黃河龍青段主要環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題分析思路論文

　　摘要：介紹了黃河上游龍青段主要環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題的分析思路，以達到拋磚引玉、交流和提高水電工程地質(zhì)勘測水平的目的。

　　關(guān)鍵詞：龍青段坍岸岸坡穩定滲漏浸沒(méi)淤積誘發(fā)地震

　　以多泥沙著(zhù)稱(chēng)的黃河是我國第二大河流，全長(cháng)5464km，流經(jīng)9�。▍^），以?xún)让赏锌送锌h和河南花園口為界分上、中、下游三段。龍青段位于黃河上游龍羊峽～青銅峽河段，全長(cháng)918km，是落差最大的河段。地勢總體上是SW部高，海拔均在4000m以上，相對高差達600～900m；由SW向NE逐漸降低至海拔2000m左右，溝壑縱橫，相對高差100～300m，呈黃土丘陵，梁、峁、塬等地貌；再向NE海拔降低至1200～1700m的賀蘭山～六盤(pán)山一帶。

　　龍青段黃河主要支流有隆務(wù)河、大夏河、洮河、湟水、莊浪河、宛川河、祖歷河、清水河、苦水河等9條，河谷地貌總體為峽谷與盆地呈串珠狀相間分布，自上游至下游依次為共和盆地、龍羊峽、貴德盆地、松巴峽、沙柳灣、李家峽、水地川、公伯峽、甘循川、積石峽、丹陽(yáng)川、寺溝峽、臨夏盆地、劉家峽、永靖川、鹽鍋峽、上銓川、八盤(pán)峽、新城川、柴家峽、蘭州盆地、桑園峽、皋蘭川、小峽、什川、大峽、條城川、烏金峽、靖遠川、紅山峽、王佛川、黑山峽、衛寧盆地、青銅峽、銀川盆地，尚不包括其間的次級盆地與峽谷，盆地與峽谷及兩邊高山均以斷裂為界，這種串珠狀地貌為開(kāi)發(fā)黃河水力資源提供了自然條件。

　　龍青段主要環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題包括：滑坡，泥石流，黃土濕陷，水庫淤積（固體徑流來(lái)源），水庫誘發(fā)地震等。

　　1滑坡問(wèn)題

　　分析滑坡應堅持內因（如坡體結構、不利弱面組合等）與外因（地震、降雨、水庫蓄水過(guò)程、人類(lèi)活動(dòng)誘發(fā)滑坡）相結合的原則，綜合考慮。

　　不同的岸坡結構決定著(zhù)滑坡變形破壞的類(lèi)型、數量和規模。結構面的不利切割、組合、形成穩定條件差的邊坡，在地震、降雨、水庫蓄水過(guò)程中產(chǎn)生滑坡。如龍羊峽（查西、查納、查東、龍西、農場(chǎng)、峽口滑坡）、拉西瓦（多右、多左、多隆、賽卡、扎卡、泥鰍滑坡）、李家峽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號、夏群寺滑坡）、公伯峽（Ⅰ～Ⅷ號滑坡）、積石峽（Ⅰ～Ⅵ號滑坡）等，工程中結合水庫工作條件來(lái)分析兩岸滑坡體（群）、評價(jià)岸坡穩定性。

　　分析中應注重：

　�。�1）如龍羊峽、李家峽水庫蓄水和庫水位的變動(dòng)，分析時(shí)要充分估計水的滲透壓力及浮托力對岸坡穩定的不利影響。

　�。�2）分析時(shí)查明岸坡中軟弱結構面存在、交切方式、遇水軟化對岸坡穩定的不利影響；尤其是軟弱帶存在親水性很強的粘土礦物或易溶鹽、易軟化、易崩解的巖土。

　�。�3）分析時(shí)要充分考慮地震作用對岸坡穩定的不利影響，龍羊峽、李家峽、公伯峽等滑坡穩定分析中采用地震加速度系數來(lái)分析地震的影響程度。

　�。�4）對于近壩庫岸或靠近重要工業(yè)建筑的大型滑坡，如李家峽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號、夏群寺滑坡）或坍塌體，分析時(shí)應注意突然失穩造成的涌浪破壞，巖土體直接對建筑物、人員傷害，并估計其危害程度。

