新疆托克遜縣阿拉溝景區(qū)泥石流發(fā)育特征及形成機(jī)制研究

張?zhí)炝x

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

新疆托克遜縣阿拉溝景區(qū)泥石流發(fā)育特征及形成機(jī)制研究

張?zhí)炝x

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

在查明新疆托克遜縣阿拉溝景區(qū)泥石流地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)內(nèi)泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征和形成機(jī)制進(jìn)行了分析和研究。研究結(jié)果表明：泥石流位于托克遜縣阿樂惠鎮(zhèn)阿拉溝水庫西側(cè)，出露巖層大部分為泥盆系凝灰質(zhì)砂巖，溝道內(nèi)分布為第四系松散地層；將研究區(qū)泥石流劃分為形成-流通區(qū)和堆積區(qū)，其中形成-流通區(qū)及堆積區(qū)界線明顯；在有利的地形地貌和豐富的松散物的基礎(chǔ)上，在雨水的作用下，為研究區(qū)泥石流的發(fā)育和形成提供了有利條件。

泥石流；發(fā)育特征；形成機(jī)制；托克遜縣

托克遜縣位于東天山南麓，吐魯番盆地西緣，研究區(qū)位于托克遜縣阿樂惠鎮(zhèn)阿拉溝水庫西側(cè)，由托克遜縣城沿省道S301公路向?yàn)趵古_(tái)方向行約90 km即可到達(dá)，外部交通十分便利，研究區(qū)中部有舊S301省道東西向穿過，其他區(qū)域車輛無法通行，只能步行，通行條件較差。根據(jù)托阿樂惠鎮(zhèn)氣象站2011-2015年多年平均資料，研究區(qū)內(nèi)多年平均氣溫9.6℃，多年平均降水量56.86 mm，多年平均蒸發(fā)量1 776 mm。研究區(qū)流域面積約0.5 km2，南側(cè)為阿拉溝，泥石流由北向南匯入阿拉溝。因此，本文在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-5]，結(jié)合野外泥石流地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查和分析，對(duì)研究區(qū)阿拉溝景區(qū)河道漂流段泥石流災(zāi)害發(fā)育特征及形成機(jī)制進(jìn)行分析和研究，為進(jìn)一步開展區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防治勘查、工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)性依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境分析

1.1 地形地貌

研究區(qū)地貌為侵蝕作中山區(qū)，泥石流溝流域總面積0.5 km2，主溝總長(zhǎng)約280 m，源頭最高海拔1 124 m，最低點(diǎn)海拔1 078 m，最大相對(duì)高差219 m，溝床縱坡比為782‰。泥石流溝溝道比較窄，兩側(cè)山體較陡，坡度在20°～80°之間。以泥石流出山口為界，下游為堆積區(qū)，上游基巖山體及溝道為形成-流通區(qū)，有支溝發(fā)育。

1.2 地層巖性

研究區(qū)出露巖層大部分為泥盆系凝灰質(zhì)砂巖，灰褐色，表層強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈塊狀碎裂，塊徑0.5～0.8 m，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，其礦物成分為石英、長(zhǎng)石。溝道內(nèi)分布為第四系松散地層，探井揭露的第四系松散地層巖性以角礫、碎石、塊石、卵石為主。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)大地構(gòu)造位于北天山褶皺帶一級(jí)構(gòu)造單元，其中包括伊連哈比爾尕復(fù)背斜1個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。研究區(qū)地處天山褶皺帶吐-哈坳陷的西部山地及山前坳陷帶部位。托克遜縣屬中度地震區(qū)，被國家地震局列為重點(diǎn)地震監(jiān)測(cè)區(qū)。根據(jù)托克遜縣志記載及本次調(diào)查資料收集，從1922年至2016年的94年間，共記錄4級(jí)以上地震30多次。地震的發(fā)生一方面破壞了斜坡的穩(wěn)定性，可直接觸發(fā)山崩、滑坡、泥石流災(zāi)害的發(fā)生，另一方面地震使巖體破碎、產(chǎn)生裂縫，并形成大量碎屑物質(zhì)，加劇地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)。

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)賦存地下水類型有第四系松散巖類孔隙水、中生界基巖裂隙水。其中，松散巖類孔隙水主要為分布在阿拉溝水系的潛水。阿拉溝水系山前洪積扇潛水埋深自扇頂向東逐漸變淺，扇頂處潛水埋深100 m。單一含水層分布區(qū)地下水位埋深一般大于20 m，含水層厚度大，富水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)一般大于40 m/d，單井涌水量大于5 000 m3/d?；鶐r裂隙水廣泛分布于北部的阿拉溝山，其主要補(bǔ)給來源為大氣降水，經(jīng)過短途徑流，以泉水、河谷潛流和側(cè)向徑流方式排泄，并轉(zhuǎn)換為地表水或補(bǔ)給山前平原地下水。

1.5 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)分布的工程地質(zhì)巖組包括巖組和土體兩大類。巖組為塊狀、互層狀堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬碎屑巖組，土體為礫類土。

