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《水土保持通報(bào)雜志》2016年第二期

摘要：

［目的］對(duì)青海省玉樹(shù)州高原暴雨型泥石流形成機(jī)制進(jìn)行研究，旨在為此類(lèi)泥石流災(zāi)害防治及風(fēng)險(xiǎn)減緩提供依據(jù)。［方法］以青海省玉樹(shù)州稱(chēng)多縣拉隆溝暴雨型泥石流為例，通過(guò)實(shí)地調(diào)查對(duì)其形成因素及形成機(jī)制進(jìn)行研究。［結(jié)果］該泥石流主溝道長(zhǎng)約3km，流域面積5．25km2，縱坡比降212‰，高差約600m。物源區(qū)發(fā)育滑坡方量約為6．50×104m3，流域內(nèi)沖出泥石流物質(zhì)共約8．5×104m3，溝道內(nèi)物源補(bǔ)給量2．0×104m3。［結(jié)論］青海省玉樹(shù)州高原暴雨型泥石流的啟動(dòng)模式可總結(jié)為：滑坡—物源形成—固體物質(zhì)起動(dòng)—溝道侵蝕—泥石流形成。

關(guān)鍵詞：

青海省玉樹(shù)州；暴雨；泥石流；形成機(jī)制

泥石流是山區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害之一，具有暴發(fā)突然、高流速及破壞力巨大等特點(diǎn)［1］。高原暴雨型誘發(fā)型泥石流是青藏高原高寒山區(qū)常見(jiàn)的一種特殊泥石流，其物源主要來(lái)自于坡體表部松散殘坡積物及溝內(nèi)侵蝕、剝蝕的固體物質(zhì)，受高海拔高寒因素影響，其水動(dòng)力條件主要來(lái)自于凍融—暴雨共同作用，其中暴雨是該類(lèi)型泥石流爆發(fā)的臨界誘發(fā)條件，具有爆發(fā)頻率高、高速運(yùn)移、沖擊距離遠(yuǎn)、形成規(guī)模大及危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。由于其形成水動(dòng)力條件（以暴雨為主，同時(shí)伴有冰雪融水）的差異，使其與內(nèi)地常見(jiàn)暴雨型泥石流具有不同的成因機(jī)制。由于區(qū)內(nèi)高寒、高海拔特點(diǎn)加之受自然條件限制早期人類(lèi)活動(dòng)較弱，暴雨型誘發(fā)型泥石流的危害很少受到人們的關(guān)注。20世紀(jì)以來(lái)，隨著區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，旅游開(kāi)發(fā)，人口大幅增加，在區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中經(jīng)常都遇到這類(lèi)泥石流的危害。例如2012年7月3日16：00左右，位于青海玉樹(shù)稱(chēng)多縣稱(chēng)文鎮(zhèn)北側(cè)的上莊村拉隆溝發(fā)生了泥石流災(zāi)害。泥石流爆發(fā)導(dǎo)致位于溝口牧民居民點(diǎn)2戶(hù)居民的房屋和畜棚等基礎(chǔ)設(shè)施完全被毀，5戶(hù)居民房屋成為危房，直接經(jīng)濟(jì)損失120余萬(wàn)元。由坡體表面松散坡積物及溝道侵蝕、剝蝕形成固體物質(zhì)作為物源補(bǔ)給、暴雨作為其誘發(fā)水動(dòng)力條件的高原暴雨型泥石流在青藏高原高寒山區(qū)極為發(fā)育，開(kāi)展全面有效治理防治難度極大。因此，本研究對(duì)該區(qū)高原暴雨型泥石流形成機(jī)制進(jìn)行研究，以期為防治此類(lèi)泥石流災(zāi)害和減緩風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