　�。�5）人類(lèi)工程活動(dòng)誘發(fā)滑坡的主要表現在：不合理削坡、爆破附加力、工農業(yè)用水不當等。如李家峽左岸“金三角”、蘭州五泉山～紅山根一帶山坡因坡腳不當開(kāi)挖產(chǎn)生滑坡；龍羊峽壩下游的虎丘山因泄流水霧影響而產(chǎn)生滑坡。

　　2泥石流問(wèn)題

　　西北地區是我國泥石流最活躍、最發(fā)育、規模最大的地區之一。僅甘肅省內泥石流分布面積達70000km2，占全省面積的15％，近30年來(lái)發(fā)生規模較大的泥石流多達122次。

　　泥石流以一種介于洪水和滑坡之間的高濃度固～液相顆粒流、攜帶大量固體物質(zhì)（泥、砂、石）注入黃河或其支流，加大水庫淤積。

　　泥石流的形成需具備豐富的松散固體物質(zhì)、陡峻的地形和足夠的水源3個(gè)基本條件。

　　龍青段泥石流以西部高山峽谷型泥石流和東部黃土高原型泥石流為主。西部高山峽谷型泥石流主要分布于黃河及其主要支流兩岸，泥石流以零星分布、規模相對較小的稀性泥石流為主；東部黃土高原型泥石流呈不連續狀分布于黃河兩岸、蘭州部分地區及支流祖歷河谷，泥石流的固體物質(zhì)主要是黃土，大塊石極少，亦稱(chēng)為泥流。

　　3黃土濕陷問(wèn)題

　　黃土在一定壓力（200kPa）作用下，受水浸濕，結構迅速破壞而發(fā)生顯著(zhù)附加下沉（沉降量與承壓板寬度之比等于或大于0.023）的土，即為濕陷性黃土。

　　濕陷性黃土主要分布于黃河及其支流的河漫灘和低階地、丘陵的斜坡地帶、黃土峁或塬的斜坡或頂部。因建筑物自重引起的濕陷稱(chēng)自重濕陷，因附加應力引起的濕陷稱(chēng)非自重濕陷。龍青段東部即為隴西黃土高原，是全國濕陷性黃土最發(fā)育的地區，具備粉粒含量大而粘粒含量相對較小，干容重小，濕陷量大、濕陷敏感、發(fā)展快、多具自重濕陷的特點(diǎn)。

　　自重濕陷在蘭州曾做過(guò)黃土自重濕陷試驗，其中龔家灣注水30d，濕陷量60cm；安寧區注水60d，濕陷量10cm；西固區注水42d，濕陷量16cm（1958～1963年）。如永登附近幾個(gè)渠道，經(jīng)過(guò)低階地和河谷平原時(shí)，渠道均有嚴重的階梯狀變形、錯斷，尤其是經(jīng)過(guò)莊浪河Ⅱ級階地時(shí)濕陷6～8m，致使渠道嚴重破壞（孫廣忠等，1959）。

　　非自重濕陷如西北民族學(xué)院曾有兩棟學(xué)生樓因廁所水浸入地基，發(fā)生強烈濕陷而受破壞；西寧南川因施工用水入滲地下而發(fā)生濕陷，一夜間建筑物產(chǎn)生不均勻沉陷16cm�？傊�引起非自重沉陷的原因在于對建筑物場(chǎng)址的工程地質(zhì)環(huán)境認識不夠，設計或施工不當等。

　　4水庫誘發(fā)地震問(wèn)題

　　應從了解誘發(fā)地震特點(diǎn)、分析地震發(fā)生的內、外因方面入手。

　　4.1誘發(fā)地震特點(diǎn)

