資源枯竭型城市的地質環境治理研究

王軍 王海帆 溫欽舒

摘要 通過近1年的調查研究，獲取了東川區深溝、尼拉姑溝、大橋河溝、田壩干溝、臘利河溝5條對城區危害最為嚴重的泥石流溝地質環境的詳細資料及數據，概述了5條泥石流溝的情況，分析了該區域的地層巖性、地質構造與地震、水文地質條件、不良地質現象，根據不同實際情況提出了不同治理方案。

關鍵詞 東川；資源枯竭；泥石流；治理

中圖分類號 X32 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）03-0064-04

Abstract Based on the investigation and research in the past one year， the detailed information and data of geological environment of the debris flow gullies which are the most serious harm to the city， including Shen gully， Nilagu gully， Daqiaohe gully， Tianba gully and Lali gully， were obtained. The general situation of the above debris flow gullies were reviewed， formation lithology， geological structure and earthquake， hydrogeological condition， bad geological phenomenon in Dongchuan District were analyzed. According to the actual situation， different control schemes were proposed.

Key words Dongchuan；Resource exhaustion；Debris flow；Governance

云南省昆明市東川區地處滇東北小江流域。小江發源于云貴高原，是金沙江的一級支流，全長138.2 km，流域面積3 043.45 km2。小江河谷發育在小江深大斷裂帶上，構造形跡錯綜復雜，新構造運動強烈，屬強地震區，加之2 000余年人類開礦棄碴活動的影響，嚴重破壞了生態環境，致使地質災害活躍，成為我國泥石流最發育的地區之一[1]。東川城市的發展歷史是一部礦山資源開發及人與地質災害斗爭的歷史。東川從唐代開始煉銅，到清代達到鼎盛時期。新中國建立以來，東川銅礦開采項目就被列為我國第一個5年計劃156個項目之一。1999年東川撤市建區以前，是全國唯一一個貧困地級市，東川也是全國第一個因為礦產資源枯竭、經濟發展停滯而被降級的城市。2001年東川經濟發展陷入低谷，登記城鎮失業率超過40%，社會不穩定因素突出，引起各級地方政府的高度重視[2]。2009年3月，國務院批準東川區為“第二批資源枯竭型城市”。

因過度開采礦產資源而加劇的泥石流活動給當地造成嚴重的災害成為影響該區人民生存和經濟發展的一大隱患。2011年經排查，全區共有401個地質災害隱患點，特大型地質災害隱患點3個，分別為城市后山5條泥石流溝、落雪泥石流溝、因民紅山村魏家沖溝。據初步統計，近30年來遭受泥石流災害27次，毀壞農田0.21萬hm2，死亡170人，傷60人。公路鐵路均受到泥石流的嚴重影響，總經濟損失達1.3億元。小江河道年淤積量達4 000余萬t，注入金沙江約1 000萬t，在小江入金沙江匯口處形成巨大的沖積扇。泥石流使得生態環境退化，山坡和河谷的“荒漠化”和“砂石化”過程明顯。泥石流等地質災害成為制約當地經濟發展的主要因素之一。因此，筆者以云南東川為例，研究了資源枯竭型城市的地質環境，為我國山區城鎮泥石流溝谷的綜合治理提供可靠的參考依據。

1 研究地概況

東川主城區建立在牯牛山西側的山前泥石流堆積扇上，是一座被泥石流包圍的城市。城區附近由北向南依次發育規模較大的是大橋河溝、田壩干溝、深溝、尼拉姑溝、石羊溝、臘利河溝6條主要的泥石流溝（圖1）。其中，大橋河溝和田壩干溝位于城北，臘利河溝位于城南，深溝、尼拉姑溝和石羊溝正對東川主城區。6條泥石流溝從東向西穿過城區，流入小江上游大白河。直接威脅主城區的深溝、石羊溝，是東川城區最主要的危險源[3]。目前，除大橋河溝和石羊溝已建有相對完善的泥石流防治工程外，深溝、尼拉姑溝、田壩干溝和臘利河溝只有局部的泥石流防治工程，防護標準偏低，工程措施薄弱，亟需對這些泥石流開展相應的系統治理工作。

