汶川震區(qū)清平鄉(xiāng)綿遠(yuǎn)河流域泥石流發(fā)育特征分析

周縱橫，任光明，許英杰，王 猛，余天彬，馬曉波

(1. 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境研究保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059；2. 四川省地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610081)

汶川震區(qū)清平鄉(xiāng)綿遠(yuǎn)河流域泥石流發(fā)育特征分析

周縱橫1，任光明1，許英杰1，王 猛2，余天彬2，馬曉波2

(1. 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境研究保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059；2. 四川省地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610081)

汶川地震以后，綿遠(yuǎn)河流域泥石流災(zāi)害頻發(fā)，研究該流域泥石流發(fā)育特征，對認(rèn)識(shí)極震區(qū)泥石流活動(dòng)特點(diǎn)和泥石流發(fā)展趨勢具有重要意義。本次研究采用現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合遙感解譯的方法，分析了綿遠(yuǎn)河流域降雨時(shí)間和空間的分布特點(diǎn)以及該流域泥石流形態(tài)、溝床縱坡降以及溝道兩側(cè)岸坡特點(diǎn)；調(diào)查統(tǒng)計(jì)了該流域泥石流物源量、物源密度及其分布特點(diǎn)。研究表明：綿遠(yuǎn)河流域降雨主要集中在6～9月份，在一定高程范圍內(nèi)，降雨量隨著高程的增加而增加；流域內(nèi)山高坡陡，溝床縱坡降較大，有利于泥石流發(fā)育；同時(shí)流域內(nèi)松散物源極為豐富且大部分分布在距溝口高程350 m以上區(qū)域，較大的勢能大大增加了泥石流的破壞性。

汶川震區(qū)；綿遠(yuǎn)河流域；泥石流；發(fā)育特征

0 引言

國內(nèi)外對震后泥石流研究始于20世紀(jì)70年代，研究方向大多集中于震區(qū)泥石流降雨條件和泥石流發(fā)育特征。關(guān)于降雨條件方面的研究，我國學(xué)者陳景武[1]通過蔣家溝實(shí)測水利資料，提出了暴雨泥石流啟動(dòng)的臨界判別式。吳積善等人[2]在云南蔣家溝泥石流觀測研究中，提出了以10 min降雨量和前期有效降雨量為指標(biāo)的泥石流判別式。汶川地震以后，唐川[3]通過對北川“9·24”泥石流研究分析，認(rèn)為汶川地震使北川泥石流暴發(fā)的前期降雨量降低了約14.8%～22.1%，小時(shí)雨強(qiáng)降低了約25.4%～31.6%。

針對震后泥石流發(fā)育特征，DanieleGiordan等[4]利用6期不同影像揭示了大型坡面泥石流的變化規(guī)律。Chih-Ming Tseng等[5]采用多時(shí)相的、高精度雷達(dá)數(shù)據(jù)，對流域內(nèi)滑坡物源量變化進(jìn)行了計(jì)算，以此預(yù)測泥石流變化規(guī)律。唐川[6]利用GIS和RS技術(shù)分析北川一帶暴雨導(dǎo)致滑坡在數(shù)量上比地震直接誘發(fā)滑坡增加了68%。梁京濤[7]利用遙感技術(shù)分析走馬嶺流域，發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌災(zāi)害新增面積為5.9×104m3。喬建平[8]總結(jié)了汶川地震災(zāi)區(qū)泥石流物源主要類型，并初步提出計(jì)算單體動(dòng)儲(chǔ)量的圖解法。余天彬[9]根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合遙感解譯，分析了龍門山鎮(zhèn)地區(qū)高架子溝泥石流演化過程、啟動(dòng)方式及災(zāi)害機(jī)理。高波[10]通過對高家溝泥石流活動(dòng)特征研究，分析了“堵潰”型泥石流的形成過程、啟動(dòng)機(jī)理及運(yùn)動(dòng)特征。郝紅兵[11]通過調(diào)查總結(jié)“5·12”地震以來一些重大泥石流發(fā)育特點(diǎn)，將物源集中啟動(dòng)歸納為歸流拉槽、深切揭底和堵塞潰決三種模式。楊東旭等[12]通過對小崗劍泥石流溝調(diào)查分析，研究了小崗劍泥石流的物源特征和形成機(jī)制。倪化勇等[13]通過野外調(diào)查，分析了清平“8·13”群發(fā)泥石流的成因、特征和發(fā)展趨勢。