(1)堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬塊狀、互層狀以碎屑巖為主巖組廣泛分布于勘查區(qū)內(nèi)。巖性主要為砂巖，巖石力學(xué)強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力弱。

(2)研究區(qū)內(nèi)出露的土體主要為礫類土。礫類土分布于山間溝谷、沖洪積扇以及河道內(nèi)。由全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沖洪積層組成。巖性為巨礫、卵礫、砂粒夾砂性土透鏡體。工程地質(zhì)條件良好。

1.6 人類工程活動(dòng)

研究區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為道路通行及旅游，阿拉溝溝口處于2009年12月起開始修建阿拉溝水庫，2014年11月下閘蓄水試運(yùn)行，2015年12月1日正式投用。阿拉溝總庫容4 450 m3，總投資4.87億元，控制灌溉面積10.7萬畝，將擔(dān)負(fù)托克遜工業(yè)園區(qū)每年4 000 m3和農(nóng)業(yè)灌溉4 500 m3的供水任務(wù)，并可將防洪標(biāo)準(zhǔn)從以往的不足10 a一遇提高到20 a一遇。阿拉溝下游河岸北側(cè)有舊S301穿過，河岸兩側(cè)紅柳生長(zhǎng)茂盛，每逢夏季高溫時(shí)節(jié)，便會(huì)有大量游客來阿拉溝避暑度假。

2 研究區(qū)泥石流發(fā)育特征分析

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

根據(jù)野外地質(zhì)實(shí)地調(diào)查成果，研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為泥石流，泥石流溝道上游發(fā)育有小型崩塌。參照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》DZ0220-2006中泥石流劃分及危害性分級(jí)中的內(nèi)容，將本次泥石流按水源成因分為暴雨(降雨)泥石流，按照土體供給成因劃分為坡面侵蝕型泥石流，按集水區(qū)地貌特征可分為溝谷型泥石流，按暴發(fā)頻率分為高頻率泥石流(1年多次至5年一次)，按泥石流物質(zhì)組成分為泥石型，按流體性質(zhì)劃分為稀性泥石流。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

經(jīng)地面測(cè)繪將研究區(qū)劃分為形成-流通區(qū)和堆積區(qū)，形成-流通區(qū)及堆積區(qū)界線明顯。災(zāi)害發(fā)生時(shí)泥石流匯入主溝及各支溝，由于各溝道較窄，泥石流沿溝道迅猛下泄，呈現(xiàn)流量大、流速快的特點(diǎn)，整體呈現(xiàn)較多的稀性泥石流特征。泥石流災(zāi)害發(fā)生后形成的堆積物主要分布于溝口，呈扇形分布。

2.2.1 地形地貌特征

泥石流溝流域總面積0.5 km2，主溝長(zhǎng)約280 m，源頭最高海拔1 343 m，最低點(diǎn)海拔1 124 m，最大相對(duì)高差219 m，溝床縱坡比為782‰。泥石流溝溝道比較窄，兩側(cè)山體較陡，坡度在20°～80°，泥石流形成-流通區(qū)面積較大，支溝一般發(fā)育。

(1)形成區(qū)-流通區(qū)山體坡面基巖出露，表層有薄層風(fēng)化碎屑物覆蓋，形成區(qū)無植被發(fā)育。主溝及各支溝溝道較彎曲，呈“S”型，溝道寬窄不一，溝道內(nèi)為第四系松散堆積體，根據(jù)探井揭露深度，形成-流通區(qū)溝道內(nèi)第四系平均厚度為3.5 m。基巖山體巖性為凝灰?guī)r，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，表層風(fēng)化作用強(qiáng)烈，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查泥石流流域基巖山體表層風(fēng)化松散層厚度取0.1 m，在雨水作用下，基巖表層松散物隨雨水匯入泥石流溝道，為下游提供了豐富的松散物源。

(2)堆積區(qū)：泥石流溝由經(jīng)過流通區(qū)，呈喇叭口狀向南匯入阿拉溝河，堆積區(qū)面積0.05 km2，第四系松散堆積物平均厚度大于20 m。溝床縱坡逐漸變緩，主溝長(zhǎng)度為217 m，相對(duì)高差31 m，平均縱坡比為142.8‰。

2.2.2 松散物源條件

通過本次野外工作的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)泥石流溝內(nèi)松散堆積物主要為主溝道及沿線溝岸兩側(cè)山體風(fēng)化松散堆積物。

(1)泥石流溝道內(nèi)松散物源

泥石流流域范圍內(nèi)松散堆積物主要分布于形成-流通區(qū)溝道及溝口至景區(qū)扇形堆積區(qū)，溝道長(zhǎng)110 m，溝道橫剖面揭露斷面平均面積為5.96 km2，溝道內(nèi)施工探井揭露第四系平均深度為3.03 m，松散物源體積按橫剖面揭露斷面面積乘以溝道內(nèi)第四系長(zhǎng)度為0.18×104m3，即主溝溝道內(nèi)松散物源體積為0.18×104m3。扇形堆積區(qū)面積0.05 km2，堆積區(qū)松散物平均厚度9.02 m，堆積區(qū)松散物源體積45.1×104m3。

