黃河龍青段主要環(huán)境工程地質(zhì)問題分析思路論文

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

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

　　以多泥沙著稱的黃河是我國(guó)第二大河流，全長(zhǎng)5464km，流經(jīng)9�。▍^(qū)），以內(nèi)蒙托克托縣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(zhǎng)918km，是落差最大的河段。地勢(shì)總體上是SW部高，海拔均在4000m以上，相對(duì)高差達(dá)600～900m；由SW向NE逐漸降低至海拔2000m左右，溝壑縱橫，相對(duì)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(yuǎn)川、紅山峽、王佛川、黑山峽、衛(wèi)寧盆地、青銅峽、銀川盆地，尚不包括其間的次級(jí)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)問題包括：滑坡，泥石流，黃土濕陷，水庫(kù)淤積（固體徑流來(lái)源），水庫(kù)誘發(fā)地震等。

　　1滑坡問題

　　分析滑坡應(yīng)堅(jiān)持內(nèi)因（如坡體結(jié)構(gòu)、不利弱面組合等）與外因（地震、降雨、水庫(kù)蓄水過程、人類活動(dòng)誘發(fā)滑坡）相結(jié)合的原則，綜合考慮。

　　不同的岸坡結(jié)構(gòu)決定著滑坡變形破壞的類型、數(shù)量和規(guī)模。結(jié)構(gòu)面的不利切割、組合、形成穩(wěn)定條件差的邊坡，在地震、降雨、水庫(kù)蓄水過程中產(chǎn)生滑坡。如龍羊峽（查西、查納、查東、龍西、農(nóng)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(hào)、夏群寺滑坡）、公伯峽（Ⅰ～Ⅷ號(hào)滑坡）、積石峽（Ⅰ～Ⅵ號(hào)滑坡）等，工程中結(jié)合水庫(kù)工作條件來(lái)分析兩岸滑坡體（群）、評(píng)價(jià)岸坡穩(wěn)定性。

　　分析中應(yīng)注重：

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

　�。�2）分析時(shí)查明岸坡中軟弱結(jié)構(gòu)面存在、交切方式、遇水軟化對(duì)岸坡穩(wěn)定的不利影響；尤其是軟弱帶存在親水性很強(qiáng)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(duì)岸坡穩(wěn)定的不利影響，龍羊峽、李家峽、公伯峽等滑坡穩(wěn)定分析中采用地震加速度系數(shù)來(lái)分析地震的影響程度。

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

　　（5）人類工程活動(dòng)誘發(fā)滑坡的主要表現(xiàn)在：不合理削坡、爆破附加力、工農(nóng)業(yè)用水不當(dāng)?shù)�。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(dāng)開挖產(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泥石流問題

　　西北地區(qū)是我國(guó)泥石流最活躍、最發(fā)育、規(guī)模最大的地區(qū)之一。僅甘肅省內(nèi)泥石流分布面積達(dá)70000km2，占全省面積的15％，近30年來(lái)發(fā)生規(guī)模較大的泥石流多達(dá)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(kù)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(guī)模相對(duì)較小的稀性泥石流為主；東部黃土高原型泥石流呈不連續(xù)狀分布于黃河兩岸、蘭州部分地區(qū)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，亦稱為泥流。

　　3黃土濕陷問題

　　黃土在一定壓力（200kPa）作用下，受水浸濕，結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉（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自重濕陷，因附加應(yīng)力引起的濕陷稱非自重濕陷。龍青段東部即為隴西黃土高原，是全國(guó)濕陷性黃土最發(fā)育的地區(qū)，具備粉粒含量大而粘粒含量相對(duì)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黃土自重濕陷試驗(yàn)，其中龔家灣注水30d，濕陷量60cm；安寧區(qū)注水60d，濕陷量10cm；西固區(qū)注水42d，濕陷量16cm（1958～1963年）。如永登附近幾個(gè)渠道，經(jīng)過低階地和河谷平原時(shí)，渠道均有嚴(yán)重的階梯狀變形、錯(cuò)斷，尤其是經(jīng)過莊浪河Ⅱ級(jí)階地時(shí)濕陷6～8m，致使渠道嚴(yán)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(qiáng)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(duì)建筑物場(chǎng)址的工程地質(zhì)環(huán)境認(rèn)識(shí)不夠，設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)?shù)取?/p>

　　4水庫(kù)誘發(fā)地震問題

　　應(yīng)從了解誘發(fā)地震特點(diǎn)、分析地震發(fā)生的內(nèi)、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(shù)日后才開始發(fā)震，1年或幾年后發(fā)生主震，余震延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，有的可達(dá)數(shù)10年；在空間上震中分布在水庫(kù)區(qū)附近，一般距庫(kù)岸不超過幾～十幾公里，并多局限在一定范圍之內(nèi)；震源深度淺，多數(shù)3～5km，隨發(fā)震次數(shù)增多，震源深度逐漸加大；在強(qiáng)度上震級(jí)不大，但震中烈度偏高（如Ⅲ級(jí)地震，震中烈度Ⅴ～Ⅵ級(jí)）；在序列上前震—主震—余震具備前震期長(zhǎng)，為1年或數(shù)年，伴隨小地震多，余震衰減慢的特點(diǎn)；也有沒有明顯生震的情況。震源機(jī)制多屬陡傾角的正斷層，少數(shù)屬平推斷層。

