河南泌陽(yáng)石頭河泥石流發(fā)育特征及成因分析

王付軍，左正金

(河南省地礦局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001)

該河道位于河南省泌陽(yáng)縣銅山鄉(xiāng)白云山風(fēng)景旅游景區(qū)內(nèi)，歷史上多次發(fā)生，尤其是2002年6月22日暴雨造成該溝暴發(fā)泥石流，沖毀耕地300畝、損壞房屋900間。目前，該河道仍有發(fā)生泥石流的可能，威脅6個(gè)村組居民共161戶、525人的生命及1800萬(wàn)元的財(cái)產(chǎn)。因此，需對(duì)該泥石流溝形成條件、發(fā)育特征及成因機(jī)制進(jìn)行分析研究，以便采取相應(yīng)的防治措施。

1 泥石流形成條件

1.1 地形地貌條件

石頭河溝道屬于低山區(qū)，流域面積13.41 km2，地勢(shì)北高南低，北部最高處高程983m，出口處約220m，絕對(duì)高差763m。主溝長(zhǎng)5.74 km，平均縱坡降129.44‰。流域內(nèi)溝谷上游窄、中游稍寬，下游較窄，形成不規(guī)則的簸箕狀。受構(gòu)造侵蝕及風(fēng)化剝蝕等地質(zhì)作用，沖溝較多且切割較深，一般切割深度為100～300m，支溝谷坡較陡，坡度約13°～30°。植被覆蓋率約30%～50%，主要分布松木、楊樹(shù)、柏樹(shù)、櫟木及草等喬灌木。

1.2 物源條件

區(qū)內(nèi)泥石流主要具有坡面侵蝕、斜坡崩滑堆積物及溝床沖侵蝕等，這些均為泥石流爆發(fā)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。主要物質(zhì)來(lái)源如下:

1.2.1 巖體破碎與崩滑

該區(qū)基巖為新元古界二長(zhǎng)花崗巖，受白云山斷裂影響，形成了多組節(jié)理，縱橫交錯(cuò)的節(jié)理把巖石切割成大小不等形態(tài)各異的塊體，破壞了巖體的完整性，致使風(fēng)化較強(qiáng)。目前，風(fēng)化層厚度一般約0.5～2.0m，最大處大于10m;山體斜坡上堆積的諸多塊石;溝谷的中上游山坡腳尚有數(shù)處風(fēng)化崩解與小型滑坡形成的堆積物。

1.2.2 殘坡積物失穩(wěn)

山體中下部沉積有1.0～5.0m的殘坡積物，其巖性為碎石類(lèi)土，該類(lèi)土體在自然狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度較高，遇水后抗剪強(qiáng)度迅速變小。另外，在山體坡腳處多因人類(lèi)工程活動(dòng)影響形成陡坎，陡坎高度3～5m，改變了原始斜坡地貌和工程地質(zhì)條件，造成斜坡失穩(wěn)，形成松散堆積體坍塌，為泥石流提供充足物源;

1.2.3 斜坡侵蝕

居民在山體斜坡上開(kāi)荒耕種，植被破壞嚴(yán)重，在降水作用下發(fā)生雨滴濺蝕和面流侵蝕造成部分區(qū)段水土流失嚴(yán)重。

1.2.4 溝道沖積松散洪積物側(cè)蝕或侵蝕再搬運(yùn)

該區(qū)溝道兩側(cè)在歷史時(shí)期沉積有沖、洪積物質(zhì)，厚度不等，一般1.0～3.0m，最大厚度約5.0m，這些物質(zhì)在強(qiáng)降水下產(chǎn)生高速度的洪水徑流沖刷，引起溝道松散物質(zhì)啟動(dòng)搬運(yùn)為泥石流提供物源。

經(jīng)計(jì)算，可參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為68.2×104m3。

