西藏樟木溝泥石流成因分析及綜合評(píng)判

劉大翔，黃金輝，趙 鑫，張小剛，程尊蘭，劉建康

（1.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌443002；2.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌443002；3.中國(guó)科學(xué)院 山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610041；4.中國(guó)科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都610041；5.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

樟木口岸位于喜馬拉雅山南麓的中尼邊境樟木鎮(zhèn)境內(nèi)，距聶拉木縣城30km，是西藏地區(qū)唯一的國(guó)家一類(lèi)陸路通商口岸，口岸邊境貿(mào)易總值達(dá)到3～4×108元／a，對(duì)中國(guó)西藏和尼泊爾的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與交流至關(guān)重要。樟木溝位于樟木口岸上游，為波曲河左岸一級(jí)支流，南距友誼橋約12km，主溝溝口地理坐標(biāo)為東經(jīng)85°58′35.77″，北緯27°59′46.50″，下游有中尼公路通過(guò)，交通較為便利。樟木溝曾于2001年爆發(fā)過(guò)泥石流，沖出的固體物質(zhì)淤埋跌水處下游方向三段回頭彎的中尼公路，導(dǎo)致交通中斷整日，嚴(yán)重影響了中尼兩國(guó)的貿(mào)易往來(lái)。近10a來(lái)，樟木溝雖未爆發(fā)大規(guī)模泥石流，但夏季溝內(nèi)常出現(xiàn)山洪，爆發(fā)泥石流的可能性較大。因此，有必要對(duì)其形成條件進(jìn)行分析并對(duì)其易發(fā)程度加以綜合評(píng)判，為防治工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)環(huán)境背景條件

1.1 地貌環(huán)境

樟木溝位于喜馬拉雅山脈南坡波曲河下游左岸斜坡地帶，發(fā)源于樟木鎮(zhèn)后山扎美拉山南側(cè)，在海關(guān)監(jiān)管貨場(chǎng)處匯入波曲。主溝長(zhǎng)度3.02km，匯水面積約2.332km2，溝谷平均縱坡519‰。流域地勢(shì)起伏較大，高程范圍2 000～4 000m，坡度范圍30°～55°。溝道地形陡峻，溝源有古冰磧地貌發(fā)育，外營(yíng)力作用以冰緣及寒凍風(fēng)化作用為主；溝道中上游地段切割較深，溝谷狹窄，谷坡陡立，平均切割深度為10～20m，最深地段超過(guò)60m；溝道中下游已經(jīng)切穿松散層到達(dá)基巖，局部河床基巖裸露，多跌坎，溝道內(nèi)發(fā)育三級(jí)較大陡坎，其中靠近波曲河的最下級(jí)跌坎高度逾30m。

1.2 水文、氣象

樟木溝流域地處喜馬拉雅山南坡，屬亞熱帶季風(fēng)潮濕濕潤(rùn)氣候區(qū)，由于受印度洋海洋性氣候影響，表現(xiàn)為降雨豐富、集中，且暴雨強(qiáng)度較大。年降水量2 450～3 100mm，多年平均降水量2 820mm，是西藏地區(qū)典型的暴雨中心之一。該地區(qū)多年平均氣溫12℃，最高氣溫32℃，最低氣溫－1℃，多年平均相對(duì)濕度75%；多年平均蒸發(fā)量1 500mm。

1.3 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)地層較為單一，基巖以前震旦系變質(zhì)巖為主，表部為第四系塊、碎石土。其中前震旦紀(jì)變質(zhì)巖主要包括達(dá)萊瑪橋組二云母片麻巖、云母石英片巖等，而第四紀(jì)地層主要為全新統(tǒng)崩滑堆積物（Qcol＋dl4）、全新統(tǒng)沖洪積物（Qal＋pl4）。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于喜馬拉雅結(jié)晶基底復(fù)式背斜的北翼，為單斜構(gòu)造，巖層傾向NE，傾角20°～40°。波曲河斷層為區(qū)內(nèi)最大的區(qū)域性斷裂，樟木溝溝口與之相接。在樟木溝中尼路邊小瀑布附近發(fā)育一小斷裂，西北端尖滅于中尼公路外側(cè)，東南端插入樟木后山。區(qū)內(nèi)巖層變質(zhì)程度較深，達(dá)角閃巖相，片理、片麻理發(fā)育，主要構(gòu)造形跡為斷層和節(jié)理，褶皺不發(fā)育。長(zhǎng)期沿節(jié)理和斷層發(fā)生的崩塌造就了樟木溝北側(cè)的陡壁，即扎美拉山，也成為樟木溝泥石流的重要固體物質(zhì)來(lái)源。

