海螺溝景區(qū)典型泥石流流域地貌特征及災(zāi)害防治*

倪化勇

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,成都610081)

海螺溝冰川森林公園景區(qū)位于貢嘎山東麓,瀘定縣縣城以西52 km處(圖1),流域面積約200 km2,溝口地理坐標(biāo)東經(jīng) 102°07′,北緯 29°38′。景區(qū)以大型低海拔現(xiàn)代冰川著稱于世,融原始森林、珍稀動植物、溫泉、瀑布于一溝,構(gòu)成了壯麗奇特的景觀,具有知識性、趣味性、驚險(xiǎn)性、娛樂性等特色。

景區(qū)處于川西高原與四川盆地的交接帶上,地勢總體呈東西兩側(cè)和北面高、中部和東南部低。區(qū)域內(nèi)嶺谷高差一般1 500～3 000 m。區(qū)域內(nèi)各支溝狹窄,多呈“V”型谷,溝床深切而陡峻,多跌坎;兩岸陡峭,谷坡坡度35°～55°,溝谷寬10～ 60 m;在支溝和主溝交匯處相對開闊,兩岸谷坡的坡度 25°～35°,河谷寬100～200 m。

該區(qū)出露地層由老至新分別為震旦系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、第四系,區(qū)內(nèi)巖性主要為花崗質(zhì)混合巖、花崗閃長巖、大理巖夾千枚巖、石英云母片巖,第四系崩坡積物、殘坡積物和沖洪積物等。

該區(qū)受磨西斷裂影響強(qiáng)烈。磨西斷裂屬鮮水河斷裂帶南延部分,活動性質(zhì)為左旋走滑型,屬全新世活動斷裂,全長達(dá)150 km,主體呈NNW-SSE向延伸。斷裂西盤為震旦系、泥盆系、二疊系地層,東盤為晉寧-澄江期花崗巖和閃長巖。主斷帶多由構(gòu)造透鏡體、千枚巖、糜棱巖、斷層泥等組成,片理發(fā)育,斷面光滑,多具擦痕。該區(qū)同時也是受地震影響較為嚴(yán)重的地區(qū)。根據(jù)地震資料統(tǒng)計(jì),海螺溝景區(qū)所在的瀘定縣外圍300 km范圍內(nèi)自公元1216年以來,共記載7.0～7.9級地震7次;6.0～6.9級地震21次;5.0～5.9級地震71次。近場區(qū)25～50 km范圍內(nèi)記載到7.0～7.9級地震2次;6級地震2次;5級地震1次。

該區(qū)氣候?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)高原型氣候。根據(jù)對中國科學(xué)院貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)觀測試驗(yàn)站1 600 m臺地氣象站(1991年 7月至2005年12月)及3 000 m臺地氣象站(1988年1月至2005年10月)降水資料[1]的統(tǒng)計(jì)分析表明,該區(qū)降水區(qū)域差異性、季節(jié)差異性和垂直地帶差異性明顯,降水主要集中在6-9月。海螺溝景區(qū)降雨量特征值見表1。

圖1 海螺溝景區(qū)地理位置示意圖

表1 海螺溝風(fēng)景區(qū)降雨量特征值 mm

1 泥石流概況

受上述地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及氣象降水特征的影響,海螺溝兩岸泥石流溝發(fā)育廣泛。其中,近期暴發(fā)頻繁且對當(dāng)?shù)鼐用瘛⒂慰?、景區(qū)公路、旅游設(shè)施等構(gòu)成威脅的典型泥石流溝有10條,分別為二臺子溝、小河溝、一號營地溝、紅崩溜鉤、三號營地溝、黃崩溜溝、熱水溝、馬場溝、歐家大槽溝和無名溝。這10條典型泥石流溝的分布見圖2。

從分布岸別上來看,主要分布在海螺溝的左岸;從成因上來看,除位于海螺溝上游的三號營地溝、紅崩溜溝、無名溝泥石流屬于暴雨-冰雪融水混合型外,其他多屬于暴雨型泥石流;從威脅對象上來看,主要威脅包括游客在內(nèi)的生命安全以及景區(qū)公路、索道、酒店和溫泉等旅游設(shè)施的財(cái)產(chǎn)安全;從暴發(fā)時間來看,景區(qū)泥石流的暴發(fā)存在一定的準(zhǔn)周期性,如1989年、1995年、2003年曾是景區(qū)泥石流群發(fā)年份(表2),間隔時間約6～8 a。

圖2 海螺溝風(fēng)景區(qū)泥石流災(zāi)害分布圖

表2 海螺溝景區(qū)典型泥石流災(zāi)害

2 景區(qū)泥石流流域地貌特征

2.1 流域地貌要素

關(guān)于泥石流發(fā)生的地形地貌條件,前人已經(jīng)作了大量的研究,泥石流發(fā)生在特定的流域面積、流域長度和流域高差或比降范圍內(nèi)已成定論,但不同的地區(qū)范圍可能不同。在實(shí)地量測和1∶50 000地形圖判讀基礎(chǔ)上,得到海螺溝景區(qū)典型泥石流溝流域地貌要素特征值(表3)。從表3可以看出,海螺溝景區(qū)泥石流流域面積均在20 km2以下,主溝長度在10 km以下,而主溝縱坡比降一般較大。