1研究區(qū)概況

稱(chēng)多縣地處青海省南部，玉樹(shù)藏族自治州東北部，巴顏額拉山中段南坡，通天河自西北向東南流經(jīng)縣境西南側(cè)，扎曲（河）至雅襲江上游段，縱貫縣境中部，縣境最高巴顏喀拉山主峰5267m，最低在縣境南通天河左岸夏達(dá)村，海拔3524m，相對(duì)高差1743m。該區(qū)屬中高山地貌，山體巖性主體為三疊系砂、板巖，表部為基巖風(fēng)化層和殘坡積層。區(qū)內(nèi)屬高原大陸性氣候。冬季漫長(zhǎng)，氣候寒冷。據(jù)清水河氣象站資料（1971—2007年），多年平均氣溫－4．8℃，極端最高氣溫20．4℃，極端最低氣溫－42．9℃。四季不分明，只以0℃上下分為冷暖兩季，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期。全年霜日數(shù)266d，日照時(shí)數(shù)2651．2h，氣溫隨海拔升高而降低。多年平均降水量503．6mm，多集中在6—9月，占全年總降水量的73．4％，50年一遇日最大降水量40．8mm，小時(shí)最大降雨量14．3mm。多年平均蒸發(fā)量1127．4mm，季節(jié)性?xún)錾?．52m。稱(chēng)多縣地處青藏高原腹地，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為以隆升為主，其繼承性和區(qū)域的差異性比較明顯，北部巴顏喀拉山及南部寧?kù)o山大幅度隆升，而中部的河谷谷地則表現(xiàn)為振蕩式的隆升，為泥石流的發(fā)育及發(fā)生提供了有利的地形地貌條件［2］。根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害詳查研究資料，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育55條泥石流主要分布于通天河左岸支溝，給當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)、生產(chǎn)及生活造成較大的威脅和危害。區(qū)內(nèi)泥石流溝總的特征為溝谷切割強(qiáng)烈，一般500～800m，溝槽橫斷面多呈V形，谷坡坡度在40°～50°，植被覆蓋較差，坡面風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈，主溝縱坡降較大，有利于水流匯集，物質(zhì)來(lái)源主要為坡面凍融風(fēng)化物及溝內(nèi)侵蝕，泥石流規(guī)模以中小型為主。2012年7月爆發(fā)的拉隆溝泥石流具有典型的高原暴雨型泥石流特征，因此，選取該溝作為研究對(duì)象具有較好的代表性。

2高原暴雨型誘發(fā)型泥石流的形成條件

2．1物源補(bǔ)給特征通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，從拉隆溝泥石流物源補(bǔ)給上看，該型泥石流物源補(bǔ)給具有方式的多樣性及空間多區(qū)段性的典型特征。通過(guò)對(duì)拉隆溝泥石流的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，與崩滑物質(zhì)作為物源補(bǔ)給和溝谷侵蝕形成固體物質(zhì)作為物源補(bǔ)給不同，該型泥石流的物源補(bǔ)給同時(shí)具備上述兩種物源補(bǔ)給特征，既有滑坡整體滑動(dòng)過(guò)程（圖1），也有在重力、凍融及風(fēng)化作用下崩落到溝道內(nèi)的固體物質(zhì)在溝道流水沖擊下的起動(dòng)過(guò)程（圖2），是兩者綜合作用的結(jié)果，是典型的多種物源補(bǔ)給類(lèi)泥石流。以稱(chēng)多縣稱(chēng)文鎮(zhèn)拉隆溝高原暴雨型泥石流為例，經(jīng)計(jì)算，物源區(qū)發(fā)育滑坡方量約為6．50×104m3，流域內(nèi)沖出泥石流物質(zhì)共約8．50×104m3，溝道內(nèi)物源補(bǔ)給達(dá)2．00×104m3之多。此外，該型泥石流的物源補(bǔ)給在空間上還呈多區(qū)段性的特征，主要體現(xiàn)在該型泥石流的物源補(bǔ)給在整個(gè)溝谷流域內(nèi)連續(xù)補(bǔ)給，這與其它類(lèi)泥石流物源補(bǔ)給不同，不具備集中性。眾所周知，泥石流的物源補(bǔ)給來(lái)自一處或幾處滑坡、崩塌形成的固體物質(zhì)，或者來(lái)自泥石流溝道內(nèi)侵蝕形成的松散固體物質(zhì)。但實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，該型泥石流的物源補(bǔ)給空間上表現(xiàn)出多處補(bǔ)給及補(bǔ)給段長(zhǎng)的特點(diǎn)，即從上游形成區(qū)到中游流通區(qū)均有物源加入，呈連續(xù)補(bǔ)給，空間上補(bǔ)給段長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)公里。例如，稱(chēng)多縣拉隆溝泥石流溝的補(bǔ)給段范圍從上游一直到溝口，長(zhǎng)度約3km。

