林州红旗渠沿线地质灾害现状及防治工程对策

赵东力

（河南省航空物探遥感中心 河南 郑州450053）

【摘要】林州红旗渠是上世纪60年代林州人民自力更生修建的一项伟大水利工程，是中华民族精神的象征。红旗渠沿线各种类型地质灾害频繁发生，几乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生，对红旗渠的安全运行造成极大的危害。如何有效地防治沿线地质灾害，确保红旗渠顺畅其流，千秋永固，是我们值得研究的一个环境地质问题。

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关键词 林州；红旗渠；地质灾害；防治工程；建议

1．前言

(1)婉蜒于太行山脉悬崖峭壁之上的红旗渠，被世人称之为“人造天河”，在国际上被誉为“世界第八大奇迹”。它是上世纪60年代林州人民自力更生修建的一项伟大水利工程。它还承载着“自力更生、艰苦创业、团结协作、无私奉献”的红旃渠精神，是中华民族精神的象征。

(2)红旗渠沿线地质条件极为复杂，各种类型地质灾害频繁发生。自红旗渠建成运行以来，几乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生。1996年8月3~4日，由于连降暴雨，总干渠沿线共有154处发生地质灾害，造成渠道淤塞，淤方达，渠墙倒塌840处，造成的直接经济损失达1. 17亿元，灾后的修复费用达1100余万元。多年来，平均每年用于地质灾害灾后修复的费用即达数百万元。如何有效地防治沿线地质灾害，确保红旗渠顺畅其流，千秋永固，是值得环境地质工作者研究的一项重要课题。

2．红旗渠沿线地质灾害现状

红旗渠总于渠长70. 61Km，跨越山西、河南两省，于山西省平顺县石城镇侯壁断下引浊漳河水入林州。沿线地质灾害类型主要有崩塌、危岩体、滑坡和泥石流等。通过调查发现沿线各种地质灾害共94处，其中崩塌24处，危岩体44处，滑坡12处，泥石流14处。

2.1崩塌。崩塌是指高陡斜坡上的岩土体完全脱离母体后，以滑移、滚动、跳动、坠落等为主的移动现象和过程。

2.1.1崩塌灾害的分布规律。崩塌灾害主要分布在红旗渠渠首——小谷堆寺段和青年洞——木秋泉段。其发育的工程地质岩土类型，一是松散松软岩土类及散体状风化变质岩类组成的陡倾斜坡，在降雨侵蚀、冲刷及人类工程活动等因素的诱发下，使边坡失稳而产生滑移式或滑塌式崩塌，如2000年7月5日发生在渠首附近的崩塌即属此种类型；二是层状碎裂硬碎屑岩类组成的峭壁，下部存在软弱夹层，区域性构造裂隙将硬碎屑岩切割成块体，当裂隙贯通后，岩体失稳而坠落，2001年8月，发生在山西境内豆口村附近的崩塌即属此种类型（图1）。

2.1.2崩塌灾害的规模。不同部位、不同边坡类型崩塌体的规模有所不同，按其体积大小可划分为4类：即

(1)特大型（大于1OOOOm3）；

(2)大型(1010-10000 m3，)；

(3)中型(500~ 1OOOm3)；

(4)小型（小于500m3：）。按以上划分原则，红旗渠沿线特大型崩塌有3处，占崩塌总数的13%，大型崩塌有7处，占崩塌总数的29%，中型崩塌有5处，占崩塌总数的20%，小型崩塌有9处，占崩塌总数的38%。最大的崩塌体积为35190 m3，位于赵所NW280。、700m处。

2.1.3崩塌体的形态。

2.1. 3.1三棱体状、块状。这类崩塌体主要受节理形成的裂隙和岩性控制。岩层底部多为软弱岩层形成的岩腔，上部为巨厚层块状岩体，节理形成的裂隙成为崩塌体形状边界。 2.1.3.2不规则状。这类崩塌体主要发育在散体风化变质岩类组成的斜坡，受风化裂隙及卸荷裂隙控制，呈不规则状。

2.2危岩体。危岩体是正在开裂变形，并可能发生崩滑的危险山体。目前调查共发现44个危岩体，其中在总干渠渠首——青年洞段分布最为广泛，在渠长约26Km的范围内危岩体数目达42个之多，总方量达86499m3。