1.1 深溝和尼拉姑溝

深溝和尼拉姑溝位于東川東北面城區，是橫穿東川城區最主要的災害性泥石流溝道，流域面積31.77 km2，主溝長13.55 km，源頭高程3 900 m，溝口高程1 140 m，高差2 760 m，主溝床平均比降20.3%，可移動量61.07萬m3。流域范圍內總人口6萬余人，固定資產100余億元。深溝溝口現已建成森林公園，是城區居民主要的休閑娛樂區。尼拉姑泥石流溝流通段已建成東川城市居民區，成為城鎮居民主要的棲息地。歷史上，曾數次暴發大型泥石流，給東川人民生命財產造成過慘重的損失。

1.2 大橋河溝

大橋河溝是位于東川北面城區的一條大型泥石流溝道，從東北向西南方向經爛草街注入小江。最高海拔4 017 m，最低海拔1 120 m，流域面積57.49 km2，溝長15.25 km，由于地質條件差及受人為活動的影響，巖層破碎，崩塌、滑坡等不良地質現象分布較廣，松散固體物質大量堆積于河床中，歷史上曾多次暴發泥石流，大片農田被毀。經過前期的修復治理，爛草街一帶的泥石流堆積區已開發成數以千畝農田。雖然早年進行過綜合治理，修建了攔砂壩和排導槽，種植了防護林，但是防護能力不足，曾有泥石流體翻越排導槽淤埋農田的事件發生。

1.3 田壩干溝

田壩干溝是對東川北部城區危害較大的一條泥石流溝道，全流域面積19.32 km2，跨過東川城區1.76 km2。

田壩干溝流域在100余年前森林茂密，古木參天，但由于東川歷史上的采礦煉銅活動，大片森林遭砍伐，原始森林已被破壞殆盡，現有的林木均為次生林或人工林，且大部分為疏林和幼林，森林覆蓋率僅為11.2%，郁閉度低，水土流失嚴重，兩岸崩塌體松散，固體物質豐富，為泥石流的發生提供了有利條件，一旦發生將直接危害下游城鎮居民的生命財產安全。

1.4 臘利河溝

臘利河溝位于東川南面城區，是影響城市、交通安全的又一條災害性泥石流溝道，流域面積為27.97 km2，主溝長12.9 km，河床平均比降18.5%，流域內最高高程3 607 m，最低高程1 217 m，流域內有995戶人家，人口為5 099人。受地質及人為活動的影響，近年來水土流失加劇，并形成多條沖溝及大滑坡體，在東川城鎮化建設過程中產生的大量建筑垃圾和渣土堆積于臘利河溝泥石流溝道下游。20世紀80年代臘利河溝曾多次暴發大規模泥石流，沖毀了水渠、公路、鐵路，淤埋了大量農田，給東川人民帶來了慘重的生命財產損失。

2 調查方法

根據《云南省財政廳、云南省國土資源廳關于下達2010年資源枯竭型城市礦山地質環境治理重點工程項目預算的通知》（云財建〔2010〕529號）及《云南省國土資源廳關于做好2010年度資源枯竭型城市礦山地質環境治理重點工程項目實施工作的函》（云國土資函〔2010〕177號）的文件要求，以北京地質研究所為主，于2014年10月至2015年8月利用GPS、3S等技術手段對東川區域的地質環境進行了實地勘察（圖2）。

3 調查結果

3.1 地層巖性

城市后山出露的地層較多，基巖地層從老到新依次為震旦系上統燈影組（Z2dn）白云巖，寒武系下統筇竹寺組（ε1q）、滄浪鋪組（ε1c）砂頁巖，泥盆系中統海口組（D2h）、上統宰格組（D3zg）砂巖、灰巖，石炭系下統大塘組（C1d）和擺佐組（C1b）、中統（C2）、上統（C3）灰巖，二疊系下統梁山組（P1l）砂巖、棲霞組（P1q）和茅口組（P1m）灰巖白云巖及上統玄武巖組（P2β）玄武巖等。此外，在大菜園尚有加里東期花崗巖巖體（γ3）出露。

