湛若云 陈泽涛 曾光辉 程心意

摘要：丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地，地质灾害防治十分重要。通过对丹江口库区地质灾害现场调查和分析，确定了库区地质灾害发育的主要类型为塌岸和滑坡。从地形地貌、地质条件分析了地质灾害形成的机制，并对地质灾害体稳定性特征和影响因素进行了分析研究。研究成果可为丹江口库区地质灾害防治提供依据。

关键词：地质灾害;塌岸;滑坡;灾害防治;丹江口库区

中图法分类号：P642.2 文献标志码：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.006

南水北调工程是实现我国水资源优化配置、促进经济社会可持续发展、保障和改善民生的重大战略性基础工程。丹江口水利枢纽大坝加高工程为南水北调中线水源工程，工程于2005年开工建设，正常蓄水位170m，库区水域面积达1022.75km²，相应库容290.5亿m³，为一等大（1）型工程，主要任务为防洪、供水、发电和航运等。

丹江口水库作为南水北调中线工程水源地，地处秦巴山区，地质灾害多发，是我国地质灾害重点防治区之一。库区地质灾害防治是南水北调中线工程的一项重要工作，对保障南水北调中线工程运行和库区人民生命财产安全和促进区域经济社会发展、全面建成小康社会、实现人与自然和谐发展都具有重要意义。

1库区地质勘察概况

自丹江口大坝加高工程正式提上日程以来，有关勘察单位陆续对库区涉水地质灾害进行了勘察，具体情况如下。

1991年，长江水利委员会（以下简称“长江委”）第一工程勘测院对丹江口水库进行了1：20万库岸稳定性调查，并于同年编写了《丹江口水利枢纽后期完建工程库岸稳定调研报告》，首次针对丹江口库区库岸稳定性进行了系统论述，对库岸现状及170m水位时的稳定性进行了分段评价。2002年10月，在之前地质工作的基础上，长江委对库区滑坡、塌岸及浸没等地质灾害进行了现场调查和复核，提交了《丹江口水库库岸稳定性及浸没工程地质调查报告》。

2003年2～6月，长江委长江勘测规划设计研究院开展了丹江口库区库岸稳定勘察工作，提交了《南水北调中线水源工程丹江口库区库岸稳定性工程地质勘察报告（初步设计阶段）》，对重点库岸段及主要居民点库岸稳定性进行了综合分析与评价。同年7～8月，又完成了郧县城区防护和塌岸治理工程地质勘察，提交了《丹江口水利枢纽大坝加高工程郧县城区防护与塌岸治理工程工程地质勘察报告（初步设计阶段）》。9月，在前期调查及勘察基础上，编制了《南水北调中线水源工程汉江丹江口水利枢纽大坝加高地质灾害危险l生评估报告》。

2006年7-9月，长江勘测规划设计研究院对郧县城区周边库岸进行了工程地质勘察工作，进一步查明了郧县县城天马崖水泥有限公司西侧一汉宫集团以北赵家沟、岸线总长16137.7m的岸坡地质条件和再造情况，提交了《南水北调中线一期工程丹江口水库建设征地郧县县城库岸综合整治工程地质勘察报告（初步设计阶段）》。2009年9月至2010年2月，长江岩土工程总公司（武汉）承担了郧县库岸综合整治工程施工图阶段的勘察任务，提交了《南水北调中线一期工程丹江口水库建设征地湖北省鄖县县城库岸综合整治工程工程地质勘察报告（施工图设计阶段）》。库岸整治范围自郧县税务局（原林产品公司）起，向下游沿库岸至郧县富源油脂有限公司止，包括土沟及其支沟;另外天马崖水泥有限公司以西滑坡段岸坡及汉宫集团北侧陡坡段也属于库岸整治范围。

2011年8～12月，在野外调查及分析利用前期勘察成果基础上，长江勘测规划设计研究有限责任公司编制完成了《南水北调中线水源工程丹江口水库提高蓄水位后地质环境灾害风险分析报告》，对库区地质灾害分布及其风险性进行了分析评估。