2.2.1危岩体的分布规律。危岩体主要分布于层状碎裂硬碎屑岩工程地质岩类中。危岩体的发育一是受地形控制，在山梁前缘突出部位的陡坡之上，风化裂隙、卸荷裂隙和构造裂隙集中发育，易使山体开裂变形，有些山体甚至出现支离破碎的状况；二是受岩性控制，由软弱岩层形成岩腔，造成上部岩体临空，易引发崩塌。

2.2.2危岩体的形态。

2.2.2.1柱状危岩体。主要为竖向棱角状、圆柱状、三棱柱状等，一般发育在岩体单层厚度大、受多条陡倾裂隙的切割、部分悬空的部位，此类危岩体共19个，占危岩体总数的43. 2%。

2.2.2.2不规则状危岩体。一般发育在岩层单层厚度薄、层间裂隙发育，且受多条不同方向裂隙切割，岩体本身严重变形、支离破碎，此类危岩体共17个，占总数的38.6%。

2.2.2.3 楔形状、块状和壳状危岩体。受裂隙和岩层厚度所控制，同时也受岩体强度控制。此类危岩体受陡倾裂隙和缓倾裂隙切割，其底部部分岩体己发生过崩塌或风化剥蚀、水蚀而使其部分临空。此类危岩体共8个，占总数的18. 2%。

2.2.3危岩体的规模。红旗果沿线危岩体规模大小不等。按体积的大小将其规模划分为3类：

(1)大型（大于500m3）；

(2)中型(100~ 500m3)；

(3)小型{小于1OOm3）。按以上原则划分，红旗渠沿线大型危岩体有26个，占危岩体总数的59.1%，中型危岩体有13个，占危岩体总数的29. 5%，小型危岩体有5个，危岩体总数的11. 4%。危岩体最大者体积约13500m3，位于东脑村291。红旗渠拐弯处（图2）。

2.3滑坡。

2. 3.1滑坡是指斜坡上的岩土体，在重力作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体或分散地顺坡向下滑动的现象；本次勘查调查到红旗渠总干渠沿线滑坡地质灾害12处。

2.3.2主要分布在渠首（赵所段）。在调查中发现，滑坡一般发生在以下几种类型的边坡：(1)胶结较差的砾岩边坡。(2)土质松散、松软的边坡。(3)裂隙发育、岩体破碎且后缘有陡倾大裂缝存在的边坡。(4)由老崩塌堆积物组成的边坡。此外，层面裂隙发育、且裂隙面与坡面同向的边坡也易产生顺向滑坡。发育滑坡的边桩坡度一般在30~ 50。之间。红旗渠总干渠滑坡发生的位置有两种情况：一种是，滑坡发生在红旗渠上方的高陡斜坡，斜坡岩性有半胶结状砂砾岩、黄土状土，滑坡形成主要受斜坡坡度，粘性土夹层、排水条件等控制，在降雨、水浸、地震、爆破等诱发因素的作用下，变形失稳，滑移破坏，如小旦河滑坡。另一种是，滑坡发生在渠基，红旗渠渠基多座落于斜坡之上．渠基岩性为软质岩石或松散坡洪积物时，在水浸和重力的作用下，形成滑坡。如王家庄红旗渠12 +900—13 +070m处发生滑坡（图3），滑坡体长120m，宽20m，高30m．统计方量10.2×104m3，造成170m渠道全部毁没，损失惨重。

2.4泥石流。红旗渠总干渠共有沟谷泥石流5处，坡面泥石流9处。

2.4.1沟谷泥石流。沟谷泥石流的发生运动和堆积均在一条比较完整的沟谷中进行，其固体物质来源主要来自于沟谷中的松散堆积物以及其两侧支沟，形成区海拔一般在1200~ 1400m之间，其平面形态大致呈桃叶形、近花瓶形。主要分布在青草凹一棘针林沟一带，具体为青草凹东山沟、王家庄对岸小旦河、赵所村西南皇后后沟和杓铺西棘针林沟等四条沟谷。

