基于野外調(diào)查的低頻率泥石流識(shí)別
——以瀘定縣潘溝泥石流為例

王帥，鐵永波，江金濤

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京　100083；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)，成都　610081；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院，北京　100037)

?

基于野外調(diào)查的低頻率泥石流識(shí)別
——以瀘定縣潘溝泥石流為例

王帥1，2，3，鐵永波2，江金濤1，2，3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京100083；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)，成都610081；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院，北京100037)

摘要：如何通過(guò)野外調(diào)查證據(jù)對(duì)隱蔽性強(qiáng)的低頻泥石流進(jìn)行早期識(shí)別對(duì)山區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)具有實(shí)踐意義。在對(duì)潘溝泥石流的物源特征、形成過(guò)程機(jī)制、堆積區(qū)特征及溝口樹木特征調(diào)查訪問(wèn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合證據(jù)分析，認(rèn)為潘溝泥石流的暴發(fā)頻率較低，并在此基礎(chǔ)上探討了基于野外調(diào)查的低頻泥石流的識(shí)別方法，預(yù)測(cè)了泥石流的發(fā)展趨勢(shì)，可為類似孕災(zāi)背景的泥石流的防治提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：低頻泥石流；野外識(shí)別方法；堆積區(qū)植被；瀘定縣潘溝

西南山區(qū)是我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)，近年來(lái)低頻泥石流具有頻繁的趨勢(shì)，對(duì)山區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)及工程安全造成了嚴(yán)重的危害。低頻泥石流多由暴雨引發(fā)，而暴雨出現(xiàn)的頻率相對(duì)較低，故低頻泥石流的重現(xiàn)周期相對(duì)較長(zhǎng)，研究者通常把重現(xiàn)期超過(guò)30 a的泥石流稱為低頻泥石流[1]。低頻率泥石流具有暴發(fā)周期長(zhǎng)、規(guī)模大、危害嚴(yán)重等基本特點(diǎn)。據(jù)對(duì)世界各國(guó)現(xiàn)代泥石流災(zāi)害的分析和統(tǒng)計(jì)，造成重大人員傷亡的泥石流災(zāi)害絕大多數(shù)都是低頻率泥石流災(zāi)害[1]。例如，1999年12月在委內(nèi)瑞拉北部阿維拉山區(qū)加勒比海沿岸的8個(gè)州暴發(fā)的約300 a一遇的群發(fā)性泥石流，造成3萬(wàn)余人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100億美元，可見低頻泥石流危害極大[2]。

低頻泥石流溝谷多沿江沿河分布，常在河流兩側(cè)形成泥石流堆積扇，這些堆積區(qū)地勢(shì)較為平坦開闊，土地肥沃，灌溉便利，氣候及交通條件相對(duì)較好，是山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)和進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良好用地，也是公路、鐵路等生命線工程的必經(jīng)之地，然而這些堆積扇體本身就處于泥石流危及范圍之內(nèi)[3-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)約有150個(gè)縣級(jí)以上城鎮(zhèn)受泥石流危害[5]。

低頻泥石流因具有隱蔽性強(qiáng)、暴發(fā)周期長(zhǎng)、規(guī)模大等特點(diǎn)，使得人民對(duì)他的警覺性低，往往對(duì)其堆積體進(jìn)行后期的改造，破壞了泥石流堆積體的原始性，使得本就隱蔽的低頻泥石流更難識(shí)別[6]。在我國(guó)西南的許多高海拔山區(qū)，泥石流形成區(qū)海拔高且長(zhǎng)期被冰雪覆蓋，由于在這些地區(qū)，人煙稀少，歷史資料匱乏，溝口堆積扇上的植被恢復(fù)快，泥石流發(fā)生后的地貌標(biāo)志常被植被所掩蓋，野外調(diào)查和航片判斷均有相當(dāng)?shù)碾y度[7-8]。因此，找出一種通過(guò)野外調(diào)查就能對(duì)低頻率泥石流進(jìn)行早期識(shí)別的方法就顯得尤為重要，結(jié)果不但可以為政府部門的建設(shè)用地規(guī)劃提供參考，亦可以為山區(qū)工程建設(shè)和當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活提供指導(dǎo)性，以期達(dá)到低頻泥石流防災(zāi)減災(zāi)的目的。

