泥石流灾害形成及运动研究范文

《安徽理工大学学报》2016年第2期

摘要:

以果木沟泥石流为研究对象，在阐述该泥石流自然地质条件的基础上，系统地分析了该泥石流的发育情况、泥石流沟谷特征及其形成条件，确定了该泥石流的类型;分析预测其发展趋势，计算确定了典型泥石流沟的动力学特征，研究成果为经济合理防治该泥石流沟灾害提供了科学依据。

关键词:

泥石流;沟谷特征;运动特征;综合防治

果木沟泥石流位于甘孜县夺多乡果木村，果木沟为达曲河左岸的一级支流。沟口洪积扇上分布有多处建筑。该沟内近年来多次发生了规模不等的泥石流灾害。从一九八五年至今，发生泥石流的频率和规模有加剧的态势，严重威胁到沟口洪积扇上靠近沟边居住的村民的生命和财产安全，影响前缘坡下的乡镇公路的正常运行。在每年雨季暴雨冲刷下，果木沟沿线发生多处崩塌和小型滑坡，在沟谷堆积了大量的物源，成为较大的安全隐患。因此，查明泥石流的发育情况及泥石流沟谷特征，分析预测其发展趋势，并通过计算确定典型泥石流沟的动力学特征，这些结论对于如何经济合理防治泥石流灾害具有重要现实意义［1］。

1泥石流自然地质条件

1．1气象水文

研究区属大陆性高原季风气候，空气干燥，气温较低，冬长夏短，多年平均气温5．6℃，多年平均降雨量666．81mm，其中10min最大降雨量13．2mm(2001年)，30分钟最大降雨量30．9mm，一日最大降雨量40．9mm(1995年)，属季节性冻土地区，最大冻土层厚度达1．2m;达曲河从果木沟沟口前缘经过，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

研究区位于青藏高原东南缘的川西北高山高原区，横断山脉的东北翼部分。受青藏川大“歹”字型地质构造活动的严格控制，地貌类型复杂多样。区内整个地势自西北向东南逐渐倾斜，出现了丘原、山原、高山、极高山等多种地貌类型，海拔多在3500m以上。夺多乡地貌主要表现为河谷深切，山势陡峻，高差悬殊大。谷底宽约50～150m，山岭宽度一般仅10km。河谷深切一般为200～800m，有的可达1500m，坡度一般45°，有的可达60°～70°，海拔多在5000m以上，是典型的高山峡谷地貌类型。

1．3地层岩性

研究区内出露的地层主要由三叠系杂谷脑组(T2z)和三叠系侏倭组(T3zh)地层及第四系冲洪积层(Q4al+pl)、残坡积层(Q4el+dl)、坡洪积层(Q4dl+al)和泥石流堆积层(Q4sef)。(1)三叠系。三叠系杂谷脑组(T2z):灰色薄～厚层变质钙质石英细砂岩，长石石英粉砂～细砂岩，岩屑长石砂岩与灰色绢云板岩不等厚互层，夹灰色薄～中层生物碎屑灰岩。下部夹锰质结核，灰岩中锰质高。三叠系侏倭组(T3zh):灰色薄～厚层变质石英粉～细砂岩、长石砂岩与深灰色含钙质绢云板岩韵律式互层，下部夹泥灰岩结核。(2)第四系。冲洪积层(Q4al+pl):灰色、灰白色漂卵石夹砂，母岩主要为为板岩、变质砂岩，漂石粒径一般20～30cm，最大0．8～1．2m，约占20%～30%，卵石约占50%～60%，砂约占20%，磨圆度较好，多呈圆～亚圆状，结构稍密～中密，分选性较好。主要分布于沟口达曲河两岸一级阶地上。残坡积层(Q4el+dl):含碎石粉质粘土，区内广泛分布，褐色、灰色、灰白色，碎石粒径一般6～15cm，少数达15cm以上，母岩为变质砂岩、板岩，呈强风化状，磨圆度差，呈棱角状，分布形态主要以透镜体分布于该层中。残坡积物从下到上有韵律层序，倾角近似于坡角，呈松散至半固结状。坡洪积层(Q4dl+al):地表形态常呈带状、三角形、扇裙等，物质组分为碎石、少量块石、砾石、砂、泥等，母岩成份主要有变质砂岩、板岩等。块碎石无分选，磨圆度差，呈尖棱角～棱角状，粒度一般在5～15、40～60cm之间，最大可达2m，底厚1～6m之间，最厚可达8m以上，坡洪积物粒度由底部至顶部有变细的趋势，其堆积体表面坡度在25°～45°之间。该层主要分布于流域中、下游果木沟沟床两侧带状区域内。泥石流堆积层(Q4sef):杂色，稍湿，碎石，母岩主要成分为变质砂岩、板岩，棱角～次棱角状，中等～微风化，碎石粒径多为8～20cm，含少量块石，碎石含量50%～70%，充填物主要为砂，结构松散～稍密。该层主要分布于主沟下游沟床及沟口扇体上。