1.3 水動(dòng)力條件

工作區(qū)位于河南省降水中心地區(qū)，泌陽(yáng)縣多年平均降水量890.5 mm。降水主要集中于雨夏季，6—9月份降水量占全年的64.3%左右。實(shí)測(cè)最大年降水量為1440.8 mm，24小時(shí)最大降水量373.3 mm，6小時(shí)最大降水量199.9 mm，小時(shí)最大降水量116.4 mm，10分鐘最大降水量32.5 mm，豐富的降雨量為泥石流形成提供充足的水源。另外，強(qiáng)降雨對(duì)山體坡面造成強(qiáng)大濺蝕沖刷作用，同時(shí)，因溝道較陡，強(qiáng)降水易導(dǎo)致徑流加快，為泥石流形成提供巨大的動(dòng)能。

2 泥石流發(fā)育特征

2.1 歷史活動(dòng)特征

據(jù)當(dāng)?shù)鼐用窠榻B，該溝于2002年6月22日，泥石流發(fā)生前連續(xù)出現(xiàn)連續(xù)降雨，強(qiáng)大的洪水引發(fā)山體滑坡，滑坡體參與洪水形成更大的洪峰流量，侵蝕沖刷溝道松散物質(zhì)啟動(dòng)發(fā)生規(guī)模較大的泥石流，泥石流災(zāi)害造成耕地和房屋損壞，幸無(wú)人員傷亡。但造成600人無(wú)家可歸。據(jù)訪問(wèn)，歷史上該溝曾于1955年、1975年、1984年發(fā)生規(guī)模不等的泥石流災(zāi)害。

2.2 泥石流堆積特征

該溝進(jìn)入下游因地勢(shì)變緩，在泥石流活動(dòng)前期以流通側(cè)蝕為主，到后期即出現(xiàn)堆積，溝口則出現(xiàn)堆積扇。堆積體密實(shí)，顆?；祀s，受降雨影響后期改造嚴(yán)重。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與探槽揭露分析，堆積扇從溝口至前緣及扇形中軸向兩翼呈規(guī)律變化，即顆粒從塊石夾碎石土過(guò)度到砂礫土。堆積物中有樹(shù)根夾雜其中，分選性不明顯。塊石為花崗巖，直徑0.2～0.5m，個(gè)別達(dá)0.6m，含量約占60%。

2.3 泥石流活動(dòng)特征

從該溝泥石流物源分布和溝道特征及泥石流形成分析，泥石流形成于流域中上游，主要支溝有7條。高程介于275～983m之間，高差708m，縱比降113‰左右。受風(fēng)化及構(gòu)造裂隙影響，兩側(cè)溝壁巖體較破碎，大量松散固體物質(zhì)堆積在溝谷兩側(cè)山坡上和溝道內(nèi)，為泥石流的形成提供了有利條件;流通區(qū)則分布在中下游，高程在240～275m之間，相對(duì)高差35m。該溝段長(zhǎng)約1.5 km，平均縱坡23‰，溝兩岸岸坡陡峻，溝谷呈“U”型，溝道比較順直，寬度40～100m，有利于泥石流體的流通;堆積區(qū)在下游至溝口一帶，高程200～240m，相對(duì)高差40m，溝段長(zhǎng)約4.89 km，平均縱坡9‰，平均堆積厚度3.82m。該段地形相對(duì)寬緩，為泥石流堆積區(qū)。

3 泥石流溝類(lèi)型

3.1 泥石流暴發(fā)頻率

通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)厝说脑L問(wèn)，該溝自建國(guó)以來(lái)出現(xiàn)4次規(guī)模不等的泥石流，按《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(D/T 0220－2006)評(píng)判屬于低頻泥石流。

3.2 泥石流規(guī)模

根據(jù)調(diào)查訪問(wèn)與計(jì)算驗(yàn)證，2002年該溝發(fā)生泥石流的一次堆積總量約10.28×104m3，屬于中型泥石流。

3.3 泥石流流體容重與流速

根據(jù)調(diào)查試驗(yàn)和依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》附錄G表2按量化評(píng)分值，該溝泥石流容重為1.56 t/m3。

