山地丘陵區水對地質災害的影響時空分析

陳祚偉

江西省地質局第三地質大隊 江西 九江 332000

根據泰和縣1/5萬地質災害調查數據顯示，區內共發生608處地質災害，包括崩塌355處、滑坡208處、泥石流1處、地面塌陷44處[1]，根據地質災害點成因分析，區內水對地質災害的影響主要表現在大氣降雨、地表水及地下水對地質災害影響，下面分別就大氣降水、地表水和地下水對地質災害影響采用時空分析進行總結，為區內地質災害防災減災提出時空防治建議。

1 大氣降水對地質災害的影響

縣內大氣降雨對地質災害影響主要是滑坡、崩塌。降雨影響主要有：一是雨水浸入坡體內從而造成坡體孔隙水壓力加大，增加了坡體自重，加大了土體下滑力；二是雨水浸入坡體造成土體水飽和后，地下水對土體產生向上浮托力，從而降低不良結構面的抗滑力；三是雨水滲入坡體后，使巖土體軟化，巖土體之間凝聚力降低、內摩擦角減小，軟弱結構面得到一定潤滑，促使坡體變形，發生崩塌滑坡災害。通過對縣內地質災害的發生時間與對應的降雨參數分析，可知降雨與地質災害的發生具較為明顯的一致性，日降雨量及降雨集中程度為誘發地質災害的關鍵性要素[2]。

1.1 地質災害與降雨時間關系

從全縣近10年時間里發生的608處地質災害點發育特征、分布規律分析，地質災害發生的次數與降雨量有著較好的對應關系，豐水年地質災害點數一般高于枯水年，縣內根據年平均降雨量數據分析，豐水年主要為2013、2014、2015年，并且該三年地質災害點較多。從地質災害月分布特征看，絕大多數地質災害發生在本區的主汛期內（3-7月份），汛期多年月均降雨量均在200mm以上，其中5、6月份最高達225.9mm[1]。多年月均降雨量與地質災害發生頻率相吻合，特別是5月份地質災害點峰值極為明顯。（見圖1）

圖1 月平均降雨量與崩滑災害發生頻數相關折線圖

1.2 地質災害與降水集中區關系

總體上泰和縣年平均降水量東西兩側高中間低。兩側鄉鎮年平均降水量在1300m以上。

從降水量與地質災害分布關系圖（圖2）可以看出，地質災害頻次基本與年均降水量呈正相關的態勢分布。年平均降雨量小于1300mm地區，有145處災害點，災害點密度0.12處/km2，占總災點23.85%；年平均降雨量1300～1400mm地區，有160處災害點，災害點密度0.18處/km2，占總災點26.32%；年平均降雨量1400～1500mm地區，有147處災害點，災害點密度0.50處/km2，占總災點24.18%；年平均降雨量1500～1600mm地區，有151處災害點，災害點密度0.65處/km2，占總災點24.84%。[1]降水是地質災害發生的主要誘發因素，地質災害的發生還受到地層巖性、地形地貌、人類工程活動等多種因素綜合作用[3]。

圖2 降水量與地質災害分布關系圖

2 地表水對地質災害的影響

泰和縣區內水系十分發育，河流密布，溪溝縱橫，境內河流屬贛江水系，主要河流有贛江及其4條一級支流（禾水、蜀水、仙槎河、珠林江）具體位置見圖3。贛江由南往北縱貫全區，境內流程59.1km。一級河流又分割出多條小流域，因河流的水文動態變化、底質變化以及岸坡、堤防失穩變形等作用引起的災害，河湖岸崩塌河流改道等。河湖災害與地質災害具有十分密切的相互關系，本次調查受河流水影響的地災點113處，均為河岸崩塌，其中珠林江、45處、占總點數39.82%，禾水、29處、占總點數25.66%，仙槎河、22處、占總點數19.47%，贛江、10處、占總點數8.85%，蜀水、7處、占總點數6.19%。

圖3 河流及河岸崩塌位置關系

3 地下水對地質災害的影響

3.1 表現形式

工作區內地下水對地質災害的影響，主要表現在：1.由于斜坡中上層滯水的存在，致使土體中粘性物質發生膨脹、土體的力學性質降低，土體強度降低，土體重量增加，斜坡變形失穩概率加大。此外上層滯水局部間具有一定水頭差，有流動補給趨勢，當雨水滲入土層或隔水層后，有一定潤滑作用。2.在連續降雨、強降雨后，雨水在隔水層中入滲受阻，使相對隔水層以上的巖土體含水量增大，土體強度降低，從而誘發斜坡變形而失穩發生地質災害。3.部分隱患點坡腳常年有地下水溢水點使坡腳殘坡積層呈軟塑狀，土體極易沿土巖界面向下滑動。4.可溶巖地區，地下水位波動而產生的散解作用，也就是地下水位巖溶洞隙中發生波動使其上部蓋層土體處于頻繁的干濕交替狀態，土體易發生崩解或剝落現象，促進土洞的形成和向上擴展。地下水位在大幅度下降的情況下可在較封閉的巖溶洞隙空間中產生一定負壓作用，將在蓋層土體上產生吸附力從而使土體遭到吸蝕而向下剝落，隨地下水遷移[4-5]。