地層分布由于受褶皺和構造斷層的影響顯得較為復雜。分布最廣的是震旦系上統燈影組（Z2dn）和二迭系上統玄武巖組（P2β），呈較大的片狀或條帶狀分布，前者主要分布在中上游，后者主要分布于各溝源頭和中下游；其次是寒武系下統筇竹寺組（ε1q）和泥盆系上統宰格組（D3zg），二者主要出露在各溝的中游，呈條帶狀分布；其他地層分布面積較小，一般呈狹條狀延伸分布在中上游。

松散堆積層從老到新依次為第四系中更新統洪積層（Q2pl）、上更新統洪積層（Q3pl）、全新統洪積層（Q4pl）和沖積層（Q4al）。此外，在流域范圍內還散布著第四系坡殘積層（Qel+dl），大部分系全新統（Q4el+dl）。

3.2 地質構造與地震

深溝、尼拉姑溝、田壩干溝、臘利河溝流域區所處的地質構造單元，按“多旋回槽臺學說”為揚子準地臺（一級）滇東臺褶帶（二級）會澤臺褶束（三級），按“地質力學”觀點為川滇南北向（即經向）構造帶東部的小江斷裂束。小江斷裂束由多條斷裂組成，最寬達20 km，是一束有明顯控制性的長期活動斷裂，早在元古代晉寧亞期就已形成雛形，古生代、中生代直到新生代均處于活動狀態，是該地區重要的古地理邊界和巖相變化帶。

小江斷裂從蔣家溝溝口的泥得坪向南分成東西2支，西支為烏龍河斷裂，東支為大白河斷裂。大白河斷裂由1～7條斷層組成，在城市后山一帶為6條。其中，西部3條隱伏在第四系堆積層之下，東部3條均發育在深溝、尼拉姑溝、田壩干溝、臘利河溝流域區內的中上游。此外，還有一些北東向的斷層。大白河主干斷裂分支復合較多，形成新村斷陷盆地。該主干斷裂顯示壓性結構，糜棱巖、碎粉巖帶寬達100～500 m，其余斷裂為壓性張扭性，呈斷階狀構成新村斷陷盆地東部的高山，即牯牛嶺斷塊山[4]。城市后山4條泥石流溝正是處于新村斷陷盆地、牯牛嶺斷塊山及其二者之間的過渡帶。

城市后山東部3條南北向的大白河次級斷裂，被后期3條壓扭性的次生斷層錯斷。斷層附近節理、裂隙密集，巖石破碎不堪，為滑坡崩塌的形成提供了極為有利的條件。此外，有些溝谷沿斷層發育，兩岸山體極為破碎，如田壩干溝基本上是沿一條次生斷層發育，中上游產生了幾個大的滑坡體和大面積崩塌。

區域總體上表現為單斜構造，尤其在上游十分明顯，地層傾向東至北東，從西向東由地層Z2dn～P2β組成，傾角為10～15 °。中游一帶有2條大白河次級斷裂挾持一個軸向近南北、北端揚起、南端傾伏的向斜，核部地層為C、P1m，兩翼地層Z2dn～P2β，北部轉折端附近張性節理發育，利于滑坡崩塌形成，田壩干溝中游的崩塌受到其影響。

