邛海山洪泥石流淤積特征與趨勢分析

何 杰 鄧 虎 胡桂勝

（1.成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，成都610059；

2.中國科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都610041）

中國有豐富的水利資源，江河縱橫交錯，湖泊星羅棋布。現(xiàn)有湖泊2 300多個，其中淡水湖泊約占45%。在西部云貴高原上的湖泊多為緣斷裂發(fā)育的構(gòu)造湖，這些湖泊在發(fā)育演化過程中具有一定的同一性。如沿紅河斷裂帶發(fā)育的洱海、西湖、落碧湖、劍湖等，沿小江斷裂帶發(fā)育的車湖、陽宗海、撫仙湖，以及沿安寧河斷裂和則木河斷裂發(fā)育的邛海［1］。近些年來，由于森林植被的破壞和坡地開荒等原因，這些湖泊泥沙淤積、湖面縮小現(xiàn)象十分普遍。山洪泥石流的淤積作用已經(jīng)成為了這些構(gòu)造斷陷湖泊不可忽視的環(huán)境問題［2］。邛海是四川省第二大淡水湖泊，是西昌市的“母親湖”。它不僅擔(dān)負(fù)著西昌城區(qū)及邛海湖盆區(qū)居民的水源供給，而且兼具旅游、灌溉、養(yǎng)殖、凈化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候等多種功能［3］。邛海流域內(nèi)一些支溝上游不合理的人類活動致使流域內(nèi)富集大量的松散固體物質(zhì)，這些物質(zhì)在降雨的激發(fā)下頻繁地啟動轉(zhuǎn)化為山洪泥石流。山洪泥石流不僅破壞了區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，給居民的生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害，其帶來的泥沙也危害著西昌的“明珠”邛海的壽命。

1 區(qū)域位置及水系

邛海位于四川省涼山彝族自治州西昌市東南約4km處，東經(jīng)102°15′～102°18′，北緯27°42～27°55′之間，屬于高原淡水湖泊，流域面積307.67 km2。邛海流域地處青藏高原東南緣橫斷山縱谷區(qū)，東、北、南三面被高山環(huán)繞，西與安寧河谷相連，海拔高度在1 510～3 264m間。邛海屬雅礱江安寧河水系，湖周有多條山溪和河溝入湖。流入邛海的較大的河流有8條，其中以官壩河流域面積最大，鵝掌河次之；次一級的有青河、高倉河、干溝河、踏溝河、龍溝河等。流出邛海的河流只有海河（圖1）。邛海湖盆為斷陷盆地，巖體破碎，地表侵蝕強(qiáng)烈，地表面蝕、溝蝕、泥石流均充分發(fā)育，侵蝕主要源于官壩河和鵝掌河等8條河流。

2 邛海泥沙淤積變化特征

2.1 1950年以來邛海泥沙淤積變化特征

近年來，由于暴雨異常，森林植被的破壞和坡地開荒等原因，邛海周圍泥沙淤積問題嚴(yán)重，包括官壩河、青河、鵝掌河和高倉河等，每年向邛海推進(jìn)10～100m不等，其中以官壩河最嚴(yán)重、最典型。邛海面積從1952年的31km2減少到2003年的27.4km2，按50a計算，則邛海平均每年約減少72 000m2，50a邛海面積萎縮11.6%；邛海的庫容由1952年的0.32×109m3減少到2003年的0.293×109m3，最大水深和平均水深也由原來的34.0m和14.0m減少到2003年的18.32 m和10.95m。據(jù)實(shí)地調(diào)查與測量，2010年的邛海面積為27km2，從2003年到2010年按8a計算，則邛海平均每年約減少50 000m2（75.07畝），8a邛海面積萎縮1.45%（圖2）。

圖1 邛海流域水系圖Fig.1 The water system of the Qionghai basin

圖2 邛海面積及蓄水量隨時間變化曲線圖Fig.2 The changing curve of the Qionghai area and water storage with time