目前，震區(qū)泥石流發(fā)育特征研究多集中于針對單溝泥石流的研究，而單溝泥石流往往存在一定的偶然性，不能以此代表震區(qū)泥石流發(fā)育特點(diǎn)。因此，選取震區(qū)某一流域內(nèi)所有泥石流發(fā)育特征進(jìn)行綜合研究，能更好的對震區(qū)泥石流特征進(jìn)行歸納總結(jié)，減小偶然誤差。本次研究通過分析綿遠(yuǎn)河流域內(nèi)33條泥石流溝的降雨分布特征、地形發(fā)育特征、物源分布特征，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)該流域內(nèi)泥石流發(fā)育特點(diǎn)，以期為震區(qū)泥石流研究以及災(zāi)后重建提供有益的參考價(jià)值。

1 流域概況

綿遠(yuǎn)河流域位于四川省綿竹市，地理位置31°26′42″～31°42′03″N，103°54′46″～104°11′14″E，隸屬沱江水系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，綿遠(yuǎn)河多年平均徑流量為15.7 m3/s，年徑流深度約為1 200 mm。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，夏季暴雨較多，年平均氣溫14.4 ℃，年降雨量1 500～1 700 mm[14-15]。地貌上為強(qiáng)烈侵蝕的高山峽谷地貌，海拔整體上西北高南東低，西南方茶坪山高程大于2 000 m。流域內(nèi)出露的主要巖性有粉砂巖、灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)泥巖，第四紀(jì)主要分布在山地斜坡及河谷地帶。另外，映秀—北川斷裂通過該區(qū)，其地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，地震烈度達(dá)Χ度。研究區(qū)內(nèi)巖層以陡傾直立為主，裂隙發(fā)育，巖體破碎，崩塌、滑坡極為發(fā)育，這些不良地質(zhì)現(xiàn)象為泥石流的發(fā)生提供了豐富物源條件。

研究區(qū)泥石流沿著綿遠(yuǎn)河呈帶狀分布，本次研究選取流域內(nèi)不同類型泥石流共33處，其中包括文家溝、走馬嶺、小崗劍等引起國內(nèi)外高度重視的泥石流溝(圖1)。33條泥石流溝詳細(xì)特征參數(shù)見表1。

圖1 研究區(qū)地形地貌圖Fig.1 Map of topography and landform

編號(hào)溝名流域面積/km2流域形態(tài)特征參數(shù)溝床縱比降/‰物源密度/(×104m3/km2)距溝口350m高程以上物源量/×104m3MZ01夾皮溝11130383503604358MZ02058027202298667MZ03燕兒巖溝5430455599898532MZ040890256621151667MZ050510369922144998MZ0651604648217141741MZ0708404382953486387MZ01034703743125118653MZ0145103340718562716MZ015走馬嶺7120523617133288MZ0161330376431094397MZ017205035506412483MZ01818803767926744480MZ019文家溝7720333161068586610MZ020248039615538651110MZ02513802363016933228MZ0261303868050686608MZ027210335446751118MZ0305203239314021404MZ03121403869613324269MZ034漆樹溝18130513008101942MZ039125048808629662MZ041小崗劍1403563530102235MZ043頭道金溝158802255566331025

續(xù)表

2 泥石流降雨分布特征

2.1 降雨時(shí)間分布特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)，清平鄉(xiāng)年降雨量為1 500～1 700 mm，其中汛期(6～7月)降雨量占年降雨量60%～70%。根據(jù)綿竹市農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中心提供及應(yīng)急勘查期間安裝的自動(dòng)雨量檢測儀的資料顯示，2008年9月24日～2010年9月18日，該流域內(nèi)共發(fā)生6次規(guī)模較大的泥石流活動(dòng)，發(fā)生時(shí)間集中在7～9月，一次降雨量多在50 mm以上，10 min降雨量為10 mm時(shí)便引發(fā)了泥石流災(zāi)害。2012—2013年月降雨量情況見圖2。