2．2水源補(bǔ)給的快速性與疊加性大多數(shù)泥石流發(fā)生的水動(dòng)力條件均為強(qiáng)降雨，當(dāng)降雨匯流形成溝道徑流的時(shí)候，它可以通過(guò)水流的動(dòng)壓力用而使固體物質(zhì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并會(huì)形成“鏟蝕效應(yīng)”［3－4］和“消防水管效應(yīng)”［5－6］。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)訪(fǎng)問(wèn)調(diào)查，拉隆溝泥石流爆發(fā)前，區(qū)域內(nèi)持續(xù)強(qiáng)降雨6h，因此其發(fā)生的水動(dòng)力條件仍然來(lái)自暴雨形成的溝道徑流；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查溝道流域內(nèi)同時(shí)還疊加有冰雪融水。此外，由于受到為以隆升為主的強(qiáng)烈新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)加之河谷谷地振蕩式的隆升使得泥石流的上游形成區(qū)基巖裸露，且呈漏斗狀，極有利于地表徑流的匯集并快速轉(zhuǎn)化為溝道徑流（圖3），成為泥石流形成的水動(dòng)力條件。同時(shí)，由于受區(qū)內(nèi)氣候條件的影響，泥石流流域上游山體常年封凍。受氣溫的影響，流域內(nèi)的冰雪融水也成為泥石流溝道流水補(bǔ)給的另一個(gè)重要方面（圖4）。因此，與其它地區(qū)泥石流溝道匯流條件相比，高原暴雨型泥石流具有匯流集中，流量疊加的特點(diǎn)。

2．3流域地貌發(fā)育特征地貌的發(fā)育受地質(zhì)構(gòu)造明顯的控制作用，如山脈、河谷的空間展布皆受構(gòu)造的控制。泥石流作為特殊的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，其溝谷的發(fā)育及演化受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響也較為明顯。通常情況下，在構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)，溝道下切的速度較為緩慢，泥石流的發(fā)育過(guò)程也就相對(duì)緩慢，反之則較快［7］。受到為以隆升為主的強(qiáng)烈新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)加之河谷谷地振蕩式的隆升作用使得區(qū)內(nèi)泥石流流域溝道具備了較大的高差，主溝縱坡比降大，為這類(lèi)泥石流的發(fā)生提供了有利的地形地貌條件。以稱(chēng)多縣拉隆溝泥石流為例，該泥石流主溝道長(zhǎng)約3km，流域面積5．25km2，縱坡比降212‰，溝口高程為3980m，溝腦高程為4590m，高差約600m。溝谷狹窄，山高谷深，橫斷面呈V形，右岸山體坡度50°，左岸山體坡度45°，這些地貌特征為泥石流的發(fā)育提供良好的孕育條件。

