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《安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)》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(zhì)條件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了該泥石流的發(fā)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(yù)測其發(fā)展趨勢，計(jì)算確定了典型泥石流溝的動力學(xué)特征，研究成果為經(jīng)濟(jì)合理防治該泥石流溝災(zāi)害提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞:

泥石流;溝谷特征;運(yùn)動特征;綜合防治

果木溝泥石流位于甘孜縣奪多鄉(xiāng)果木村，果木溝為達(dá)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(nèi)近年來多次發(fā)生了規(guī)模不等的泥石流災(zāi)害。從一九八五年至今，發(fā)生泥石流的頻率和規(guī)模有加劇的態(tài)勢，嚴(yán)重威脅到溝口洪積扇上靠近溝邊居住的村民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，影響前緣坡下的鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路的正常運(yùn)行。在每年雨季暴雨沖刷下，果木溝沿線發(fā)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(fā)育情況及泥石流溝谷特征，分析預(yù)測其發(fā)展趨勢，并通過計(jì)算確定典型泥石流溝的動力學(xué)特征，這些結(jié)論對于如何經(jīng)濟(jì)合理防治泥石流災(zāi)害具有重要現(xiàn)實(shí)意義［1］。

1泥石流自然地質(zhì)條件

1．1氣象水文

研究區(qū)屬大陸性高原季風(fēng)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(jié)性凍土地區(qū)，最大凍土層厚度達(dá)1．2m;達(dá)曲河從果木溝溝口前緣經(jīng)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(qū)位于青藏高原東南緣的川西北高山高原區(qū)，橫斷山脈的東北翼部分。受青藏川大“歹”字型地質(zhì)構(gòu)造活動的嚴(yán)格控制，地貌類型復(fù)雜多樣。區(qū)內(nèi)整個(gè)地勢自西北向東南逐漸傾斜，出現(xiàn)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(xiāng)地貌主要表現(xiàn)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(dá)1500m，坡度一般45°，有的可達(dá)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(qū)內(nèi)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(zhì)鈣質(zhì)石英細(xì)砂巖，長石石英粉砂～細(xì)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?guī)r。下部夾錳質(zhì)結(jié)核，灰?guī)r中錳質(zhì)高。三疊系侏倭組(T3zh):灰色薄～厚層變質(zhì)石英粉～細(xì)砂巖、長石砂巖與深灰色含鈣質(zhì)絹云板巖韻律式互層，下部夾泥灰?guī)r結(jié)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(zhì)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(jié)構(gòu)稍密～中密，分選性較好。主要分布于溝口達(dá)曲河兩岸一級階地上。殘坡積層(Q4el+dl):含碎石粉質(zhì)粘土，區(qū)內(nèi)廣泛分布，褐色、灰色、灰白色，碎石粒徑一般6～15cm，少數(shù)達(dá)15cm以上，母巖為變質(zhì)砂巖、板巖，呈強(qiáng)風(fēng)化狀，磨圓度差，呈棱角狀，分布形態(tài)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(jié)狀。坡洪積層(Q4dl+al):地表形態(tài)常呈帶狀、三角形、扇裙等，物質(zhì)組分為碎石、少量塊石、礫石、砂、泥等，母巖成份主要有變質(zhì)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(dá)2m，底厚1～6m之間，最厚可達(dá)8m以上，坡洪積物粒度由底部至頂部有變細(xì)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(cè)帶狀區(qū)域內(nèi)。泥石流堆積層(Q4sef):雜色，稍濕，碎石，母巖主要成分為變質(zhì)砂巖、板巖，棱角～次棱角狀，中等～微風(fēng)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(jié)構(gòu)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(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)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(qū)，是青藏高原的一部分。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造處于青藏滇緬印“歹”字型構(gòu)造的頭部向中部轉(zhuǎn)折部位上，構(gòu)造形跡比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)為平行排列的北西向褶皺和斷裂。