圖2 2012年與2013年流域月降雨量柱狀圖Fig.2 Map of monthly rainfall in 2012 and 2013

從圖2可以看出，降雨量主要集中在6～9月份，2012年6～9月降雨量占全年雨量74.7%，2013年6～9月降雨量占全年降雨量87.3%。2012年與2013年年降雨量差異較大，同時(shí)2013年降雨明顯多于2012年。

2.2 降雨空間分布特征

綿遠(yuǎn)河流域泥石流溝流域面積較大，山高谷深，海拔懸殊，降雨空間分布極不均勻，由于目前大部分泥石流溝無雨量站點(diǎn)，本次研究主要選取走馬嶺不同高程的雨量站點(diǎn)共6處，文家溝不同高程雨量站點(diǎn)7處，用以分析該流域降雨空間分布特征。根據(jù)位于不同高程的雨量站點(diǎn)繪制降雨量與高程關(guān)系圖(圖3、圖4)。

由圖3、圖4可知，走馬嶺降雨量在高程1 000～1 550 m處，降雨量隨高程增加而增加，而1 550 m高程以上部分，降雨量分布無明顯規(guī)律；文家溝在高程1 100～1 380 m處，降雨量隨高程增加而增加，1 380 m高程以上部分，降雨分布無明顯規(guī)律。分析原因可知，當(dāng)高程越高時(shí)，受大氣環(huán)流、水汽含量、氣溫、太陽輻射等影響更加強(qiáng)烈，因此不能由一種簡單模型描述。同時(shí)需要指出，由于降雨量數(shù)據(jù)較少，降雨空間分布特征有待進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證，此處只提供一種研究思路。

圖3 走馬嶺泥石流溝降雨量與高程關(guān)系圖Fig.3 Relation between rainfall and elevation of Zoumaling gully

圖4 文家溝泥石流溝降雨量與高程關(guān)系圖Fig.4 Relation between rainfall and elevation of Wenjia gully

3 地形發(fā)育特征

3.1 流域形態(tài)特征

流域形態(tài)對泥石流匯流條件和水動(dòng)力條件有直接影響，本次研究采用流域形狀比進(jìn)行表示：

St=S/L2

式中:S——流域面積；L——溝溝長。

通過對研究區(qū)內(nèi)33條泥石流溝進(jìn)行信息提取，結(jié)果如圖6、圖7所示。研究區(qū)內(nèi)33條泥石流溝St介于0.2～0.6(圖5)，主要集中在0.3～0.4之間，占泥石流總數(shù)的57.6%(圖6)。該區(qū)間內(nèi)流域形態(tài)有利于泥石流溝匯水，易達(dá)到啟動(dòng)所需條件。

圖5 流域形狀比統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.5 Statistic of watershed shape ratio

圖6 流域形狀比參數(shù)特征Fig.6 Characters of watershed shape ratio

3.2 溝床縱坡降特征

溝床平均縱坡降是控制泥石流形成和運(yùn)動(dòng)的重要因素，本次研究對33條泥石流溝溝床縱坡降進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示研究區(qū)內(nèi)平均縱坡降介于200‰～900‰之間(圖7)，其中縱坡降在600‰～700‰所占比例最大，達(dá)33.3%，其次為500‰～600‰?yún)^(qū)間，為18.2%(圖8)。由此可見，流域內(nèi)泥石流縱坡降整體較大，為易發(fā)性泥石流溝床坡降。通過分析流域面積與溝床縱坡降關(guān)系發(fā)現(xiàn)流域面積與溝床縱坡降有一定的相關(guān)性，整體呈流域面積越大，溝床縱坡降越小。

圖7 流域面積與溝床縱坡降關(guān)系圖Fig.7 Relation between area and gully ratio

圖8 溝床縱坡降特征Fig.8 Characters of gully ratio

3.3 溝道兩側(cè)岸坡特征

通過對研究區(qū)內(nèi)泥石流進(jìn)行信息提取分析，研究區(qū)山體坡度集中于15°～60°，占整個(gè)流域面積94.1%，其中坡度在35°～40°之間所占比例最大，為35.3%(圖9)。研究資料表明，山體坡度介于25°～70°之間易發(fā)生崩塌、滑坡災(zāi)害，為泥石流補(bǔ)給松散物源。由此可見，該流域內(nèi)山體有利于泥石流災(zāi)害的形成。

