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《安徽理工大學學報》2016年第2期

摘要:

以果木溝泥石流為研究對象，在闡述該泥石流自然地質條件的基礎上，系統地分析了該泥石流的發育情況、泥石流溝谷特征及其形成條件，確定了該泥石流的類型;分析預測其發展趨勢，計算確定了典型泥石流溝的動力學特征，研究成果為經濟合理防治該泥石流溝災害提供了科學依據。

關鍵詞:

泥石流;溝谷特征;運動特征;綜合防治

果木溝泥石流位于甘孜縣奪多鄉果木村，果木溝為達曲河左岸的一級支流。溝口洪積扇上分布有多處建筑。該溝內近年來多次發生了規模不等的泥石流災害。從一九八五年至今，發生泥石流的頻率和規模有加劇的態勢，嚴重威脅到溝口洪積扇上靠近溝邊居住的村民的生命和財產安全，影響前緣坡下的鄉鎮公路的正常運行。在每年雨季暴雨沖刷下，果木溝沿線發生多處崩塌和小型滑坡，在溝谷堆積了大量的物源，成為較大的安全隱患。因此，查明泥石流的發育情況及泥石流溝谷特征，分析預測其發展趨勢，并通過計算確定典型泥石流溝的動力學特征，這些結論對于如何經濟合理防治泥石流災害具有重要現實意義［1］。

1泥石流自然地質條件

1．1氣象水文

研究區屬大陸性高原季風氣候，空氣干燥，氣溫較低，冬長夏短，多年平均氣溫5．6℃，多年平均降雨量666．81mm，其中10min最大降雨量13．2mm(2001年)，30分鐘最大降雨量30．9mm，一日最大降雨量40．9mm(1995年)，屬季節性凍土地區，最大凍土層厚度達1．2m;達曲河從果木溝溝口前緣經過，平均水深1．5m，最大流量215m3/s，最低流量5．8m3/s。

1．2地形地貌

研究區位于青藏高原東南緣的川西北高山高原區，橫斷山脈的東北翼部分。受青藏川大“歹”字型地質構造活動的嚴格控制，地貌類型復雜多樣。區內整個地勢自西北向東南逐漸傾斜，出現了丘原、山原、高山、極高山等多種地貌類型，海拔多在3500m以上。奪多鄉地貌主要表現為河谷深切，山勢陡峻，高差懸殊大。谷底寬約50～150m，山嶺寬度一般僅10km。河谷深切一般為200～800m，有的可達1500m，坡度一般45°，有的可達60°～70°，海拔多在5000m以上，是典型的高山峽谷地貌類型。

1．3地層巖性

研究區內出露的地層主要由三疊系雜谷腦組(T2z)和三疊系侏倭組(T3zh)地層及第四系沖洪積層(Q4al+pl)、殘坡積層(Q4el+dl)、坡洪積層(Q4dl+al)和泥石流堆積層(Q4sef)。(1)三疊系。三疊系雜谷腦組(T2z):灰色薄～厚層變質鈣質石英細砂巖，長石石英粉砂～細砂巖，巖屑長石砂巖與灰色絹云板巖不等厚互層，夾灰色薄～中層生物碎屑灰巖。下部夾錳質結核，灰巖中錳質高。三疊系侏倭組(T3zh):灰色薄～厚層變質石英粉～細砂巖、長石砂巖與深灰色含鈣質絹云板巖韻律式互層，下部夾泥灰巖結核。(2)第四系。沖洪積層(Q4al+pl):灰色、灰白色漂卵石夾砂，母巖主要為為板巖、變質砂巖，漂石粒徑一般20～30cm，最大0．8～1．2m，約占20%～30%，卵石約占50%～60%，砂約占20%，磨圓度較好，多呈圓～亞圓狀，結構稍密～中密，分選性較好。主要分布于溝口達曲河兩岸一級階地上。殘坡積層(Q4el+dl):含碎石粉質粘土，區內廣泛分布，褐色、灰色、灰白色，碎石粒徑一般6～15cm，少數達15cm以上，母巖為變質砂巖、板巖，呈強風化狀，磨圓度差，呈棱角狀，分布形態主要以透鏡體分布于該層中。殘坡積物從下到上有韻律層序，傾角近似于坡角，呈松散至半固結狀。坡洪積層(Q4dl+al):地表形態常呈帶狀、三角形、扇裙等，物質組分為碎石、少量塊石、礫石、砂、泥等，母巖成份主要有變質砂巖、板巖等。塊碎石無分選，磨圓度差，呈尖棱角～棱角狀，粒度一般在5～15、40～60cm之間，最大可達2m，底厚1～6m之間，最厚可達8m以上，坡洪積物粒度由底部至頂部有變細的趨勢，其堆積體表面坡度在25°～45°之間。該層主要分布于流域中、下游果木溝溝床兩側帶狀區域內。泥石流堆積層(Q4sef):雜色，稍濕，碎石，母巖主要成分為變質砂巖、板巖，棱角～次棱角狀，中等～微風化，碎石粒徑多為8～20cm，含少量塊石，碎石含量50%～70%，充填物主要為砂，結構松散～稍密。該層主要分布于主溝下游溝床及溝口扇體上。

