湛若云 陳澤濤 曾光輝 程心意

摘要：丹江口水庫作為南水北調(diào)中線工程的水源地，地質災害防治十分重要。通過對丹江口庫區(qū)地質災害現(xiàn)場調(diào)查和分析，確定了庫區(qū)地質災害發(fā)育的主要類型為塌岸和滑坡。從地形地貌、地質條件分析了地質災害形成的機制，并對地質災害體穩(wěn)定性特征和影響因素進行了分析研究。研究成果可為丹江口庫區(qū)地質災害防治提供依據(jù)。

關鍵詞：地質災害;塌岸;滑坡;災害防治;丹江口庫區(qū)

中圖法分類號：P642.2 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.006

南水北調(diào)工程是實現(xiàn)我國水資源優(yōu)化配置、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、保障和改善民生的重大戰(zhàn)略性基礎工程。丹江口水利樞紐大壩加高工程為南水北調(diào)中線水源工程，工程于2005年開工建設，正常蓄水位170m，庫區(qū)水域面積達1022.75km²，相應庫容290.5億m³，為一等大（1）型工程，主要任務為防洪、供水、發(fā)電和航運等。

丹江口水庫作為南水北調(diào)中線工程水源地，地處秦巴山區(qū)，地質災害多發(fā)，是我國地質災害重點防治區(qū)之一。庫區(qū)地質災害防治是南水北調(diào)中線工程的一項重要工作，對保障南水北調(diào)中線工程運行和庫區(qū)人民生命財產(chǎn)安全和促進區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、全面建成小康社會、實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展都具有重要意義。

1庫區(qū)地質勘察概況

自丹江口大壩加高工程正式提上日程以來，有關勘察單位陸續(xù)對庫區(qū)涉水地質災害進行了勘察，具體情況如下。

1991年，長江水利委員會（以下簡稱“長江委”）第一工程勘測院對丹江口水庫進行了1：20萬庫岸穩(wěn)定性調(diào)查，并于同年編寫了《丹江口水利樞紐后期完建工程庫岸穩(wěn)定調(diào)研報告》，首次針對丹江口庫區(qū)庫岸穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)論述，對庫岸現(xiàn)狀及170m水位時的穩(wěn)定性進行了分段評價。2002年10月，在之前地質工作的基礎上，長江委對庫區(qū)滑坡、塌岸及浸沒等地質災害進行了現(xiàn)場調(diào)查和復核，提交了《丹江口水庫庫岸穩(wěn)定性及浸沒工程地質調(diào)查報告》。

2003年2～6月，長江委長江勘測規(guī)劃設計研究院開展了丹江口庫區(qū)庫岸穩(wěn)定勘察工作，提交了《南水北調(diào)中線水源工程丹江口庫區(qū)庫岸穩(wěn)定性工程地質勘察報告（初步設計階段）》，對重點庫岸段及主要居民點庫岸穩(wěn)定性進行了綜合分析與評價。同年7～8月，又完成了鄖縣城區(qū)防護和塌岸治理工程地質勘察，提交了《丹江口水利樞紐大壩加高工程鄖縣城區(qū)防護與塌岸治理工程工程地質勘察報告（初步設計階段）》。9月，在前期調(diào)查及勘察基礎上，編制了《南水北調(diào)中線水源工程漢江丹江口水利樞紐大壩加高地質災害危險l生評估報告》。

2006年7-9月，長江勘測規(guī)劃設計研究院對鄖縣城區(qū)周邊庫岸進行了工程地質勘察工作，進一步查明了鄖縣縣城天馬崖水泥有限公司西側一漢宮集團以北趙家溝、岸線總長16137.7m的岸坡地質條件和再造情況，提交了《南水北調(diào)中線一期工程丹江口水庫建設征地鄖縣縣城庫岸綜合整治工程地質勘察報告（初步設計階段）》。2009年9月至2010年2月，長江巖土工程總公司（武漢）承擔了鄖縣庫岸綜合整治工程施工圖階段的勘察任務，提交了《南水北調(diào)中線一期工程丹江口水庫建設征地湖北省鄖縣縣城庫岸綜合整治工程工程地質勘察報告（施工圖設計階段）》。庫岸整治范圍自鄖縣稅務局（原林產(chǎn)品公司）起，向下游沿庫岸至鄖縣富源油脂有限公司止，包括土溝及其支溝;另外天馬崖水泥有限公司以西滑坡段岸坡及漢宮集團北側陡坡段也屬于庫岸整治范圍。

