石羊河流域地质灾害特征及成因分析

石羊河流域地质灾害特征及成因分析

罗晓玲1,2,李岩瑛2,薛生梁2,严志明3

(1.中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,中国气象局干旱气候变化与减灾开放实验室,甘肃兰州730020;2.

甘肃省武威市气象局,甘肃武威733000;3.甘肃省武威市发展和改革委员会,甘肃武威733000)

摘要　利用河西走廊石羊河流域的矿产分布情况、岩性特征、地质构造和地下水分布特征等资料,分析了该区主要地质灾害的特点和成因。结果表明,该流域南部山区主要地质灾害以地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝等为主,主要原因是不合理开采矿山以及不稳定地质结构和软弱岩性在强降水等触发作用下形成的;北部民勤主要地质灾害以荒漠化、水土流失和盐渍化等为主,主要原因是该区三面被沙漠包围,沙化区面积和沙层厚度较大,地下水埋深浅、矿化度高,沙尘暴频繁,自然植被遭到破坏,超量开采地下水,利用高矿化度水灌溉等,并根据不同灾害形成机制和特点,提出了减少地质灾害发生的综合治理措施。关键词　石羊河流域;地质灾害;分布特征;成因分析;治理措施中图分类号　X43　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)15-07088-04CharacteristicandCauseAnalysisofGeologyDisastersinShiyangRiverValleyLUOXiao2lingetal　(KeyLaboratoryofAridChangeandReducingDisasterofGansuProvince,OpenLaboratoryofAridChangeandReducingDisasterofChinaMeteorologicalAdministration,LanzhouAridInstituteofMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Lanzhou,Gansu730020)Abstract　Usingthedataofminedistributionconditions,rocklayercharacteristic,geologystructureandunderwaterdistributioncharacteristicetc.ofShiyangRiverbasininHexiCorridor,themaingeologydisastercharacteristicsandcausesintheregionwereanalyzed.Theresultsindicatedthatmainge2ologicaldisastersweregroundlandslide,avalanche,mud-rockflow,cracketc.inthesouthernmountainareaofShiyangRiverbasin,whichwerecausedbyminingimproperlyandstrongrainfallcausedgroundsinking,coast,mudslideetc.MaingeologicaldisastersinthenorthernMinqinCountyofthelowerreachesofShiyangRiverbasin,whichwerecausedbydesertification,soilerosionandsalinificationetc.,theregionwassurroundedbythedesert,thesandareawasbig,thesandlayerthicknesswasdeep,groundwaterwasshallow,hardnessindexwashigh,sandstormwasfrequent,naturevegetationwasdestroyed,groundwaterwasoverused,Minesthehighhardnessindexwaterirrigationandexcessivereclamationetc.Accordingtodifferentdisasterformmechanismsandcharacteristics,all-aroundmanagementmeasureswereputforwardtoreducethehappenofgeologydisasters.Keywords　ShiyangRiverbasin;Geologydisaster;Distributioncharacteristic;Causeanalysis;Managementmeasure

　　近年来,各种地质灾害对我国危害程度日益加重,地质灾害造成的损失逐年增加,据不完全统计,由于崩塌、滑坡、泥石流灾害每年造成的损失上百亿元,水土流失、土地沙漠化、盐碱化、潜育化造成的损失每年达200亿元,岩溶塌陷和地下采空造成的损失超过5亿元,抽水引起的地面沉降已在全国平原区的46个城市发生,造成巨大的经济损失。20世纪80年代末至90年代初,每年因地质灾害造成300～400人死亡,经济损失100多亿元,90年代中期以来,每年造成1000人死亡,经济损失高达200多亿元。据统计,1971～2005年石羊河流域武威市共发生洪暴灾害84次,因灾害造成175人死亡,经济损失20亿元左右,90年代尤为严重。由于武威市自然条件差,加之水资源的不合理利用,近年来滑坡、泥石流、荒漠化、水土流失和盐渍化等地质灾害越来越严重,特别是地处流域下游的民勤县是世界上荒漠化和沙化危害最严重的地区之一,可耕地逐年减少,由此可见,地质灾害已成为制约地方社会经济发展的重要因素,经济的可持续发展受到了严重影响。近年来,有关专家和学者对该流域荒漠化问题研究较多,但对其他地质灾害,特别从地质构造方面进行探讨的不多。因此,笔者利用武威市四站(凉州、民勤、古浪、乌鞘岭)1971～2005年的暴洪灾害和逐日降水资料以及矿产、水文地质资料,详细分析了该市水文地质和地质灾害特征,根据其特征找出了形成地质灾害的主要原因,旨在为开展地质灾害预报、预警和防治工作提供准确的科学依据。

