雅魯藏布江曲水－桑日段泥石流發(fā)育特征及其危害

陳興長 游 勇 柳金峰

(1.西南科技大學環(huán)境與資源學院 四川綿陽 621010;2.中國科學院成都山地災害與環(huán)境研究所 四川成都 610041)

西藏曲水－桑日段屬雅魯藏布江寬谷，是西藏地區(qū)人口集中、經(jīng)濟和文化發(fā)達的地區(qū)。該區(qū)域位于雅魯藏布江縫合帶，地質(zhì)條件復雜，新構(gòu)造運動活躍，屬強烈構(gòu)造變動帶［1－2］;氣候獨特，長冬無夏，寒凍風化強烈，河谷風沙大，風沙地貌普遍發(fā)育且十分典型［3－4］。獨特的自然條件和脆弱的生態(tài)環(huán)境，加上長期粗放的開發(fā)和經(jīng)營模式，導致生態(tài)環(huán)境退化，植被覆蓋率下降，泥石流災害活躍，給當?shù)氐慕煌ê蜕a(chǎn)生活造成嚴重影響。本文在遙感解譯、野外調(diào)查和實地勘測的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了雅魯藏布江曲水－桑日段流泥石流的發(fā)育特征及其危害，提出了相應的防治對策，對該地區(qū)泥石流的防災減災和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國青藏高原東南部，拉薩以南的雅魯藏布江(以下簡稱“雅江”)寬谷，范圍包括西自曲水縣城，東到桑日縣城之間的雅江及兩岸一級支流(如圖1)，面積7516.9 km2。行政區(qū)劃上涉及曲水縣、貢嘎縣、扎囊縣、乃東縣和桑日縣等5個縣。

圖1 研究區(qū)位置、地形及泥石流分布圖Fig.1 The location，topography and debris flow distribution of the study area

研究區(qū)屬藏南谷地的雅江中游，平均海拔3700 m左右，最高海拔5438 m。地貌可分為雅江河谷平原區(qū)和兩岸高山寬谷區(qū)。河谷平原區(qū)位于雅江沿岸兩側(cè)，為平坦谷地、裸露淺灘和風成沙丘等。兩岸高山寬谷區(qū)位于雅江南北兩岸，地形起伏較大，以高山、峽谷和寬谷為主。大地構(gòu)造部位上屬雅江縫合帶中段。地層為仲巴－朗杰學陸緣移置混雜地體，發(fā)育上三疊統(tǒng)修康群縫合線型復理石－混雜組合。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動以差異性上升為主。高山區(qū)表現(xiàn)為局部上升伴隨緩慢剝蝕，河壩區(qū)表現(xiàn)為緩慢堆積。地震強度大且頻率高，多分布在雅魯藏布江深大斷裂帶及其沃卡－曲松－邛多江活動構(gòu)造帶附近，震源深度一般在20～70 km范圍。

研究區(qū)具有獨特的溫帶半干旱高原氣候。四季不明顯，溫度日變化大，年變化小，多年平均氣溫7.2～8.5 ℃;多年平均降水量 379.6～448.8 mm，多年平均蒸發(fā)量1928.8 mm。冬春盛行河谷風，寒凍風化顯著，在局部地段形成冰雹、風沙等自然災害。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，溪短流急，水位暴漲暴跌，沖刷切割山體能力極強。

研究區(qū)是西藏地區(qū)人口集中、生產(chǎn)發(fā)達的區(qū)域。雅江右岸人口密度較大，左岸人煙相對稀少。人類活動主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、修建道路、房屋建設等為主，人類活動總體上相對較弱。

2 泥石流類型及其分布

2.1 泥石流的類型

研究區(qū)共發(fā)育各種類型的泥石流141處。根據(jù)泥石流發(fā)生的地貌條件，既有溝谷型泥石流，也有坡面型泥石流。根據(jù)流體的性質(zhì)，研究區(qū)發(fā)育的泥石流均為稀性泥石流。根據(jù)泥石流形成的激發(fā)因素，研究區(qū)全部為暴雨型泥石流，冰川型泥石流主要發(fā)育在研究區(qū)下游。根據(jù)流體中土顆粒組成，研究區(qū)除發(fā)育有泥石流外，還發(fā)育有水石流，不具備泥流形成的條件;水石流主要發(fā)育在集水面廣、支溝眾多、固體顆粒補給不充分、水力條件十分充足的溝道。