2.4.2坡面泥石流。主要发生在松散松软岩土体工程地质类型。由冲洪积层、坡洪积层、风化残积层、黄土状土等松软松散岩土体构成的临渠斜坡，是坡面泥石流高发的主要地段。主要分布在浊漳河阶地、浊漳河支流河谷沟口、崩塌，滑坡发育的山坡及植被稀疏的风化残积层覆盖的斜坡地带。

3．地质灾害的形成因素

3.1地质灾害形成的地质环境条件。

3.1.1地形地貌环境。红旗渠总干渠沿线地处太行山区，由于浊漳河的长期侵蚀切割，造成沿河两岸山势陡峻，尤其是右岸，到处是悬崖峭壁或高陡斜坡。地形最高处海拔高达1500m，高差近千米。陡峭的地形构成了红旗沿线边坡失稳的重要因素。每年雨季朋塌、滑坡及泥石流等地质灾害经常发生。在红旗渠与冲沟交叉并拐弯处，一般向里凹，而经过山梁前缘并拐弯处一般向外突出，该处的山体斜坡是危岩体的高发地段。

3.1.2岩土体工程地质性质。

3.1.2.1 由太古界黑云斜长片麻岩和黑云角闪片麻岩组成的散体状风化变质岩类，一般形成坡麓地貌。表层风化破碎呈散体状；下部裂隙发育，岩质软弱，在临渠处或红旗渠穿山隧洞洞口上方坡度较陡处，易产生崩塌灾害。此类灾害在任村镇本秋泉附近渠段最为典型。

3.1.2.2由中元古界汝阳群浅紫红色、灰白色相间石英砂岩组成的层状碎裂微风化硬碎屑岩类，常以悬崖峭壁出现。在构造作用、风化作用和人工开挖的影响下，临渠附近岩层各种裂隙极其发育，在薄层石英砂岩中甚至引起岩体支离破碎。这类岩体最易形成危岩俸或崩塌灾害。据统计，在发现的44个危岩体中，就有42个属于该类岩体，占危岩体总数的95%以上，说明硬质脆性的石英砂岩是红旗渠沿线危岩体的高发地层。另外，渠内侧中元古界汝阳群石英砂岩地层中存在一层紫红色砂质页岩夹层，沿线分布比较普遍，厚度在1.2~2. 5m之间，不同渠段厚度有所差异。该层页岩由于较石英砂岩软，易风化破碎，遇水易软化，属石英砂岩地层中的软弱夹层，在临渠边坡上呈明显向里凹的特征，尤其在渠内侧下部，由于人工开挖、渠水冲刷等因素的作用下，部分渠段造成其上部石英砂岩地层形成临空带，其宽1.5~2. 5m不等。如渠首、豆口、青年洞附近等渠段最为典型。临空带的存在，加剧丁上部岩体的危险性，易使其上部石英砂岩地层中的危岩体发生变形，拉断而产生崩塌。

3.1.2.3由寒武系、臭陶系灰岩、白云岩、泥灰岩组成的块状微风化中等岩溶化碳酸盐岩类，常以缓坡、圆形山包的地貌出现，临渠处边坡一般较为稳定；仅部分渠段，当地层倾向与坡面同向，且与渠走向垂直时，其上部的坡积物在雨水的冲剧下易形成小型滑坡。另外，在地层遭受强烈破坏、岩体破碎的地段，其物理力学性质差，在连续降雨的冲刷、浸蚀诱发下，易形成较大的滑坡。如1996年夏天发生在赵所村西北渠段的滑坡即属于这种类型。

3.1.2.4 由寒武系下统紫红色砂泥质页岩组成的薄层状中等风化较软碎屑岩类，由于其风化剥蚀作用强烈，在其形成的陡坎下常可见大量的风化剥落堆积体，这类岩体组成的边坡，在雨水冲刷下易产生崩塌、滑坡灾害。

3.1.2.5由第四系冲洪积、坡洪积物组成的松散、松软岩土类，一般呈阶地堆积地形。临渠处边坡稳定性较为复杂，胶结较好的砾岩层较为稳定（如杨耳庄一白家庄渠段），而胶结较差的卵砾石层以及混合土层，其边坡稳定性则较差，当边坡较陡时，易形成崩塌、滑坡和泥石流。如山西境内的王家庄附近滑坡即属于这种类型。