1　水文地质状况分布特征

斜;矿产资源丰富;地质构造复杂,主要包括北祁连山褶皱带、永昌隆起、阿拉善台隆、断裂等不稳定地质构造;岩性基本以软弱岩石为主;地下水超采严重;流域下游的民勤地下水埋深浅,矿化度高。

1.1　矿产地理分布特征　石羊河流域武威市矿产资源丰

富,主要有煤矿、非金属矿、金属矿等,从《武威市矿产资源总体规划》中可知,武威市煤矿主要集中在天祝炭山岭、民勤西大窑、古浪冰草弯和凉州区大小口子4个集中区;水泥灰岩主要集中在古浪铁柜山,天祝白塔山、石门一带;石膏主要集中在天祝马营坡、鲁家沟和火烧沟矿区;石墨主要集中在民勤县唐家鄂博山一带;岩金及沙金主要集中在天祝县金强河、双龙沟河阿沿沟等地。

1.2　地层及岩性特征　按照地质年代第四纪沉积分为下更

新统、中更新统、上更新统、全新统四世。据各统资料显示,石羊河流域岩性基本以砂岩、砂砾岩、泥岩、砂土、粘土等非坚硬岩石为主,特别流域下游民勤属于冲湖积、湖积、洪积和风积沙层地质。

1.3　地质构造分布特征　石羊河流域跨北祁连山褶皱带、

走廊过渡带、阿拉善台隆3个Ⅱ级构造单元,其中属北祁连山褶皱带的有妖魔山-毛毛山复向斜、平城-靖远迭凹陷2个三级构造单元。走廊过渡带包括永昌隆起、走廊东段新拗陷、长岭山-香山复背斜3个三级构造单元;阿拉善台隆包括北大山拱断束、潮水中新拗陷、龙首山拱断束。

1.4　地下水分布特征　石羊河流域地下水主要分布在武威

石羊河流域地形复杂,地势南高北低,由西南向东北倾

基金项目　甘肃省气象局第四批“十人计划”项目资助。作者简介　罗晓玲(1966-),女,甘肃酒泉人,高级工程师,从事天气

预报与研究工作。

收稿日期　2009202223

盆地和民勤-昌宁-潮水东盆地,由于大量开采地下水,使石羊河流域地下水呈持续下降趋势,特别昌宁灌区和民勤灌区比较显著,由图1可知,3个灌区地下水多年下降顺序为:昌宁灌区>民勤灌区>武威灌区,昌宁灌区平均每年下降速

37卷15期　　　　　　　　　　　　　　　　罗晓玲等　石羊河流域地质灾害特征及成因分析7089

度为0.85m,最大可达1.5m,民勤灌区为0.65m,最大可达

0.88m,武威灌区为0.24m;流域下游的民勤地下水埋深浅,

3.2.4　地裂缝。凉州区的黄羊-哈溪公路黄羊河水库路段

及天梯山石窟一带曾经发生过地裂缝等灾害。

3.2.5　荒漠化和盐碱化。根据中国科学院寒区旱区环境与

矿化度高,含水层及地下水埋藏由南向北、由西向东逐渐变浅,矿化度则相反,基本呈逐渐增大之趋势,即含水层随埋深的增加,矿化度减少。

工程研究所的调查研究结果[3-5],石羊河流域下游的民勤县是世界上荒漠化和沙化危害最严重的地区之一,全县各类荒漠和荒漠化土地已达152.6万hm2,占全县总面积的94.51%;民勤县重盐渍化土地面积约为61.43万hm2,约占全县总面积的40%,且有逐年增多的趋势[6-7]。荒漠化灾害主要分布在民勤绿洲的四周,盐碱化灾害主要分布在绿洲中间红沙梁东南、东坝镇以西的部分地方。