小江河谷發育在小江深大斷裂帶上，構造形跡錯綜復雜，新構造運動強烈，屬強地震區，地震活動頻繁且烈度高。自1733年至今，有記載的大于4級的地震共12次，其中6.0～7.5級地震3次。如1733年8月2日云南東川發生地震，震級為7.5級；1833年嵩明發生8級大地震；1966年2月5日發生了6.2、6.5級雙核地震，震中在蔣家溝附近。2000年以來，4級以下的地震也發生過幾次，最為明顯的是2004年8月25日07：06發生的3.5級地震，震中位于城市后山北部蔣家溝流域（東川區和會澤縣交界地帶）一帶，震感強烈；2005年8月5日21：40發生5.3級地震，震中位于巧家和東川交界地帶，造成房屋開裂。治理區的地震烈度為Ⅸ度。劇烈的構造運動導致了區內巖體破碎，頻繁而強烈的地震造成山坡土體松動，易遭受剝蝕和侵蝕，致使流域內不穩定坡面增多、松散碎屑物豐富，崩塌、滑坡、泥石流等山地災害十分發育[5]。

3.3 水文地質條件

區域地下水接受大氣降水補給，徑流、排泄狀況明顯受構造和地形控制，多沿斷裂、裂隙以下降泉的形式出露于溝谷底部。區內地下水的化學類型為HCO3-Ca、Mg型，主要含水地層為Z2dn、D3zg、C1d、C1b、C2、C3、P1q、P1m等地層中的灰巖、白云巖，在玄武巖和一些碎屑巖中含有少量基巖裂隙水。泉眼均在斷層線附近，均在Z2dn地層中，有2個徑流量較大的下降泉，一個在田壩干溝上游，泉水流量為10.0～32.0 L/s；另一個在尼拉姑溝，泉水流量為5.8 L/s。

在松散堆積層中含孔隙水或少量上層滯水，隨著松散堆積層的時代和成因不同，其富水性差異極大，流域區內以Q3pl的富水性較強，在該堆積物構成的斜坡上，可見到一些小的地下水露頭。

3.4 不良地質現象

研究區域處于金沙江流域的一級支流小江河谷的東側，北部為大橋河溝，南部為臘利河溝，地貌上屬中切割的高、中山峽谷類型，地形上以烏蒙山脈的主峰大牯牛嶺向西的小江河床傾斜。最高點為小江流域的大橋河溝、田壩干溝與金沙江的一級支流以禮河分水嶺大牯牛嶺，海拔4 017.3 m。最低點為大橋河溝與小江的交匯處的三江口河床，海拔1 120.0 m。區域最大高差28 97.3 m。治理區地形坡度一般為20～40 °，總體上大致以1 600.0 m海拔為界，以下為斷陷沖洪積盆地，沿東與中、高山區形成牯牛嶺的山麓緩坡，地形坡度5～15 °；以上為中、高山區，在2 500.0 m海拔以下，地形坡度15～40 °，局部形成陡坡、陡崖，在溝谷內及2 500.0 m以上的地段，形成坡度大于50 °的陡坡、陡崖，地形反差強烈，山高谷深，坡陡流急。治理區的4條泥石流溝橫斷面均呈“V”型，切割深度在10～800 m。治理區4條泥石流溝由北向南依次為大橋河溝、田壩干溝、深溝（包括尼拉姑溝）、臘利河溝，流向均為由東向西。流域面積最大的是大橋河溝，達57.49 km2，最小的為田壩干溝，面積19.32 km2，堆積區均位于小江河床附近。具體地形特征和參數見表1。

4 治理措施

4.1 深溝泥石流治理

在深入了解深溝地質災害形成、運動和活動等特征的基礎上，因地制宜地布置攔擋、固床工程，穩固泥石流固體松散物源，盡可能減少泥石流的下排，確保工程實施后對下游城區及堆積區農田等的保護。整條溝道以攔擋、固床為主，結合適當的排導工程及植物工程，采用綜合治理的方式控制泥石流物源區松散固體物源的運動，同時對下游的排導槽進行清淤。治理措施建議分為工程措施和植物措施，分述如下：