1.5 植被狀況

研究區(qū)屬于珠穆朗瑪峰自然保護(hù)區(qū)，境內(nèi)擁有雪布崗核心保護(hù)區(qū)，動(dòng)植物資源十分豐富。溝域?qū)儆诟呱搅止鄥膊莸榈貛В傻秃０蜗蚋吆０我来纬霈F(xiàn)針闊混交林帶（海拔1 500～3 000m）、針葉林帶（海拔3 000～3 300m）、灌木林帶（海拔3 300～4 400m），植被生長(zhǎng)茂盛，覆蓋率達(dá)90%以上，帶譜結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，均為適應(yīng)濕潤(rùn)氣候的植物群落組成，屬于海洋型山地植被垂直結(jié)構(gòu)類(lèi)型［1］?？傮w來(lái)講，樟木溝植被條件較好，對(duì)減緩泥石流的發(fā)育或危害起到了正面作用。

2 泥石流形成條件

2.1 泥石流溝谷特征

樟木溝流域支溝發(fā)育，共有5條較大支溝匯入，溝域形態(tài)受構(gòu)造與扎美拉山崩塌的影響成不對(duì)稱(chēng)分布，支溝大多分布在溝域右側(cè)。根據(jù)地貌及泥石流物源補(bǔ)給特征，將樟木溝主溝劃分為清水區(qū)、形成流通區(qū)和堆積區(qū)3個(gè)分區(qū)。各區(qū)特征詳見(jiàn)表1。

表1 樟木溝泥石流分區(qū)特征

2.2 泥石流分區(qū)特征

2.2.1 清水區(qū) 泥石流清水區(qū)分布于樟木溝上游，地形陡峻，斜坡坡度多為40°以上，溝谷縱坡大，多在650‰以上，松散堆積層較薄，主要為基巖斜坡，不良地質(zhì)現(xiàn)象較少，分布零星，大多不會(huì)參與泥石流活動(dòng)，主要為泥石流的形成匯集水源和提供水動(dòng)力條件。

2.2.2 形成流通區(qū) 形成流通區(qū)分布于中尼公路以上段，溝谷岸坡陡峻，崩塌發(fā)育，松散堆積體厚度相對(duì)較大，不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，且植被破壞較嚴(yán)重。該段溝床縱比降相對(duì)較緩，主溝縱坡一般為80‰～400‰，溝床兩側(cè)崩塌較多，溝床堆積物非常豐富，為泥石流的發(fā)育提供了大量松散固體物源，是樟木溝泥石流的主要松散固體物源分布區(qū)。

2.2.3 堆積區(qū) 泥石流堆積區(qū)位于中尼公路以下至溝口段，扇區(qū)堆積厚度5～25m，扇區(qū)泥石流堆積物方量約1.20×106m3。該段溝谷平均縱坡稍緩，有利于泥石流物質(zhì)的停淤。值得一提的是，溝道與波曲河連接處有一級(jí)高逾30m的陡坎，樟木溝泥石流一旦爆發(fā)，大量的固體物質(zhì)將輸入波曲河，造成河床淤積，壓縮行洪斷面。

2.3 物源條件

2.3.1 物源類(lèi)型 按照松散物質(zhì)的性質(zhì)及其分布位置的差異，可將泥石流物源分為重力作用堆積物、溝道堆積物、冰磧及寒凍風(fēng)化形成的松散物質(zhì)3類(lèi)。其中崩塌是最常見(jiàn)的重力作用類(lèi)型，溝域北側(cè)扎美拉山崩塌極為發(fā)育，坡面廣布新老崩塌堆積，成為泥石流發(fā)育的主要物源。溝道堆積物也是區(qū)內(nèi)泥石流發(fā)育的主要物源，主要為原溝床中的堆積物。冰磧及寒凍風(fēng)化形成的松散物質(zhì)分布在海拔3 000m以上溝道中上游的斜坡面上，主要為在凍融作用、寒凍風(fēng)化作用下形成的松散物質(zhì)，可通過(guò)崩塌、滾石、滑坡及流水侵蝕等方式進(jìn)入溝道，成為泥石流的固體物源。