3.1.3新构造运动特征。红旗渠沿线处于新华夏系第三隆起带的东缘，新构造运动非常活跃，主要形式为差异运动和断裂活动，从区内的水系特征和宏观地貌上来看差异运动造就了基岩裸霹、沟谷深切、谷坡陡立，沟谷纵向坡度大，重力堆积物发育，是滑坡、泥石流灾害发生的地质基础。另外，不同规模的断裂和构造裂隙，常成为区内危岩体和崩塌产生的主要因素。

3.2地质灾害的诱发因素。

3.2.1大气降水。大气降水的冲刷和渗透作用，是产生崩塌、滑坡、泥石流的重要诱发因素。一是渗透水进入岩土体中，使岩土体抗剪强度降低；二是渗透水进入岩石裂缝，使裂隙水压力增加，可迅速改变岩土体原有的平衡状态，对地质灾害起到诱发和促进作用。据气象资料显示，林州市降水量主要集中在每年的7~8月份，约占全年降水量的60%左右，这个时段各种地质灾害发生最为频繁。

3.2.2融雪冻融作用。岩体裂隙中水的冰冻和融化产生的胀缩作用土体稳定状态，诱发崩塌、滑坡等地质灾害的发生。

3.2.3渠道渗漏。红旗渠经过40多年的运行，风剥水蚀，工程老化，年久失修，造成渠道勾缝脱落，渠墙渗蚀掏空，渗滑严重。渠道渗漏会引起渠基掏空，产生不均匀沉降，尤其是在渠基岩土工程力学性质较差的渠段，渠水下渗，使渠下土体达到塑性状态或当水渗入不透水层时，接触面含水，减少其摩擦力和粘聚力，使渠基或渠墙产生变形破坏，威胁渠道安全。

3.2.4地下水。主要表现在一些山前缓坡地段，渠内侧坡面上具有一定的汇水面积，松散堆积物较厚，且具有相对隔水层、植被发育，有利于地下水形成和运动。这些地段在地下水压力的作用下易造成渠墙变形破坏。如豆口村南、河口村西南以及柏树庄、尖庄和木秋泉附近渠段内墙崩毁多处。

3.2.5工程活动。

3.2. 5.1红旗渠的修建改变了沿渠山体斜坡的天然稳定坡角，同时加速了岩层的风化剥蚀，诱发崩塌、滑坡、泥石流的发生。

3.2.5.2干渠沿线进行旅游资源开发及基础设施建设（如道路修筑、景点建设）。

3.2.5.3与总于渠平行建设的新（乡）——河（口）公路改扩建工程开山放炮、挖土取石等破坏了地质环境。

3.2.6生物作用。主要为生物的物理作用及化学作用。植物的根劈作用使根茎沿危岩裂缝生长，裂缝扩大，使危岩体产生向临空方向的变形破坏。此外生物的分泌物对岩体的产生的分化破坏作用，加速危岩体变形失稳。

4．地质灾害防治工程措施

4.1危岩体防治工程措施。

4.1.1清除危岩体。规模小、危险性高，且所处边坡较稳定的危岩体，可予以清除，排除隐患。

4.1.2削坡。规模较大，底部部分较稳定的危岩体，可在上部清除部分危岩体，减小坡度和上部载荷，加强其稳定性。

4.1.3排水防渗。由于裂隙水压对于大部分危岩体的稳定有较大影响，因此在危岩体自身及其周边，应修建地表排水系统，防止岩体裂隙过量充水而导致岩体崩塌。

4.1.4固坡。对于底部塌空的危岩体，可在其底部进行支护，底部为软岩（风化破碎的薄层砂岩、页岩、泥灰岩等）的危岩体，进行底部喷浆护壁，防止其进一步风化、坍塌。危岩体自身整体性较好，可进行锚链加固等。

4.1.5遮挡。对于小型危岩体崩塌、落石，可对红旗渠进行棚硐等工程措施进行保护。

4.1.6监测预报。

(1)危岩体形变监测：主要手段包括：通过地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法从外部监测危岩体位移、裂缝变形、地面倾斜等现象；采用专控测斜、电测、声测、地应力测量等手段从内部监测危岩体的深部变形位移和应力变化。

