怒江地區(qū)泥石流形成機(jī)理初探

秦 剛

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院,云南 昆明 650051)

怒江地區(qū)泥石流形成機(jī)理初探

秦 剛

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院,云南 昆明 650051)

結(jié)合具體工程實例，從地形地貌、氣象與水文方面入手，對怒江地區(qū)泥石流形成條件進(jìn)行了深入剖析，并對泥石流的地形、沖蝕、淤積物和植被特征進(jìn)行了闡述，為野外鑒定泥石流提供了參考。

泥石流，地形，沖蝕，植被

1 概述

由于怒江州處于西南邊陲的橫斷山脈地區(qū)，山高水深，怒江、瀾滄江、獨龍江等三大水系及南北向的云嶺、碧羅雪山、高黎貢山、擔(dān)當(dāng)力卡山四大山脈將整個地區(qū)切割成一道道溝谷，惡劣的自然環(huán)境，將外界與西南間隔，整體形成山高、坡陡、谷深、水急的三大峽谷。全州98%以上的面積都是高山峽谷，76.6%的耕地坡度均在25°以上，可耕地中高山地占28.9%，山區(qū)半山區(qū)地占63.5%，河谷地占7.6%。整個怒江州地區(qū)難以尋找一塊平地，甚至州政府所在地也在高山峽谷中的山腰緩坡地帶。

由于電力建設(shè)需要，作者被邀請進(jìn)入怒江流域的一條二級支流——昌凹河，進(jìn)行選址階段的地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查。作者在2012年2月及12月分別兩次進(jìn)入場地，恰逢當(dāng)年7月發(fā)生一次20年一遇的泥石流，調(diào)查泥石流爆發(fā)前后的流域不同情景。

2 泥石流條件初步分析

場地所處的流域為怒江的二級支流，整體從西向東注入怒江。從地形地貌、物質(zhì)儲量和水量條件中均能發(fā)現(xiàn)顯著的泥石流溝特征。

2.1 地形地貌

該泥石流溝為一典型的“羽”狀流域形狀，其中有兩個較大的支流。溝內(nèi)標(biāo)高變化較大，形成典型的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)的條件。上游最大標(biāo)高為4 101 m，下游入河口處為1 496 m，主溝總長度為12.2 km。整體落差為2 605 m，平均縱坡降為213‰。以主溝為例，按每1 000 m的縱坡比從上游向下游變化來看為：488‰，99‰，146‰，394‰，438‰，234‰，185‰，187‰，104‰，131‰，74‰，110‰。從縱坡比變化來看場地內(nèi)上游6 km范圍內(nèi)均為形成區(qū)，中游2 km為流通區(qū)，而下游4 km為流通—堆積區(qū)，溝口約500 m靠近怒江處為堆積區(qū)(見圖1)。

2.2 構(gòu)造

該流域位于青藏高原向南延伸的貢山—褔貢褶皺帶北段和騰沖褶皺帶北沿部分，以南北向褶皺、斷裂為主的怒江褶皺束內(nèi)。區(qū)域上以變質(zhì)巖廣泛出露，酸性侵入巖極為發(fā)育為特征，高黎貢山斷裂、怒江大斷裂、交統(tǒng)—格拉米斷裂、白漢洛—齊得斷裂緊密排列，流域附近南北向大型斷裂與小型褶皺密度均較大，所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。其中高黎貢山斷裂和怒江大斷裂均從流域內(nèi)切割而過。由于整個構(gòu)造的影響，區(qū)域形成了南北向的條帶狀的地質(zhì)應(yīng)力分布特征。受到該構(gòu)造影響，場地內(nèi)的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，上游形成區(qū)的滑坡、崩塌等隱患點很多，形成流域內(nèi)重要的物源基礎(chǔ)來源。

2.3 氣象與水文

由于高黎貢山巨大的山體阻擋了西北寒流的侵襲，印度洋的暖濕氣流在高大山脈下易形成降雨。流域內(nèi)氣候具有降雨周期長、暴雨頻發(fā)的特點。治理工程區(qū)每年4月底至9月為降雨集中的季節(jié)。根據(jù)縣氣象站觀測資料，貢山縣多年平均降水量1 778.5 mm，24 h最大降水116.4 mm，1 h最大降水29.9 mm，歷年最大暴雨記錄116.4 mm。根據(jù)對縣城30年降雨量資料搜集，采用實測氣象站30年的年一日最大降雨統(tǒng)計均量，推求20年一遇標(biāo)準(zhǔn)下的年24 h最大降雨均量(H24)，換算系數(shù)為1.566，H24=1.566×76.44=119.71 mm。