2.3.2 物源分布 樟木溝重力作用堆積物可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為右岸廣布的扎美拉山崩塌堆積物，規(guī)模較大但活動(dòng)性較弱。據(jù)調(diào)查，該類(lèi)松散堆積物體積達(dá)9.80×106m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為9.66×105m3。另一類(lèi)為溝道兩側(cè)的新崩滑物源，規(guī)模較小但活動(dòng)性強(qiáng)。據(jù)勘查，樟木溝流域內(nèi)共發(fā)育不同規(guī)模的新崩滑6處，崩滑堆積物總體積為5.17×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為3.62×104m3。新崩滑物源具體分布情況詳見(jiàn)表2。

溝道松散堆積物多分布于中游，粒徑沿下游方向呈增大趨勢(shì)，陡坎地段發(fā)育較少。由于溝床坡度變小，溝谷展寬，目前溝道內(nèi)仍有大量沖洪積物。經(jīng)估算，樟木溝溝道物質(zhì)總方量約為1.52×105m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量約為3.04×104m3。

表2 樟木溝新崩滑物源統(tǒng)計(jì)

樟木溝溝源外營(yíng)力作用以冰雪作用和凍融風(fēng)化作用為主。寒凍風(fēng)化形成的松散堆積也是樟木溝泥石流物源的補(bǔ)給來(lái)源之一。經(jīng)估算，該類(lèi)物源的總方量約為5.76×105m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量約為2.88×104m3。

2.3.3 物源統(tǒng)計(jì) 通過(guò)對(duì)流域內(nèi)松散碎屑物質(zhì)厚度和范圍進(jìn)行調(diào)查和遙感解譯，可計(jì)算松散碎屑物質(zhì)儲(chǔ)量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該流域可提供泥石流的固體物源總量為1.06×107m3，可參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為1.08×106m3。物源統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 樟木溝物源統(tǒng)計(jì)104 m3

2.4 水源條件

充足的水源補(bǔ)給條件使得樟木溝屬于常年流水溝。流域上游高海拔地區(qū)的冰雪融水在枯水期起天然調(diào)節(jié)作用，使溝內(nèi)徑流穩(wěn)定，基流較大。同時(shí)因流域內(nèi)巖石較堅(jiān)硬，質(zhì)地比降致密，滲透性小，而且降水集中于雨季，在雨季土壤總處于飽和或近飽和狀態(tài)。因溝道內(nèi)發(fā)育三級(jí)陡坎，水量變化比較大，平水期流量為0.001～0.002m3／s，雨季流量為0.05～0.1 m3／s，降雨期間水量會(huì)劇增。

樟木溝內(nèi)常年性流水不僅會(huì)沖刷兩側(cè)松散層引起崩塌，更重要的是常年性流水是樟木鎮(zhèn)松散層地下水的主要補(bǔ)給源，通過(guò)對(duì)枯水季樟木溝斷面清水流量測(cè)量（表4），發(fā)現(xiàn)在泥石流形成流通區(qū)清水流量先降低后增大，且1＃與2＃斷面在高程相差30m內(nèi)時(shí)，清水流量降低比例就達(dá)到28.6%，說(shuō)明樟木溝流域內(nèi)充足的水源補(bǔ)給條件除了會(huì)對(duì)兩側(cè)松散層形成沖刷并引起崩塌之外，更是樟木鎮(zhèn)松散層內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給源，可能對(duì)樟木滑坡群穩(wěn)定性有不利影響，需引起重視。