2011年8～12月，在野外調(diào)查及分析利用前期勘察成果基礎上，長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司編制完成了《南水北調(diào)中線水源工程丹江口水庫提高蓄水位后地質環(huán)境災害風險分析報告》，對庫區(qū)地質災害分布及其風險性進行了分析評估。

2012年，南水北調(diào)中線水源公司委托長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司進行丹江口庫區(qū)地質災害防治及監(jiān)測技施設計工作，對庫區(qū)重點地質災害進行了調(diào)查，并編制完成了《南水北調(diào)中線工程丹江口水庫地質災害防治規(guī)劃報告》，同年完成了《南水北調(diào)中線水源工程丹江口水庫地質災害防治（首批）施工圖設計報告（監(jiān)測預警）》，對庫區(qū)重點16個滑坡、1個崩塌體和29個塌岸（居民點庫岸）進行了監(jiān)測。

2014年對丹江口市舒家?guī)X路堤、顧家溝居民點庫岸、懷家溝居民點庫岸、鄖陽區(qū)遼瓦集鎮(zhèn)庫岸和山跟前居民點庫岸等5處應急項目進行了工程治理。

2地質環(huán)境

2.1地形地貌

丹江口庫區(qū)區(qū)內(nèi)地勢總體上西高東低，地貌類型主要為構造剝蝕、侵蝕中山、低山。漢江自西向東橫貫本區(qū)。漢江以北為秦嶺山脈東延部分，以南為武當山脈。

丹江口水庫庫段包括漢江庫段和丹江庫段。庫岸總長約4397km，其中漢江庫區(qū)庫岸總長約3421km，丹江庫區(qū)庫岸總長約976km。

（1）漢江庫段。漢江主體流向南東東一南東，兩岸以中低山為主，山脈延伸方向呈北西西一北西向，地形地貌受構造及巖性控制明顯。丹江口壩址至鄖陽區(qū)柳陂鎮(zhèn)何家溝（距離約111.4km）溝谷發(fā)育，地形破碎，呈“雞爪”狀地形，兩岸為低山丘陵區(qū)，山體高程一般200～500m，相對高差100～200m，岸坡坡角一般20°～30°，峽谷、寬谷相間分布，峽谷段水面寬200～300m，寬谷段水面寬400～600m，鄖縣盆地、囂川均縣盆地一帶寬達800～4000m。何家溝至庫尾（距離壩址111.4-181km）兩岸山體高程一般400～600m，相對高差200～400m，河谷呈“V”形，水面寬200～300m。漢江庫段斷續(xù)分布有I～Ⅳ級階地，其中I級階地為堆積階地，I級以上階地為基座階地，I、Ⅱ級階地大部分將被淹。

（2）丹江庫段。丹江流向總體上由北向南，低山與盆地、丘陵地貌相間分布。丹江河谷大部分為寬谷，兩岸地形較緩，少部分為峽谷地貌。磨峪灣至桐樹溝段屬淅川盆地，河谷發(fā)育較寬漫灘，水面寬700～4500m，兩岸地形平緩，山體由白堊系至下第三系紅色碎屑巖組成，高程一般200～300m，相對高差100～150m，溝谷發(fā)育，地形破碎，呈“雞爪”形。桐樹溝至巡路口段河谷變窄，水面寬200-300m，形成由碳酸鹽巖組成的峽谷地貌，兩岸臨江山頂高程300～400m，相對高差150～250m，岸坡坡角30°～50°。巡路口以下為李官橋盆地寬谷段，水面寬8000～17000m，兩岸為低山和崗地，頂部高程160～250m，溝谷發(fā)育，地形破碎，呈“雞爪”形，其中左岸主要為黏土崗地，岸坡較緩，右岸主要為產(chǎn)狀平緩的紅色碎屑巖組成的丘陵，近水面坡度較陡。丹江庫段分布有I～Ⅱ級階地，大部分被淹。