根據(jù)歷史上測量較為精準(zhǔn)的2組數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析（表1）。由表1可知，1952年至2003年的51a間，邛海面積和庫容變化率為0.16%，水深和平均水深變化率為0.9%和0.43%。邛海的面積、庫容和水深變化都說明邛海正在不斷地萎縮。根據(jù)面積和庫容的變化量計算，過去的51a間邛海泥沙淤積達(dá)到529 400m3，平均每年淤積量為10 400m3。按此變化率計算，則邛海的壽命將只有600a左右。

表1 邛海流域典型年份淤積變化Table 1 The silt deposit changes of typical years in the Qionghai basin

2.2 邛海不同區(qū)域的淤積特征

北片區(qū)（官壩河口）由于山洪、泥石流的原因，區(qū)域局部淤積嚴(yán)重。官壩河為邛海最大的支流，流域面積（A）達(dá)到137.24km2，多年平均徑流量為1.696m3／s。官壩河的水沙進(jìn)入邛海后，河流比降減小、流速減緩、水流挾沙能力減弱，粗粒徑的泥沙相繼淤積在河口段，使河床淤高。由于洪水和泥石流的作用，官壩河數(shù)次改道，從而形成了如今較大的淤積扇形面。

東片區(qū) 該區(qū)域泥沙淤積并不突出，區(qū)域內(nèi)只有一條流域面積為6.375km2的青河。青河多年平均徑流量為0.082m3／s，流域面積較小，流量較小，且已經(jīng)有一些山洪泥石流防治工程，因此對邛海的泥沙淤積貢獻(xiàn)并不突出。

南片區(qū)（鵝掌河口）該區(qū)域內(nèi)主要受到鵝掌河山洪、泥石流的影響，淤積嚴(yán)重。該區(qū)域內(nèi)分布有鵝掌河、塔溝河和龍溝河的河口。其中鵝掌河是邛海的第二大支流，流域面積達(dá)到50.14km2，多年平均徑流量為0.7m3／s，長期以來有大量泥沙進(jìn)入邛海；而其他幾條支流流域面積和多年平均徑流量都較?。ǘ夹∮谇嗪樱瑢龊５哪嗌秤俜e貢獻(xiàn)較小。總體上該區(qū)域泥沙淤積原因與官壩河屬于同一類型。

西片區(qū) 該區(qū)域泥沙淤積不突出。雖然邛海的第四大支流大溝河的河口分布在該區(qū)域內(nèi)，但是大溝河主要分布于瀘山－邛海風(fēng)景區(qū)內(nèi)，長期以來上游植被覆蓋率高，防治設(shè)施完整，水土流失并不嚴(yán)重。

中部片區(qū) 淤積厚度相對較小，基本上為歷史久遠(yuǎn)的泥沙沉積區(qū)域，近期淤積不明顯。邛海的最大水深就分布在此區(qū)域內(nèi)。其中湖底存在的由南到北貫穿邛海湖心的2個水下堤，正對官壩河和鵝掌河入湖口，證明其為這2條河泥石流的濁流沉積所致［4］。

西北片區(qū) 是全湖淤積較嚴(yán)重的區(qū)域。其主要成因?yàn)闅v史上海河的回淤。

3 山洪泥石流的淤積特征

邛海泥沙的淤積和庫容的減少，最主要是由于暴雨作用下山洪、泥石流侵蝕松散固體物質(zhì)的結(jié)果。邛海流域受北西向則木河活動斷裂與邛海斷陷的影響，物源區(qū)巖層破碎、崩塌滑坡等不良地質(zhì)作用發(fā)育，松散固體物質(zhì)豐富。邛海流域每年均有形成災(zāi)害的天氣過程，多年的氣象資料和防汛記載資料表明，邛海流域平均每年都有4～6次可能形成山洪泥石流災(zāi)害［5］。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，從流域面積和形成、流通、堆積特點(diǎn)以及暴發(fā)歷史來看，該區(qū)域內(nèi)的各條支流山洪泥石流的淤積特征具有相似性。對最為典型的官壩河山洪泥石流進(jìn)行調(diào)查和研究［3］，進(jìn)而說明邛海流域山洪泥石流的淤積特征。