1研究區(qū)

潘溝位于我國(guó)四川省甘孜州瀘定縣冷磧鎮(zhèn)鎮(zhèn)中心北側(cè)，西側(cè)緊鄰大渡河。流域內(nèi)最高點(diǎn)海拔3 313 m，主溝較為曲折，急彎多，于冷磧鎮(zhèn)匯入大渡河，主要的支溝有兩條：黑溝、金竹林溝(圖1)。流域面積64.25 km2，呈現(xiàn)樹枝狀-羽狀水系，流域地勢(shì)東高西低，地形起伏大，山高坡陡，屬于典型的高山峽谷地貌區(qū)。潘溝泥石流的形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)清晰可見，為典型的溝谷型泥石流，河谷上部呈“U”形寬谷，中部呈“V”形峽谷，下部呈拓寬“U”形谷、“V”形谷，谷緣到谷底的相對(duì)高差較大，一般在500～700 m，最高達(dá)1 022 m。潘溝形成區(qū)大致以金竹林溝匯入點(diǎn)附近為界，海拔1 768～3 313 m，流域面積約11 km2，形似一不對(duì)稱扇形，支溝發(fā)育，主溝長(zhǎng)4.8 km，主溝縱坡降262‰，集水條件較好；流通區(qū)面積約32.75 km2，海拔1290～1 768 m，主溝長(zhǎng)約6.6 km，主溝縱坡降約78.8‰，主溝呈“之”字形延伸，對(duì)泥石流起到了消能作用；堆積區(qū)面積20.5 km2，呈現(xiàn)明顯的扇形，扇形較完整，從桐梓林橋一直延伸到大渡河處。據(jù)瀘定縣氣象站資料統(tǒng)計(jì)，該地多年平均年蒸發(fā)量為1 526.9 mm，多年平均相對(duì)濕度為65.8%，年均流量0.82 m3/s，枯水量0.51 m3/s，歷年最大日降水量為72.3 mm，多年平均年降水量為643.1 mm，且降水主要集中于每年6～9月，多為大雨或暴雨。潘溝具備了發(fā)育形成泥石流的基本條件，是一條歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)泥石流災(zāi)害的溝谷，降雨是潘溝泥石流災(zāi)害的主要誘發(fā)因素。

1.崩塌、滑坡及不穩(wěn)定斜坡堆積體；2.溝道堆積體；3.人工堆積體；4.流向線；5.流域邊界線；6.柵格壩圖1　潘溝流域特征及物源分布特征

潘溝泥石流的物源主要分布于潘溝流域的中上游，主要可以分為三種類型，一種為潘溝上游的人工堆積體；另一種為位于潘溝溝谷兩側(cè)的崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡等形成的堆積體；第三種為潘溝溝道內(nèi)的堆積體。溝道內(nèi)松散堆積體為潘溝的主要物源，滑坡和支溝泥石流為主溝提供物源補(bǔ)給。據(jù)統(tǒng)計(jì)每次滑坡體下滑方量小于0.05×104m3，然而潘溝內(nèi)滑坡的孕災(zāi)條件成熟，潛在滑坡數(shù)量較多，滑坡就成為潘溝泥石流物源聚集的可靠途徑。人工棄渣和崩塌亦提供了少量的物源，而面蝕作用對(duì)物源的補(bǔ)給量則較少。三種物源的方量統(tǒng)計(jì)如表1。

表1　潘溝流域主要物源量統(tǒng)計(jì)