2.2地層巖性

丹江口庫區(qū)內(nèi)主要出露地層為元古界薊縣系一長城系至新生界第四系，缺失奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及侏羅系、白堊系下統(tǒng)等地層。區(qū)內(nèi)大范圍出露變質火山碎屑沉積巖、陸源碎屑沉積巖和淺海陸相碳酸鹽類化學沉積巖，零星出露條帶狀侵入巖，盆地之間主要為沖洪積砂礫巖。

變質巖以淺變質一中等變質的區(qū)域變質巖為主，其次為動力變質巖、熱變質巖。本區(qū)區(qū)域變質巖相從千枚巖一變粒巖均有表現(xiàn)，出露巖石面積占全區(qū)絕大部分，巖性主要為各類片巖、千枚巖、板巖、變粒巖、淺粒巖等。

境內(nèi)出露巖漿巖主要為古生代侵入巖（PzβuPZηu）及元古代侵入巖（Ptβu）。

2.3地質構造

庫區(qū)范圍內(nèi)的斷裂構造，共有12條大小斷層，以兩鄖斷裂和白河一石花街（公路）斷裂及與其相關的次級構造為主。

區(qū)內(nèi)褶皺主要為兩鄖與公路斷裂之間的觀音一茶店復背斜，軸線長約百余公里，形成一系列走向北北西向呈雁列式分布的倒轉背斜與向斜。

區(qū)內(nèi)構造盆地主要位于鄖陽區(qū)一安陽、均縣鎮(zhèn)一習家店一帶，以玉皇頂斷陷盆地分布面積最大，分布在均縣鎮(zhèn)一習家店一帶，為喜山期運動形成的斷裂拗陷盆地。巖性為白堊系至第三系砂礫巖地層，表層以沖積、洪積黏土為主。

3地質災害發(fā)育特征

3.1類型與數(shù)量

庫區(qū)地質災害發(fā)育十分廣泛，根據(jù)前期調(diào)查資料，湖北、河南兩省庫區(qū)共計發(fā)育193處受蓄水影響的地質災害，其中崩塌體1處、滑坡體34處、塌岸158處。

3.2規(guī)模及分布

地質災害規(guī)模按照災害體體積大小分為小型（不大于10萬m³）、中型（10萬～100萬m³）、大型（100萬～1000萬m³）和特大型（大于1000萬m³）。丹江口庫區(qū)受蓄水影響的崩滑體共計35處，總方量1223.9萬m³，其中體積不大于10萬m³的滑體9處，體積10～100萬m³的25處，體積大于100萬m³的1處?；轮饕植加卩y陽遼瓦以上漢江及其支流堵河兩岸，其中，鄖陽區(qū)20處，累計方量794.7萬m³;張灣區(qū)6處，累計方量210.7萬m³;丹江口市8處，累計方量206.3萬m³;淅川縣1處，方量12.2萬m³。

4地質災害穩(wěn)定性特征及影響因素

4.1穩(wěn)定性現(xiàn)狀

4.1.1滑坡現(xiàn)狀

丹江庫段發(fā)現(xiàn)體積大于5萬m³崩滑體1處，漢江庫段共分布體積大于5萬m³崩滑體34處。目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)的崩滑體7處，占總數(shù)的20%，體積125萬m³，占總體積的10.2%;穩(wěn)定性較差的崩滑體1處，占總數(shù)的2.9%，體積42.4萬m³，占總體積的3.5%;不穩(wěn)定的崩滑體27處，占總數(shù)的77.1%，體積1056.5萬m³，占總體積的86.3%。

4.1.2塌岸現(xiàn)狀

丹江口水利樞紐初期工程經(jīng)過30a的運行，正常蓄水位157m以下土質岸坡已基本處于平衡狀態(tài)，紅層軟質巖岸坡再造已部分完成，巖漿巖、灰?guī)r及片巖岸坡受庫水影響輕微，基本不發(fā)生塌岸。