2.2 泥石流的分布

研究區(qū)發(fā)育的141處泥石流中，坡面型泥石流53處，溝谷型泥石流88處(如表1)。雅江左岸共有60處泥石流，其中，坡面型9處，溝谷型51處。雅江右岸共有81處泥石流，其中，坡面型44處，溝谷型37處。研究區(qū)泥石流的類型和分布情況詳見圖1和表1。

表1 研究區(qū)泥石流的分布概況Table 1 The statistical results of the debris flows distribution in the study area

3 泥石流發(fā)育特征

研究區(qū)沿雅江縫合帶展布，地質(zhì)條件復雜，新構(gòu)造運動活躍;長冬無夏，風大干寒，寒凍風化強烈;降水高度集中，年際波動大，受地形影響暴雨范圍小，短時強度大［5－7］。特殊的自然地理環(huán)境孕育了獨特的成災條件，發(fā)育的泥石流具有明顯的地域特征。

3.1 泥石流數(shù)量眾多，分布密度大

雅江寬谷兩岸山高坡陡，為泥石流的形成創(chuàng)造了有利的地形條件;巖體較破碎，寒凍風化強烈，不斷形成新的松散物質(zhì);冰雪融水和局地強降雨為泥石流提供了充足的水動力條件。

圖2 溝谷型泥石流溝流域面積由小到大統(tǒng)計分布圖Fig.2 The ascending statistical results of gully debris flow catchment areas

在以上因素共同作用下，在長約120 km的雅江兩岸共發(fā)育了141處泥石流(圖1和表1)，泥石流災害點線密度達1.18處/km。如表1，雅江左岸共分布有60處泥石流，泥石流災害點線密度0.50處/km;雅江右岸共分布有81處泥石流，泥石流災害點線密度達0.68處/km。

3.2 溝谷型泥石流溝流域面積普遍較小

根據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計，88處溝谷型泥石流中，流域面積最大的 83.97 km2，最小的約 0.68 km2，平均8.07 km2，流域面積中位數(shù)僅 3.1 km2(如圖 2)。從圖2和表2可以看出，流域面積小于5 km2的泥石流溝占58.0%，小于10 km2的占77.3%;90%的流域面積小于18.7 km2。雅江左岸的溝谷型泥石流較多，流域面積平均約 7.68 km2，中位數(shù) 2.87 km2，其中，流域面積小于5 km2的泥石流溝占68.6%，小于10 km2的占84.3%。雅江右岸溝谷型泥石流溝共37條，流域面積平均約 8.61 km2，中位數(shù) 5.38 km2;其中，流域面積小于5 km2的泥石流溝占43.2%，小于10 km2的占 67.6%。

從以上數(shù)據(jù)可以得出，研究區(qū)泥石流溝的流域面積普遍較小。雅江左岸發(fā)育的泥石流溝流域面積差異性較大(變異系數(shù)為1.874)，右岸的差異性相對較小(變異系數(shù)為0.995)。

3.3 泥石流溝的匯流條件普遍較好

流域形狀對匯流影響較大，匯流條件好的流域更有利于形成泥石流。流域形狀通常用流域完整系數(shù) (δ)定量表示［8］:

式中，F(xiàn)—流域面積(km2);L—主溝長度(km)。

流域完整系數(shù)大，表明主溝道相對較短，匯流歷時短，洪峰流量大，有利于形成泥石流，反之，則不利于形成泥石流。根據(jù)統(tǒng)計計算(表3)，匯流條件中等以上的流域占84.1%。其中，雅江左岸匯流條件中等以上的占78.4%，右岸占91.9%。單從流域完整系數(shù)來看，研究區(qū)泥石流溝的匯流條件普遍較好，有利于形成泥石流，而且右岸泥石流溝的流域形狀更有利于匯流。

表2 溝谷型泥石流溝流域面積統(tǒng)計表Table 2 The statistical results of gully debris flow catchment areas

表3 溝谷型泥石流溝流域完整系數(shù)統(tǒng)計表Table 3 The statistical results of watershed integrity coefficients of gully debris flows