图1　石羊河流域地下水位下降趋势Fig.1　ThedescendingtendencyofunderwaterlevelinShiyangRiver

valley

2　不稳定特征分析

有关研究表明,地形、岩性、地质构造以及地下水等都是

2]影响稳定程度的主要因素[1、。石羊河流域南部为祁连山

区,中、北部为平原、盆地、沙漠区,形成由南向北自高而低的地貌态势,是容易发生边坡变形和破坏的地形条件;该流域内岩性基本以砂岩、砂砾岩、泥岩、砂土、粘土等非坚硬岩石为主,最易发生崩塌脱落和滑坡等地质灾害;该流域内包括褶皱、断裂、拗陷和隆起等不稳定地质结构,特别南部山区易发生滑坡、崩塌等地质灾害;由于地下水的作用时常发生地面沉降等地质灾害。另外,风化作用、暴雨、水流冲刷坡脚,人工挖掘、采空、振动等都可能构成促使岩体失稳破坏的因素。每年汛期因强降水引发山洪而造成的泥石流、滑坡等地质灾害时有发生,流域南部山区天祝炭山岭煤矿等地,也因采空而造成的滑坡、崩塌等地质灾害经常发生。

3　地质灾害分布特征

3.1　时间分布特征　据武威市国土资源局提供的地质灾害

图2　地质灾害空间分布示意

Fig.2　Thespatialdistributionofgeologicaldisasters

4　地质灾害成因分析及地质环境重点保护问题

4.1　成因分析　地质灾害的主要分为自然地质灾害、人为

地质灾害和双重地质灾害3种[8],其中自然地质灾害包括因地质构造、岩性等不稳定因素在某些触发条件作用下而形成的滑坡、崩塌等地质灾害和由长时间大降水和局地强降水引发的滑坡、泥石流和塌陷等地质气象灾害。人为地质灾害则主要是因为人为不适宜活动,例如,人类对植被的破坏,使地表径流的水量和速度加大,是泥石流日趋频繁的重要原因;人类大规模的工程活动,造成滑坡等灾害的事件时有发生;长期超量开采地下水引起地下水水位持续下降,造成了地面沉降等灾害的发生;也包括开采矿山、开挖河床建筑石料和工程建设等引发的地面塌陷、地裂缝等地质灾害。另外还包括由自然因素和人为因素共同引发的荒漠化和水土流失及土地盐渍化等地质灾害。

4.1.1　地形陡峭、地质构造不稳定、岩性不坚硬等因素在振

多发和易发区资料,石羊河流域的泥石流、滑坡、崩塌等灾害主要集中在每年的5～9月;地面塌陷、地裂缝、水土流失、荒漠化、盐渍化等灾害是长效事件,没有明显的时间段。

3.2　空间分布特征　据调查,该流域泥石流、滑坡、崩塌、地

面塌陷、地裂缝等地质灾害主要广泛分布于南部山区天祝等地,水土流失、荒漠化、盐渍化等灾害主要分布于流域下游民勤等地(图2)。

3.2.1　泥石流。天祝县的南部山区打柴沟、石门等乡镇,凉

州区的西南山区西营、南营、张义等地,国道312线两侧是泥石流的高发区。

3.2.2　滑坡、崩塌。天祝县朵什乡茶树沟、天祝县矿区,古

动、暴雨等触发条件作用下而形成滑坡、崩塌等地质灾害。流域南部的天祝矿区、大柴沟等乡镇,古浪十八里堡乡和黑松驿等地,凉州区的黄羊-哈溪公路等地基本属于武威市的山区,海拔高于该市的平均高度,位于北祁连山褶皱当中,岩性基本以砂岩、砂砾岩、泥岩等为主,因振动或强降水触发曾经发生过滑坡、崩塌等地质灾害。