2泥石流發(fā)育特征

根據(jù)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(qū)與堆積區(qū)兩個(gè)區(qū)域(見圖1)。

2．1形成流通區(qū)特征

果木溝泥石流平面形態(tài)呈條帶狀，無支溝發(fā)育，果木溝兩側(cè)可見明顯分水嶺，地形起伏較大。該區(qū)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(tài)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(dá)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(tài)呈折線型，長灘、跌坎發(fā)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(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)巖土體主要為三疊系雜谷腦組上段灰色薄～厚層變質(zhì)石英砂巖夾粉砂質(zhì)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(qū)內(nèi)巖體較堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度高，但是淺表部節(jié)理裂隙發(fā)育;區(qū)內(nèi)各類物源堆積體中碎塊石結(jié)構(gòu)一般為稍密～中密，分選性差，棱角分明，透水性強(qiáng);殘坡積土層結(jié)構(gòu)松散，主要分布于緩坡、山脊平臺和坡腳地帶。區(qū)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(qū)特征

堆積區(qū)位于海拔3550～3570m之間，平面形態(tài)呈扇型，為古洪積扇，現(xiàn)代溝谷中水流下切前期古洪積扇體，匯入達(dá)曲河。堆積扇前緣直抵達(dá)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(kuò)散角100°～110°，平面面積約為2．2×104m2，根據(jù)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(zhì)組成以碎、塊石和砂粒堆積為主，碎塊石占50%～70%，結(jié)構(gòu)稍密～中密。母巖成分為變質(zhì)砂巖、板巖，粒徑一般在8～25cm，最大可達(dá)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(xì)，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(diǎn)海拔4485m，最低點(diǎn)入達(dá)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(tài)為“V―U”字形。地貌以高山侵蝕地貌為主，地形平面形態(tài)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(shí)溝谷地形坡度陡，跌水明顯，流域內(nèi)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(qū)域地質(zhì)構(gòu)造處于青藏滇緬印“歹”字型構(gòu)造的頭部向中部轉(zhuǎn)折部位上，構(gòu)造形跡比較復(fù)雜，斷裂發(fā)育，巖體破碎較嚴(yán)重，基巖風(fēng)化帶較厚，河流侵蝕強(qiáng)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(zhì)災(zāi)害，大量松散物質(zhì)堆積于溝床及兩側(cè)，為泥石流形成提供了充足的固體物源。經(jīng)常產(chǎn)生強(qiáng)降雨，產(chǎn)生洪流，在狹窄陡深的溝谷中產(chǎn)生強(qiáng)大的動能，為泥石流的產(chǎn)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(zhì)、水源條件和地形條件，都有利于泥石流的發(fā)生和活動。

3．2泥石流類型

按照泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范對泥石流的流體性質(zhì)、發(fā)生頻率、發(fā)生地形地貌條件、固體物質(zhì)提供方式、誘發(fā)因素及動力特征等不同指標(biāo)和總和指標(biāo)進(jìn)行分類［5］，詳述如下:(1)按流體性質(zhì)劃分，果木溝泥石流為粘性泥石流根據(jù)調(diào)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(fā)頻率劃分，果木溝泥石流為高頻泥石流根據(jù)調(diào)查，果木溝1988年降雨雨強(qiáng)為10～20年一遇，1988年發(fā)生泥石流為20年一遇，按泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范，發(fā)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(qū)地貌特征劃分，果木溝泥石流主要屬于溝谷型泥石流根據(jù)實(shí)地調(diào)查，泥石流溝發(fā)育于山體深切溝谷地帶，物質(zhì)來源為溝兩側(cè)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(qū)及堆積區(qū)明顯;(4)按照泥石流固體物質(zhì)補(bǔ)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(zhì)主要由崩塌提供，在運(yùn)動及發(fā)展過程中，固體物質(zhì)主要由溝床堆積物侵蝕提供;(5)按泥石流激發(fā)、觸發(fā)及誘發(fā)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(fā)生主要沿較緩的坡面運(yùn)動，其中土體是靠水體的部分提供推移力引起和維持其運(yùn)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(guī)模