1．4地质构造

研究区位于青藏高原向云贵高原和四川盆地的过渡地带，属横断山系北段川西高山高原区，是青藏高原的一部分。区域地质构造处于青藏滇缅印“歹”字型构造的头部向中部转折部位上，构造形迹比较复杂，主要表现为平行排列的北西向褶皱和断裂。

2泥石流发育特征

根据泥石流沟床纵比降及物源分布特征，将全流域分为形成流通区与堆积区两个区域(见图1)。

2．1形成流通区特征

果木沟泥石流平面形态呈条带状，无支沟发育，果木沟两侧可见明显分水岭，地形起伏较大。该区最高海拔4485m之间，最低海拔3570m，相对高差约915m，汇水面积约5．2km2，果木沟长约5．0km。沟谷形态变化较大，主要以“V”字形为主，平均沟床纵比降19%。果木沟源头段200m范围纵坡比降达42．5%，横向上主要由沟谷堆积、坡积群及高山等地貌组成，纵向上沟谷形态呈折线型，长滩、跌坎发育明显，纵坡比降大，谷底一般宽2～6m，地形地貌为高山峡谷地貌。根据调查，区内岩土体主要为三叠系杂谷脑组上段灰色薄～厚层变质石英砂岩夹粉砂质绢云板岩、绢云板岩，崩塌、滑坡等作用形成的碎块石及第四系垮塌形成的松散土体。区内岩体较坚硬，抗压强度高，但是浅表部节理裂隙发育;区内各类物源堆积体中碎块石结构一般为稍密～中密，分选性差，棱角分明，透水性强;残坡积土层结构松散，主要分布于缓坡、山脊平台和坡脚地带。区域降雨和植被分带明显，随高程增加，降雨量增加，植被覆盖率也逐渐增加。

2．2堆积区特征

堆积区位于海拔3550～3570m之间，平面形态呈扇型，为古洪积扇，现代沟谷中水流下切前期古洪积扇体，汇入达曲河。堆积扇前缘直抵达曲河河床左岸水边，堆积扇前缘宽约200～300m，后缘宽50～80m，纵向长约150～200m，纵坡坡度6°～10°，扩散角100°～110°，平面面积约为2．2×104m2，根据钻探资料，泥石流堆积厚度大于15m，堆积扇体积大于30×104m3。物质组成以碎、块石和砂粒堆积为主，碎块石占50%～70%，结构稍密～中密。母岩成分为变质砂岩、板岩，粒径一般在8～25cm，最大可达300cm，砂及粉土充填，分选性差。从扇顶至扇体边缘颗粒由粗变细，具有简单分选的特征，扇顶颗粒较粗大，最大粒径200cm，一般粒径为15～30cm;中部最大粒径60cm，一般粒径为9～24cm;前缘最大块石粒径约40cm，一般粒径为6～15cm。

3泥石流形成条件及活动特征

3．1形成条件

果木沟长约5．0km，最高点海拔4485m，最低点入达曲河口处海拔3550m，相对高差约935m，谷坡平均坡度30°～65°，沟床平均纵比降为18．6%，沟谷形态为“V―U”字形。地貌以高山侵蚀地貌为主，地形平面形态呈树叶状，两岸边坡以上山峰林立，岸坡陡峻，沟道窄坡降大，这种地形有利于松散固体物源、雨水及地下水的汇集，同时沟谷地形坡度陡，跌水明显，流域内巨大的谷岭高差、陡峻的岸坡及较大的沟床纵比降为泥石流的形成提供了地形地貌条件［2］。该沟所在的甘孜县在区域地质构造处于青藏滇缅印“歹”字型构造的头部向中部转折部位上，构造形迹比较复杂，断裂发育，岩体破碎较严重，基岩风化带较厚，河流侵蚀强烈，在暴雨、地震及人类活动等作用下常常形成崩塌、滑坡等地质灾害，大量松散物质堆积于沟床及两侧，为泥石流形成提供了充足的固体物源。经常产生强降雨，产生洪流，在狭窄陡深的沟谷中产生强大的动能，为泥石流的产生提供了水动力条件［3－4］。从上述分析来看，果木沟泥石流流域的固体物质、水源条件和地形条件，都有利于泥石流的发生和活动。

3．2泥石流类型

按照泥石流灾害防治工程勘察规范对泥石流的流体性质、发生频率、发生地形地貌条件、固体物质提供方式、诱发因素及动力特征等不同指标和总和指标进行分类［5］，详述如下:(1)按流体性质划分，果木沟泥石流为粘性泥石流根据调访，泥石流浆体像稀粥状，其容重在1．6～1．8g/cm3之间，果木沟泥石流为粘性泥石流;(2)按暴发频率划分，果木沟泥石流为高频泥石流根据调查，果木沟1988年降雨雨强为10～20年一遇，1988年发生泥石流为20年一遇，按泥石流灾害防治工程勘察规范，发生频率在一年多次至5年1次为高频泥石流;(3)按泥石流集水区地貌特征划分，果木沟泥石流主要属于沟谷型泥石流根据实地调查，泥石流沟发育于山体深切沟谷地带，物质来源为沟两侧的山坡提供及果木沟沟床堆积物提供，泥石流的形成流通区及堆积区明显;(4)按照泥石流固体物质补给方式分类，果木沟泥石流属于崩塌及沟床侵蚀型泥石流泥石流在形成过程中，固体物质主要由崩塌提供，在运动及发展过程中，固体物质主要由沟床堆积物侵蚀提供;(5)按泥石流激发、触发及诱发因素分类，果木沟泥石流属于暴雨型泥石流该流域的泥石流主要由于暴雨或特大型暴雨引起;(6)按照泥石流动力特征分类，果木沟泥石流属于水力类泥石流泥石流发生主要沿较缓的坡面运动，其中土体是靠水体的部分提供推移力引起和维持其运动;综上所述，果木沟泥石流属于粘性—高频—暴雨—沟谷型泥石流。