潘溝流域內(nèi)的的人工堆積體主要分布于二郎山隧道出口一帶，海拔約2 806 m處，多為二郎山隧道修建時(shí)留下的人工棄渣，為碎石土，呈松散-稍密狀。此外在潘溝中下游修建有石灰廠，石灰廠留下的廢渣也是潘溝泥石流持續(xù)性的物源。潘溝流域內(nèi)除發(fā)育極少的泥巖、頁(yè)巖外，其他均為堅(jiān)硬巖組。由于巖石較堅(jiān)硬這就使得潘溝內(nèi)僅有些方量較小的滑坡崩塌發(fā)生，這些不良地質(zhì)現(xiàn)象主要發(fā)育于臨溝斜坡段，物源類型以臨溝淺層小型牽引式土質(zhì)滑坡、不穩(wěn)定斜坡前緣的垮塌為主。流域內(nèi)的溝道堆積物巖性以砂巖、泥頁(yè)巖、花崗巖為主，較小的顆粒由于長(zhǎng)期水流的侵蝕作用下不復(fù)存在，僅存一些粒度較大塊石，溝道堆積體對(duì)泥石流頻率起作用的是堅(jiān)硬巖石，只有當(dāng)堅(jiān)硬巖石被啟動(dòng)時(shí)，溝道內(nèi)的物質(zhì)才能被啟動(dòng)聚集[9-11]。

2潘溝泥石流暴發(fā)頻率的野外識(shí)別

2.1來(lái)自溝口堆積區(qū)的證據(jù)

堆積區(qū)的特征主要受流域面積、溝床縱比降、主河寬度、主河能量、植被特征以及堆積空間的大小等限制[12]。潘溝堆積區(qū)緊鄰大渡河，堆積扇總體上呈扇形，完整性達(dá)80%，扇長(zhǎng)1 800 m，寬1 000 m，老堆積扇擴(kuò)散角約30°，平均地形坡度3°，溝口高程1 258 m。堆積空間主要受大渡河的攔擋限制，潘溝匯水面積大，攜帶能力強(qiáng)，主溝縱坡適宜，泥石流的排泄較好。堆積體規(guī)模120×104m3，堆積扇顆粒以碎、塊石土堆積為主，漂卵石最大直徑約3 m左右。受河流侵蝕溝道下切約6 m，溝道有改道現(xiàn)象但不頻繁。老堆積扇植被覆蓋率達(dá)60%以上，以喬灌木為主，喬木一般高十幾米，堆積扇部分被改造為農(nóng)田，有大規(guī)模人類活動(dòng)，是長(zhǎng)期沒(méi)有經(jīng)受泥石流干擾的結(jié)果。泥石流的粗化層是指泥石流溝道堆積體后期被水流沖刷，堆積層表面的細(xì)顆粒大部分被水流帶走，使表層粗化，留下的粗顆粒(礫石)呈無(wú)序堆積的層理結(jié)構(gòu)?！按只瘜印钡拇嬖跒檠芯康皖l泥石流提供了重要的手段和依據(jù)。首先，“粗化層”為劃分不同期次的泥石流堆積體提供了明顯的界線，通過(guò)“粗化層”層數(shù)的統(tǒng)計(jì)可直接得出所研究的泥石流溝歷史上暴發(fā)泥石流的次數(shù)和頻率，其次，通過(guò)各期“粗化層”厚度的測(cè)量和分析比對(duì)，可準(zhǔn)確地判定泥石流的發(fā)育特征和趨勢(shì)[13]。潘溝堆積區(qū)泥石流粗化層具有明顯的多期性，且每一期泥石流堆積體相距較長(zhǎng)的時(shí)間，從厚度測(cè)量看潘溝泥石流具有減弱的趨勢(shì)。

2.2來(lái)自堆積區(qū)生長(zhǎng)樹木的證據(jù)