3.1 山洪泥石流的堆積特性

官壩河多年平均徑流量為1.696m3／s，河水挾帶的泥沙量和泥沙徑粒在暴發(fā)泥石流時最大。官壩河泥石流堆積物，一部分在泥石流暴發(fā)時淤積至邛?？?，另一部分就地堆積在山前、坡腳及溝道內(nèi)，在常年流水或山洪的沖刷下，大量細(xì)粒物質(zhì)仍被攜帶至入湖口，造成邛海淤積。

通過試驗(yàn)可知，粒徑＜2mm的細(xì)顆粒含量從上游到入?？谥饾u增加，粒徑＞2mm的粗顆粒則沿程含量逐漸減小，說明官壩河沿途細(xì)顆粒在水流作用下大多被輸移到邛海，而粗顆粒沿途堆積（圖3）。在下游沿程溝道內(nèi)堆積的礫石粒徑為5～600cm不等，主要為磚紅色的泥質(zhì)粉沙、淺黃色沙、粉砂和礫；靠近入湖口主要是粒徑約2 mm的沙和粉沙。

3.2 山洪泥石流對湖岸線的影響

圖3 官壩河土樣顆粒分析粒度曲線Fig.3 The grain size curve of soil samples from the Guanba river

在自然狀況下，河流常年暴發(fā)的洪水多在扇面上散開，形成辮流；分流后因流量和流速較小，挾沙能力減弱，大量泥沙淤積在堆積扇上。官壩河下游為主要的人口集聚區(qū)，人類的生產(chǎn)活動改變了官壩河堆積扇的自然狀況，堆積扇上無辮流存在，長時間只存在一條主河連接邛海。由于泥石流的作用，堆積扇上的官壩河曾兩次改道。官壩河河道不僅在向邛海湖心推進(jìn)，而且由于河流改道，堆積扇在平面上呈“鴨蹼”狀，并有橫向和縱向的擴(kuò)張趨勢（圖4）?？v向擴(kuò)張迫使湖岸線進(jìn)一步向湖心推進(jìn)，比較1958年與1997年的湖岸線發(fā)現(xiàn)，湖岸線平均被推進(jìn)437m，推進(jìn)速度為11.2 m／a；1997年至2006年，湖岸線平均被推進(jìn)541 m，推進(jìn)速度為60.1m／a；其中1998年由于泥石流的影響推進(jìn)172m。2006年至2010年，湖岸線平均被推進(jìn)124m，推進(jìn)速度為31m／a。根據(jù)調(diào)查計算，在有泥石流發(fā)生的年份湖岸線向湖心的推進(jìn)速度更快（如1998年）。橫向擴(kuò)張主要是因?yàn)槟嗍鲗?dǎo)致官壩河改道而形成的。據(jù)圖4可知，1950年以來官壩河河道曾兩次改道，入湖口的改變在堆積扇上形成了幾個突出部位，從而官壩河入湖口形成了特有的“鴨蹼”狀，這種形態(tài)有可能在未來發(fā)生大規(guī)模泥石流的情況下再次改變。

圖4 官壩河入湖口不同年份淤積范圍對比Fig.4 The comparison of silt deposit ranges in different years on the Guanba river inlet

圖5 官壩河入湖口縱斷面圖Fig.5 The vertical section of the Guanba river inlet

3.3 山洪泥石流對湖底形態(tài)的影響

當(dāng)河水容重＞1.0g／cm3而湖水容重為1.0 g／cm3時就可能發(fā)生濁流［6］。濁流沉積在中國的構(gòu)造斷陷湖中普遍存在，如滇池、洱海和撫仙湖均有濁流沉積［7］。官壩河含沙量很高的洪水或泥石流潛入湖底，形成濁流在湖底繼續(xù)運(yùn)動，結(jié)果形成了湖底的水下堤。據(jù)2003年對邛海湖盆地形的調(diào)查顯示，正對官壩河入湖口，有一條由北向南延伸1km，北部寬100m往南部增大至200m的水下堤。水下堤的存在說明官壩河頻繁的山洪泥石流正改變著邛海的湖底形態(tài)。

