖、大理石)開采過程中易形成高陡邊坡,甚至懸空面,使斜坡巖土體失去支擋或支撐,易引發(fā)崩塌滑坡。二是地下開采礦山(比如金、銀、鐵、螢石等),長時間的開采,形成大面積的采空區(qū),誘發(fā)地面塌陷,造成田地開裂、下陷,嚴重威脅著群眾的生命財產安全。三是露天礦山和井采礦山都會產生大量的尾礦渣,生產較為規(guī)范的礦山大多建有尾礦庫,而中小型礦山礦渣無序堆積情況比較嚴重,大多隨意堆砌于溝谷內或山坡上,由于此類斜坡一般結構較為松散,易形成泥石流隱患或者不穩(wěn)定斜坡。
總之,地質災害的觸發(fā)因素很多,但最主要的是不合理的人類工程經濟活動和降水的雙重作用,二者的綜合效應是誘發(fā)本區(qū)地質災害發(fā)生的最主要的外在因素,其中人類工程活動的影響又最為嚴重。
(1) 桐柏縣的地質災害主要以崩塌、滑坡、泥石流災害為主,地面塌陷為輔。桐柏縣地質災害的形成及分布嚴格受地形地貌、地層等諸多自然地質條件和人類工程活動等人為因素的制約。
(2) 剝蝕丘陵區(qū)內溝壑縱橫,密布的溝谷切割深度較大,修路、開礦和建房等人類工程活動比較強烈,是桐柏縣內地質災害最主要的分布地區(qū)。
(3) 正向類凸型和直線型斜坡明顯更容易引發(fā)滑坡和崩塌災害。桐柏縣內20°~50°之間的斜坡最易發(fā)生滑坡,而50°~90°之間的斜坡最易引發(fā)崩塌;滑坡多發(fā)生坡高60~85 m的斜坡帶上,崩塌多發(fā)生在25 m以下的斜坡帶上,不穩(wěn)定斜坡多發(fā)生在5~30 m之間的斜坡帶上。
(4) 桐柏縣內易滑地層主要為片巖、片麻巖,易崩地層主要為花崗巖、片麻巖、變粒巖及第四系粉質粘土。
(5) 地質構造對地質災害的分布和發(fā)育起著重要的控制作用,在斷裂帶或者褶皺帶更容易出現易發(fā)生地質災害的巖性、巖土體結構。
(6) 降雨是地質災害最重要的誘發(fā)因素之一,桐柏縣地質災害主要發(fā)生在7~9月,降雨量與地質災害發(fā)育密度具有較好的正相關關系。
(7) 地質災害諸多形成條件中,地質環(huán)境條件變化緩慢,人類工程活動和降雨是最活躍的因素,人類工程活動的影響又最為嚴重。
[1] 河南省桐柏縣地質災害詳細調查報告[R].河南中州地礦巖土水務有限公司,2013.
[2] 桐柏縣地質災害防治“十三五”規(guī)劃[R].河南中州地礦巖土水務有限公司與桐柏縣人民政府,2016.
[3] 中國地質調查局.滑坡崩塌泥石流災害調查規(guī)范(1∶50萬)(DD2008-02)[S].2008.
[4] 國家技術監(jiān)督局.1∶5萬區(qū)域水文地質工程地質環(huán)境地質綜合勘查規(guī)范(GB/T 14158-93)[S].1993.
[5] 楊紅強.淅川縣地質災害形成條件分析[J].地質災害與環(huán)境保護,2013,24(4):13-17.
[6] 陳震.嵩縣地質災害形成條件及防治建議[J].中國科技縱橫,2015,214(10):158-159.