表4 樟木溝枯水季斷面清水流量測(cè)量值

3 泥石流類(lèi)型及動(dòng)力學(xué)特征

3.1 泥石流類(lèi)型

樟木溝有明顯的分區(qū)特征，屬于溝谷型泥石流。根據(jù)對(duì)邦東村村民的調(diào)查，樟木溝曾經(jīng)于2001年暴發(fā)泥石流，其余時(shí)間以山洪為主，因此從發(fā)生頻率看屬中頻泥石流溝。通過(guò)野外泥石流堆積特征，可判斷樟木溝泥石流暴發(fā)屬于稀性泥石流。

3.2 泥石流動(dòng)力學(xué)特征

采用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范（DT／T0220—2006）》附錄I提供的西南地區(qū)（鐵二院）稀性泥石流流速計(jì)算公式［2］：

式中：γH——泥石流中固體物質(zhì)容重，取值2.65 t／m3；φc——泥石流泥沙修正系數(shù)，取值 0.405；n——溝床糙率系數(shù)，取值6.5；R——水力半徑，取值1.7m；I——水力坡度，取值519%；Vc——泥石流平均流速，通過(guò)計(jì)算，樟木溝泥石流平均流速為4.63m／s。

運(yùn)用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水文研究所提出的推理公式［3］，由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)清水洪峰流量QB，即假定暴雨和洪水及泥石流同頻率出現(xiàn)，然后用配方法計(jì)算泥石流設(shè)計(jì)洪峰流量Qc。其計(jì)算公式為：

式中：φc——泥沙修正系數(shù)；Dc——堵塞系數(shù)。推理公式法的計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表5。

再運(yùn)用形態(tài)調(diào)查法計(jì)算泥石流洪峰流量，將過(guò)流斷面面積Wc與泥石流流速Vc相乘，泥石流洪峰流量即為：

式中：Vc——流速，其值為4.63m／s；Wc——斷面面積，其值為8.4m2。計(jì)算得出泥石流流量Qc為38.94 m3／s。

通過(guò)對(duì)比，可見(jiàn)樟木溝泥石流形態(tài)調(diào)查法流量值與推理公式法設(shè)計(jì)頻率P＝5%時(shí)的情況較為吻合。

表5 推理公式法計(jì)算得出的樟木溝泥石流流量

泥石流整體沖壓力按《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》提供的公式計(jì)算：

其中，建筑物形狀系數(shù)λ按矩形建筑物取值1.33，泥石流重度γc為1.3t／m3，建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角α為90°。計(jì)算得出泥石流整體沖壓力P＝37.06kN。

4 泥石流綜合評(píng)判

4.1 泥石流數(shù)量化綜合評(píng)判

數(shù)量化綜合評(píng)判法自1986年開(kāi)始被用于泥石流的嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)后［4］，便開(kāi)始被廣泛用于泥石流的數(shù)量化綜合評(píng)判。根據(jù)泥石流流域基本特征和參數(shù)，按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范（DT／T0220—2006）》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)”，選取了溝道縱坡、植被覆蓋率、流域面積等15個(gè)參數(shù)，對(duì)每個(gè)參數(shù)評(píng)分后取總分進(jìn)行泥石流綜合評(píng)判（表6），得出樟木溝評(píng)分結(jié)果為81分，因此樟木溝嚴(yán)重等級(jí)為輕度易發(fā)。評(píng)分結(jié)果顯示，溝道縱坡、沿溝松散物儲(chǔ)量、流域相對(duì)高差、河溝堵塞程度4個(gè)因素得分較高，說(shuō)明其對(duì)泥石流的發(fā)生起主要作用。

4.2 泥石流模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判

數(shù)量化綜合評(píng)判雖然可以對(duì)泥石流進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，但不能對(duì)泥石流變化特性進(jìn)行表述，因此模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判便被提出來(lái)。模糊綜合評(píng)判法是一種以模糊推理為主的、定性與定量相結(jié)合、精確與非精確相統(tǒng)一的分析評(píng)判方法，為處理具有不確定性的事物提供了新思路。不少學(xué)者［5－6］將模糊數(shù)學(xué)理論引入泥石流危險(xiǎn)度的評(píng)價(jià)研究中，并已取得很多成果，實(shí)踐證明該方法有很高的準(zhǔn)確度。