3.4 泥石流溝溝道短小，溝床坡降大

根據(jù)統(tǒng)計，主溝長度介于0.92～16.43 km，平均3.70 km，長度中位數(shù)2.74 km。從表4可以看出，長度小于3.0 km的泥石流溝占54.6%，小于5.0 km的占79.6%。雅江左岸溝道長度平均約3.58 km，中位數(shù) 2.83 km;長度小于3.0 km的泥石流溝占56.8%，小于5.0 km 的占82.3%。右岸溝道長度平均約3.86 km，中位數(shù)2.79 km;長度小于3.0 km的泥石流溝占51.4%，小于5.0 km的占75.7%。

以上數(shù)據(jù)表明，泥石流溝道普遍較短，這與流域面積普遍較小有關(guān)。雅江左岸泥石流溝道長度變化較大(變異系數(shù)0.88)，右岸變化相對較小(變異系數(shù)0.63)。

表4 溝谷型泥石流主溝長度統(tǒng)計結(jié)果Table 4 The statistical results of debris flow gully lengths

溝床比降是影響泥石流形成和運動的重要因素。根據(jù)西藏地區(qū)泥石流溝床比降的統(tǒng)計結(jié)果［9］，90.7%的平均溝床比降在 50‰～300‰，其中，100‰～300‰居多，占54.7%。根據(jù)對研究區(qū)平均溝床比降的統(tǒng)計(如圖3)，小于100‰的僅一條，而100‰～300‰有66條，占75.0%，300‰～400‰有12條，占13.6%。這表明泥石流溝床平均比降整體較大，有利于泥石流的運動。

圖3 研究區(qū)泥石流溝床平均比降統(tǒng)計柱狀圖Fig.3 The statistical histogram of mean gully gradients of debris flows in the study area

3.5 泥石流類型單一，以稀性為主

根據(jù)調(diào)查，研究區(qū)發(fā)育的泥石流類型單一，全部為稀性泥石流。這主要與該區(qū)域獨特的地質(zhì)環(huán)境和氣候特點密切相關(guān)。如圖4，雅江左岸以花崗巖類為主，右岸為復理石和基性火山巖，混雜蛇綠巖?；鸪蓭r風化后多呈砂礫狀，加上物理風化強烈，生物和化學風化弱，風化物多呈碎塊狀，黏性物質(zhì)很少。地質(zhì)條件和氣候條件共同決定了該區(qū)域發(fā)育的泥石流主要為稀性泥石流。

3.6 堆積扇規(guī)模宏大，多呈混雜堆積

研究區(qū)為雅江寬谷，寬闊的河谷提供了有利的地形條件;堆積扇上泥石流流路不穩(wěn)，有利于形成“寬而泛”溝口堆積扇;河谷風沙是泥石流的重要物源之一，加大了泥石流的規(guī)模;主河洪水既對堆積扇前緣進行改造也可能加大其規(guī)模。在以上因素共同作用下，形成研究區(qū)規(guī)模宏大的堆積扇。圖5為研究區(qū)兩岸典型“寬而泛”的溝口堆積扇。左圖為右岸的一級支溝，流域面積18.1 km2，堆積扇面積2.3 km2;右圖為左岸的一級支溝，流域面積11.5 km2，堆積扇面積2.5 km2。

這類堆積扇物質(zhì)來源復雜，主要有:泥石流堆積物、主河沖洪積物和風沙堆積物，屬混雜堆積(如圖6)。根據(jù)在研究區(qū)及其附近泥石流堆積物取樣的放射性碳測年結(jié)果，最老的樣品年齡約22510±120 BP，表明這些泥石流堆積扇至少自晚更新世就已經(jīng)開始形成。

圖4 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.4 The geological map of the study area

圖5 研究區(qū)典型“寬而泛”溝口堆積扇Fig.5 The typical“wide and extensive”accumulation fans in the study area

圖6 “寬而泛”的溝口堆積扇剖面特征Fig.6 The profile features of the“wide and extensive”accumulation fans in the study area