相關資料分析表明，明顯的塌岸現(xiàn)象分布于以下岸段。

（1）鄖縣柳陂鎮(zhèn)彭家崗一亂樹扒庫段為土質岸坡，坡角大于30°，坡高10～30m，上部為具膨脹性黏土、粉質黏土，下部為砂壤土、礫卵石層?？辈毂砻?，自1968年以來，在庫水沖刷、掏蝕作用下，兩段發(fā)生崩岸，二者相距60m，上游崩岸段長約120m，下游崩岸段長約600m，岸線后移大于35m。

（2）20世紀80年代，淅川縣大石橋鄉(xiāng)柳家泉一大石橋一帶土質岸坡坍塌，但寬度不大，影響較小。

（3）受波浪的沖蝕作用，淅川縣倉房鎮(zhèn)鄭家溝一侯家寨（李官橋盆地西岸）紅層軟質巖岸坡形成浪坎，最大坎高約2m。

巖漿巖、灰?guī)r及片巖岸坡主要分布在丹庫丹江大壩-李官橋盆地、巡路口-桐樹溝及漢庫丹江大壩-囂川、謝家溝-馮溝、黃家坪-孤山段，坡度較陡，總體穩(wěn)定性好，受庫水影響輕微，基本未見塌岸現(xiàn)象。

4.2變形失穩(wěn)型式及機制

根據(jù)工程區(qū)庫岸形態(tài)、巖土特征及其組合關系、庫水的影響，庫岸變形失穩(wěn)主要表現(xiàn)出以下3種型式。

（1）滑坡?；掳次镔|組成可分為堆積層滑坡和基巖滑坡，基巖滑坡按滑動面與斜坡巖層相對關系分為順層滑坡和切層滑坡。另外，在具膨脹性的粉質黏土、黏土中，裂隙一般較為發(fā)育，沿光滑裂隙面易形成滑面，若岸坡土層較厚，當濕度變化時，由于膨脹土岸坡體積膨脹，強度大幅度降低，亦可能產(chǎn)生變形失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）塌岸。塌岸是大壩加高后，水位抬升，水深加大，水面變寬，浪蝕作用加劇，破壞了原來河谷庫岸的自然平衡狀態(tài)而產(chǎn)生的一種岸坡變形失穩(wěn)現(xiàn)象。在庫水作用下，由第四系松散堆積物組成的土質岸坡不斷坍塌后退，塌岸過程較為緩慢，變形以水平位移為主;對由白堊系至下第三系（K-E）紅層軟質巖和疏松礫巖組成的巖質岸坡，河水沖刷掏蝕坡腳，甚至形成反坡或空穴，上部巖體失去平衡，在重力的作用下迅續(xù)崩落或下滑，最終堆積于坡腳，變形以豎向位移為主，塌岸過程具有突發(fā)性。

（3）侵蝕剝蝕。在河水沖刷侵蝕、物理風化等外營力的作用下，岸坡巖土體出現(xiàn)碎裂、解體而不斷剝離脫落。該變形失穩(wěn)型式一般出現(xiàn)于由軟弱或膠結較差的巖石組成的巖質岸坡或復合岸坡。

4.3庫岸變形失穩(wěn)的影響因素

4.3.1巖性及地形

對土質岸坡而言，影響塌岸的主導因素為庫岸形態(tài)、岸坡結構。庫岸愈高，坡度愈陡，再造愈嚴重，反之則愈輕微。水下岸坡陡直，岸前水深大的庫岸，波浪及水流對庫岸的作用強烈，坍塌物質被快速搬運，再造過程加快。支溝發(fā)育“雞爪”形庫岸，地形被強烈切割，突咀、凸岸三面環(huán)水，再造較為嚴重，凹岸相對輕微。寬河道凹岸迎流頂沖，波浪對岸坡的沖刷作用較強，再造較嚴重，凸岸和順直岸坡相對輕微。對巖質岸坡而言，影響塌岸的主導因素為巖性、巖性組合及巖體結構。庫區(qū)易發(fā)生失穩(wěn)的巖質岸坡巖性主要為白堊系至下第三系（K-E）紅層軟質巖（黏土巖、粉砂質黏土巖、泥質粉砂巖、粉細砂巖）及礫巖，礫巖一般為泥質膠結，少量鈣質膠結。紅層軟質巖或紅層夾礫巖的岸坡抗沖刷能力較差，易崩解，庫水沖刷掏蝕坡腳，在陡坡岸段甚至形成反坡或空穴，上部巖體卸荷松動，形成崩落或坍塌。

