呼爾阿溝泥石流特征分析

梁世川 黃詩(shī)宇 張鵬飛

摘要：呼爾阿溝于2008年7月發(fā)生泥石流，給國(guó)家和人民造成了較大的危害。詳細(xì)論述形成泥石流的物源條件、溝道條件、水源條件，分析研究泥石流溝道上、中、下游及支溝匯入主溝口等典型斷面的過(guò)流特征，推算泥石流水文特征值，預(yù)測(cè)泥石流的發(fā)展趨勢(shì)，為合理可行治理措施的提出，具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：泥石流；水文特征值；分析；呼爾阿溝

The characteristics analysis of debris flow，Huera ditch

Liang shichuan Huang shiyu Zhang pengfei

Xinjiang geological environment monitoring institute，Urumqi，Xinjiang，830000

Abstract：The Huera ditch happened debris flow in July，2008，it caused great harm to the country and the people. Discuss the source condition，channel condition，water conditions of debris flow in detail，analyse and research the typical sections flow characteristics of the debris flow ditchs upstream，midstream，downstream and the main gully outlet where the branch import，calculate the debris flow hydrological characteristics value，and predict the development trend，it has certain guiding significance for putting forward reasonable and feasible control measures.

Key words：debris flow；hydrological characteristics value；analysis；Huera ditch

呼爾阿溝2008年7月發(fā)生泥石流，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，在泥石流出溝口后，與縣鄉(xiāng)公路相交部位，由于涵洞過(guò)水能力有限，受泥石流攜帶的物源堵塞，導(dǎo)致泥石流沖毀公路，進(jìn)入南部的第二中學(xué)，對(duì)學(xué)校造成威脅，對(duì)呼爾阿溝泥石流特征進(jìn)行分析，對(duì)泥石流災(zāi)害防治和治理措施的提出具有一定意義。

1地質(zhì)環(huán)境特征分析

1.1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

1.1.1 地形地貌

呼爾阿溝位于青河縣城東北約9千米處，屬低山丘陵地貌，總體地勢(shì)西高東低，溝谷東西最大相對(duì)高差達(dá)648米，兩側(cè)山體小沖溝發(fā)育，但總體來(lái)說(shuō)，北側(cè)較南側(cè)發(fā)育，地形坡度15-20°，溝谷縱坡坡度3.22-6.7%。主溝谷呈“V-U”型，溝谷寬約10-75米，溝蝕作用明顯，溝槽寬度5-15米，深度約為0.5-2米，溝槽比降10-15%，出山口后地形漸變平坦，比降2-5%。

1.1.2 地層特征

呼爾阿溝內(nèi)主要有奧陶系下—中統(tǒng)（O1-2）和第四系全新統(tǒng)（Q4）。奧陶系下—中統(tǒng)喀拉喬拉群分布于低山區(qū)內(nèi)，主要巖性上部為黑云母石英片巖、絹云母千枚巖、黑云變粒巖、二云石英片巖等；下部為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、二云石英片巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖及滲透狀、條帶狀、眼球狀、條痕狀混合巖不均勻互層，夾大理巖薄層。受溝谷水流沖刷，奧陶系下—中統(tǒng)（O1-2）不連續(xù)出露于溝底。

第四系地層主要有泥石流堆積層、殘坡積層、洪積層。殘坡積層分布于溝槽兩側(cè)山體坡腳處，為泥石流形成主要物源，巖性多為閃長(zhǎng)巖、凝灰?guī)r、砂巖，結(jié)構(gòu)松散，厚度約0.4-3.6m，主溝與支溝匯流坡腳處堆積厚度相對(duì)溝槽兩側(cè)稍厚，厚度約為1.5-3.6m，與下伏奧陶系下—中統(tǒng)喀拉喬拉群巖組為不整合接觸。洪積層分布于呼爾阿溝溝槽，巖性多為閃長(zhǎng)巖、凝灰?guī)r、砂巖，結(jié)構(gòu)松散，磨圓度較差，多為次棱角狀，粒徑約2-15cm，分選性一般，地層厚度約為0-1.5m。

1.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于阿爾泰地槽褶皺系（Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元）中的喀拉額爾齊斯褶皺帶內(nèi)（Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元），無(wú)斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造條件較為簡(jiǎn)單。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征則以脈動(dòng)式差異升降運(yùn)動(dòng)為主，山區(qū)上升，山前平原區(qū)則相對(duì)下降。