根據(jù)果木溝泥石流泥痕和過流斷面實(shí)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(guī)模為中型。

4泥石流運(yùn)動特征與動力學(xué)特性

對于泥石流運(yùn)動特征和動力特征的定性分析，是認(rèn)識泥石流和進(jìn)行泥石流防治工程設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)。由于無泥石流發(fā)生時(shí)的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，對各泥石流溝的分析，主要根據(jù)查訪資料，類比利用目前泥石流運(yùn)動特征及動力特征研究的成果進(jìn)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(qiáng)，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(qū)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(jìn)入形成流通區(qū)下游后，溝道變寬，流深變淺，流速會明顯減小。因此，根據(jù)果木溝泥石流的實(shí)際情況，分別選用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》規(guī)范性附錄I中的“粘性泥石流流速計(jì)算公式”———東川蔣家溝泥石流改進(jìn)公式、甘肅武都地區(qū)粘性泥石流流速計(jì)算公式及西藏古鄉(xiāng)溝、東川蔣家溝、武都火燒溝的通用公式對其進(jìn)行計(jì)算［5］，將計(jì)算結(jié)果與當(dāng)?shù)卦?jīng)目睹過該溝泥石流暴發(fā)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(xiàn)場泥漿痕跡相似法和泥石流形態(tài)調(diào)查法比對分析綜合確定泥石流流體容重。根據(jù)當(dāng)?shù)卮迕衩枋瞿嗍鏖_始發(fā)生和結(jié)束時(shí)呈稀粥狀，流動較快;中間高潮時(shí)，泥石流漿體呈稠粥狀。因此，綜合認(rèn)為泥石流的密度均應(yīng)在1．70～2．0t/m3之間。

4．3泥石流流量

果木溝流域內(nèi)無實(shí)測的洪峰流量資料，不能用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量。根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》，泥石流峰值流量采用“雨洪法”來進(jìn)行計(jì)算，即假設(shè)泥石流與暴雨同頻率、且同步發(fā)生，計(jì)算斷面的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量全部轉(zhuǎn)化為泥石流流量的假設(shè)條件下建立的計(jì)算方法，采用《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊》計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨［6］，由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)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(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》的規(guī)范性附錄I中推薦的“鐵二院(成昆、東川兩線)公式”進(jìn)行計(jì)算(見表3)。

5結(jié)論

本文闡述了該泥石流溝的發(fā)育情況及溝谷特征，分析預(yù)測其發(fā)展趨勢，并通過計(jì)算泥石流流速、流量、一次性沖出量及固體物質(zhì)總量和沖擊力，確定典型泥石流溝的動力學(xué)特征，這些結(jié)論對于如何經(jīng)濟(jì)合理防治泥石流災(zāi)害具有重要現(xiàn)實(shí)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(yán)重威脅到溝口附近人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。泥石流溝處于發(fā)育壯年期，有繼續(xù)發(fā)育和發(fā)展的良好溝道條件、豐富的物源儲備和積累、極高的暴發(fā)頻率、良好的水源條件及觸發(fā)因素、流域植被覆蓋率總體較低、大量的小型滑坡、崩塌發(fā)育，為泥石流的形成提供了豐富的物源［7］。果木溝泥石流實(shí)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(jié)合”方案對泥石流進(jìn)行治理，并在治理后采取生物措施相結(jié)合的綜合防治對策，在泥石流形成物源區(qū)采用恢復(fù)植被的生物工程措施及固溝穩(wěn)坡的工程措施。

參考文獻(xiàn):

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［7］余斌，馬煜，吳雨夫．汶川地震后四川省綿竹市清平鄉(xiāng)文家溝泥石流災(zāi)害調(diào)查研究［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18(6):827－836．

作者:韋瑋 孫瑜 單位:核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)院研究院有限公司 四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院