1．4地質構造

研究區位于青藏高原向云貴高原和四川盆地的過渡地帶，屬橫斷山系北段川西高山高原區，是青藏高原的一部分。區域地質構造處于青藏滇緬印“歹”字型構造的頭部向中部轉折部位上，構造形跡比較復雜，主要表現為平行排列的北西向褶皺和斷裂。

2泥石流發育特征

根據泥石流溝床縱比降及物源分布特征，將全流域分為形成流通區與堆積區兩個區域(見圖1)。

2．1形成流通區特征

果木溝泥石流平面形態呈條帶狀，無支溝發育，果木溝兩側可見明顯分水嶺，地形起伏較大。該區最高海拔4485m之間，最低海拔3570m，相對高差約915m，匯水面積約5．2km2，果木溝長約5．0km。溝谷形態變化較大，主要以“V”字形為主，平均溝床縱比降19%。果木溝源頭段200m范圍縱坡比降達42．5%，橫向上主要由溝谷堆積、坡積群及高山等地貌組成，縱向上溝谷形態呈折線型，長灘、跌坎發育明顯，縱坡比降大，谷底一般寬2～6m，地形地貌為高山峽谷地貌。根據調查，區內巖土體主要為三疊系雜谷腦組上段灰色薄～厚層變質石英砂巖夾粉砂質絹云板巖、絹云板巖，崩塌、滑坡等作用形成的碎塊石及第四系垮塌形成的松散土體。區內巖體較堅硬，抗壓強度高，但是淺表部節理裂隙發育;區內各類物源堆積體中碎塊石結構一般為稍密～中密，分選性差，棱角分明，透水性強;殘坡積土層結構松散，主要分布于緩坡、山脊平臺和坡腳地帶。區域降雨和植被分帶明顯，隨高程增加，降雨量增加，植被覆蓋率也逐漸增加。

2．2堆積區特征

堆積區位于海拔3550～3570m之間，平面形態呈扇型，為古洪積扇，現代溝谷中水流下切前期古洪積扇體，匯入達曲河。堆積扇前緣直抵達曲河河床左岸水邊，堆積扇前緣寬約200～300m，后緣寬50～80m，縱向長約150～200m，縱坡坡度6°～10°，擴散角100°～110°，平面面積約為2．2×104m2，根據鉆探資料，泥石流堆積厚度大于15m，堆積扇體積大于30×104m3。物質組成以碎、塊石和砂粒堆積為主，碎塊石占50%～70%，結構稍密～中密。母巖成分為變質砂巖、板巖，粒徑一般在8～25cm，最大可達300cm，砂及粉土充填，分選性差。從扇頂至扇體邊緣顆粒由粗變細，具有簡單分選的特征，扇頂顆粒較粗大，最大粒徑200cm，一般粒徑為15～30cm;中部最大粒徑60cm，一般粒徑為9～24cm;前緣最大塊石粒徑約40cm，一般粒徑為6～15cm。