4 泥石流的危害及防治對策

4.1 泥石流的危害

研究區(qū)泥石流溝道大都短小順直，流域面積不大，物源主要以寒凍風化物和風沙堆積物為主。由于流域面積和物源量的限制，單次泥石流規(guī)模通常不會太大。此外，堆積扇范圍大，坡度小，泥石流沖出溝道后流速變小，沖擊破壞作用較小，主要危害方式是沖刷和淤埋。

研究區(qū)沿江兩岸均有公路通行，左岸為“兩橋一洞”至桑日的簡易公路，車流量較少;右岸為省道S101公路，車流量大，交通繁忙。左岸人煙稀少，而右岸人口相對稠密。左岸泥石流的危害主要是沖毀或者淤埋簡易公路，造成道路中斷或形成過水路面，影響通行。右岸的省道S101路面相對較低，部分泥石流可直接沖上公路，或者堵塞過水涵洞致使泥石流沖上路面。右岸泥石流對道路的危害主要是淤埋導致斷道，嚴重影響省道的安全和暢通。

泥石流除對省道S101造成危害外，還會給人類的生產(chǎn)造成嚴重影響。由于堆積扇規(guī)模宏大，大部分農(nóng)田均在堆積扇上。泥石流暴發(fā)時不但沖毀或淤埋基礎(chǔ)設施，由于流路不穩(wěn)還常常淤埋農(nóng)田、草場和灌林，導致土地沙石化，給當?shù)剞r(nóng)民造成重大經(jīng)濟損失。

4.2 防治對策

泥石流的防治主要以保障道路暢通和人民生命財產(chǎn)安全為目的。防治的原則應因地制宜，因害設防，綜合治理。由于研究區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，建議控制人類不合理的工程活動和生產(chǎn)活動，預防人為地質(zhì)災害的發(fā)生，做好環(huán)境保育和植被恢復工作。

(1)危害嚴重的泥石流溝以土木工程措施為主進行治理。溝道內(nèi)設置潛壩或谷坊穩(wěn)定溝床;溝口設置攔擋壩，攔截泥石流固體物質(zhì);下游修建排導槽，防止漫流。流域內(nèi)可采用生物工程措施，包括封山育林、植被恢復等，以減小地表徑流，削減泥石流的水動力條件。

(2)堆積扇上流路不穩(wěn)的泥石流，應束流整治，歸順流路，防止漫流，淤埋農(nóng)田，造成危害。具體措施可設置單側(cè)防護堤或排導槽。

(3)橋涵路段應及時檢查并清理過水涵洞，保持過流通暢，防止泥石流堵塞涵洞后沖上路面，影響道路的暢通和過往車輛安全。

(4)泥石流堆積較高路段，應修建道路防護工程，以防泥石流直接沖上路面。具體工程措施可采用防擋墻、丁壩或順壩等。

5 結(jié)論

研究區(qū)是西藏人口集中、經(jīng)濟和文化發(fā)達的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然地理條件獨特，加上人類的擾動，發(fā)育了大量的泥石流，給當?shù)氐慕煌ê蜕a(chǎn)生活造成嚴重影響。本文對該區(qū)域泥石流發(fā)育特征及其危害進行了深入研究，可得出如下結(jié)論:(1)研究區(qū)位于雅魯藏布江縫合帶，地質(zhì)條件復雜，新構(gòu)造運動活躍;地勢高亢，地形陡峻;屬溫帶半干旱高原氣候，河谷風沙大，具有形成泥石流的獨特自然地理條件。(2)研究區(qū)發(fā)育的泥石流數(shù)量多，分布密度大，全部為稀性泥石流。共有141處泥石流，其中坡面型泥石流53處，溝谷型泥石流88處;泥石流災害點線密度達1.18處/km。(3)溝谷型泥石流流域匯流條件好，利于形成泥石流。流域面積平均約8.07 km2，面積中位數(shù)僅3.1 km2;主溝平均長 3.70 km，中位數(shù)僅2.74 km;88.6%的溝床平均比降大于100‰。(4)泥石流堆積扇規(guī)模宏大，物質(zhì)來源復雜，主要有泥石流堆積物、主河沖洪積物和風沙堆積物，多呈混雜堆積。(5)泥石流的危害對象主要為農(nóng)田和道路等基礎(chǔ)設施，危害方式以沖刷和淤埋為主;建議控制人類不合理的活動，針對危害大的泥石流因害設防，進行綜合治理。

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