4.1.2　强降水引发山洪,山洪又造成了滑坡、泥石流和塌陷

浪南部十八里堡、黑松驿等地和308线10条公路的横梁山尖山红沟坡段,凉州区的黄羊-哈溪公路等地曾经发生过滑坡、崩塌等灾害。

3.2.3　地面塌陷。天祝县煤矿区和民勤县煤矿区等地曾经

发生过地面塌陷等灾害。

等地质气象灾害的发生。利用武威市凉州、民勤、古浪、乌鞘

7090　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年

岭4站1971～2005年降水和暴洪灾害资料[9],对各站逐年平均降水量、5～9月总降水量、逐月平均降水量、各站≥10mm平均降水场次和逐站点历年5～9月总降水量等要素与暴洪灾害次数进行了相关分析,结果表明,以上逐项均与灾害次数呈正相关,特别各站逐月平均降水量、各站≥10mm平均降水场次和各站点历年5～9月总降水量与灾害次数之间具有极显著正相关,相关系数分别为0.834、0.855和0.876,通过了信度

=0.1、0.05水平检验。也就是说,暴洪灾害的发

下均为沙层,甚至高出于地表面,这样,经过地质运动或多年的强风蚀作用,使该区沙化区面积逐渐扩大。统计表明,民勤县年平均沙尘暴日数多达27.4d,全年降水量只有113

mm,而蒸发量却高达2623mm。近20年间,由于石羊河上游

的垦区拦蓄引水,气候趋于干旱,绿洲已由过去的阻沙天堑变为沙源,水干风起,沙逼人退;在多风沙天气中,腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠的流沙以平均每年近20m的速度向民勤逼近。由以上分析可知,自然因素(沙质土壤、大风沙尘暴频繁)和人为因素(采挖沙生植物,过度垦荒、放牧、砍伐林木、超量开采地下水)共同导致民勤成为全国最干旱、荒漠化最严重的地区之一。4.2　地质环境重点保护问题　该区地质环境保护重点是对生主要与降水的大小、强度、持续时间和地域性有关,特别灾害的强度决定于降水出现的时间、地点和雨强等自然因素,即山区多于川区,主要集中在主汛期6～8月。

进一步分析表明,连续5d降水总量>40mm、连续4d降水总量>30mm、连续2d降水总量>20mm或1日内降水量>20mm时就可能发生山洪;另外,本地无有效降水,而局地强降水引发山洪,导致下游受灾的有24次,占总灾害次数的25%。综上所述,强降水是引发山洪,即而造成滑坡、泥石流和塌陷等地质灾害的主要原因。武威市南部山区天祝、古浪一带夏季常因强降水引发山洪,而造成滑坡、泥石流等灾害的发生。

4.1.3　无序采矿活动和开采不当等因素对矿山地质环境造

因采矿不当引起的矿山地质环境问题(地面塌陷、滑坡、泥石流等灾害)按照“谁破坏、谁治理”的原则,采取有利措施坚决制止,该关闭的关闭,该停产整顿的整顿;严禁在水资源严重匮乏地区超量开采地下水,科学制定地下水资源开发利用规划,积极开展对因开采地下水不当引起的地面沉降、崩塌等地质灾害的监测和预报工作,建立和完善区域及城市地下水动态和地面沉降监测网络,建立地下水资源优化管理模型,有效控制地面沉降;利用卫星遥感、713雷达等先进仪器设备加强对汛期强降水天气的监测、预报、预警,有效预防因强降水引发的滑坡、泥石流等灾害的发生。加大地质环境综合整治力度,使该区地质环境质量恶化的趋势基本得到控制,城市地质环境质量明显改善。坚决制止人为决策不当给地质环境造成的破坏;禁止在自然保护区的核心区和重要地质遗迹保护区内开采矿产资源;禁止新建对生态环境产生不可恢复的破坏性影响的矿产资源开采项目。