2.4 物源條件特征

流域范圍內(nèi)物源豐富，主要為上游的形成區(qū)產(chǎn)生的崩塌、滑坡及漫灘沖洪積堆積物。

由于場地所處的地理位置造成了降雨極其豐富，全年均有降雨，且4月～9月尤其豐富。場地兩側(cè)的植被覆蓋率較好，而第四系的坡殘積較薄一般為0.5 m以下，至坡腳處則為1 cm～2 cm。受構(gòu)造影響，場地內(nèi)的巖體形成了4個主要節(jié)理面：J1=358°∠21°；J2=240°∠80°；J3=80°∠20°；J4=169°∠41°。這些節(jié)理主要受到地質(zhì)構(gòu)造的因素產(chǎn)生，甚至對河道的方向產(chǎn)生了巨大的影響作用。主支流的方向受到了J1,J2節(jié)理的共同作用。在該分支流域內(nèi)可見較大的崩滑體堆積物和大的不穩(wěn)定邊坡。這些邊坡隨著河流沖擊浸泡，不斷的從節(jié)理張開、剝落再繼續(xù)形成。

由于場地內(nèi)河流搬運(yùn)侵蝕的作用強(qiáng)烈，河床及兩岸有大量的第四系沖洪積物，在降雨的沖刷下逐步少量的在坡腳聚集或隨河水與卵石、碎石在漫灘處、河道拐彎處沉積、堆積，遇到較大的泥石流會被卷起或形成滑坡，分解成泥石流物源中的細(xì)顆粒物質(zhì)。

3 泥石流啟動特征

泥石流如何爆發(fā)，爆發(fā)的規(guī)律特點是什么，一直以來是所有經(jīng)典教科書內(nèi)或國內(nèi)外工程類著作中較少提及的。云南省東川泥石流的爆發(fā)的主要因素是之前的采礦活動對整個地質(zhì)環(huán)境的破壞，但是這種集中規(guī)模的爆發(fā)仍然屬于少數(shù)。就大部分泥石流災(zāi)害而言，都是由于地質(zhì)環(huán)境的漸漸改變影響而慢慢積累，達(dá)到一定的時間點發(fā)生的。自然界成就的泥石流爆發(fā)的周期往往是20年，30年甚至50年～100年的，這個周期已經(jīng)超過了一個地質(zhì)專業(yè)從業(yè)者的工作周期，甚至超越了一個居住于此的人類的生命周期。所以我們實際上缺乏足夠的泥石流爆發(fā)案例來推斷和驗證我們對泥石流爆發(fā)啟動的規(guī)律驗證。

本次所舉的怒江二級支流泥石流恰恰為我們提供了較好的依據(jù)，使我們能夠認(rèn)識泥石流的發(fā)生和發(fā)展因果。

3.1 地形上的特點

昌凹河泥石流溝除本文2.1節(jié)提出的縱坡比達(dá)到了泥石流的地形條件外，還具有幾個比較鮮明的特點：1)形成區(qū)的長度達(dá)到整個流域50%，流通區(qū)占總長度的16.7%，堆積區(qū)和下游的流通區(qū)間隔排列，區(qū)分不明顯。該特征說明泥石流溝的發(fā)育時期為青年期，其向后溯源或產(chǎn)生物源的能力仍然很強(qiáng)，泥石流的物質(zhì)主要危害對象在于中下游的流通區(qū)和流通—堆積區(qū)。2)流域內(nèi)的河道較直，少量的漫灘區(qū)分布于中下游。該特征說明泥石流溝的河道較為穩(wěn)定，而側(cè)蝕作用已經(jīng)大大減弱，河道的寬度和洪水、泥石流物質(zhì)等的能量在爆發(fā)周期內(nèi)仍然能夠基本持平。漫灘的存在也說明了河水對溝內(nèi)物質(zhì)的搬運(yùn)作用較為緩慢，溝內(nèi)的卵石、漂石是泥石流物源的一個組成部分。3)昌凹河在上游2 km左右，地形忽然平緩下來，甚至達(dá)到了堆積區(qū)的縱坡比。但在巖性上(花崗巖種類)沒有太大的變化。說明地質(zhì)構(gòu)造(高黎貢山斷層兩側(cè)運(yùn)動)在兩側(cè)形成了不同的抬升和下降作用造成了縱坡比的不連貫。4)昌凹河泥石流在溝口堆積，并使怒江向西側(cè)淘蝕，形成一個凹岸，擠壓并迫使怒江改道，說明歷史上該泥石流曾有過更大規(guī)模的爆發(fā)，目前的爆發(fā)規(guī)?？赡芤驗榈刭|(zhì)環(huán)境的變化大大減小了。