2012年，南水北调中线水源公司委托长江勘测规划设计研究有限责任公司进行丹江口库区地质灾害防治及监测技施设计工作，对库区重点地质灾害进行了调查，并编制完成了《南水北调中线工程丹江口水库地质灾害防治规划报告》，同年完成了《南水北调中线水源工程丹江口水库地质灾害防治（首批）施工图设计报告（监测预警）》，对库区重点16个滑坡、1个崩塌体和29个塌岸（居民点库岸）进行了监测。

2014年对丹江口市舒家岭路堤、顾家沟居民点库岸、怀家沟居民点库岸、郧阳区辽瓦集镇库岸和山跟前居民点库岸等5处应急项目进行了工程治理。

2地质环境

2.1地形地貌

丹江口库区区内地势总体上西高东低，地貌类型主要为构造剥蚀、侵蚀中山、低山。汉江自西向东横贯本区。汉江以北为秦岭山脉东延部分，以南为武当山脉。

丹江口水库库段包括汉江库段和丹江库段。库岸总长约4397km，其中汉江库区库岸总长约3421km，丹江库区库岸总长约976km。

（1）汉江库段。汉江主体流向南东东一南东，两岸以中低山为主，山脉延伸方向呈北西西一北西向，地形地貌受构造及岩性控制明显。丹江口坝址至郧阳区柳陂镇何家沟（距离约111.4km）沟谷发育，地形破碎，呈“鸡爪”状地形，两岸为低山丘陵区，山体高程一般200～500m，相对高差100～200m，岸坡坡角一般20°～30°，峡谷、宽谷相间分布，峡谷段水面宽200～300m，宽谷段水面宽400～600m，郧县盆地、嚣川均县盆地一带宽达800～4000m。何家沟至库尾（距离坝址111.4-181km）两岸山体高程一般400～600m，相对高差200～400m，河谷呈“V”形，水面宽200～300m。汉江库段断续分布有I～Ⅳ级阶地，其中I级阶地为堆积阶地，I级以上阶地为基座阶地，I、Ⅱ级阶地大部分将被淹。

（2）丹江库段。丹江流向总体上由北向南，低山与盆地、丘陵地貌相间分布。丹江河谷大部分为宽谷，两岸地形较缓，少部分为峡谷地貌。磨峪湾至桐树沟段属淅川盆地，河谷发育较宽漫滩，水面宽700～4500m，两岸地形平缓，山体由白垩系至下第三系红色碎屑岩组成，高程一般200～300m，相对高差100～150m，沟谷发育，地形破碎，呈“鸡爪”形。桐树沟至巡路口段河谷变窄，水面宽200-300m，形成由碳酸盐岩组成的峡谷地貌，两岸临江山顶高程300～400m，相对高差150～250m，岸坡坡角30°～50°。巡路口以下为李官桥盆地宽谷段，水面宽8000～17000m，两岸为低山和岗地，顶部高程160～250m，沟谷发育，地形破碎，呈“鸡爪”形，其中左岸主要为黏土岗地，岸坡较缓，右岸主要为产状平缓的红色碎屑岩组成的丘陵，近水面坡度较陡。丹江库段分布有I～Ⅱ级阶地，大部分被淹。

2.2地层岩性

丹江口库区内主要出露地层为元古界蓟县系一长城系至新生界第四系，缺失奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系及侏罗系、白垩系下统等地层。区内大范围出露变质火山碎屑沉积岩、陆源碎屑沉积岩和浅海陆相碳酸盐类化学沉积岩，零星出露条带状侵入岩，盆地之间主要为冲洪积砂砾岩。

变质岩以浅变质一中等变质的区域变质岩为主，其次为动力变质岩、热变质岩。本区区域变质岩相从千枚岩一变粒岩均有表现，出露岩石面积占全区绝大部分，岩性主要为各类片岩、千枚岩、板岩、变粒岩、浅粒岩等。