表6 樟木溝泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分

以《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范（DT／T0220—2006）》中數(shù)量化綜合評(píng)判中的因素為基礎(chǔ)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)，具體方法可見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)［5－6］。通過(guò)計(jì)算可得評(píng)判矩陣R：

對(duì)于權(quán)重子集的確定，可利用公式計(jì)算：

式中：ci——第i個(gè)因素在數(shù)量化評(píng)判中的最大值。由此得到權(quán)重子集：

權(quán)重子集W與評(píng)判矩陣R相乘后可得到評(píng)判集B，即B＝W·R＝［0.22，0.31，0.23，0.25］。根據(jù)最大隸屬度原則確定泥石流的易發(fā)性，由表7判斷樟木溝泥石流為輕度易發(fā)泥石流，與數(shù)量化評(píng)判結(jié)果一致。

表7 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判結(jié)果

5 結(jié)論

（1）樟木溝地形陡峭，溝谷縱坡大，分區(qū)明顯，具有典型的溝谷型泥石流的特點(diǎn)，流域內(nèi)水源豐富，斷層和節(jié)理發(fā)育，可提供的泥石流固體物源主要由溝道兩側(cè)的崩滑堆積物和溝道內(nèi)的松散堆積物組成，物源總量與動(dòng)儲(chǔ)量均較大，根據(jù)規(guī)范估算的泥石流整體沖壓力強(qiáng)。一旦泥石流爆發(fā)，將對(duì)位于溝口的中尼公路、停車(chē)場(chǎng)、加油站以及波曲河威脅嚴(yán)重。

（2）根據(jù)推理公式法和形態(tài)調(diào)查法計(jì)算的泥石流流量結(jié)果對(duì)比表明，樟木溝泥石流形態(tài)調(diào)查法流量值與設(shè)計(jì)頻率P＝5%時(shí)的情況較為吻合。

（3）綜合數(shù)量化綜合評(píng)判和模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判結(jié)果，認(rèn)為樟木溝屬于輕度易發(fā)泥石流溝，溝道縱坡、沿溝松散物儲(chǔ)量、流域相對(duì)高差、河溝堵塞程度是引發(fā)泥石流的主要因素。但根據(jù)綜合評(píng)判的打分分值和易發(fā)程度隸屬度來(lái)看，樟木溝泥石流有偏向中度易發(fā)的傾向。

（4）泥石流形成流通區(qū)清水流量在高程相差30 m內(nèi)時(shí)降低比例就達(dá)到28.6%，說(shuō)明樟木溝流域內(nèi)充足的水源補(bǔ)給條件除了會(huì)對(duì)兩側(cè)松散層形成沖刷并引起崩塌之外，更是樟木鎮(zhèn)松散層內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給源，可能對(duì)樟木滑坡群穩(wěn)定性有不利影響，需引起重視。

（5）應(yīng)盡快對(duì)樟木溝進(jìn)行治理，采用固源、穩(wěn)攔、停淤等工程措施與生物措施相結(jié)合的綜合方案進(jìn)行治理，確保下游樟木鎮(zhèn)和樟木口岸的安全，為當(dāng)?shù)厝嗣癜簿訕?lè)業(yè)和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)創(chuàng)造良好條件。

［1］毛成文.西藏樟木鎮(zhèn)福利院滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)［D］.陜西 西安：西安科技大學(xué)，2008.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZ－T0220—2006泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［3］八省一院小河站網(wǎng)規(guī)劃協(xié)作組.推理過(guò)程線(xiàn)［J］.水文，1982（1）：29－32.

［4］譚炳炎.泥石流溝嚴(yán)重程度的數(shù)量化綜合評(píng)判［J］.鐵道學(xué)報(bào)，1986，8（2）：74－82.

［5］陳國(guó)玉，王鋼城，莊樹(shù)裕，等.模糊綜合評(píng)判法在定日縣泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水運(yùn)，2009，9（11）：163－164.

［6］張麗萍，唐克麗.礦山泥石流成災(zāi)度模糊綜合評(píng)價(jià)：以神府東勝礦區(qū)為例［J］.山地學(xué)報(bào)，2002，20（2）：212－217.