4.1.1 工程措施。

①主溝：主要考慮以攔擋為主，主溝布置攔擋壩（7座）及谷坊群、固床壩等工程，減少溝內松散物質的搬運移動量。

②支溝（白云洞溝）：根據泥石流特征及受支溝施工條件限制，布置谷坊壩7座，加強溝道內松散物源穩定。

③4條泥石流支溝：作為主溝泥石流重要物源，泥石流支溝內布置谷坊群，分級攔擋，共布置谷坊壩37座。

④清淤已建排導槽及現有彩虹橋以上庫區，其中，彩虹橋以上長1.1 km，以下長2.38 km，清淤棄渣應運至溝口位置處堆渣區，距離7.00 km。

⑤尼拉姑溝：布置護岸堤，共計680.0 m，確保洪峰順利通過，不啟動溝床堆積物。

4.1.2 生物措施。

深溝流域種植水保林、經濟林、灌木等立體、綜合生態體系，改變現有單一的農業生產結構。在不同海拔地區種植不同宜生樹種，避免水土流失，穩固流域內沖溝、坡面物源，改善流域內固體松散物源的搬運[6]。此外，調整現有的產業結構，改變單一的農業耕種、放牧模式，進一步提高經濟林木的比重，改善當地群眾的生活水平。

4.2 大橋河溝泥石流治理

根據現場實地調查可知，目前泥石流造成的威脅主要是下游已建排導槽右岸農田及上百戶村民聚集區，在權衡工程投資及目前災害威脅的情況下，考慮以下游堆積區農田安全及村民聚集區安全為主的布置工程[7]。工程措施主要是加固已有工程，即對已建排導槽進行加高，加高高度1.5 m，總長4 120 m。

4.3 田壩干溝泥石流治理

限于資金不足及整條溝的運動特征，考慮整條溝道以攔擋為主，以減小下游的壓力，控制泥石流物源區松散固體物源的啟動。因地制宜地布置攔擋工程，減少泥石流固體松散物源，盡可能減少泥石流的下排。方案主要考慮以攔擋為主，主溝下游1 390.0～1 430.0 m布置攔擋壩2座（高分別為10.0、15.0 m），確保下游溝內松散物質的搬運移動[8]。

4.4 臘利河溝泥石流治理

下游布置攔擋壩，結合已建排導槽新建排導槽，形成完整的排導系統。因地制宜地布置攔擋工程，盡可能減少泥石流的下排。

攔擋工程布置于主溝下游葫蘆口處，攔擋壩1座（高12.0 m），在該段位置具備較大庫容的前提下，修建攔擋壩，攔截大量固體松散物源，減輕下游排導負荷。下游在已建排導槽的基礎上新建排導槽，對原有排導工程進行改造。

5 結語

資源枯竭城市的地質環境治理研究可促進云南東川區域生態環境的改善，確保城市生活環境的安全和和諧，減輕對于城區安全極具威脅的泥石流等災害危害，進一步提升城市的泄流能力，并為今后持續的工程治理提供一定的借鑒和參考。

參考文獻

[1] 蕭寧年.東川地區歷史上伐薪燒炭煉銅對森林資源消耗的研究[J].林業調查規劃，1988（3）：17-20.

[2] 賈松偉，韋方強，崔鵬.小江流域土地利用變化及其趨勢分析[J].水土保持學報，2006，20（5）：154-157.

[3] 顧俊周.昆明市東川區老干溝滑坡泥石流綜合治理[J].亞熱帶水土保持，2006，18（2）：55-57.

[4] 張桂香，王士革.云南東川小江流域生態環境初探及保護對策[J].水土保持研究，2006，13（5）：50-52.

[5] 王海帆，程尊蘭.不同海拔河灘地種植方向的初步研究：以云南小江河谷為例[J].安徽農學通報，2014，20（7）：89-92.

[6] 王海帆，王軍，呂態能.小流域生態環境建設的初步研究——以云南東川陶家小河流域為例[J].水土保持研究，2014，21（6）：256-259.

[7] 王道杰，崔鵬，朱波，等.蔣家溝高含沙水流泥沙特性與泥石流灘地的改良[J].山地學報，2003，21（6）：745-751.

[8] 李泳，陳曉清，胡凱衡，等.流域特征曲線與泥石流活動[J].山地學報，2006，24（3）：320-326.