汶川縣漁子溪流域泥石流源區(qū)的崩滑體空間分布特征

程　霄，朱　靜， 王帥永，方群生，張衛(wèi)旭

(成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都　610059)

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汶川縣漁子溪流域泥石流源區(qū)的崩滑體空間分布特征

程霄，朱靜， 王帥永，方群生，張衛(wèi)旭

(成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059)

為了明確崩塌滑坡轉(zhuǎn)化為泥石流的特點(diǎn)，研究泥石流源區(qū)內(nèi)的崩塌滑坡體特征，以映秀至臥龍間漁子溪流域?yàn)檠芯恐攸c(diǎn)，劃分研究區(qū)約396 km2，以研究區(qū)內(nèi)23條泥石流溝(流域總面積約為208 km2)作為研究對(duì)象，利用高精度遙感影像將崩塌滑坡點(diǎn)進(jìn)行解譯，并通過(guò)野外實(shí)際調(diào)查進(jìn)行復(fù)核，證實(shí)了遙感解譯的可靠性，最終得到崩塌滑坡點(diǎn)2 741個(gè)，總面積23.6 km2。利用GIS對(duì)崩塌滑坡在高程、坡度、坡向、地層巖性和河流距離的分布特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：在1 500～3 000 m海拔范圍內(nèi)，崩塌滑坡分布最多；坡度40°～50°范圍，崩塌滑坡面積比例最大；坡向在90°～180°范圍較為集中，此范圍垂直于地震斷層；崩塌滑坡較堅(jiān)硬閃長(zhǎng)巖巖組容易被地震、降雨等因素觸發(fā)大量崩塌滑坡；距離河流較近的山體容易發(fā)生崩塌滑坡。

滑坡；漁子溪流域；崩塌；泥石流；空間分布特征

1　研究背景

汶川地震后，以映秀震中地區(qū)為中心的山地地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)進(jìn)入一個(gè)新的活躍期，泥石流、滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)頻率及規(guī)模相對(duì)于震前有大幅度增加。汶川地震發(fā)生已有7 a多，經(jīng)歷了7個(gè)雨季，暴雨是誘發(fā)震后泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)鍵因素，每年雨季發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害都會(huì)給災(zāi)區(qū)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，特別是2010年“8·14”和2013年“7·10”的強(qiáng)降雨，映秀鎮(zhèn)紅椿溝等地區(qū)暴發(fā)特大型泥石流，造成上萬(wàn)數(shù)量的人員傷亡，河流堵塞形成堰塞湖以及大量房屋道路損毀也隨之而來(lái)；漁子溪流域也是震后泥石流活動(dòng)的重點(diǎn)區(qū)域，S303公路映秀段先后被損壞多次，大規(guī)模泥石流沖出并堵塞河流致使新映秀鎮(zhèn)被洪水掩埋，其中以肖家溝最為典型，肖家溝在2010年8月14日因暴雨暴發(fā)特大規(guī)模泥石流，一次沖出物方量約為6.5×105m3，造成S303公路中斷，堵塞漁子溪[1-6]。因此，對(duì)漁子溪流域的震后地質(zhì)災(zāi)害情況作出評(píng)價(jià)與分析十分必要。

本文分析研究泥石流源區(qū)崩滑體的分布和變化特征。為分析統(tǒng)計(jì)出范圍內(nèi)崩滑體的高程特征、坡度特征、坡向特征、地層巖性特征、距河流距離特征，利用ArcGIS軟件，并結(jié)合野外實(shí)際調(diào)查，對(duì)以上5個(gè)特征分布進(jìn)行了分析，找出了崩滑體的分布規(guī)律。

2　研究區(qū)概況

圖1　研究區(qū)泥石流溝及崩滑體分布Fig.1　Distribution of debris flow gullies,landslides and collapse masses in study area