3泥石流形成條件及活動特征

3．1形成條件

果木溝長約5．0km，最高點海拔4485m，最低點入達曲河口處海拔3550m，相對高差約935m，谷坡平均坡度30°～65°，溝床平均縱比降為18．6%，溝谷形態為“V―U”字形。地貌以高山侵蝕地貌為主，地形平面形態呈樹葉狀，兩岸邊坡以上山峰林立，岸坡陡峻，溝道窄坡降大，這種地形有利于松散固體物源、雨水及地下水的匯集，同時溝谷地形坡度陡，跌水明顯，流域內巨大的谷嶺高差、陡峻的岸坡及較大的溝床縱比降為泥石流的形成提供了地形地貌條件［2］。該溝所在的甘孜縣在區域地質構造處于青藏滇緬印“歹”字型構造的頭部向中部轉折部位上，構造形跡比較復雜，斷裂發育，巖體破碎較嚴重，基巖風化帶較厚，河流侵蝕強烈，在暴雨、地震及人類活動等作用下常常形成崩塌、滑坡等地質災害，大量松散物質堆積于溝床及兩側，為泥石流形成提供了充足的固體物源。經常產生強降雨，產生洪流，在狹窄陡深的溝谷中產生強大的動能，為泥石流的產生提供了水動力條件［3－4］。從上述分析來看，果木溝泥石流流域的固體物質、水源條件和地形條件，都有利于泥石流的發生和活動。

3．2泥石流類型

按照泥石流災害防治工程勘察規范對泥石流的流體性質、發生頻率、發生地形地貌條件、固體物質提供方式、誘發因素及動力特征等不同指標和總和指標進行分類［5］，詳述如下:(1)按流體性質劃分，果木溝泥石流為粘性泥石流根據調訪，泥石流漿體像稀粥狀，其容重在1．6～1．8g/cm3之間，果木溝泥石流為粘性泥石流;(2)按暴發頻率劃分，果木溝泥石流為高頻泥石流根據調查，果木溝1988年降雨雨強為10～20年一遇，1988年發生泥石流為20年一遇，按泥石流災害防治工程勘察規范，發生頻率在一年多次至5年1次為高頻泥石流;(3)按泥石流集水區地貌特征劃分，果木溝泥石流主要屬于溝谷型泥石流根據實地調查，泥石流溝發育于山體深切溝谷地帶，物質來源為溝兩側的山坡提供及果木溝溝床堆積物提供，泥石流的形成流通區及堆積區明顯;(4)按照泥石流固體物質補給方式分類，果木溝泥石流屬于崩塌及溝床侵蝕型泥石流泥石流在形成過程中，固體物質主要由崩塌提供，在運動及發展過程中，固體物質主要由溝床堆積物侵蝕提供;(5)按泥石流激發、觸發及誘發因素分類，果木溝泥石流屬于暴雨型泥石流該流域的泥石流主要由于暴雨或特大型暴雨引起;(6)按照泥石流動力特征分類，果木溝泥石流屬于水力類泥石流泥石流發生主要沿較緩的坡面運動，其中土體是靠水體的部分提供推移力引起和維持其運動;綜上所述，果木溝泥石流屬于粘性—高頻—暴雨—溝谷型泥石流。

3．3泥石流規模

根據果木溝泥石流泥痕和過流斷面實測資料，果木溝一次泥石流堆積總量在1×104～3×104m3，確定果木溝泥石流規模為中型。

4泥石流運動特征與動力學特性

對于泥石流運動特征和動力特征的定性分析，是認識泥石流和進行泥石流防治工程設計的基本數據。由于無泥石流發生時的實際觀測數據，對各泥石流溝的分析，主要根據查訪資料，類比利用目前泥石流運動特征及動力特征研究的成果進行分析。