5　地质灾害综合治理措施

5.1　加强地质灾害的科学研究,建立灾情监测预警系统　

成破坏,引发地面塌陷、滑坡、泥石流等灾害的发生。武威市的天祝矿区、民勤的唐家沟煤矿等地,因开采不当,废渣堆积等对矿山地质环境造成破坏,发生过地面塌陷等地质灾害。

4.1.4　超采地下水造成了地面沉降等灾害的发生。由于长

期超量开采地下水,引起地下水水位持续下降,致使地下水水量减少,以致枯竭,造成了地面沉降等灾害的发生。目前,还没有探明该流域这种灾害的发生地。

4.1.5　气候干燥,蒸发量大,地下水位埋深浅,水质矿化度

高,不合理利用水资源等共同导致了土地盐渍化灾害的发生。有关研究表明[10-12],在地下水位不同埋深条件下,由于气候干燥,蒸发量大,在地下水浅埋地段,地下水中的盐分随着蒸发而不断向地表迁移聚集,盐渍化程度较重;在相同埋深条件下,高矿化水分布区盐渍化程度较重,即水位埋深越浅,矿化度越高,盐渍化程度越重。流域下游的民勤盆地地下水埋深一般均小于10m,矿化度在3～97g/L,特别苏武山高达375.1g/L,是典型的水位埋深浅,水质矿化度高地区。另一方面由于水资源的不合理利用导致土地盐渍化[13-16]。目前许多地方大量开垦荒地,利用高矿化地下、地表水资源灌溉,最典型的如民勤一带开采高矿化度水灌溉,使土地不断积累盐分,逐渐发生盐渍化。同时在三大水系流域,灌溉方式仍为大水漫灌,在排泄不畅时引起地下水位上升,耕地不同程度产生盐渍化。由以上原因所致,流域下游的民勤盐渍化灾害非常严重。

4.1.6　沙质土壤分布广泛,沙层厚度大,大风沙尘暴频繁,

加强地质灾害的科学研究[18],建立灾情监测预警系统。例如加强强降水天气的落区预报准确性,特别是测站稀少山区突发的强降水天气,对强降水云系,进行严密监测,用卫星遥感等精密仪器观察其动态,及时掌握发展情况,力求准确预报出强降水发生的时间、地点、强度等,充分发挥联报联防的作用,及时通报信息给下游台站,尽可能减少损失。

5.2　加强地质灾害的管理,建立健全减灾工作的政策法规

体系　提高建筑物的抗震强度[19];对天祝等山区实施护坡工程,防止滑坡和崩塌;除采取工程措施,还可进行植树造林等综合治理措施,如通过恢复民勤等地表植被,改善生态环境,治理水土流失,以减小泥石流或滑坡的发生频率和强度;开展宣传教育,提高公众的环保意识和减灾意识。

5.3　加强矿山生态及地质环境保护与恢复治理　采矿活动

严重破坏森林,加剧草场退化[19],例如天祝矿区;动物生存环境遭受侵害;自然景观、地貌、地质遗迹、土地遭受不同程度的污染和侵蚀。要认真贯彻落实“在保护中开发,在开发中保护”和“预防为主、防治结合”的方针,严格执行环境影响评价制度、土地复垦制度和排污收费制度,执行矿山环境保护与土地复垦履约保证金制度。采矿企业要按照地质灾害危险性评估报告要求,采取措施,防止因采矿造成的地面塌陷、滑坡、泥石流等地质灾害,实现资源开发与地质环境保护的

自然植被遭到破坏,过度开采地下水等导致荒漠化和水土流失日益加剧。武威市的民勤系石羊河下游的一块冲积平原形成的绿洲,其东、西、北三面连接腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠,地质勘察表明,其属上更新统冲湖积、湖积和洪积以及全新统湖积、冲湖积和风积沙层,沙层厚度达250～300m,土质的沙质粘土、亚沙土层厚度约为10m左右[17],不少地方地表