研究區(qū)為四川省汶川縣映秀鎮(zhèn)至耿達(dá)鄉(xiāng)段漁子溪流域及兩岸山區(qū)，地理位置為東經(jīng)103°15′0″～103°28′35″，北緯31°0′1″～31°10′0″。研究區(qū)漁子溪上游自耿達(dá)鄉(xiāng)沿流域至映秀鎮(zhèn)匯入岷江，長(zhǎng)度約為35 km，研究區(qū)總面積為396 km2,見(jiàn)圖1。區(qū)內(nèi)溝谷數(shù)量較大，水系發(fā)育，呈樹(shù)枝狀。研究區(qū)地處四川盆地與青藏高原東南緣的過(guò)渡地帶，龍門(mén)山中央斷裂帶(映秀—北川斷裂)與后山斷裂帶(茂縣—汶川斷裂)穿越區(qū)內(nèi)，裂隙發(fā)育，使得巖體破碎不穩(wěn)定，地質(zhì)活動(dòng)頻繁，是研究地質(zhì)災(zāi)害的典型區(qū)域；區(qū)內(nèi)雨季時(shí)降雨量豐富，根據(jù)漁子溪水文站資料，漁子溪流域多年平均年降雨量為1 253 mm，年平均降雨天數(shù)為202.7 d，年最大降雨量為1 688 mm(1964年)，最小降雨量為836.7 mm(1974年)，連續(xù)4個(gè)月(6—9月份)最大降雨量為853.2 mm，占年降雨量的68.2%，日最大降雨量為269.8 mm，因此，為區(qū)域內(nèi)崩滑體等地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)提供了相應(yīng)的自然條件。漁子溪流域植被儲(chǔ)存豐富，處于山地常綠闊葉林及松林帶與亞高山暗針葉林帶及高山櫟林帶的過(guò)渡區(qū)，土地類(lèi)型多樣，其中草地面積較大，其次是灌木林和有林地。地層巖性主要出露為二疊系與元古界康定巖群，二疊系巖性主要為石英閃長(zhǎng)巖，元古康系巖群主要包括斜長(zhǎng)角閃石、混合片麻巖、變粒巖和淺粒巖夾大理石[7-10]。

為了研究區(qū)域內(nèi)泥石流災(zāi)害的成因，分析泥石流災(zāi)害發(fā)生的基本條件，本文選擇了漁子溪流域映秀至耿達(dá)段23條泥石流溝作為研究區(qū)。泥石流災(zāi)害暴發(fā)的3大條件為地形條件、物源條件、降雨條件。震后大面積的崩滑體隨之產(chǎn)生，在泥石流溝內(nèi)貯存了豐富的物源，因此，本文將崩滑體視為整體地質(zhì)災(zāi)害，分析研究區(qū)內(nèi)23條泥石流源區(qū)的崩滑體特征，有助于理解其向泥石流的轉(zhuǎn)換特性，為今后漁子溪流域泥石流防范與治理提供一定的理論依據(jù)。

3　研究方法

泥石流形成的主要物源為崩滑體產(chǎn)生的松散堆積體，一條泥石流溝內(nèi)崩塌體的數(shù)量是評(píng)價(jià)此溝危險(xiǎn)性的重要參數(shù)[11]。分析崩滑體在不同因子上的分布情況對(duì)評(píng)價(jià)泥石流溝危險(xiǎn)性有很大影響，為此，我們要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)參數(shù)為：

(1)獲得研究區(qū)內(nèi)泥石流溝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),如流域面積、高程、溝道長(zhǎng)度等。

(2)獲得研究區(qū)內(nèi)各泥石流溝崩滑體體面積。

(3)利用地形數(shù)據(jù)處理后得到的不同分布，與崩滑體的分布相結(jié)合，得到分布特征。

本文主要結(jié)合GIS的處理分析方法與野外實(shí)地調(diào)查，來(lái)分析崩滑體的分布特征。首先，我們要得到區(qū)域內(nèi)高精度的遙感影像，并利用ArcGIS軟件對(duì)影像上的崩滑體進(jìn)行解譯分析，得到數(shù)據(jù)列表，通過(guò)野外實(shí)地的核實(shí)，得出解譯結(jié)果是否符合實(shí)際情況；其次，通過(guò)1∶50 000地形等高線轉(zhuǎn)換得到研究區(qū)的DEM，其本身含有高程數(shù)據(jù)，并利用Surface分析工具得到泥石流溝坡度和坡向數(shù)據(jù)，然后對(duì)其重分類(lèi)，提取得到不同分布的柵格數(shù)據(jù)，將之前解譯好的崩滑體數(shù)據(jù)同樣轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)，利用Spatial Analyst工具里的區(qū)域分析，得到最終的崩滑體分布情況表格。