根據(jù)工程經(jīng)驗，各種岸坡穩(wěn)定坡角見表1。

土質岸坡和巖質岸坡具有不同的抗剪強度和抗沖刷能力，因此巖性決定著庫岸再造的型式和范圍。在現(xiàn)場勘察與調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)岸坡和居民點部分民房出現(xiàn)變形現(xiàn)象，據(jù)分析，變形原因主要為膨脹土（巖）脹縮變形。庫區(qū)Ⅱ、Ⅲ級階地（Q2-3）黏土、粉質黏土一般具有弱～中等膨脹性，白堊系至下第三系（K-E）紅層軟質巖亦具有膨脹性。當濕度發(fā)生變化時，地基巖土體積隨之膨脹或收縮，低層民房易產(chǎn)生變形裂縫，據(jù)觀察，裂縫多出現(xiàn)在墻角應力集中部位，呈對稱或不對稱的“八”字、倒“八”字形。

此外，巖質岸坡中的結構面發(fā)育，存在不穩(wěn)定組合體，前緣坡腳臨空，岸坡處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，水庫蓄水后會降低庫岸的穩(wěn)定性，誘發(fā)產(chǎn)生塌岸或滑坡。

4.3.2庫水位升降

丹江口水庫初期工程正常蓄水位157m，大壩加高后，設計正常蓄水位170m，庫水位升高13m，對岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響。庫水位及其變化幅度、各水位持續(xù)時間對庫岸穩(wěn)定性的影響較大。庫水位上升，岸坡水文地質條件改變，巖土物理力學性質惡化，抗剪強度降低，浮托力增大，導致塌岸。高水位時形成淺灘，水位下降時淺灘受到破壞，庫水變幅越大，淺灘愈易受到破壞。庫水位持續(xù)時間越長，波浪作用的機率越高，再造速度加快，再造范圍擴大。岸坡塌岸預測采用圖解法。如圖1所示，以死水位與岸坡交點A為起點，以水位變幅帶穩(wěn)定坡角α為傾角，繪出水位變幅帶穩(wěn)定岸坡線，該線延伸至設計高水位（正常蓄水時的多年平均流量水位）的高程點B，再以B點為起點，以水上穩(wěn)定坡角β角為傾角，繪出水上穩(wěn)定岸坡線，該線與原岸坡的交點C即為水上穩(wěn)定岸坡的終點。C點與D點之間的水平距離，即為圖解法預測的塌岸寬度S。

4.3.3降雨

丹江口水庫庫區(qū)已發(fā)生的塌岸、滑坡具有群發(fā)性、周期性和季節(jié)性的特點，均與汛期持續(xù)強降雨緊密聯(lián)系。2017年9月23日至10月8日期間，十堰市平均降雨為歷史同期的3.5倍，丹江口水庫水位上升至167.0m，超過水庫正常蓄水以來的最高水位約7m。持續(xù)的強降雨導致丹江口水庫水位上升，進一步加劇了地質災害的嚴重性，汛期共調(diào)查丹江口庫區(qū)周邊157處因降雨引發(fā)的地質災害變形現(xiàn)象，其中69處與水庫蓄水有關，如十堰市張灣區(qū)徐家灣七組徐成宗房前庫岸是在164m水位巡查中發(fā)現(xiàn)的1處新增變形庫岸點，位于堵河左岸方灘鄉(xiāng)徐家灣村，總長約80m（見圖2）。庫岸主要為粉質黏土組成，坡腳位于水位161m以下，坡度約30°。在高程175m處為村村通道路，水位蓄至164m出現(xiàn)變形下錯，裂縫最長達30m，張開1～5cm，路外側岸坡下錯約1m。岸坡變形影響了道路安全運行，威脅到2戶居民（3人）的安全。