植被的生長(zhǎng)狀況與泥石流活動(dòng)息息相關(guān)，往往在泥石流發(fā)生數(shù)年后，其上才會(huì)有植被生長(zhǎng)，潘溝溝口堆積區(qū)內(nèi)植被覆蓋率達(dá)60%以上。通過(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，潘溝溝口生長(zhǎng)的主要橋木類型有榿木、榆樹、核桃樹、白楊樹等等，調(diào)查路線為從桐梓林老橋(上游)沿潘溝河床向大渡河(下游)方向前進(jìn)，所選樹木遍及整個(gè)堆積區(qū)且在附近區(qū)域內(nèi)具有一定的高度優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)潘溝堆積區(qū)喬木的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)所選橋木的高度都大于10 m，經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)厝说脑儐?wèn)得知這些橋木的年齡分布情況如下圖(圖2)，且這些樹木之上未見有泥石流沖擊留下的痕跡，說(shuō)明泥石流在最近些年內(nèi)未曾發(fā)生過(guò)。從圖2可以看出，樹木的年齡隨著距離潘溝主溝距離的增加而逐漸增加，由起始的不到20 a增加到40 a以上。這就說(shuō)明了泥石流發(fā)生的期次和每次的泥石流所遍及的范圍大小，即波及整個(gè)堆積區(qū)的泥石流在近幾十年內(nèi)沒(méi)發(fā)生過(guò)。從這些樹木生長(zhǎng)特征可以看出潘溝泥石流發(fā)生的頻率較低。

圖2　潘溝溝口堆積區(qū)主要植被年齡分布圖

2.3來(lái)自當(dāng)?shù)鼐用竦脑L問(wèn)證據(jù)

通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裼嗖髟L問(wèn)得知老人在潘溝溝口處的房屋已有二十七八年，房屋的樓梯扶手上還殘留著當(dāng)年泥石流發(fā)生時(shí)被沖毀的痕跡。據(jù)老人講述，這里共經(jīng)歷了兩次大型的泥石流災(zāi)害，分別是1945年的某晚上和1997年的某早晨。在1945年的泥石流災(zāi)害中，在現(xiàn)冷磧鎮(zhèn)加油站附近淤埋有100～200 m的泥石流沖刷物質(zhì)，沖走數(shù)戶村舍。1997年的泥石流災(zāi)害由于桐梓林橋的格擋并未遍及整個(gè)植被堆積區(qū)，而是經(jīng)主溝快速排泄，但仍沖走十幾人，且泥石流的水流高出桐梓林老橋約1～2 m，橋上房屋外墻樓梯扶手高出地面1.8 m以上被沖毀，老人形象的說(shuō)泥石流沖下來(lái)的巨石有2個(gè)冰箱體積大小。此外，此地還保存著前清藏族土司的住所，距離潘溝河床約十幾米，已有200 a以上歷史的老房子，房屋結(jié)構(gòu)仍保存完整，住在此處的老人已有84歲。由1945年發(fā)生到1997年發(fā)生，再到現(xiàn)在未發(fā)生過(guò)可見潘溝泥石流為50 a一遇，頻率較低。

3結(jié)論與討論

(1) 潘溝為一條典型的低頻泥石流溝，鑒于流域內(nèi)仍有大量松散土體分布，該溝還具有再次暴發(fā)大規(guī)模泥石流的可能性。由于溝口分布有大量民房和公路等基礎(chǔ)設(shè)施，泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)仍較高，需要在雨季加強(qiáng)對(duì)該溝泥石流的監(jiān)測(cè)預(yù)警。

(2) 流域內(nèi)早期冰川活動(dòng)留下的冰磧物覆蓋層也是潘溝泥石流形成的一個(gè)重要物源，這些物源雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沉積作用后有較好的固結(jié)性，但由于規(guī)模較大，且多臨溝分布，在徑流的沖刷作用下仍易于崩塌進(jìn)入溝道，從而成為泥石流的物源。

(3) 低頻泥石流發(fā)生后會(huì)在野外留下地貌證據(jù)，通過(guò)對(duì)泥石流堆積區(qū)特征識(shí)別以及野外調(diào)查訪問(wèn)是可以對(duì)低頻泥石流進(jìn)行識(shí)別的，并且可以通過(guò)“粗化層”特征的識(shí)別，對(duì)泥石流發(fā)育的趨勢(shì)和規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(4) 對(duì)于低頻泥石流的識(shí)別多是采用野外調(diào)查訪問(wèn)與遙感相結(jié)合的方法，缺乏直接的判別標(biāo)志，識(shí)別起來(lái)耗時(shí)耗力。此外，低頻泥石流植被覆蓋率較高，泥石流發(fā)生后的地貌學(xué)證據(jù)很快會(huì)被植被所覆蓋，不易識(shí)別。建議從形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)都建立起識(shí)別低頻泥石流的關(guān)鍵判別標(biāo)志，作為標(biāo)準(zhǔn)使用。

參考文獻(xiàn)

[1]林明安，王士革，范曉嶺，等.川西地區(qū)低頻率泥石流的特征.水土保持通報(bào)，2010，30(1):227-231.