3．3泥石流规模

根据果木沟泥石流泥痕和过流断面实测资料，果木沟一次泥石流堆积总量在1×104～3×104m3，确定果木沟泥石流规模为中型。

4泥石流运动特征与动力学特性

对于泥石流运动特征和动力特征的定性分析，是认识泥石流和进行泥石流防治工程设计的基本数据。由于无泥石流发生时的实际观测数据，对各泥石流沟的分析，主要根据查访资料，类比利用目前泥石流运动特征及动力特征研究的成果进行分析。

4．1泥石流流速

果木沟泥石流为粘性泥石流，流体粘性较大，浮托力强，能耗大，流速一般较小，且在不同地段流速有明显的差异，如在形成流通区上游沟床纵坡降大，沟道顺直段的泥石流流速大，而在窄谷、弯道沟段，由于流体动能消耗大，流速明显减缓，进入形成流通区下游后，沟道变宽，流深变浅，流速会明显减小。因此，根据果木沟泥石流的实际情况，分别选用《泥石流灾害防治工程勘查规范》规范性附录I中的“粘性泥石流流速计算公式”———东川蒋家沟泥石流改进公式、甘肃武都地区粘性泥石流流速计算公式及西藏古乡沟、东川蒋家沟、武都火烧沟的通用公式对其进行计算［5］，将计算结果与当地曾经目睹过该沟泥石流暴发的人对泥石流情况的描述相对比佐证，沟口位置泥石流流速的采用值为P=5%频率下的泥石流流速值:VC=3．8m/s。

4．2泥石流容重

采用现场泥浆痕迹相似法和泥石流形态调查法比对分析综合确定泥石流流体容重。根据当地村民描述泥石流开始发生和结束时呈稀粥状，流动较快;中间高潮时，泥石流浆体呈稠粥状。因此，综合认为泥石流的密度均应在1．70～2．0t/m3之间。

4．3泥石流流量

果木沟流域内无实测的洪峰流量资料，不能用数理统计的方法计算设计洪峰流量。根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》，泥石流峰值流量采用“雨洪法”来进行计算，即假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，计算断面的暴雨洪水设计流量全部转化为泥石流流量的假设条件下建立的计算方法，采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》计算设计暴雨［6］，由设计暴雨推求设计洪峰流量(见表1)。

4．4泥石流冲击力

泥石流整体冲击压力δ按《泥石流灾害防治工程勘查规范》的规范性附录I中推荐的“铁二院(成昆、东川两线)公式”进行计算(见表3)。

5结论

本文阐述了该泥石流沟的发育情况及沟谷特征，分析预测其发展趋势，并通过计算泥石流流速、流量、一次性冲出量及固体物质总量和冲击力，确定典型泥石流沟的动力学特征，这些结论对于如何经济合理防治泥石流灾害具有重要现实意义。果木沟泥石流为典型的暴雨崩滑高频粘性沟谷型泥石流，严重威胁到沟口附近人民群众生命财产安全。泥石流沟处于发育壮年期，有继续发育和发展的良好沟道条件、丰富的物源储备和积累、极高的暴发频率、良好的水源条件及触发因素、流域植被覆盖率总体较低、大量的小型滑坡、崩塌发育，为泥石流的形成提供了丰富的物源［7］。果木沟泥石流实施治理不仅十分必要，而且极为紧迫。因此，建议采取“以排为主、拦排结合”方案对泥石流进行治理，并在治理后采取生物措施相结合的综合防治对策，在泥石流形成物源区采用恢复植被的生物工程措施及固沟稳坡的工程措施。

参考文献:

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

［2］费祥俊，舒安平．泥石流运动机理与灾害防治［M］．北京:清华大学出版社，2004:262－267．

［3］许强．四川省8．13特大泥石流灾害特点、成因与启示［J］．工程地质学报，2010，18(5):596－608．

［4］许强，裴向军，黄润秋．汶川地震大型滑坡研究［M］．北京:科学出版社，2009:210－300．

［5］国土资源部．泥石流灾害防治工程勘查规范:DZ/T0220－2006［S］．北京:中国标准出版社，2006:58－78．

［6］四川水利电力厅．四川省中小流域暴雨洪水计算手册［M］．成都:四川水利电力厅，1984:8－100．

［7］余斌，马煜，吴雨夫．汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究［J］．工程地质学报，2010，18(6):827－836．

作者:韦玮 孙瑜 单位:核工业西南勘察设计院研究院有限公司 四川省核工业地质调查院