2.2 流域形態(tài)指數(shù)

流域形狀對泥石流匯水區(qū)、形成區(qū)的匯水速度以及溝道中洪峰流量大小具有重要影響。流域形狀可用形態(tài)指數(shù)來定量計(jì)算:

式中:δ——形態(tài)指數(shù);A——流域面積(km2);L——主溝長度(km)。

根據(jù)上式對海螺溝景區(qū)10條典型泥石流溝的流域形態(tài)指數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表4。根據(jù)形態(tài)指數(shù)計(jì)算結(jié)果和1∶50 000地形圖,發(fā)現(xiàn)景區(qū)內(nèi)泥石流溝流域形狀多為櫟葉形和桃葉形,這種形態(tài)均有利于泥石流的發(fā)生。進(jìn)一步可以看出,景區(qū)內(nèi)3號營地溝的流域形態(tài)指數(shù)最大,明顯高于其他泥石流溝流域的形態(tài)指數(shù),而無名溝流域形態(tài)指數(shù)最小。據(jù)研究[2],δ值越大,反映溝道中洪峰流量越大。因此,可以初步判斷,景區(qū)內(nèi)3號營地溝泥石流易發(fā)程度和頻度應(yīng)大于其他泥石流溝。事實(shí)上,據(jù)調(diào)查訪問和文獻(xiàn)查閱[3]得知,自1976年以來,該溝已經(jīng)發(fā)生6次泥石流事件,造成了嚴(yán)重的損失,其暴發(fā)頻率明顯高于其他泥石流溝。

表3 景區(qū)泥石流溝流域地貌要素特征值

表4 景區(qū)泥石流溝流域形態(tài)指數(shù)

圖3 景區(qū)泥石流溝流域面積和主溝長度關(guān)系圖

2.3 流域地貌演化模式

泥石流流域地貌演化過程中,由于溝床揭底、溯源侵蝕和側(cè)蝕,溝谷長度、流域面積和溝床比降等都發(fā)生變化。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),海螺溝景區(qū)上述10條泥石流溝流域地貌演化過程中,溝谷長度和流域面積之間存在冪函數(shù)關(guān)系(圖3)。兩者之間的定量關(guān)系式為

式中:A——流域面積(km2);L——主溝長度(km),R2=0.9588。

該關(guān)系在一定程度上反映了景區(qū)內(nèi)泥石流流域地貌演化的模式,根據(jù)該模式可以判斷泥石流溝今后的演化趨勢和活動程度。

2.4 流域面積-高程曲線

2.4.1 面積-高程曲線分析 面積-高程曲線分析越來越多地應(yīng)用于河流地貌與泥石流流域地貌特征分析及其演化階段的定量判別[4-11]。設(shè)流域面積為A,該流域內(nèi)某等高線以上的面積為a,該等高線與流域最低點(diǎn)的高差為h,流域最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高差為H。首先在地形圖上,確定某泥石流流域范圍,再量出每一條等高線以上流域的控制面積和每條等高線與流域最低點(diǎn)的高差。以 x=a/A,y=h/H分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo),顯然x,y的值域?yàn)閇0,1],根據(jù)一系列(ai,hi)值,就可在x,y坐標(biāo)系上繪出曲線:

該曲線即為流域面積-高程曲線,如圖4所示,將其積分記為S:

根據(jù)Stranler理論,當(dāng)0.6＜S＜1時,表示流域的地表物質(zhì)被侵蝕小于40%,此時曲線形狀為上凸,地貌發(fā)育階段為幼年期;當(dāng)0.35≤S≤0.6時,表明地表物質(zhì)被侵蝕大于40%而小于65%,曲線接近直線,地貌發(fā)育階段為壯年期;當(dāng) 0＜S＜0.35時,表明有65%以上的物質(zhì)被侵蝕掉,曲線形狀為下凹,此時為老年期。

因此,根據(jù)曲線形狀與S值的大小,按照一定的劃分標(biāo)準(zhǔn)就可確定泥石流流域的發(fā)育階段,如圖5所示。

圖4 面積-高程曲線圖

2.4.2 景區(qū)泥石流流域面積-高程曲線及其發(fā)育階段 根據(jù)上述面積-高程曲線分析方法,在1∶50 000地形圖上分別繪制了海螺溝景區(qū)泥石流溝流域范圍,利用MapGis軟件進(jìn)行地形圖矢量化并分別統(tǒng)計(jì)了不同高程(等高距約200 m)以上的控制面積。最后用 Excel進(jìn)行相關(guān)處理,得出一系列(xi,yi),采用擬合的方式分別繪制出景區(qū)內(nèi)各泥石流溝流域的面積-高程曲線。比較發(fā)現(xiàn),三次多項(xiàng)式擬合效果最佳。擬合曲線和方程及相關(guān)系數(shù)分別見圖6和表5。