4．1泥石流流速

果木溝泥石流為粘性泥石流，流體粘性較大，浮托力強，能耗大，流速一般較小，且在不同地段流速有明顯的差異，如在形成流通區上游溝床縱坡降大，溝道順直段的泥石流流速大，而在窄谷、彎道溝段，由于流體動能消耗大，流速明顯減緩，進入形成流通區下游后，溝道變寬，流深變淺，流速會明顯減小。因此，根據果木溝泥石流的實際情況，分別選用《泥石流災害防治工程勘查規范》規范性附錄I中的“粘性泥石流流速計算公式”———東川蔣家溝泥石流改進公式、甘肅武都地區粘性泥石流流速計算公式及西藏古鄉溝、東川蔣家溝、武都火燒溝的通用公式對其進行計算［5］，將計算結果與當地曾經目睹過該溝泥石流暴發的人對泥石流情況的描述相對比佐證，溝口位置泥石流流速的采用值為P=5%頻率下的泥石流流速值:VC=3．8m/s。

4．2泥石流容重

采用現場泥漿痕跡相似法和泥石流形態調查法比對分析綜合確定泥石流流體容重。根據當地村民描述泥石流開始發生和結束時呈稀粥狀，流動較快;中間高潮時，泥石流漿體呈稠粥狀。因此，綜合認為泥石流的密度均應在1．70～2．0t/m3之間。

4．3泥石流流量

果木溝流域內無實測的洪峰流量資料，不能用數理統計的方法計算設計洪峰流量。根據《泥石流災害防治工程勘查規范》，泥石流峰值流量采用“雨洪法”來進行計算，即假設泥石流與暴雨同頻率、且同步發生，計算斷面的暴雨洪水設計流量全部轉化為泥石流流量的假設條件下建立的計算方法，采用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》計算設計暴雨［6］，由設計暴雨推求設計洪峰流量(見表1)。

4．4泥石流沖擊力

泥石流整體沖擊壓力δ按《泥石流災害防治工程勘查規范》的規范性附錄I中推薦的“鐵二院(成昆、東川兩線)公式”進行計算(見表3)。

5結論

本文闡述了該泥石流溝的發育情況及溝谷特征，分析預測其發展趨勢，并通過計算泥石流流速、流量、一次性沖出量及固體物質總量和沖擊力，確定典型泥石流溝的動力學特征，這些結論對于如何經濟合理防治泥石流災害具有重要現實意義。果木溝泥石流為典型的暴雨崩滑高頻粘性溝谷型泥石流，嚴重威脅到溝口附近人民群眾生命財產安全。泥石流溝處于發育壯年期，有繼續發育和發展的良好溝道條件、豐富的物源儲備和積累、極高的暴發頻率、良好的水源條件及觸發因素、流域植被覆蓋率總體較低、大量的小型滑坡、崩塌發育，為泥石流的形成提供了豐富的物源［7］。果木溝泥石流實施治理不僅十分必要，而且極為緊迫。因此，建議采取“以排為主、攔排結合”方案對泥石流進行治理，并在治理后采取生物措施相結合的綜合防治對策，在泥石流形成物源區采用恢復植被的生物工程措施及固溝穩坡的工程措施。

參考文獻:

［1］周必凡．泥石流防治指南［M］．北京:科學出版社，1991:8－200．

［2］費祥俊，舒安平．泥石流運動機理與災害防治［M］．北京:清華大學出版社，2004:262－267．

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［4］許強，裴向軍，黃潤秋．汶川地震大型滑坡研究［M］．北京:科學出版社，2009:210－300．

［5］國土資源部．泥石流災害防治工程勘查規范:DZ/T0220－2006［S］．北京:中國標準出版社，2006:58－78．

［6］四川水利電力廳．四川省中小流域暴雨洪水計算手冊［M］．成都:四川水利電力廳，1984:8－100．

［7］余斌，馬煜，吳雨夫．汶川地震后四川省綿竹市清平鄉文家溝泥石流災害調查研究［J］．工程地質學報，2010，18(6):827－836．

作者:韋瑋 孫瑜 單位:核工業西南勘察設計院研究院有限公司 四川省核工業地質調查院