　　如龍羊峽圍堰蓄水時(shí)曾發(fā)生3.1級(jí)地震；李家峽電站1996年12月水庫(kù)蓄水后，至1997年3月水庫(kù)（據(jù)李家峽地震臺(tái)記載）產(chǎn)生等于或大于3級(jí)地震有3次，而小于3級(jí)的地震多達(dá)2000余次，且隨庫(kù)水位的持續(xù)穩(wěn)定3個(gè)月后，地震次數(shù)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(nèi)。如厚層碳酸鹽巖層、巖漿巖、變質(zhì)巖等；庫(kù)區(qū)常有較大斷層存在，且多是近代活斷層。震中常處于構(gòu)造不穩(wěn)定、應(yīng)力易集中或斷陷盆地邊緣等部位；庫(kù)區(qū)位于穩(wěn)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(kù)水引發(fā)庫(kù)區(qū)地震的原因

　　上述條件是發(fā)生誘發(fā)地震的內(nèi)因和前提，庫(kù)水通過對(duì)巖體結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的作用，引發(fā)庫(kù)區(qū)地震。其庫(kù)水作用特點(diǎn)表現(xiàn)在：

　　（1）庫(kù)水引起庫(kù)區(qū)巖體變形和沿?cái)鄬拥膸缀谓缑娈a(chǎn)生應(yīng)力集中；

　�。�2）庫(kù)水滲透增大巖體孔隙壓力，導(dǎo)致斷層面有效應(yīng)力減少和抗剪強(qiáng)度降低；

　�。�3）庫(kù)水對(duì)庫(kù)岸巖體的物理和化學(xué)作用，對(duì)斷裂面弱化、潤(rùn)滑和腐蝕作用；

　�。�4）龍青段水庫(kù)誘發(fā)地震特征。

　　據(jù)地質(zhì)背景的差異，可將龍青段水庫(kù)誘發(fā)地震劃成4個(gè)區(qū)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(gòu)造運(yùn)動(dòng)明顯，曲乃亥熱水溝有高溫?zé)崛�出露，�?kù)區(qū)地應(yīng)力較高（26.6MPa），處于Ⅶ度地震裂度區(qū)；拉西瓦庫(kù)區(qū)出露性脆的花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)巖、凝灰?guī)r，庫(kù)區(qū)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(yīng)力較高，處于Ⅶ度地震裂度區(qū)。水庫(kù)蓄水后會(huì)產(chǎn)生一定震級(jí)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(qū)。李家峽庫(kù)區(qū)混合巖、片巖間夾花崗偉晶巖，庫(kù)中斷層成為庫(kù)水富集、運(yùn)移的良好通道，增強(qiáng)水動(dòng)力效應(yīng)，促進(jìn)深部滲透循環(huán)。水庫(kù)蓄水后可產(chǎn)生震級(jí)不大的水庫(kù)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(yuǎn)，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斷裂，屬于Ⅶ度地震裂度區(qū)。水庫(kù)蓄水后產(chǎn)生震級(jí)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(wèi)～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(qū)，水庫(kù)蓄水后會(huì)產(chǎn)生一定震級(jí)的誘發(fā)地震。

　　5水庫(kù)岸邊再造與泥沙淤積

　　5.1岸邊再造

　　水庫(kù)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(zhǔn)面和地下水位的抬高，岸邊浸潤(rùn)、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(xiàn)象產(chǎn)生。

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

　　5.2水庫(kù)淤積

　　應(yīng)從黃河及各支流所攜帶的固體物質(zhì)多少、流域內(nèi)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(kuò)散到全斷面，隨攜沙能力沿流程降低，泥沙沉積于庫(kù)底，粗粒沉積于上游，細(xì)粒在下游，長(zhǎng)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(dāng)入庫(kù)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(kù)底繼續(xù)向壩前運(yùn)動(dòng)，異重流若被帶至壩前，在回流作用下使庫(kù)水變渾，土粒能緩淤庫(kù)底。定期開啟排沙底孔，異重流渾水或其沉淀物能排出庫(kù)外，延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命。

　�。�3）淤積末端上延（俗稱翹尾巴）：由于三角洲的增高會(huì)引起庫(kù)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(duì)于年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)，淤積可造成庫(kù)容損失，使調(diào)節(jié)能力、保證出力和防洪標(biāo)準(zhǔn)降低，達(dá)不到原有興利指標(biāo)。特別是龍羊峽、劉家峽、小觀音這3個(gè)多年調(diào)節(jié)和反調(diào)節(jié)水庫(kù)，庫(kù)容損失引起的經(jīng)濟(jì)損失更為嚴(yán)重；大量泥沙行抵壩前，增大水輪機(jī)磨損，導(dǎo)致機(jī)組效率降低；隨著翹尾巴的發(fā)展，增加庫(kù)區(qū)淹沒、浸沒，促使庫(kù)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(qū)水庫(kù)淤積顯得格外嚴(yán)重。

　　6結(jié)語(yǔ)

　　西部大開發(fā)的國(guó)策，溫暖著西部人的心。但僅僅是心熱還不夠，西部人應(yīng)以建設(shè)家園為已任，認(rèn)識(shí)西部、了解西部。西部水力資源豐富，水電工程建設(shè)中的環(huán)境工程地質(zhì)問題，也或多或少地制約著西部水電開發(fā)的步伐。了解西部水電工程的巖性特征、交流西部水庫(kù)環(huán)境工程地質(zhì)問題分析思路，讓更多西部人認(rèn)識(shí)它、了解它。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　［3］S.K.Guha.國(guó)外工程地質(zhì)研究［M］.北京：地質(zhì)出版社，1986.200－209.

　�。�4］馮連昌，鄭晏武.中國(guó)濕陷性黃土［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1982.

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