圖5 面積-高程曲線反映的地貌發(fā)育階段

從表5可以看出,擬合方程相關(guān)系數(shù)均在0.99以上,擬合精度高。據(jù)此,分別對曲線方程在[0,1]區(qū)間進(jìn)行積分計(jì)算,計(jì)算出景區(qū)10條典型泥石流流域的面積-高程積分S。

圖6 景區(qū)泥石流溝面積-高程曲線

表5 景區(qū)泥石流溝流域-面積高程曲線方程、積分及發(fā)育階段

從表5進(jìn)一步可以看出,景區(qū)內(nèi)10條典型泥石流流域面積-高程曲線積分值S介于0.43～0.58之間,其中以位于景區(qū)三號營地下游500 m處的無名溝和位于海螺溝下游的歐家大槽溝S值相對較大,曲線近乎上凸,而位于海螺溝下游的二臺子溝和小河溝S值相對較小,曲線近乎下凹。根據(jù)A.N.Stanler地貌侵蝕循環(huán)理論對流域地貌發(fā)育階段的劃分,海螺溝景區(qū)內(nèi)10條典型泥石流流域地貌全部處于壯年期發(fā)育階段,其中歐家大槽溝和無名溝泥石流流域地貌處于壯年偏幼期,山坡從凸形坡轉(zhuǎn)為凹形坡,松散物質(zhì)聚集速度快,溝槽堆積嚴(yán)重,形成區(qū)將進(jìn)一步擴(kuò)大,流通區(qū)將進(jìn)一步向上游延伸。據(jù)此可以判斷,這10條典型泥石流溝正處于泥石流暴發(fā)的旺盛階段。因此,在今后時間里,景區(qū)內(nèi)仍然存在暴發(fā)泥石流的可能且暴發(fā)頻率較高,應(yīng)加以防范。

3 泥石流防治措施

(1)在游覽線路圖和旅游門票設(shè)計(jì)上,標(biāo)明風(fēng)景區(qū)主要泥石流災(zāi)害點(diǎn),加簡要說明,讓人們了解景區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害的分布;

(2)在游覽道路上和風(fēng)景點(diǎn)受泥石流威脅的地段,豎立明顯的地質(zhì)災(zāi)害警示牌,并標(biāo)明逃避路線;

(3)組織旅游區(qū)工作人員、導(dǎo)游、馬夫及酒店和溫泉場所工作人員進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害科學(xué)預(yù)防知識與救災(zāi)技能的培訓(xùn)。

(4)二號營地和三號營地及其附近修建有索道站、酒店、溫泉等游客住宿、休閑和娛樂等場所,分別受到熱水溝和三號營地溝泥石流的威脅,建議在這兩條溝的下游修建排導(dǎo)槽或堡坎等工程以確保這些場所的安全。

(5)景區(qū)公路受到多條泥石流溝的威脅,如無名溝、紅崩溜溝、二臺子溝等。近年來,多次出現(xiàn)景區(qū)公路被泥石流沖毀而導(dǎo)致游客滯留的險(xiǎn)情,如1989年、1995年及2005年等。對此,建議在泥石流溝溝口修建石拱高橋跨越或吊橋通過,或修建防沖低凹式過水路面通過,以確保在泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的情況下,游客能夠迅速撤離。

4 結(jié)論

(1)受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和氣候特征的影響,海螺溝景區(qū)泥石流災(zāi)害分布廣泛。調(diào)查發(fā)現(xiàn),近年來活動頻繁且對景區(qū)居民、游客以及景區(qū)公路、酒店、索道、溫泉等旅游景點(diǎn)和設(shè)施構(gòu)成威脅的典型泥石流溝有10條。

(2)通過對景區(qū)內(nèi)泥石流流域形態(tài)要素統(tǒng)計(jì)計(jì)算發(fā)現(xiàn),景區(qū)內(nèi)10條典型泥石流溝流域形態(tài)指數(shù)集中在0.15～0.50,流域形狀多為櫟葉形或桃葉形,有利于降水的迅速匯集和松散固體物質(zhì)的啟動。

(3)景區(qū)內(nèi)10條典型泥石流溝流域地貌演化過程中,溝谷長度和流域面積之間存在冪函數(shù)關(guān)系,該關(guān)系在一定程度上反映了景區(qū)內(nèi)泥石流流域地貌演化的模式,據(jù)該模式,可以判斷泥石流溝今后的演化趨勢。

(4)通過對景區(qū)內(nèi)10條典型泥石流流域進(jìn)行面積-高程分析,發(fā)現(xiàn)曲線積分值S均介于0.43～0.58之間,說明這10條典型泥石流溝均處于壯年期或壯年偏幼期,山坡從凸形坡轉(zhuǎn)為凹形坡,松散物質(zhì)聚集速度快,溝槽堆積嚴(yán)重,據(jù)此判斷這10條溝谷正處于泥石流暴發(fā)的旺盛階段,應(yīng)加以防范。

(5)提出了景區(qū)泥石流防治的工程措施和非工程措施。

致謝:野外考察得到了瀘定縣國土局和海螺溝景區(qū)管理局的支持,參加野外考察的還有成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所教授級高級工程師李宗亮、工程師巴仁基、劉宇杰,在此一并謝意。

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