4　崩滑體空間分布特征

根據(jù)近期高精度遙感影像結(jié)合2014年項(xiàng)目野外調(diào)查結(jié)果，本文將漁子溪流域研究區(qū)范圍23條泥石流溝形成區(qū)作為研究對(duì)象，泥石流源區(qū)總面積為208.79 km2，其中13條溝分布在漁子溪右岸，10條溝分布在左岸。如表1所示，瓦廠溝為最大的一條溝道，流域面積達(dá)到33.09 km2，下鹽水溝流域面積最小，為1.28 km2；溝道長(zhǎng)度最長(zhǎng)的為瓦廠溝，長(zhǎng)度為7 703 m，最短為下鹽水溝，長(zhǎng)度為404 m；相對(duì)高差最大為銀溝，高差為1 405 m，最小為下鹽水溝，高差為300 m。將所研究的23條泥石流溝源區(qū)進(jìn)行解譯分析，得到共計(jì)2 741個(gè)崩滑災(zāi)害點(diǎn)，災(zāi)害點(diǎn)面積總和為23.6 km2，占源區(qū)總面積的11.3%。

4.1高程分布

利用ArcGIS將漁子溪流域1∶50 000地形圖形成的DEM與解譯出的崩滑體面積柵格進(jìn)行疊加分析發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)的23條泥石流溝高程范圍為800～4 460 m，跨度較大，這和瓦廠溝、大陰溝等幾條流域面積大的溝有關(guān)；將高程范圍分為5個(gè)等值區(qū)域進(jìn)行分析，如表2所示，每個(gè)區(qū)域高差為730 m，結(jié)果在第2個(gè)和第3個(gè)區(qū)域也就是1 530～3 000 m范圍內(nèi)，流域面積在其中所占比例達(dá)到了77%，這個(gè)范圍里崩滑體面積比例同樣也達(dá)到了76%，這個(gè)結(jié)果證實(shí)了地震重災(zāi)區(qū)崩塌體的分布規(guī)律。此外，如圖2所示，越到高海拔地區(qū)，崩滑體分散越為明顯，形成許多細(xì)長(zhǎng)型的崩滑體，通常為山脊與坡肩附近，這是由于長(zhǎng)期受到降雨、暴曬、風(fēng)化等外界自然因素影響，地震形成的松散堆積體在高地勢(shì)的情況下，順勢(shì)滑落形成崩塌體。

表1　泥石流源區(qū)基本特征

表2　崩滑體的高程分布特征

圖2　研究區(qū)泥石流溝崩滑體高程分布

4.2坡度分布

坡度是地表單元陡緩的程度，分析研究區(qū)山體的坡度分布情況有利于分析出崩滑體特征。由于漁子溪流域各個(gè)山體的坡度大多集中在20°～60°，本文將坡度α角分為6級(jí)，通常情況α角越大，溝道內(nèi)部的松散堆積體越容易被暴雨等自然因素觸發(fā)形成崩滑體。將崩滑體的面積柵格與各坡度的面積柵格經(jīng)過(guò)ArcGIS統(tǒng)計(jì)，如表3及圖3所示，流域面積在坡度為30°～40°范圍內(nèi)所占比例最大，而崩塌體面積在坡度為40°～50°范圍內(nèi)所占比例最大，同時(shí)崩滑體面積密度比基本是隨著坡度增大而依次增加，結(jié)果證實(shí)了漁子溪高山深谷地形的特征，也符合上文對(duì)于崩滑體分布特征的分析。

表3　崩滑體的坡度分布特征

圖3　研究區(qū)泥石流溝崩滑體坡度分布Fig.3　Contours of slope gradient of landslides and collapse masses in the study area

4.3坡向分布

坡向是山體表面所面對(duì)的方向，以正北方為0°，每45°為1個(gè)級(jí)別，共分為8級(jí)。坡向是分析崩滑體特征一個(gè)很重要的因素。由于地理位置的緣故，不同位置的坡向分布分析結(jié)果不同。漁子溪流域地處北緯31°附近，屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候，因此，向南坡面日照時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí)，長(zhǎng)日照坡面所受太陽(yáng)輻射大，累計(jì)能量大，長(zhǎng)時(shí)間受風(fēng)化等因素影響，巖體會(huì)出現(xiàn)松散破碎情況，形成小面積崩滑體。短日照坡面儲(chǔ)水量大，容易受暴雨激發(fā)，發(fā)生大面積的崩滑災(zāi)害。

除了地理位置因素的影響，坡向相對(duì)斷裂帶走向的角度也是分析崩滑體分布特征的重要因素。從表4及圖4可見(jiàn)，流域面積的比例分配在每個(gè)坡向角度范圍內(nèi)都較為平均，但是崩滑體的面積分布卻在90°～180°范圍內(nèi)較為集中，這是由于龍門(mén)山中央斷裂帶在研究區(qū)呈現(xiàn)西南至東北走向，同時(shí)大部分崩滑體分布特征為斷裂帶的東南方向，結(jié)果證明坡向垂直于斷裂帶走向的崩滑體明顯多于與之平行的崩滑體，這也符合李為樂(lè)等[12]統(tǒng)計(jì)的綿遠(yuǎn)河流域崩滑體特征分布。