4 泥石流溝成因分析

流域內(nèi)地形陡峻，高差大，巖體裂隙發(fā)育，為崩塌提供有利條件;流域面積較大，降水量充足，溝床縱坡大，為泥石流形成提供了有利的匯水條件和勢(shì)能條件;人工削坡改變土體平衡狀態(tài)，為坡體提供了滑動(dòng)空間;溝谷斜坡及溝道內(nèi)儲(chǔ)存豐富的松散物源。因此，在連續(xù)降雨條件下，斜坡巖土體飽度逐漸增加，力學(xué)強(qiáng)度逐漸降低;隨著降雨繼續(xù)及雨強(qiáng)加大，斜坡徑流深度增加及徑流加快，水流蓋層使得土體內(nèi)部產(chǎn)生孔壓并短時(shí)間內(nèi)無(wú)法正常消散，致使土顆粒間聯(lián)結(jié)力弱化，淺表層土顆粒開(kāi)始會(huì)因浮力與重力相當(dāng)而發(fā)生懸浮并在沖刷拖拽侵蝕力作用下游離母體;隨著降雨繼續(xù)，降雨入滲補(bǔ)給地下水量增大，巖土體處于飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，此時(shí)不僅自重增加，力學(xué)強(qiáng)度降至最低值，而且孔隙水壓力繼續(xù)加大，土體內(nèi)部因孔隙水壓力急劇上升而造成土體平衡力失衡而發(fā)生滑坡，而巖體則因平衡條件破壞發(fā)生崩塌，崩滑體沖入溝道參與洪水形成泥石流。急速進(jìn)入溝道的崩滑物對(duì)溝道堆積物造成巨大沖擊，在沖擊晃動(dòng)溝中砂礫土之時(shí)，還會(huì)在瞬時(shí)升高飽和土體孔壓，造成溝道堆積砂礫土松動(dòng)懸浮與溝道強(qiáng)大洪水摻混形成泥石流體。另外河道的堆積物在強(qiáng)降雨造成的快速洪流侵蝕沖刷作用下，淺層物質(zhì)逐層啟動(dòng)直至揭底亦會(huì)形成泥石流。

5 泥石流易發(fā)程度分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》附錄G“泥石流溝的數(shù)量化綜合評(píng)判及易發(fā)程度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”的指標(biāo)有“崩塌、滑坡及水土流失(自然和人為的)嚴(yán)重程度、泥沙沿程補(bǔ)給長(zhǎng)度比、溝口泥石流堆積活動(dòng)、河溝縱坡、區(qū)域構(gòu)造影響程度、區(qū)域構(gòu)造影響程度、流域植被覆蓋率、河溝近期一次變幅、巖性影響、沿溝松散物貯量、溝岸山坡坡度、產(chǎn)沙區(qū)溝槽橫斷面、產(chǎn)沙區(qū)松散物平均厚度、流域面積、流域相對(duì)高差、河溝堵塞程度等15項(xiàng)指標(biāo)。進(jìn)行分析，確定分值，最終得出綜合評(píng)分值為81，屬輕度易發(fā)。

根據(jù)前述泥石流形成特征的分析，該區(qū)暴雨中心區(qū)域，降雨量大，且24 h、6 h及1 h雨量均較大，加之流域內(nèi)松散固體物源豐富，在特殊降雨年份，仍會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。

6 結(jié)語(yǔ)

該河谷松散物質(zhì)在長(zhǎng)期降雨作用下，巖土體逐漸達(dá)到飽和甚至過(guò)飽和狀態(tài)，自重增加、孔隙水壓力增大，力學(xué)強(qiáng)度降低，誘發(fā)山體發(fā)生崩滑參與洪水形成泥石流;而河道的堆積物在強(qiáng)降雨作用下，受快速洪流侵蝕沖刷引起淺層物質(zhì)逐層啟動(dòng)直至揭底或在崩滑物沖進(jìn)溝道誘發(fā)形成泥石流。

肖莊2002年發(fā)生的泥石流災(zāi)害屬于大型，易發(fā)程度為輕度易發(fā)。

從地形地貌、物源及降雨特征分析，該河溝仍會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，對(duì)下游居民生存條件造成威脅。

介于該河道泥石流災(zāi)害發(fā)生時(shí)威脅人數(shù)眾多，財(cái)產(chǎn)損失較大，需修建排導(dǎo)工程和生物工程，減少松散物質(zhì)啟動(dòng)因素，疏導(dǎo)降雨洪水排放通道，使泥石流災(zāi)害損失降到最低，促進(jìn)旅游景區(qū)健康發(fā)展。

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