3.2 典型區域分析

水槎鄉新橋至浪川巖溶洼地地處珠林江水系上游浪川河，為一四周高、中間低，近東西向向斜式巖溶洼地。其核部基巖主要二疊紀、石炭紀灰巖，蓋層為第四紀全新世砂土、粘土及礫石土，一般厚度5～15m；兩翼出露泥盆紀砂巖、粉砂巖、泥巖。核部灰巖區大部分為覆蓋型灰巖區，其巖溶發育。

水文地質條件，該區域為一完整水文地質單元，匯水面積約為54.84km2，地下水類型主要有巖溶水、基巖裂隙水、第四系孔隙水三類。巖溶水主要賦存于灰巖之中，巖溶發育，地下水平均逕流模數4.72L/s.km2，富水性中等；基巖裂隙水主要賦存于砂巖之中，地下水平均逕流模數0.402～0.928L/s.km2，為富水性貧乏，麻山組粉砂巖、泥灰巖及洋湖組泥頁巖為相對隔水層，但是斷層較為發育，在局部由斷層聯通；第四紀孔隙水主要賦存于第四紀全新世砂土、礫石土之中，富水性中等。受到四周邊界條件控制，該區形成了一個相對封閉的匯水盆地，盆地四周山區接受大氣降雨補給后，通過斷層、裂隙等滲入補給碎屑巖基巖裂隙水含水層，然后由盆地四周向盆地中央匯集，在東西向、南北向斷裂裂隙控制下盆地中央形成巖溶強發育帶，地下水匯集后形成北東東向南西的地下水集中徑流和排泄帶；向斜盆地南北兩側分別有由北向南或由南向北徑流，至盆地邊緣受地形切割和第四系覆蓋層阻隔出露一些分散上升泉，這些泉最后也在盆地中央匯集于浪川河，自東向西流動，于新橋村轉向北西排出區外。區內地下水主要接受大氣降雨補給，補給面積相對較廣，由于降雨補給充分，加之盆地區域補給、徑流、排泄條件較好，因此，巖溶較為發育。降雨補給地下水后，能及時匯集集中補給向斜盆地巖溶水系統，循環較為強烈。由此可見，向斜核部地下水資源較為豐富。見圖4。

圖4 巖溶洼地南東向巖溶地面塌陷機理成因水文地質剖面圖

該區已發生巖溶地面塌陷有7處，其中有4處上部覆蓋層為具有二元結構的聯圩組地層，其上部為細砂層、亞粘土等，下部為砂礫石層、含礫砂層等，其富水性相對豐富，并且這4處塌陷點距離浪川河300m以內農田之中，為地表水地下水聯系密切及地下水動態變化大地帶。另外3處上部覆蓋層為山背組的砂土、亞粘土等，其土體相對密實，富水相對貧乏。

巖溶地面塌陷成因機理實質上是覆蓋性可溶巖區上方土體的受力平衡瞬間被打破時，上方土體發生快速變形的破壞。當受力平衡被打破，塌陷力大于支撐力時，就會出現地面塌陷；當塌陷力小于支撐力時，就不發生；當相等時，土體處于臨界平衡狀態。在天然條件下，降雨匯集入滲地下，地下水流動速度增加，土體顆粒被地下水剝離運移，導致溶洞上方土體流失而掏空，最后土體失穩而發生地面塌陷。或在長期的干旱季節，地下水水位發生快速下降，降至巖溶含水層之下時，由于巖溶裂隙上方土體密封性較好，巖溶裂隙內部氣體不能得到及時補給，使空腔由地下水的正壓力迅速發生轉變，形成真空負壓狀態，從而產生吸蝕剝落作用，打破土體之間的平衡，導致土體發生向下變形而形成地面塌陷災害。通過成因機理分析，可以看出地面塌陷的發生，均與地下水的作用密不可分，地下水變動是巖溶地面塌陷的主要誘發因素[6-7]。

4 結論與建議

山地丘陵區，在其他條件一致的情況下，地質災害發生與大氣降水基本成正比，降雨為地質災害最主要的誘發因素。泰和縣降雨集中區主要位于兩側的山地丘陵區，應為地質災害重點防治區，時間段為3～7月最為重要。

地表水與地質災害主要在河岸或湖岸在其侵蝕岸處易發生崩塌、滑坡災害，泰和縣河岸地質災害主要在珠林江、禾水、仙槎河等3條贛江一級支流中，河岸的主要防護區位于河流拐彎或侵蝕岸段，主要時間段為河水漲退中。

地下水與地質災害關系主要表現為其破壞坡體巖土力學性質與水位變動使塌陷力與支撐力失去原有平衡，而發生災害，泰和縣巖溶洼地地下水水位變化頻繁，覆蓋性可溶巖區為地面塌陷災害高易發區，建議采取控制抽排地下水，地面硬化等方法進行預防。