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《桑榆情》系列12——郑州铝厂灰渣库坝崩滑灾害的思考
信息来源:王洪乃 浏览次数:286 发布日期:2017-07-06 16:50:57
      1989年2月25日夜晚,一场灾难在人们毫无知觉中发  生了。
      当晚11时20分,位于郑州市荥阳市汜水镇邙山山间  凹地上的中国铝业集团公司郑州铝厂灰渣库挡水土坝全  面崩塌滑动,库内储存的数万立方米的水、泥、灰渣等形成巨大重流,沿山地沟谷直泻而下,路上把民房冲倒,山下铁路路基被冲垮,正在行驶的火车被冲翻在汜水河中,使河水污染并造成2人死亡,数人受伤,直接造成经济损失5000多万元,总体损失达数亿元。
      地质灾害是与人类共存的一种自然现象,即在地壳能量与物质达到某种不平衡时发生的自然现象,它对人类生存和环境可造成重大损失。
      地质灾害是由于地壳能量不均衡及地壳物质运动而  引发的。地质灾害发生、发展和结束的过程,使地壳的能量和物质得到调整,达到暂时的平衡,但在实现平衡过程中,新的不平衡又开始孕育,达到极限时,可再次形成灾害,它具有一定的周期性。可以说地质灾害是不可避免的,但当我们深入研究地质灾害性质、特点,掌握其发生规律和空间分布时,也能够预测、预报和治理,避免灾害和减少灾害对人类造成的负面影响,把损失降到最低。这就要研究其可御性。大多数地质灾害是在多种条件作用下形成的,除受自然条件控制外,又受人类活动的影响,有时人类活动可成为诱发地质灾害的主导因素,因此应该说地质灾害活动是复杂的随机事件,它的强度、时间、地点具有很大的不确定性。但与人类活动相关的地质灾害发生过程,其可御性是明显的。
      下面就以中国铝业集团公司郑州铝厂灰渣库发生崩滑流地质灾害为例说明如下:
      郑州铝厂灰渣库位于荥阳市汜水镇,邙山的山间凹地上,其地貌单元属低缓丘陵,灰渣库三面环山,中间低凹的沟谷,由第四纪全新世风成黄土和晚更新世黄褐色粉质粘土构成,稍具湿陷性,为非自重湿陷性黄土,山体中可见到黄土的柱状节理,节理有两组,东西向的一组向南倾,近南北向的一组向西倾斜,倾角陡峻,一般为80°~85°左右,从卫星照片看,荥阳北侧有一组东西向平行断层,据有关部门提供的资料,新生代晚期仍有活动。本区位于京广路以西,属地壳上升区,每年最多上升5~7毫米,其附近区域黄土的剪切波速为250m/s,属Ⅱ类土,中软场地土。
      郑州铝厂灰渣库于1978年由沈阳铝镁设计研究院设计,当时是干法生产,主要是利用自然山沟,三面环山的山间凹地,西南面对着铁路和汜水河,设计最高使用年限12年。1981年底投入使用,1982年以后改为湿法生产,库内储存水煤灰渣、赤泥等,设计库容200万立方米。到1989年2月,已使用6年多,存储灰渣等100多万吨,容积约150万立方米左右。灰渣库大坝坝顶标高177.8米,坝顶厚20米,底部厚33米,高15米,水面设计的允许标高为168.8米,正常情况下,灰渣库水面距坝顶有9.5米的安全距离,实际上灰渣库已变成一座高山水库,为保证储水水面不高于168.8米的警戒保证线,库内设计有滤水井和虹吸管,当水位达到设计水位标高时,通过虹吸管自动排水。
      1989年2月25日夜晚10时左右,灰渣库内水位已达到176.3米,大坝两侧深入库内的两条鼻状山体发生裂缝和局部坍塌,到夜晚11时20分,全面坍塌,崩落山体掉入坝前深水区,使库内水面急剧上升,漫过坝顶,加之在崩落土方激起的水浪及饱和泥沙等的冲击下,使挡水土坝迅速崩塌滑动,库内储存的数万立方米的水、泥、灰渣等形成巨大重流,沿山地沟谷直泻而下,形成崩滑流灾害。
      根据郑州铝厂灰渣大坝崩塌过程和主、客观条件综合分析后,我们认为把它列入崩滑流地质灾害范畴基本是合理的,其诱发因素为:
      1、自然因素
      二月下旬正是荥阳地区由冷转暖的季节,大部分雪水溶化,体积发生变化,库内积水增加,是诱发这次灾害的基本因素之一。
      据气象部门提供的资料,1989年2月份降水量是其前十年降水量总和的1.3倍,年平均值的13倍。二月中旬以后连续降雨,总降水量达116. 8mm,大气降水大量流入灰渣库和渗入鼻状山体以及周围山体,诱发山体坍塌。