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协调统一。

5.4　“北治风沙、南护水源、中保绿洲”遏止沙漠化、水土流

流失和盐渍化等地质灾害为主。

(3)地质灾害主要分为自然地质灾害、人为地质灾害和

失、地面沉降等地质灾害的进程　南部沿山地区开展退耕还林还草,提高水源涵养能力,北部风沙沿线合理封沙育林

(草)和固沙防沙,降低风蚀和流沙量[20]。充分利用现有水利

双重地质灾害3种。自然地质灾害包括因地质构造不稳定、岩性软弱等因素在振动、暴雨等触发条件作用下而形成的滑坡、崩塌等地质灾害和由强降水引发的滑坡、泥石流和塌陷等地质气象灾害。人为地质灾害主要是因为人类不适宜活动而造成的地质灾害,包括不合理开采矿山、开挖河床建筑石料及工程建设等引发的地面塌陷、滑坡、地裂缝等地质灾害和长期超量开采地下水造成的地面沉降等地质灾害以及因破坏植被,使地表径流的水量和速度加大而加剧了泥石流灾害的频率。双重地质灾害是由自然因素(气候干燥、沙质土壤、沙层厚度大、大风沙尘暴频繁、地下水位埋深浅、水质矿化度高)和人为因素(破坏自然植被、采挖沙生植物、过度垦荒、放牧、砍伐林木、过度开采地下水、不合理利用水资源)共同引发的地质灾害,包括荒漠化、水土流失和土地盐渍化等地质灾害。

(4)根据不同灾害形成机制和特点,提出了治理地质灾

工程调节用水,合理分配内陆河流域水资源,统筹兼顾,妥善解决上下游绿洲间的用水矛盾;节约用水,科学合理利用现有水资源,大力推广节水灌溉技术,以水定绿洲和农田面积,保持绿洲面积和水资源平衡,形成一个和谐、高效的绿洲农业生态系统;不断优化农业种植结构,因地制宜,发展经济型种植产业;在发展草产业、甘草、麻黄等中药材种植的同时,大力发展优质葡萄基地建设,植树造林,营造防风沙绿色屏障,促进经济效益、生态效益双增长;利用现代科学技术,运用飞机、高炮、火箭、焰弹等方式积极开展人工影响天气作业,开发空中云水资源,增加自然降水量,以改善自然生态环境。

5.5　防治土地盐渍化　在民勤、昌宁灌区部分地段,由于开

采高矿化地下水引起的土壤次生盐渍化,可以通过增加地表调水量[6-7],减少或停止用高矿化水进行灌溉,避免土壤次生盐渍化的加重或面积的扩大。在水资源无法满足灌溉需要时,严格控制新垦面积的增大,对部分土地可退耕还草还林。农业措施方面,如平田整地可以使土壤灌水均匀,脱盐一致,防止形成盐斑;压砂可以改善土壤结构,增加孔隙率,消除土壤板结,减少地面蒸发,防止地面积盐;精耕细作、深翻晒垡、中耕松土、轮作倒茬等,可以增大土壤孔隙率,削弱毛细作用,促进有机质分解,恢复地力;种植绿肥、培肥土壤,绿肥植物是优质有机肥料,茎叶繁茂,荫蔽性好,可减少地面蒸发,抑制土壤返盐,另外其发达的根系具有吸收盐分的作用,因此在改良初期应大力推广种植绿肥作物。生物改良措施主要是植树种草。在风沙活跃地带营造乔、灌、草综合防风固沙林带;农田和新垦灌区内部建立护田、护路(渠)林网。林网除具有防风固沙、保护绿洲的作用外,还因其枝叶繁茂、根系发达,可从土壤深处吸收水分,通过叶面蒸腾达到生物排水作用,有利于土壤脱盐,同时还能改善田间小气候。

6　小结

(1)石羊河流域广泛分布着陡峭的山脉,褶皱、断裂、隆

害的综合措施和技术方法。参考文献

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起、拗陷等不稳定地质构造,岩性基本以砂岩、砂砾岩、泥岩、砂土、粘土等非坚硬岩石为主,地下水超采严重,特别流域下流的民勤地下水埋深浅、矿化度高。

(2)石羊河流域南部山区主要地质灾害以地面塌陷、滑

坡、崩塌、泥石流、地裂缝等为主,北部民勤则以荒漠化、水土