3.2 沖蝕特征

流域內(nèi)的流通區(qū)、流通—堆積區(qū)及彎道附近有很多明顯的沖淤、沖蝕痕跡，可作為泥石流爆發(fā)一些推測依據(jù)。1)流域的中下游大部分河床地段都被沖蝕形成底部“U”字形，有些形成了漫灘，但是堆積物分層特點比較明顯，可確定堆積年代的不同。2)漫灘位置存在多年沉積物，被山上村民種植了核桃樹、紅豆杉等，表明河道內(nèi)泥石流整體較為穩(wěn)定，泥石流爆發(fā)的頻率或者規(guī)模周期至少在10年～20年，不會頻繁對岸坡產(chǎn)生破壞，可以允許村民在某個接受的周期內(nèi)種植經(jīng)濟(jì)作物。3)中游以上流通區(qū)內(nèi)兩側(cè)整塊巖石表面光滑干凈，說明了洪水的水位較高，足以充滿6 m高的河道截面。寬闊岸坡處側(cè)蝕明顯。下游漫灘堆積明顯且年代較早。4)2012年7月泥石流爆發(fā)前，河道內(nèi)寬度一般在3 m～15 m之間，至泥石流爆發(fā)后，河道最窄處被沖蝕擴(kuò)展至5 m～10 m，但大部分岸坡只是形態(tài)受沖淤改變，主體河道的形態(tài)、寬度等變化不大。這說明本次的泥石流爆發(fā)規(guī)模應(yīng)屬于昌凹河泥石流爆發(fā)歷史中的較為平常的強(qiáng)度。

3.3 淤積物的特征

流域內(nèi)淤積物分布較分散有如下幾個特點：1)2012年7月前，淤積物主要分布于溝體的流通區(qū)、流通—堆積區(qū)和堆積區(qū)。其中堆積區(qū)位于場地下游入江口，形成較為明顯的扇形，但是面積較小，長度僅達(dá)到整個流域的4%。中間的流通—堆積區(qū)主要是河道底部沉積著大量的漂石，受流水影響，很少見卵石及砂、土等，而分布于漫灘處的淤積物表層以砂、卵石、粘土為主，植被覆蓋茂盛，底部為大塊的漂石、卵石等。這點說明了場地內(nèi)的淤積物中漂石、卵石均為泥石流等災(zāi)害帶來，而河道內(nèi)水流的搬運(yùn)砂、卵石的能力極強(qiáng)。2)淤積物多分布于漫灘、彎道處。淤積物為多年沉積，根據(jù)現(xiàn)場的物探和坑探資料顯示，漫灘上大部分卵石、砂礫在表層1 m范圍分布較多，1 m以下則以充填物形式分布于漂石之間。這點也說明泥石流爆發(fā)時，表層的卵石、砂礫均會啟動，形成一部分物源。2012年7月泥石流過程中以河道為中心的大部分砂卵石、漂石均作為物源向下游移動。3)漫灘、下游的淤積物堆積年代較遠(yuǎn)，應(yīng)在30年～50年以上，上游的淤積物堆積年代較近，在20年～30年以內(nèi)。這表明，泥石流爆發(fā)時，在源頭附近規(guī)模可能不大，僅具備了啟動的要素，而隨著泥石流向下游滾動攪拌作用，大量的水和細(xì)顆粒的砂、卵石形成了較大的均勻的和越來越大的包裹流體。4)下游的淤積物露頭可明顯見分層特征，表明各沉積的時間，泥石流的作用大小。以下游2 km處最大漫灘為例，本次泥石流爆發(fā)時，將岸邊的淤積物切割側(cè)蝕，形成較完整的斷面，岸坡頂部1.5 m厚度沉積為新的砂卵石層，中間有一個清晰的植被層，以下則是老的沉積層。5)漫灘淤積物的表層1 m以卵石、砂、粘土為主，以下為大塊漂石為主，粒徑在50 cm～3 m為主，個別達(dá)到10 m，孔隙一般充填較好。