圖4　研究區(qū)泥石流溝崩滑體坡向分布Fig.4　Contours of slope dip of landslides and collapse masses in the study area

4.4地層巖性分布

將ArcGIS解譯結(jié)果與該區(qū)域的地層巖性進(jìn)行疊加分析，發(fā)現(xiàn)在23條泥石流溝的流域范圍包含了6個(gè)地質(zhì)巖組。如表5所示，崩滑體在不同巖組的分布表現(xiàn)出了明顯的差異，其中閃長(zhǎng)巖巖組與千枚巖巖組在流域內(nèi)所占比例較大，大部分的崩滑體分布在閃長(zhǎng)巖巖組地層，比例達(dá)到了81.82%，但由于其分布廣泛使得其崩滑體的密度比只有17.15%，花崗巖巖組分布面積不大而崩滑體密度比卻達(dá)到了76.74%，分析結(jié)果與巖性特征有著緊密的關(guān)系。

閃長(zhǎng)巖主要由中性斜長(zhǎng)石和普通角閃石組成，次要礦物為輝石或黑云母、鉀長(zhǎng)石、石英，閃長(zhǎng)巖很少組成獨(dú)立的巖體，往往與基巖、酸性巖或堿性巖伴生，成為其他各類(lèi)巖石的邊緣部分。因此，閃長(zhǎng)巖巖組分布廣泛而且相對(duì)穩(wěn)定。

從圖5中可以看到，研究區(qū)區(qū)域地層巖性的劃分比較明顯，由西北至東南依次分布為玄武巖巖組、千枚巖巖組、閃長(zhǎng)巖巖組，這樣的分布特征與斷裂帶的走向有密切關(guān)系。千枚巖巖組主要成分為千枚巖夾大理石、變質(zhì)石英砂巖，相對(duì)于閃長(zhǎng)巖巖組的黑云英云閃長(zhǎng)巖有著更為穩(wěn)定堅(jiān)固的性質(zhì)，因此，崩滑體在由斷裂帶分割成的西北區(qū)域與東南區(qū)域有著顯著的分布差異。

4.5河流距離分布

研究區(qū)漁子溪長(zhǎng)度約為35 km，自西向東由耿達(dá)鄉(xiāng)流經(jīng)映秀鎮(zhèn)匯入岷江，如圖6和表6所示，利用ArcGIS對(duì)河流元素進(jìn)行距離分析，將其劃分范圍為1 000 m的6個(gè)距離等級(jí)。地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)沿河流水系呈線性分布是地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)顯著特征[13]。通過(guò)野外調(diào)查同樣也發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)大部分崩滑體都是沿岷江、漁子溪及其支流兩岸發(fā)生的，相對(duì)于地震斷裂帶對(duì)于崩滑體分布的影響，河流因素更具有局部具體性。由分析結(jié)果可以看到，各距離等級(jí)的流域面積相對(duì)平均，而各泥石流溝流域范圍內(nèi)大部分崩滑體分布在距漁子溪3 000 m范圍內(nèi)，面積比為63.69%，其中1 000 m范圍內(nèi)崩滑體面積密度比最大為19.26%，距離越遠(yuǎn),密度比越低。結(jié)果與黃潤(rùn)秋[13]關(guān)于地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律的結(jié)論一致。

表5　崩滑體的地層巖性分布特征

圖5 研究區(qū)泥石流溝崩滑體地層巖性分布Fig.5 Lithologyoflandslidesandcollapsemassesinstudyarea圖6 研究區(qū)泥石流溝崩滑體河流距離分布Fig.6 Contoursofthedistancesoflandslidesandcollapsemassesfromriversinthestudyarea

表6　崩滑體的河流距離分布特征

5　結(jié)　論

本文運(yùn)用近期震區(qū)高精度遙感影像解譯的結(jié)果結(jié)合野外實(shí)際調(diào)查，最后用ArcGIS對(duì)漁子溪流域內(nèi)23條泥石流溝內(nèi)的崩滑體分布進(jìn)行分析，測(cè)得流域面積208.79 km2，崩滑體2 741個(gè)，崩滑體面積23.6 km2，是震后地質(zhì)災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)。綜上所述，可得到以下結(jié)論：