      灰渣库所处的地质环境较差,其周围是黄土和粉质粘土构成的土山,主要为非自重性湿陷性黄土,遇外荷载则湿陷,另外柱状节理发育,节理面倾角达80°~85°,山体下部有少量已无人居住的窑洞,这些均为水的大量渗入创造了基础条件,诱发山体坍塌。
      灰渣库水坝两侧有两条鼻状山体,均深入库内100多米,北部山体高189米,南部山体高190米左右,长时间受库内积水的浸泡和渗透,使这两个山体首先崩塌,约6万立方米的土块同时落到库内深水区,成为冲垮大坝的直接原因。
      2、主观因素
      郑州铝厂灰渣库设计容量200万立方米,已排入的灰渣,赤泥等体积达到150万立方米,加之排入的废水、大气降水、雪水溶化等,使库容早已超过设计规定,库内积水超过设计安全水面8米之多,水面距坝顶仅剩1米多,并长期保持高水位浸泡,而厂方未采取有效措施。
      按设计规定,库内积水超过168.8米时,通过滤水井和虹吸管自动排水。但早在1988年7月开始,回水管的通水能力只能达到20%~50%,造成库内积水上升到176.3米,实际上灰渣库已变成超库容的高山水库,向外排出的水很少,厂方却视而不见。
      同时,管理不到位,灰渣库存在险情的状况也是一个原因。热力分厂于1988年4月24日、7月7日,1989年2月13日曾三次打报告给总厂,报告回水管不畅、局部渗水、水位上升等问题。1989年2月25日晚上10点,库区工人巡逻时,发现两个鼻状山体有出现张性裂缝和局部坍塌,曾给总厂调度室打电话,均未引起重视,到当晚11点20分,灾害发生,大坝全面崩塌。
      郑州铝厂灰渣库崩滑流地质灾害是否具有可御性或者能否避免呢?回答是肯定的,若把自然因素基本排除以后,以下几点至关重要。
      20世纪80年代,宏观上我们对地质灾害的认识尚比较淡薄(地震等除外),郑州铝厂的厂领导对地质灾害的理解程度不深,特别是对坍塌、泥石流、滑坡、地面沉降等的危害性知之甚少,因而没有重视灾害隐患。目前我国实行地质灾害与天气预报同时进行预警报告,表明地质灾害在客观上可以预见。
      湿法灰渣库建在邙山区,土坝宽度仅20米,距山下铁路只有600米,距汜水河700多米,而灰渣库却高出铁路数十米。本区又属于地壳上升地区,稍有轻微地震活动,灰渣库就可能给山下人民安全和财产造成损害,也就是说湿法灰渣库本身在选址、设计上已经存在安全隐患。这成为灾害防御困难的基础。
      建设灰渣库之前,首先应对该地段进行发生地质灾害危险性评估预测,以及作例行的岩土工程地质勘察,这两项工作均未开展就进行设计、建设和建成使用,即技术资料不到位的重大工程,并无防御性可言。
      灰渣库建成启用后,厂方若能严格按设计要求进行监测及时回水,始终保持库内水位低于设计规定的168.3米以内,或者在发现险情后,企业领导具有高度责任感,及时采取疏导或加固等抢救措施,这次地质灾害仍是可防御或减少灾害损失的。
      从郑州铝厂灰渣库地质灾害的发生过程,我们可以看到,如果作好其中的任何一项工作,都是可以防御灾害或减少灾害损失的。如长江西陵峡,1985年6月12日崩塌,200多万立方米岩石涌入长江,激起涌浪高达54米,新滩镇1569间房和两岸的仓库、电机房等均被夷为平地,但由于湖北省政府得到预报,立即下死命令。11日下午5时戒严,并强行搬迁,使这次特大型地质灾害无一人死亡。由此可见,凡与人类工程及经济活动有关的地质灾害,它的可防御性是肯定的。从社会发展历史观察,地质灾害发生的一个重要原因,是人类的工程活动与经济活动对自然条件的破坏。一方面是经济在发展,社会财富在增加,另一方面,各种自然灾害,特别是地质灾害在增加,损失也在增大。据有关部门统计,约80%的地质灾害都是人类工程经济活动诱发或相关的。随着我国经济的不断发展和各种重大工程项目的大量实施,地质灾害的发生频率也将越来越高。因此。深入研究和探讨地质灾害的可御性,准确地进行预测、预报和评估,及早采取防御措施,提前进行地质灾害治理,是我们地质灾害工作者的职责,必须把地质灾害造成的损失降低、减少,甚至避免。
    (发表于2004年《河南国土资源》杂志第2期)