3.4 植被特征

1)場地的植被可代表泥石流活動的范圍。泥石流溝溝底以卵石為主，河床的裸露部分在少水期也不見植被分布。中下游地區(qū)的河漫灘上多分布有雜草、菜地及經(jīng)濟(jì)樹木，樹木的尺寸一般在漫灘中線附近約10年的樹齡，兩側(cè)村級小道旁高于岸坡數(shù)米，喬木則有50年樹齡，但是為數(shù)不多。2)場地兩側(cè)以6 m為界，高于此高程基本植被豐富，大量的草類和少量的喬木灌木；高程以下則多卵石、塊石覆蓋或者出露基巖。泥石流沖擊過程中的影響高度最高在6 m，若受地形影響，開闊處泥石流流體痕跡高度會下降。

4 結(jié)語

1)怒江地區(qū)泥石流災(zāi)害是一種常態(tài)，在其支流流域內(nèi)其規(guī)模屬于中小型，主要的發(fā)生因素和其特殊的抬升板塊地質(zhì)構(gòu)造、豐富的降雨分不開的。在怒江地區(qū)甚至橫斷山脈進(jìn)行場地選址建設(shè)需要密切重視這點。2)泥石流災(zāi)害的物源、地形和水三大因素有其細(xì)微的研究之處。物源是在水作用下的風(fēng)化長期結(jié)果和地質(zhì)構(gòu)造影響的深層原因的共同結(jié)果，這個因素由于發(fā)生的周期長，可能會被地質(zhì)工作者所忽略；水的因素應(yīng)考慮氣候的影響，最好跟蹤整個的水文年，對場地的匯水進(jìn)行。一般在地質(zhì)調(diào)查中，很少會多次進(jìn)行，泥石流流域內(nèi)由于經(jīng)驗較少，應(yīng)增加調(diào)查次數(shù)，尤其是對水文、溝底沉積變化、沖淤變化等進(jìn)行跟蹤的周期性觀察，才容易建立起較為真實的地質(zhì)演化概念。3)泥石流野外排查中主要是地形和沖淤現(xiàn)象的調(diào)查，坡比的變化特點、河道的曲直、河道的寬度變化均反映了泥石流災(zāi)害的可能性、規(guī)模性和強(qiáng)度等。沖淤的堆積物一般在彎道處，可通過堆積龍頭高度、堆積物成分、分層情況來鑒定泥石流爆發(fā)的頻率、周期和強(qiáng)度。4)植被的種類和生命長度反映了在溝內(nèi)微環(huán)境下的生長條件，也間接反映了泥石流在溝內(nèi)的活動情況。5)周邊的居民居住地和他們的歷史經(jīng)驗是泥石流調(diào)查研究的最有力證據(jù)。6)對于這種青年期的泥石流，危害對象最大的是中下游地帶漫灘、緩坡區(qū)域居住的人及設(shè)施等，因為整個泥石流縱坡比上游陡下游緩，而在中游地區(qū)坡比下降很快，加之河道漫灘增多，能量釋放很快。泥石流會淤積和重新聚集能量，造成較大危害。7)泥石流的演化發(fā)展推測是個較為經(jīng)驗性的工作，但是仍然可以從自然界中找到證據(jù)。若需進(jìn)一步研究泥石流，其實應(yīng)該從流域地質(zhì)構(gòu)造的變化速度、年度新增加的物源災(zāi)點方量，年度河道淤積和攜帶的物源總量進(jìn)行推測驗算，可以較為準(zhǔn)確的得到泥石流爆發(fā)的規(guī)律。

[1] 中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院.220 kV貢山變電站泥石流專項勘查及防治方案[Z].2013.

[2] 王繼康，黃榮鑒，丁秀燕.泥石流防治工程技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，1996.

[3] DZ/T 0220-2006，泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S].

DiscussiononthedebrisflowformationmechanisminNuRiverarea

QINGang

(KunmingSurveyDesignResearchInstitute,ChinaNonferrousMetalIndustry,Kunming650051,China)

Combining with specific projects examples, from the topography, meteorological and hydrological, this paper made in-depth analysis on debris flow formation conditions in Nu River area, and elaborated the topographic, erosion, sedimentation and vegetation characteristics of debris flow, offered reference for field evaluation of debris flow.

debris flow, topography, erosion, vegetation

1009-6825(2014)14-0079-03

2014-03-07

秦 剛(1978- )，男，碩士，工程師

P642.23

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