　　在時(shí)間上往往在蓄水1個(gè)月或數日后才開(kāi)始發(fā)震，1年或幾年后發(fā)生主震，余震延續時(shí)間長(cháng)，有的可達數10年；在空間上震中分布在水庫區附近，一般距庫岸不超過(guò)幾～十幾公里，并多局限在一定范圍之內；震源深度淺，多數3～5km，隨發(fā)震次數增多，震源深度逐漸加大；在強度上震級不大，但震中烈度偏高（如Ⅲ級地震，震中烈度Ⅴ～Ⅵ級）；在序列上前震—主震—余震具備前震期長(cháng)，為1年或數年，伴隨小地震多，余震衰減慢的特點(diǎn)；也有沒(méi)有明顯生震的情況。震源機制多屬陡傾角的正斷層，少數屬平推斷層。

　　如龍羊峽圍堰蓄水時(shí)曾發(fā)生3.1級地震；李家峽電站1996年12月水庫蓄水后，至1997年3月水庫（據李家峽地震臺記載）產(chǎn)生等于或大于3級地震有3次，而小于3級的地震多達2000余次，且隨庫水位的持續穩定3個(gè)月后，地震次數明顯減少。

　　4.2誘發(fā)地震形成的地質(zhì)背景

　　地震分布在性脆、且有較好滲漏特征的巖體內。如厚層碳酸鹽巖層、巖漿巖、變質(zhì)巖等；庫區常有較大斷層存在，且多是近代活斷層。震中常處于構造不穩定、應力易集中或斷陷盆地邊緣等部位；庫區位于穩定地塊邊緣，溫泉出露或火山活動(dòng)地段，易發(fā)生誘發(fā)地震。

　　4.3庫水引發(fā)庫區地震的原因

　　上述條件是發(fā)生誘發(fā)地震的內因和前提，庫水通過(guò)對巖體結構弱點(diǎn)的作用，引發(fā)庫區地震。其庫水作用特點(diǎn)表現在：

　�。�1）庫水引起庫區巖體變形和沿斷層的幾何界面產(chǎn)生應力集中；

　�。�2）庫水滲透增大巖體孔隙壓力，導致斷層面有效應力減少和抗剪強度降低；

　�。�3）庫水對庫岸巖體的物理和化學(xué)作用，對斷裂面弱化、潤滑和腐蝕作用；

　�。�4）龍青段水庫誘發(fā)地震特征。

　　據地質(zhì)背景的差異，可將龍青段水庫誘發(fā)地震劃成4個(gè)區段：

　�。�1）龍羊峽～拉西瓦段

　　龍羊峽位于日月山～瓦里貢山隆起帶，北有青海湖～西秦嶺北緣斷裂，東有NNW向尕讓～崗察寺斷裂，新構造運動(dòng)明顯，曲乃亥熱水溝有高溫熱泉出露，庫區地應力較高（26.6MPa），處于Ⅶ度地震裂度區；拉西瓦庫區出露性脆的花崗閃長(cháng)巖、變質(zhì)巖、凝灰巖，庫區5條NWW向大斷裂（拉西瓦、曲合棱、曲乃亥、多隆溝、大山水溝），地應力較高，處于Ⅶ度地震裂度區。水庫蓄水后會(huì )產(chǎn)生一定震級的誘發(fā)地震。

　�。�2）李家峽～積石塊段

　　NE方向有拉脊山弧形斷裂帶，南有青海湖～西秦嶺北緣斷裂，屬于Ⅵ～Ⅶ度地震裂度區。李家峽庫區混合巖、片巖間夾花崗偉晶巖，庫中斷層成為庫水富集、運移的良好通道，增強水動(dòng)力效應，促進(jìn)深部滲透循環(huán)。水庫蓄水后可產(chǎn)生震級不大的水庫誘發(fā)地震。