境内出露岩浆岩主要为古生代侵入岩（PzβuPZηu）及元古代侵入岩（Ptβu）。

2.3地质构造

库区范围内的断裂构造，共有12条大小断层，以两郧断裂和白河一石花街（公路）断裂及与其相关的次级构造为主。

区内褶皱主要为两郧与公路断裂之间的观音一茶店复背斜，轴线长约百余公里，形成一系列走向北北西向呈雁列式分布的倒转背斜与向斜。

区内构造盆地主要位于郧阳区一安阳、均县镇一习家店一带，以玉皇顶断陷盆地分布面积最大，分布在均县镇一习家店一带，为喜山期运动形成的断裂拗陷盆地。岩性为白垩系至第三系砂砾岩地层，表层以冲积、洪积黏土为主。

3地质灾害发育特征

3.1类型与数量

库区地质灾害发育十分广泛，根据前期调查资料，湖北、河南两省库区共计发育193处受蓄水影响的地质灾害，其中崩塌体1处、滑坡体34处、塌岸158处。

3.2规模及分布

地质灾害规模按照灾害体体积大小分为小型（不大于10万m³）、中型（10万～100万m³）、大型（100万～1000万m³）和特大型（大于1000万m³）。丹江口库区受蓄水影响的崩滑体共计35处，总方量1223.9万m³，其中体积不大于10万m³的滑体9处，体积10～100万m³的25处，体积大于100万m³的1处。滑坡主要分布于郧阳辽瓦以上汉江及其支流堵河两岸，其中，郧阳区20处，累计方量794.7万m³;张湾区6处，累计方量210.7万m³;丹江口市8处，累计方量206.3万m³;淅川县1处，方量12.2万m³。

4地质灾害稳定性特征及影响因素

4.1稳定性现状

4.1.1滑坡现状

丹江库段发现体积大于5万m³崩滑体1处，汉江库段共分布体积大于5万m³崩滑體34处。目前处于基本稳定状态的崩滑体7处，占总数的20%，体积125万m³，占总体积的10.2%;稳定性较差的崩滑体1处，占总数的2.9%，体积42.4万m³，占总体积的3.5%;不稳定的崩滑体27处，占总数的77.1%，体积1056.5万m³，占总体积的86.3%。

4.1.2塌岸现状

丹江口水利枢纽初期工程经过30a的运行，正常蓄水位157m以下土质岸坡已基本处于平衡状态，红层软质岩岸坡再造已部分完成，岩浆岩、灰岩及片岩岸坡受库水影响轻微，基本不发生塌岸。

相关资料分析表明，明显的塌岸现象分布于以下岸段。

（1）郧县柳陂镇彭家岗一乱树扒库段为土质岸坡，坡角大于30°，坡高10～30m，上部为具膨胀性黏土、粉质黏土，下部为砂壤土、砾卵石层。勘察表面，自1968年以来，在库水冲刷、掏蚀作用下，两段发生崩岸，二者相距60m，上游崩岸段长约120m，下游崩岸段长约600m，岸线后移大于35m。

（2）20世纪80年代，淅川县大石桥乡柳家泉一大石桥一带土质岸坡坍塌，但宽度不大，影响较小。

（3）受波浪的冲蚀作用，淅川县仓房镇郑家沟一侯家寨（李官桥盆地西岸）红层软质岩岸坡形成浪坎，最大坎高约2m。

岩浆岩、灰岩及片岩岸坡主要分布在丹库丹江大坝-李官桥盆地、巡路口-桐树沟及汉库丹江大坝-嚣川、谢家沟-冯沟、黄家坪-孤山段，坡度较陡，总体稳定性好，受库水影响轻微，基本未见塌岸现象。

4.2变形失稳型式及机制

根据工程区库岸形态、岩土特征及其组合关系、库水的影响，库岸变形失稳主要表现出以下3种型式。

（1）滑坡。滑坡按物质组成可分为堆积层滑坡和基岩滑坡，基岩滑坡按滑动面与斜坡岩层相对关系分为顺层滑坡和切层滑坡。另外，在具膨胀性的粉质黏土、黏土中，裂隙一般较为发育，沿光滑裂隙面易形成滑面，若岸坡土层较厚，当湿度变化时，由于膨胀土岸坡体积膨胀，强度大幅度降低，亦可能产生变形失稳现象。