根據(jù)以下公式對不同頻率下官壩河泥石流的容重進(jìn)行計算［8，9］：

式中：γc為泥石流的容重；x為泥石流中黏粒的含量；γ′c為不同頻率泥石流的容重；γc為百年一遇泥石流容重；p′為暴發(fā)頻率系數(shù)；T為泥石流暴發(fā)周期。根據(jù)調(diào)查計算官壩河入湖口泥石流的容重如表2。

表2 官壩河入湖口不同頻率泥石流容重計算結(jié)果Table 2 The calculated results of debris flow capacities with different frequencies in the Guanba river inlet

表2說明，官壩河泥石流完全滿足形成濁流的條件，官壩河若發(fā)生泥石流將繼續(xù)改變邛海的湖底形態(tài)。

4 山洪泥石流的趨勢分析

以官壩河為分析對象。每年汛期，官壩河的河道受洪水沖刷，大量泥沙隨洪水沖入邛海，造成邛海水域面積逐年減少。1998年7月6日官壩河暴發(fā)幾百年以來最大的一次泥石流，一次性推進(jìn)了172m，推進(jìn)面積0.089km2，淤積體積為689 700m3。自1998年官壩河的河床改道后到2009年，12a間，官壩河向邛海推移了655m，年平均推移55m；淤積邛海水面面積201 893m2，年均淤積16 824m2。其中，1999～2006年8a期間，泥沙共推進(jìn)359m，推進(jìn)面積0.102km2，淤積體積為994 500m3；2006～2010年泥沙共推進(jìn)124m（包括水下淤積體），推進(jìn)面積0.011km2，淤積體積為126 500m3（表3）。

a.地形地貌條件

泥石流的發(fā)生和發(fā)展的能量匯集過程受地形坡降的影響較大。官壩河流域面積137.24km2，平均比降64.4‰，溝道長24.12km，相對高差達(dá)1 489.7m。在官壩河上游，地形起伏較大，溝道彎曲、狹窄，溝岸坡度陡，主要以“V”字形溝谷為主，溝床縱比降較大，比降變化于83.33‰～463.88‰；在中游溝谷多為寬谷，河床彎曲，呈游蕩型河流，坡度較緩，比降在59.78‰～83.33‰之間；下游到入湖處地勢平坦，屬于寬淺河流，比降達(dá)到13.56‰［10］。地形地貌條件有利于山洪泥石流的形成。

b.土源條件

官壩河流域松散物源總量11.953 1×106m3，其中殘坡積物和崩滑堆積物為1.165 3×106m3，溝道泥石流堆積物和沖－洪積物0.427 9×106m3，坡面侵蝕物為6.862 6×106m3，老泥石流堆積物3.497 3×106m3［10］。泥石流的侵蝕模數(shù)隨著植被覆蓋率的增加會逐步降低，松散堆積物的侵蝕量也會逐漸降低，尤其是近年來上游的水土保持工作的開展，物源將會減少。所以從物源和上游水土流失減少的趨勢來看，該溝泥石流的規(guī)模和頻率將會有所降低。

c.水源條件

本區(qū)的降雨量能滿足泥石流發(fā)生發(fā)展的要求。從多年多次災(zāi)害降雨數(shù)據(jù)可以得出西昌可能引發(fā)山洪災(zāi)害的最小10min降雨量為4mm，1h最小降雨量為10mm，最小1d降雨量為25 mm［11］。1998年7月6日發(fā)生泥石流的 H24、H1和 H1／6降雨量分別為125.1mm、76.3mm、15.5 mm（數(shù)據(jù)來源：西昌市袁家山氣象站），均大于該地區(qū)觸發(fā)泥石流的臨界降雨量。從降雨的歷程來看，滿足泥石流臨界降雨量出現(xiàn)的頻率較高，這說明泥石流還會繼續(xù)發(fā)展。