經(jīng)調(diào)查支溝溝道內(nèi)出露均為基巖，松散物源量少，其計(jì)算量統(tǒng)計(jì)于坡面松散物源中。

(2)坡表層松散物源

托克遜縣阿拉溝景區(qū)河道漂流段泥石流災(zāi)害上游匯水區(qū)及溝道兩側(cè)山體基巖裸露，山體坡面無植被發(fā)育，根據(jù)地面調(diào)查山坡表層松散物平均厚度取0.1 m，總方量等于山坡面積與平均厚度的乘積，山坡面積即形成-流通區(qū)面積約0.18 km2與形成-流通區(qū)溝道內(nèi)第四系分布面積0.006 km2之差，即0.174 km2，計(jì)算方量為1.74×104m3。

綜上泥石流流域內(nèi)松散物源體積共為46.84×104m3。

2.2.3 水源條件

研究區(qū)位于侵蝕中山區(qū)，泥石流的水源主要為降雨，降雨較集中在4-8月，降雨多為短時(shí)大雨或暴雨。暴雨能在短時(shí)間內(nèi)形成強(qiáng)大的地表徑流，而攜帶松散碎屑物質(zhì)起動(dòng)形成泥石流。

3 研究區(qū)泥石流形成機(jī)制分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制

泥石流溝流域總面積0.5 km2，主溝長(zhǎng)約280 m，源頭最高海拔1 343 m，最低點(diǎn)海拔1 124 m，最大相對(duì)高差219 m，溝床縱坡比為782‰。泥石流溝溝道比較窄，兩側(cè)山體較陡，坡度在20°～80°，較有利于水及碎屑固體物質(zhì)聚集。形成-流通區(qū)基巖裸露，坡面植被發(fā)育較差，零星分布于溝道內(nèi)。在雨水作用下，基巖表層松散物隨雨水匯入較窄的溝道，為下游提供了豐富的松散物源。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害影響因素

3.2.1 風(fēng)化

研究區(qū)內(nèi)出露地層為泥盆系，巖性主要以凝灰質(zhì)砂巖為主。在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下形成風(fēng)化破碎的碎石土覆蓋山體表層，形成了泥石流溝道內(nèi)的主要松散物源。

3.2.2 降雨、融雪

托克遜縣阿樂惠鎮(zhèn)屬于大陸性中溫帶干旱半干旱氣候，熱量豐富；晝夜溫差大，無霜期長(zhǎng)，降水較少。2011-2015年多年平均氣溫9.6℃，氣溫最高極值36.1℃，最低極值-26.6℃，年平均降水量56.86 mm，年平均蒸發(fā)量1 776 mm。氣象各要素值隨著高程的變化有明顯的垂直分帶，隨著高程的增大，氣溫降低，降水量增加，蒸發(fā)量減少。

研究區(qū)降水多集中在夏秋兩季(5-10月)，占全年降水量的84%。由于流域內(nèi)植被較發(fā)育，在暴雨、特大暴雨及春季融雪情況下，入滲系數(shù)小，大部分雨量及融雪水轉(zhuǎn)化為地表徑流，迅速匯入主溝，成為泥石流形成的強(qiáng)大水動(dòng)力，為泥石流災(zāi)害的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。

3.2.3 地震

研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.20 g，按照地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對(duì)照表確定勘查區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。由于地表雨水及風(fēng)的沖刷風(fēng)化作用，溝道兩側(cè)陡峭，在新構(gòu)造差異升降運(yùn)動(dòng)及外動(dòng)力地質(zhì)作用下，形成陡峻地形和大量的風(fēng)化、松散堆積物，這些為泥石流災(zāi)害的發(fā)生提供了地形條件。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)泥石流可以劃分為形成-流通區(qū)和堆積區(qū)，形成-流通區(qū)及堆積區(qū)界線明顯。災(zāi)害發(fā)生時(shí)泥石流匯入主溝及各支溝，由于各溝道較窄，泥石流沿溝道迅猛下泄，呈現(xiàn)流量大、流速快的特點(diǎn)，整體呈現(xiàn)較多的稀性泥石流特征。泥石流災(zāi)害發(fā)生后形成的堆積物主要分布于溝口，呈扇形分布。

(2)對(duì)研究區(qū)泥石流的形成機(jī)制進(jìn)行了分析。泥石流溝最大相對(duì)高差為219 m，溝床縱坡比為782‰。泥石流溝溝道比較窄，兩側(cè)山體較陡，坡度在20°～80°，較有利于水及碎屑固體物質(zhì)聚集。形成-流通區(qū)基巖裸露，坡面植被發(fā)育較差，零星分布于溝道內(nèi)。在雨水作用下，基巖表層松散物隨雨水匯入較窄的溝道，為下游提供了豐富的松散物源。

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2017-03-06

張?zhí)炝x(1989-)，男，新疆昌吉人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害等方面工作。

P641.23

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1004-1184(2017)04-0205-03