（2）塌岸。塌岸是大坝加高后，水位抬升，水深加大，水面变宽，浪蚀作用加剧，破坏了原来河谷库岸的自然平衡状态而产生的一种岸坡变形失稳现象。在库水作用下，由第四系松散堆积物组成的土质岸坡不断坍塌后退，塌岸过程较为缓慢，变形以水平位移为主;对由白垩系至下第三系（K-E）红层软质岩和疏松砾岩组成的岩质岸坡，河水冲刷掏蚀坡脚，甚至形成反坡或空穴，上部岩体失去平衡，在重力的作用下迅续崩落或下滑，最终堆积于坡脚，变形以竖向位移为主，塌岸过程具有突发性。

（3）侵蚀剥蚀。在河水冲刷侵蚀、物理风化等外营力的作用下，岸坡岩土体出现碎裂、解体而不断剥离脱落。该变形失稳型式一般出现于由软弱或胶结较差的岩石组成的岩质岸坡或复合岸坡。

4.3库岸变形失稳的影响因素

4.3.1岩性及地形

对土质岸坡而言，影响塌岸的主导因素为库岸形态、岸坡结构。库岸愈高，坡度愈陡，再造愈严重，反之则愈轻微。水下岸坡陡直，岸前水深大的库岸，波浪及水流对库岸的作用强烈，坍塌物质被快速搬运，再造过程加快。支沟发育“鸡爪”形库岸，地形被强烈切割，突咀、凸岸三面环水，再造较为严重，凹岸相对轻微。宽河道凹岸迎流顶冲，波浪对岸坡的冲刷作用较强，再造较严重，凸岸和顺直岸坡相对轻微。对岩质岸坡而言，影响塌岸的主导因素为岩性、岩性组合及岩体结构。库区易发生失稳的岩质岸坡岩性主要为白垩系至下第三系（K-E）红层软质岩（黏土岩、粉砂质黏土岩、泥质粉砂岩、粉细砂岩）及砾岩，砾岩一般为泥质胶结，少量钙质胶结。红层软质岩或红层夹砾岩的岸坡抗冲刷能力较差，易崩解，库水冲刷掏蚀坡脚，在陡坡岸段甚至形成反坡或空穴，上部岩体卸荷松动，形成崩落或坍塌。

根据工程经验，各种岸坡稳定坡角见表1。

土质岸坡和岩质岸坡具有不同的抗剪强度和抗冲刷能力，因此岩性决定着库岸再造的型式和范围。在现场勘察与调查过程中，发现岸坡和居民点部分民房出现变形现象，据分析，变形原因主要为膨胀土（岩）胀缩变形。库区Ⅱ、Ⅲ级阶地（Q2-3）黏土、粉质黏土一般具有弱～中等膨胀性，白垩系至下第三系（K-E）红层软质岩亦具有膨胀性。当湿度发生变化时，地基岩土体积随之膨胀或收缩，低层民房易产生变形裂缝，据观察，裂缝多出现在墙角应力集中部位，呈对称或不对称的“八”字、倒“八”字形。

此外，岩质岸坡中的结构面发育，存在不稳定组合体，前缘坡脚临空，岸坡处于极限稳定状态，水库蓄水后会降低库岸的稳定性，诱发产生塌岸或滑坡。

4.3.2库水位升降

丹江口水库初期工程正常蓄水位157m，大坝加高后，设计正常蓄水位170m，库水位升高13m，对岸坡稳定产生不利的影响。库水位及其变化幅度、各水位持续时间对库岸稳定性的影响较大。库水位上升，岸坡水文地质条件改变，岩土物理力学性质恶化，抗剪强度降低，浮托力增大，导致塌岸。高水位时形成浅滩，水位下降时浅滩受到破坏，库水变幅越大，淺滩愈易受到破坏。库水位持续时间越长，波浪作用的机率越高，再造速度加快，再造范围扩大。岸坡塌岸预测采用图解法。如图1所示，以死水位与岸坡交点A为起点，以水位变幅带稳定坡角α为倾角，绘出水位变幅带稳定岸坡线，该线延伸至设计高水位（正常蓄水时的多年平均流量水位）的高程点B，再以B点为起点，以水上稳定坡角β角为倾角，绘出水上稳定岸坡线，该线与原岸坡的交点C即为水上稳定岸坡的终点。C点与D点之间的水平距离，即为图解法预测的塌岸宽度S。