(1)汶川大地震過(guò)后，研究區(qū)泥石流溝流域內(nèi)產(chǎn)生大量崩滑體。在震后的幾年里，經(jīng)歷了風(fēng)化、暴雨等自然因素影響，使得流域內(nèi)崩滑體面積劇增，密度比例超過(guò)了10%。容易再次暴發(fā)泥石流災(zāi)害，造成漁子溪的堵塞與S303公路的阻斷。

(2)研究區(qū)溝道流域海拔范圍為800～4 500 m，崩滑體在各層次海拔均有分布，但是在1 530～3 000 m范圍分布面積占據(jù)絕對(duì)比例，面積比例接近80%，與研究區(qū)內(nèi)深谷地區(qū)的高程范圍基本吻合，且該區(qū)域巖體卸荷強(qiáng)烈，對(duì)于地震等災(zāi)害誘發(fā)因素比較敏感，是應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控的重點(diǎn)高程范圍。

(3)研究區(qū)流域坡度分布主要在20°～50°，復(fù)合該區(qū)域深谷的構(gòu)造特征，崩滑體面積比例在40°～50°為最大，密度比隨坡度的增加而增大。在坡向方面，滑坡、崩塌坡向主要分布在90°～135°范圍，筆者認(rèn)為斷層由西南至東北的走向?yàn)榇私Y(jié)果的主導(dǎo)因素，垂直于斷層的崩滑體滑向明顯多余平行于斷層的滑向。

(4)研究區(qū)流域內(nèi)分布范圍較大的為閃長(zhǎng)巖巖組與千枚巖巖組，占總流域面積的88.33%，其中閃長(zhǎng)巖巖組涵蓋了超過(guò)80%的崩滑體，發(fā)育廣泛，促發(fā)大面積產(chǎn)生崩滑體。同時(shí)，一些溝道流域不同巖性的巖體混雜，使得該地層更容易發(fā)生滑坡、崩塌災(zāi)害，為大型泥石流的爆發(fā)提供豐富的物源。

(5)流域內(nèi)水系豐富，儲(chǔ)水量充沛，崩滑體主要分布在漁子溪與各泥石流溝道及其支流兩岸，越靠近主河流漁子溪，崩滑體所占面積的密度比越高，這一分布特征具有很強(qiáng)的局部性。因此，應(yīng)加強(qiáng)漁子溪兩岸泥石流溝的監(jiān)測(cè)與防治工作，盡量避免河流形成堰塞湖與S303公路的損毀。

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(編輯：占學(xué)軍)

Spatial Distribution Characteristics of Landslides and Collapse Masses inDebris Flow Formation Region along the Yuzixi River Basin of Wenchuan County,Sichuan Province

CHENG Xiao,ZHU Jing,WANG Shuai-yong,FANG Qun-sheng,ZHANG Wei-xu

(State Key Laboratory for Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

In order to understand the characteristics of landslides and collapse masses transforming into debris flow,we researched the landslides and collapse masses in debris flow formation area.In this paper,we took Yuzixi river basin between Yingxiu county and Wolong county as research area and 23 debris flow gullies as research objects.Area of the study region is about 396 km2,and total area of debris flow basin is about 208 km2.On the basis of interpretation of the landslide and collapse points with high resolution remote sensing images,in association with field investigation,we confirmed the reliability of the remote sensing interpretation,and finally obtained 2 741 disaster points with an area of 23.6 km2.Then we employed GIS to calculate the distribution of the landslides and collapse points in aspects of elevation,gradient,dip,lithology and distance from the river.Results show that,firstly,most landslides and collapse masses exist in the elevation of 1 500-3 000 m; secondly,the area ratio of landslides and the collapse masses with slope gradient of 40°-50° is the largest; thirdly,slope direction is concentrated in the range of 90°-180 °,and slope direction of the range is perpendicular to the earthquake fault; furthermore,under earthquake or heavy rainfall ,harder diorite easily leads to a large number of landslides and collapse masses; finally,landslide and collapse easily break out when mountains are near the river.

landslide; Yuzixi River; collapse; debris flow; spatial distribution characteristics

2015-06-15;

2015-07-16

國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)(2011FY110100-3)；國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(SKLGP2012Z002)

程霄(1991- ),男,重慶江北人，碩士研究生,研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)，(電話)15680603135(電子信箱)342746993@qq.com。

10.11988/ckyyb.201504972016,33(08):52-58

P642.2

A

1001-5485(2016)08-0052-07