4.3.4人類活動

環(huán)境地質問題包括兩個方面：①環(huán)境中不穩(wěn)定的地質因素直接轉化為涉及人類生存的地質問題;②不合理的人為改造使穩(wěn)定的地質體轉化為環(huán)境地質問題。人類活動是誘發(fā)岸坡失穩(wěn)的因素之一，主要表現(xiàn)在以下3個方面：①人工棄碴處置不當;②改變地表水、地下水的排泄系統(tǒng)，誘發(fā)岸坡失穩(wěn);③不合理濫采砂礫卵石改變庫岸回水條件。

5地質災害防治建議

5.1防治的必要性

庫區(qū)地質災害大量分布，水庫蓄水后，使原本脆弱的地質環(huán)境條件發(fā)生重大改變，地質災害隱患及危害更加突出。加強庫區(qū)地質災害防治十分必要和緊迫，主要表現(xiàn)在以下3個方面：一是保障庫區(qū)人民群眾生命財產(chǎn)安全、南水北調(diào)工程運行安全的迫切需要;二是保護庫區(qū)生態(tài)環(huán)境，促進經(jīng)濟社會健康發(fā)展，維護庫區(qū)社會和諧穩(wěn)定的基本保障;三是加強地質災害防治，提升防災減災能力水平的迫切需要。

5.2防治現(xiàn)狀

在丹江口水庫大壩加高初步設計階段，對蓄水后不穩(wěn)定或欠穩(wěn)定26處崩滑體進行了避險處理，對136段易或較易再造塌岸影響范圍內(nèi)的人口實施避險搬遷，對影響較大的部分庫岸進行了治理。

丹江口水庫地質災害防治（首批）施工圖設計實施階段中，在初步設計地質災害防治批復資金的基礎上，對1處塌岸進行了治理，對2處滑坡實施了避險搬遷，對17個崩滑體、28處塌岸段居民點安排了專業(yè)監(jiān)測。

丹江口水庫蓄水水位超過160m后，2014年原國調(diào)辦批復資金對丹江口庫區(qū)5個應急項目進行了治理，2016年全部完成;2017年對丹江口庫區(qū)6個緊急項目進行了避險搬遷和工程治理，目前基本完工。

5.3全面規(guī)劃和分步實施

近年來，尤其是丹江口水庫蓄水后，受庫水位變動等因素綜合影響，庫區(qū)地質災害呈易發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢，2017年又遭受50a一遇特大秋汛，地質災害災情更為嚴重。2018年1月28日，編制了丹江口庫區(qū)湖北、河南地質災害防治規(guī)劃報告，并通過了中國國際咨詢工程公司的審查。

為保護人民群眾生命財產(chǎn)安全，有必要在對庫區(qū)地質災害進行調(diào)查和全面規(guī)劃的同時，按照輕重緩急、整體推進、突出重點、分步實施的原則，根據(jù)地質災害體變形情況和危害程度，對地質災害防治項目進行分期實施。將受170m水位蓄水影響、并對居民生命財產(chǎn)和重要基礎設施安全構成嚴重威脅的地質災害項目納入近期實施，其他納入遠期實施。

6結語

丹江口庫區(qū)地質災害形成和發(fā)展受多方面因素影響，地形地貌、地質條件、地質構造等為內(nèi)在因素，降雨、庫水作用和人類活動等對地質環(huán)境的改變和破壞改造為外在因素，內(nèi)外因共同作用、相互影響。

通過對丹江口庫區(qū)地質災害全面規(guī)劃和有效防治，可全面提升地質災害減災防災的保障能力和綜合效益，建設和諧穩(wěn)定新庫區(qū)，從而支撐南水北調(diào)中線工程長久持續(xù)發(fā)揮綜合效益。