(2)危岩体崩塌激发要素监测：主要监测降雨量、地震等。

(3)综合分析与预测预报：通过监测数据综合分析，建立危岩变形数值模型，确定崩塌破坏的临界值，建立预警系统。

4.2滑坡防治工程措施。

4.2.1治水。修建排水沟，拦截地表水，减少进入滑坡体的地表水量，减轻地表水对坡体的破坏。滑坡段渠底、渠帮进行防渗处理，防止因渠水下渗，而降低坡体的稳定性。

4.2.2固坡。修建抗滑桩、抗滑墙等支档工程。实施锚固工程，加固边坡，提高其稳定性。

4.2.3监测预报。

(1)滑坡体形变监测：以地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法监测裂缝变形、滑坡体水平位移、垂直形变以及滑坡体上树木、建筑等工程设施的形变情况。

(2)滑坡激发要素监测：主要包括地下水动态监测和地震监测。

(3)综合分析与预测预报：通过监测数据综合分析，建立滑坡变形数值模型，确定滑坡破坏的临界值，建立预警系统，对滑坡进行灾害预测预报。

4.3泥石流防治工程措施。

4. 3.1生物措施。泥石流防治的生物措施主要包括恢复植被和合理耕牧。一般采用乔、灌、草等植物进行科学地配置和营造，充分发挥其滞留降水、保持水土、调节径流等功能，从而达到预防和制止泥石流发生或减小泥石流规模，减轻其危害程度的目的。

4. 3.2工程措施。

4.3.2.1拦挡工程。修建谷坊、拦沙坝、格栅坝等，蓄水拦沙，减小泥石流流速、容重、规模，抬高局部沟段侵蚀基准，护床固坡，降低泥石流冲刷破坏能力，减轻沟床侵蚀。

4.3.2.2排导工程。修建导流堤、急流槽、束流堤等，引水输沙，规范泥石流路径，防止漫流，降低泥石流流速，削弱泥石流冲击破坏能力。

4.3.2.3 停淤工程。根据泥石流发育地区地形条件，修建停淤场，将泥石流引入预定场所减速停淤，防止漫流。

4.3.2.4沟道整治工程。采用固床沙坝、水泥沙浆砌石、石笼等方法保护泥石流沟坡，防止岸坡坍塌、滑移；在沟底进行铺砌或修建肋板稳固沟底，减少沟底冲刷。

4.3.2.5防护工程与错避工程。对泥石流地区的红旗渠、公路、桥梁、隧道、房屋等工程设施，进行防护或错避，抵御或避开泥石流的危害。防护工程包括修建护坡、挡墙、顺坝、丁坝等。错避工程主要包括跨越式错避、穿过式错避等。跨越式错避是指修建桥梁，使工程设施凌驾于泥石流沟上空，免受泥石流破坏。穿过式错避则是将工程设施置于泥石流沟地下，避开泥石流破坏。

4.3.3监测预报。除利用遥感技术，结合气象资料分析，进行区域泥石流活动中长期预报外，主要是利用降雨预测进行泥石流活动的短期预报和临灾警报。此外还可利用泥石流遥测地声警报器、泥石流超声波泥位警报器、地震式泥石流警报器等仪器直接监测泥石流活动，并进行短期预报和临灾警报。

5．结论与建议

(1)红旗渠沿线地质灾害的主要类型有崩塌、危岩体、滑坡和泥石流。崩塌24处，危岩体44处，滑坡12处，泥石流沟5处，坡面泥石流9处。地质灾害对红旗渠的安全运行造成巨大的安全隐患。

(2)建议尽快展开对红旗渠沿线地质灾害体进行详细勘查和治理工作，以确保红旗渠的安全运行，确保红旗渠顺畅其流，千秋永固。

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参考文献

[1] 刘传正，地质灾害勘查指南，地质出版社，2000，17—166.

[2] 潘懋、李铁锋，灾害地质学，北京大学出版社，2002，85～132.

[3] 罗元华等，地质灾害风险评估方法．地质出版社．1998，88—95.

[文章编号] 1006 - 7619( 2014) 09 - 05 - 523

[作者简介]赵东力（1962 -），男，籍贯：河南郑州人，职称：工程师，毕业于郑州地质学校，主要从事固体矿产勘查、地质灾害治理等方面的工作。