圖9 岸坡坡度統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖Fig.9 Statistics of slope gradient

4 物源發(fā)育特征

根據(jù)野外調(diào)查及遙感解譯，統(tǒng)計(jì)分析了該流域內(nèi)泥石流松散物源量與松散物源密度。研究表明該流域內(nèi)松散物源極為豐富，除部分流域面積較小溝谷以外，大部分均在1.0×106m3以上，部分溝谷達(dá)千萬方，如文家溝物源總量達(dá)8.254×107m3，為整個(gè)地震災(zāi)區(qū)物源量最大溝谷。

另外，從物源密度來看，該流域內(nèi)泥石流物源密度也較大，對于流域面積較小的溝谷來說，物源密度特征越明顯，部分泥石流溝流域面積雖小，但物源密度達(dá)100×104m3以上(圖10)，物源異常豐富。

通過分析松散物源分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)松散物源主要集中在距溝口350 m高程以上區(qū)域，該部分松散物源占松散物源總量的50%～98%，造成該研究區(qū)泥石流破壞性往往較大(圖11)。分析其原因，主要是山體受地震的高程放大效應(yīng)影響，高程較大處，巖體更為破碎，在強(qiáng)降雨下，更易轉(zhuǎn)化為泥石流物源，參與泥石流活動(dòng)。

圖10 流域面積與物源密度關(guān)系圖Fig.10 Relation of area and material source density

圖11 各溝道物源密度以及距溝口350 m以上物源百分比圖Fig.11 Material source density and the percentage of the 350 m above the mouth of gully

5 結(jié)論

(1)綿遠(yuǎn)河流域降雨量主要集中在6～9月；不同高程處降雨量不同，在高程較低處，降雨量隨高程的增加而增加；超過一定高程后降雨分布無明顯規(guī)律。

(2)流域內(nèi)33條泥石流溝流域形態(tài)特征值介于0.2～0.6之間，有利于泥石流匯水；溝床縱坡降較大，主要介于600‰～700‰，屬于易發(fā)生泥石流災(zāi)害縱坡降；山體坡度集中在15°～60°，易發(fā)生崩塌、滑坡災(zāi)害。

(3)流域內(nèi)泥石流松散物源豐富，物源密度較大，且松散物源主要分布在距溝口350 m高程以上區(qū)域，該部分松散物源占松散物源總量的50%～98%。

(4)由于降雨量資料不夠豐富，降雨分布特征具有一定的偶然性，本次僅總結(jié)現(xiàn)象并嘗試進(jìn)行了簡單的分析。

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Characteristics of the debris flow in Qingping country of Mianyuan river basin, epicenter Wenchuan earthquake

ZHOU Zongheng1，REN Guangming1，XU Yingjie1，WANG Meng2，YU Tianbin2，MA Xiaobo2

(1.StateKeyLaboratoryofGeo-HazardPreventionandGeo-EnvironmentProtection，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu,Sichuan610059，China；2.SichuanGeologicalSurvey，Chengdu,Sichuan610081，China)

After Wenchuan earthquake, Mianyuan river basin occurred massive debris flow frequently. It is meaningful to cognize activity characteristics and development trend in Wenchuan earthquake. Field investigation and interpretations of aerial photographs were used to the research, analysis the characteristics of the rainfall in the time and space, research the characteristics of the sharp and gully ratio. Investigate material source, material source density and its distribution characteristics. This study demonstrates that the rainfall in Mianyuan River basin mainly is concentrated in 6～9 months and increases with elevation. Mianyuan river basin have high mountains and steep slopes, it is useful for development of debris flow. At the same time,there are a large number of loose material sources and it distribute 350 m above the mouth of gully.

Wenchuan earthquake;Mianyuan river basin;debris flows; development characteristics

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.01.05

2016-05-30;

2016-07-01

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目——汶川地震地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)之工作項(xiàng)目( 1212011220149)

周縱橫(1993-)，男，碩士研究生,主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防治與評估研究。E-mail：451902818@qq.com

P642.23

A

1003-8035(2017)01-0030-06