　�。�3）寺溝峽～烏金峽段

　　南距青海湖～西秦嶺北緣斷裂較遠，西有拉脊山弧形斷裂帶，還有NWW向紅崖子、河口、王哥集及霧宿山南線(xiàn)斷裂，屬于Ⅶ度地震裂度區。水庫蓄水后產(chǎn)生震級極小的誘發(fā)地震。

　�。�4）黑山峽～青銅峽段

　　其間有景泰～海原、中衛～同心兩大活動(dòng)斷裂、牛首山～羅山斷裂帶等，屬于Ⅶ～Ⅷ度地震裂度區，水庫蓄水后會(huì )產(chǎn)生一定震級的誘發(fā)地震。

　　5水庫岸邊再造與泥沙淤積

　　5.1岸邊再造

　　水庫蓄水后，沿岸地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，使河流局部侵蝕基準面和地下水位的抬高，岸邊浸潤、沖刷、水擊等作用加劇。

　　岸邊巖土體受水浸泡、地下水位抬高，水的作用促使岸邊巖土體的性質(zhì)迅速惡化，引起岸邊發(fā)生坍塌、崩落、石堆等不良地質(zhì)現象產(chǎn)生。

　　如李家峽水庫蓄水后沿水庫岸邊普遍產(chǎn)生坍塌的是松散層（如坡積碎石土、黃土類(lèi)土），形成沿岸、近水邊的新生“三角面”。而岸坡存在結構面的不利穩定組合時(shí)，庫水位抬升后會(huì )引起局部邊坡淺層滑落。

　　5.2水庫淤積

　　應從黃河及各支流所攜帶的固體物質(zhì)多少、流域內巖土特性、植被多寡、氣候特點(diǎn)、徑流特征等方面入手分析。

　�。�1）壅水淤積：渾水進(jìn)入壅水段后，泥沙擴散到全斷面，隨攜沙能力沿流程降低，泥沙沉積于庫底，粗粒沉積于上游，細粒在下游，長(cháng)期作用即形成淤積三角洲。

　�。�2）異重淤積：在多泥沙河流（如黃河）中發(fā)生。當入庫水的含沙量高，且土粒多，并有足夠流速時(shí)，渾水進(jìn)入壅水段后，粗顆粒優(yōu)先沉積，而含土粒的渾水潛入清水下面，沿庫底繼續向壩前運動(dòng)，異重流若被帶至壩前，在回流作用下使庫水變渾，土粒能緩淤庫底。定期開(kāi)啟排沙底孔，異重流渾水或其沉淀物能排出庫外，延長(cháng)水庫使用壽命。

　�。�3）淤積末端上延（俗稱(chēng)翹尾巴）：由于三角洲的增高會(huì )引起庫尾水深變淺，流速增大，使壅水末端向上游遷移。

　�。�4）淤積危害性分析：對于年調節或多年調節的水庫，淤積可造成庫容損失，使調節能力、保證出力和防洪標準降低，達不到原有興利指標。特別是龍羊峽、劉家峽、小觀(guān)音這3個(gè)多年調節和反調節水庫，庫容損失引起的經(jīng)濟損失更為嚴重；大量泥沙行抵壩前，增大水輪機磨損，導致機組效率降低；隨著(zhù)翹尾巴的發(fā)展，增加庫區淹沒(méi)、浸沒(méi)，促使庫尾地下水位抬高，造成次生鹽堿化。西北氣候干燥，植被稀薄，為黃河及其支流的固體徑流提供了自然條件。因此，本區水庫淤積顯得格外嚴重。

　　6結語(yǔ)

　　西部大開(kāi)發(fā)的國策，溫暖著(zhù)西部人的心。但僅僅是心熱還不夠，西部人應以建設家園為已任，認識西部、了解西部。西部水力資源豐富，水電工程建設中的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題，也或多或少地制約著(zhù)西部水電開(kāi)發(fā)的步伐。了解西部水電工程的巖性特征、交流西部水庫環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題分析思路，讓更多西部人認識它、了解它。

　　參考文獻：

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