d.已建防治工程

官壩河上游共有攔沙壩5座，盡管在短時間內(nèi)這些攔沙壩確實(shí)發(fā)揮了一定的作用，但5座攔沙壩目前已經(jīng)全部淤滿［10］，因此，其對山洪泥石流已不能再發(fā)揮作用。

e.區(qū)域構(gòu)造和地震條件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖，該流域共有3條逆斷層分布，走向呈西北－東南向，傾向北東，傾角50°。這些斷層造成巖體破碎，大量崩塌滑坡發(fā)育，給泥石流的發(fā)生提供了大量物源。在眾多斷裂等地質(zhì)作用下，官壩河區(qū)域處于地震多發(fā)區(qū)，震級大且頻繁。頻繁的地震，加速了巖體結(jié)構(gòu)破壞和巖層的風(fēng)化速度，降低了流域內(nèi)巖土體的強(qiáng)度，促進(jìn)崩塌滑坡的發(fā)展，形成大量松散堆積物。由歷史地震推測，本區(qū)強(qiáng)震周期為140a左右［12］。故未來該區(qū)域在地震的影響下，仍有發(fā)生泥石流的可能性，尤其是在地震和暴雨同時發(fā)生時。

綜合以上各因素分析可知，邛海流域各支溝具備了山洪泥石流形成必須具備的三大條件：一定的松散固體物源、強(qiáng)大的水動力和適合的地形條件。從單因素分析可知，各支溝未來依然可暴發(fā)泥石流，在強(qiáng)地震和強(qiáng)降雨等多因素的偶然聯(lián)合作用下，可能會發(fā)生大規(guī)模的山洪泥石流。由于官壩河流域的水土保持工作和植樹造林工作取得了一定的成效，水土流失得到明顯改善，山洪泥石流的規(guī)模和頻率都會減小，進(jìn)入邛海的泥沙量呈緩慢減少趨勢。

5 結(jié)論

通過對邛海泥沙淤積的調(diào)查分析，結(jié)合邛海的最大支流—— 官壩河山洪泥石流對邛海泥沙淤積的研究分析，得出初步結(jié)論如下。

a.邛海的面積、庫容和水深變化都說明邛海正在不斷地萎縮。1950年以來，邛海面積和庫容變化率為0.16%，水深和平均水深變化率為0.9%和0.43%，泥沙淤積達(dá)到0.52×106m3。

b.邛海泥沙淤積較為嚴(yán)重的區(qū)域是北片區(qū)官壩河入湖口、南片區(qū)鵝掌河入湖口以及西北片區(qū)海河回淤區(qū)。

c.邛海流域山洪泥石流攜帶的泥沙堆積特征為：粗顆粒（粒徑≥2mm）沿途堆積，細(xì)顆粒（粒徑＜2mm）在水流作用下大多被輸移到邛海。

d.各支溝入湖口形成的堆積扇，在山洪泥石流的作用下，不斷改變著邛海的湖岸線，其中官壩河因河道改道形成特有的鴨蹼狀堆積扇。

e.邛海流域官壩河、鵝掌河山洪泥石流潛入邛海湖底，形成濁流在湖底繼續(xù)運(yùn)動，形成湖底水下堤及沖溝。

f.在強(qiáng)地震和強(qiáng)降雨等多因素的偶然聯(lián)合作用下，邛海流域可能會發(fā)生大規(guī)模的山洪泥石流。隨著西昌市山區(qū)植被恢復(fù)工程的實(shí)施，山洪泥石流減少，進(jìn)入邛海的泥沙量呈緩慢減少趨勢。

研究工作得到了西昌市邛海管理局、西昌市水利局的大力支持，作者特此表示感謝！

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