3高原暴雨型泥石流形成過(guò)程分析

高原暴雨型泥石流與其它地區(qū)，尤其是與內(nèi)地典型降雨型泥石流相比，孕育環(huán)境、物源補(bǔ)給方式、水動(dòng)力條件都有明顯的不同。就泥石流災(zāi)害本質(zhì)而言，雖然控制暴雨型泥石流形成的主要條件與其他類(lèi)型泥石流的形成條件（物源形成，溝道水源補(bǔ)給，地形地貌等）大致相同，即“固體物質(zhì)、水流、空間條件”，但是每個(gè)主要條件形成方式卻存在明顯不同。這也決定了這類(lèi)泥石流必然與其他類(lèi)型泥石流的形成過(guò)程不同。通過(guò)對(duì)拉隆溝泥石流暴發(fā)后的調(diào)查可以將其形成過(guò)程概括為：物源形成，固體物質(zhì)起動(dòng)，溝道侵蝕，泥石流形成。（1）物源形成。該階段為泥石流固體物質(zhì)形成階段。正如前文所述，在上游形成區(qū)既有滑坡整體滑動(dòng)，在中游流通區(qū)也有在重力、凍融及風(fēng)化作用下崩落到溝道內(nèi)的固體物質(zhì)（圖2），暴雨型泥石流物源形成是兩者綜合作用的結(jié)果。和其它類(lèi)型泥石流不同，暴雨型泥石流物源形成具有多樣性與多段性。（2）固體物質(zhì)起動(dòng)。這階段是指溝道內(nèi)固體物質(zhì)在暴雨、冰雪融水形成溝道徑流沖擊作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，主要是指覆蓋、堆積在溝道內(nèi)的固體物質(zhì)，多為碎石土。固體物質(zhì)的受沖擊起動(dòng)使得堆積在溝道內(nèi)松散堆積物失去表層保護(hù)層，加劇了溝道進(jìn)一步的侵蝕，為溝道內(nèi)固體物源的補(bǔ)給提供條件。這種現(xiàn)象在調(diào)查中可以明顯看到，在溝道內(nèi)水流沖刷作用下，溝道內(nèi)的固體物質(zhì)表層存在明顯剝蝕跡象（圖5）。（3）溝道侵蝕。溝道侵蝕主要是指溝道內(nèi)流水沖擊帶動(dòng)固體物質(zhì)啟動(dòng)對(duì)溝道造成下蝕和側(cè)蝕。這個(gè)階段是高原暴雨型泥石流形成過(guò)程中的關(guān)鍵階段，它表現(xiàn)為泥石流溝道物源補(bǔ)給量顯著增大。對(duì)于高原暴雨型泥石流而言，這是泥石流溝道物源補(bǔ)給的重要過(guò)程，貫穿著泥石流發(fā)生及運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程。下蝕過(guò)程主要是溝道流水對(duì)溝道底部進(jìn)行豎向侵蝕，使堆積于溝道底部的固體物質(zhì)起動(dòng)，成為固體物質(zhì)補(bǔ)給的另一來(lái)源；側(cè)蝕過(guò)程是指溝道流水水平幅擺動(dòng)帶動(dòng)泥石流固體物質(zhì)對(duì)溝道兩岸松散坡積物進(jìn)行橫向的“鏟、刮”效應(yīng)，使得岸坡坡積物基礎(chǔ)被掏空，上部松散坡積物進(jìn)而塌落進(jìn)入溝道，成為泥石流固體物質(zhì)的補(bǔ)給來(lái)源。（4）泥石流形成。該階段同時(shí)伴隨著溝道匯水集中、溝道侵蝕和岸坡坍塌、能量集中的過(guò)程，也是泥石流危害性最強(qiáng)階段（圖6）。泥石流的形成使得流域內(nèi)的固體物質(zhì)補(bǔ)給量不斷增加，為保持泥石流的持續(xù)運(yùn)動(dòng)提供必要條件。根據(jù)在稱(chēng)多縣拉隆溝泥石流的調(diào)查顯示，一次泥石流過(guò)程對(duì)溝道的掏蝕和側(cè)蝕從上游到溝口皆有發(fā)生，局部溝段下切深度可達(dá)4m，岸坡坍塌可達(dá)20m寬，足見(jiàn)其侵蝕能量之巨大。

4結(jié)論

（1）高原暴雨型泥石流物源形成模式研究。高原暴雨型泥石流的物源形成特征為：溝道匯水橫幅擺動(dòng)侵蝕溝道岸坡坡腳使得坡腳被掏空，在重力作用下發(fā)生坍塌，這是該型泥石流溝道固體物源形成多見(jiàn)的破壞方式。此外，受到凍融作用的影響，融水入滲改變坡體水動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)而改變坡體物理力學(xué)狀態(tài)最終沿溝道臨空面產(chǎn)生崩滑，堆積在溝道內(nèi)，成為泥石流形成區(qū)的物源。青海省玉樹(shù)州高原暴雨型泥石流的啟動(dòng)模式可總結(jié)為：滑坡—物源形成—固體物質(zhì)起動(dòng)—溝道侵蝕—泥石流形成。（2）高原暴雨型泥石流啟動(dòng)內(nèi)在耦合研究有待進(jìn)一步研究。高原暴雨型泥石流的形成過(guò)程雖然通過(guò)實(shí)地調(diào)查流域地貌特征可定性判別，但受其高海拔，高寒，人跡罕至、雨量資料缺乏等因素影響，其作用的內(nèi)在機(jī)制定量描述卻很難確定。此外，目前各種泥石流理論還未能較好的揭示該類(lèi)型泥石流的內(nèi)在耦合機(jī)制。因此，需要開(kāi)展進(jìn)一步物理、力學(xué)試驗(yàn)研究，以深入認(rèn)識(shí)這類(lèi)泥石流的形成機(jī)制。

作者：高波 王佳運(yùn) 張成航 馮衛(wèi) 單位：國(guó)土資源部 黃土地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心