[2]韋方強(qiáng)，謝洪，Jose L Lopez，等.委內(nèi)瑞拉1999年特大泥石流災(zāi)害[J].山地學(xué)報(bào)，2000，18(6):580-582.

[3]唐曉春.中國(guó)西南山區(qū)的泥石流防治及展望.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1995，15(3):105-112．

[4]何德偉，馬東濤，黃海，等.貢嘎山旅游景區(qū)泥石流災(zāi)害及減災(zāi)對(duì)策.水土保持通報(bào)，2008，28(1):140-145．

[5]王士革，范曉嶺.低頻率泥石流災(zāi)害及工程防治.山地學(xué)報(bào)，2006，24(5):562-568．

[6]鐵永波，周洪福，倪化勇.西南山區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨誘發(fā)型低頻泥石流成因機(jī)制分析.災(zāi)害學(xué)，2013，28(4):110-114．

[7]朱淵，余斌，亓星，等.地形條件對(duì)泥石流發(fā)育的影響.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2014，44(1):268-277．

[8]徐小飛，馬東濤，何德偉，等.貢嘎山地區(qū)泥石流形成的水熱組合分析.山地學(xué)報(bào)，2007，25(4):431-437．

[9]韓林，余斌，魯科.泥石流暴發(fā)頻率與其形成區(qū)塊石粒徑的關(guān)系.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2011，20(9):1149-1156．

[10]魯科，余斌，韓林，等.泥石流流域巖性的堅(jiān)固系數(shù)與暴發(fā)頻率的關(guān)系.地球科學(xué)進(jìn)展，2011，26(9):980-989．

[11]B Yu & S Chu,K Lu, L Han. A study about the relationship between the frequency of debrisflows and lithology. Landslides and Engineered Slopes: Protecting Society throughImproved Understanding-Eberhardt et al. (eds),2012,757-761．

[12]張金山，沈興菊，魏軍林.泥石流堆積扇發(fā)育演化特征觀測(cè)研究.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19(12):1478-1483．

[13]李磊，任光明，蔣權(quán)翔.某低頻泥石流溝堆積物特征研究.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2009，20(4):41-44．

IDENTIFICATION OF DEBRIS FLOW WITH LOW RETURN PERIOD BASED ON FIELD SURVEY——TAKE PANGOU VALLEY IN LUDING COUNTY AS AN EXAMPLE

WANG Shuai1，2，3,TIE Yong-bo2,JIANG Jin-tao1，2，3

(1.China University of Geosciences Beijing,Beijing100083,China;2.Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu610081,China;3.Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China)

Abstract:How to identifying the debris flow with low return period by field survey is important for hazard prevention and mitigation. Based on the field survey of the source, forming process, alluvial fan, the trees live on alluvial fan and the interview to residents, this research shows that the Pangou is a low frequency debris flow gully. Moreover, the feasibility of the method for low frequency debris flow identification based on field survey is discussed in this paper, and the development trend of debris flow is predicted too, this research can provide evidence for debris flows who have the similar background.

Key words：Debris flow with low return period; field identification method; trees on alluvial fan; Pangou in Luding county

文章編號(hào)：1006-4362(2016)02-0031-04

收稿日期：2016-03-16改回日期：2016-04-26

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局公益性地調(diào)項(xiàng)目“烏蒙山區(qū)北部城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查”(DD20160274)及科技部基礎(chǔ)工作專項(xiàng)(2011FY110100-5)

中圖分類號(hào)：P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：王帥(1991-)，男(漢族)，山東棗莊人，碩士研究生，主要從事環(huán)境地質(zhì)和災(zāi)害地貌方向研究。E-mail:631700378@qq.com