4.3.3降雨

丹江口水库库区已发生的塌岸、滑坡具有群发性、周期性和季节性的特点，均与汛期持续强降雨紧密联系。2017年9月23日至10月8日期间，十堰市平均降雨为历史同期的3.5倍，丹江口水库水位上升至167.0m，超过水库正常蓄水以来的最高水位约7m。持续的强降雨导致丹江口水库水位上升，进一步加剧了地质灾害的严重性，汛期共调查丹江口库区周边157处因降雨引发的地质灾害变形现象，其中69处与水库蓄水有关，如十堰市张湾区徐家湾七组徐成宗房前库岸是在164m水位巡查中发现的1处新增变形库岸点，位于堵河左岸方滩乡徐家湾村，总长约80m（见图2）。库岸主要为粉质黏土组成，坡脚位于水位161m以下，坡度约30°。在高程175m处为村村通道路，水位蓄至164m出现变形下错，裂缝最长达30m，张开1～5cm，路外侧岸坡下错约1m。岸坡变形影响了道路安全运行，威胁到2户居民（3人）的安全。

4.3.4人类活动

环境地质问题包括两个方面：①环境中不稳定的地质因素直接转化为涉及人类生存的地质问题;②不合理的人为改造使稳定的地质体转化为环境地质问题。人类活动是诱发岸坡失稳的因素之一，主要表现在以下3个方面：①人工弃碴处置不当;②改变地表水、地下水的排泄系统，诱发岸坡失稳;③不合理滥采砂砾卵石改变库岸回水条件。

5地质灾害防治建议

5.1防治的必要性

库区地质灾害大量分布，水库蓄水后，使原本脆弱的地质环境条件发生重大改变，地质灾害隐患及危害更加突出。加强库区地质灾害防治十分必要和紧迫，主要表现在以下3个方面：一是保障库区人民群众生命财产安全、南水北调工程运行安全的迫切需要;二是保护库区生态环境，促进经济社会健康发展，维护库区社会和谐稳定的基本保障;三是加强地质灾害防治，提升防灾减灾能力水平的迫切需要。

5.2防治现状

在丹江口水库大坝加高初步设计阶段，对蓄水后不稳定或欠稳定26处崩滑体进行了避险处理，对136段易或较易再造塌岸影响范围内的人口实施避险搬迁，对影响较大的部分库岸进行了治理。

丹江口水库地质灾害防治（首批）施工图设计实施阶段中，在初步设计地质灾害防治批复资金的基础上，对1处塌岸进行了治理，对2处滑坡实施了避险搬迁，对17个崩滑体、28处塌岸段居民点安排了专业监测。

丹江口水库蓄水水位超过160m后，2014年原国调办批复资金对丹江口库区5个应急项目进行了治理，2016年全部完成;2017年对丹江口库区6个紧急项目进行了避险搬迁和工程治理，目前基本完工。

5.3全面规划和分步实施

近年来，尤其是丹江口水库蓄水后，受库水位变动等因素综合影响，库区地质灾害呈易发、频发态势，2017年又遭受50a一遇特大秋汛，地质灾害灾情更为严重。2018年1月28日，编制了丹江口库区湖北、河南地质灾害防治规划报告，并通过了中国国际咨询工程公司的审查。

为保护人民群众生命财产安全，有必要在对库区地质灾害进行调查和全面规划的同时，按照轻重缓急、整体推进、突出重点、分步实施的原则，根据地质灾害体变形情况和危害程度，对地质灾害防治项目进行分期实施。将受170m水位蓄水影响、并对居民生命财产和重要基础设施安全构成严重威胁的地质灾害项目纳入近期实施，其他纳入远期实施。

6结语

丹江口库区地质灾害形成和发展受多方面因素影响，地形地貌、地质条件、地质构造等为内在因素，降雨、库水作用和人类活动等对地质环境的改变和破坏改造为外在因素，内外因共同作用、相互影响。

通过对丹江口库区地质灾害全面规划和有效防治，可全面提升地质灾害减灾防灾的保障能力和综合效益，建设和谐稳定新库区，从而支撑南水北调中线工程长久持续发挥综合效益。