1.1.4 地震

根據(jù)中華人民共和國(guó)GB18306—2001《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》，場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度為0. 20g，區(qū)域地殼穩(wěn)定性分級(jí)為次不穩(wěn)定區(qū)。

1.2 水文地質(zhì)條件

依據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的含水介質(zhì)組合、賦存條件、水動(dòng)力條件等情況，研究區(qū)第四系厚度較薄，均為透水不含水層，區(qū)內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，基巖裂隙不發(fā)育，且空間分布不均，單泉流量小于0.1l/s，富水性較差，主要接受大氣降雨、冰雪融水入滲補(bǔ)給，沿地形由北西向南東徑流，以側(cè)向徑流的方式排泄。

2 泥石流形成條件及基本特征

2.1 泥石流規(guī)模

根據(jù)對(duì)2008年發(fā)生泥石流的調(diào)查，堆積物在溝槽流通過(guò)程中堆積長(zhǎng)度923.75m，寬5-7m，堆積高度約為0.5m，在第二中學(xué)校園內(nèi)堆積高度約0.3m，校園受掩埋面積約0.015km2，泥石流總堆積量約7050m?。呼爾阿溝溝谷泥石流流向比降為115‰。按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）中泥石流等級(jí)劃分規(guī)定，泥石流一次性暴發(fā)規(guī)模為小型，泥石流地質(zhì)災(zāi)害危害性等級(jí)為小型。

2.2 泥石流溝形態(tài)特征

呼爾阿泥石流溝整體輪廓呈樹(shù)枝狀，由南北兩側(cè)多條小支溝及主溝構(gòu)成，主溝總體呈北西-南東向展布，由北西向南東流入小青格里河，溝道總體順直，多呈V-U字型，主溝總長(zhǎng)約2.50km，匯水面積8.2km2，溝床平均縱比降3.22-6.7%。形成區(qū)、流通區(qū)分區(qū)不明顯。

（1）形成-流通區(qū)：指的是溝谷所在的低山區(qū)，溝谷上游狹窄，侵蝕作用強(qiáng)烈，水流揭底沖刷，基底基巖出露，溝槽呈“V”型，寬約5m，形成的溝槽狹窄平直，使匯入主溝水流能量集中不易損失，為泥石流形成提供了充足水動(dòng)力，將溝槽兩側(cè)坡角的松散堆積物帶走，而且形成的泥石流能量不易擴(kuò)散。中游水流對(duì)溝槽下切沖蝕為主，在主溝中部形成寬5-15m、深0.5-2m的溝槽，溝谷相對(duì)切割深度較大，利于泥石流迅猛直瀉，流體呈紊流狀，以侵蝕作用為主，通過(guò)過(guò)程中帶走兩側(cè)原松散堆積物，并且集中沖刷、撞擊磨蝕，尤其沿途不斷側(cè)蝕兩岸的坡積物，造成溝槽邊坡失穩(wěn)垮塌，大量殘坡積碎屑物質(zhì)加入，成為泥石流物源。此外，由于坡降降低而沉積于溝谷中部的物質(zhì)也將作為再次發(fā)育泥石流的物源，被攜帶搬運(yùn)走。

（2）堆積區(qū)：指的是溝谷出山口至小青格里河區(qū)，呈扇形，扇緣寬度400m，軸向110°，擴(kuò)散角30°。溝谷出山口呈喇叭口狀開(kāi)口，逐漸變寬，縱坡逐漸變緩。溝槽兩側(cè)為第四系殘坡積堆積形成的一級(jí)階地，堆積高度大于2m，泥石流行進(jìn)受階地地形地勢(shì)阻擋，均順溝槽流動(dòng)，未漫過(guò)一級(jí)階地。2005年修筑的垂直于溝谷走向的縣鄉(xiāng)級(jí)公路，起著阻擋作用，導(dǎo)致2008年7月發(fā)生泥石流時(shí)，當(dāng)泥石流行進(jìn)至過(guò)水涵洞時(shí)，涵洞被泥石流攜帶的固體物質(zhì)堵塞，泥石流受阻后一部分物源在溝槽兩側(cè)堆積，一部分物源漫過(guò)公路，沖入公路下方第二中學(xué)校園，其余泥石流順溝谷下游天然基巖邊坡下泄小青格里河。堆積區(qū)處最大一次淤積變幅厚度為0.50m。見(jiàn)圖1-1。

2.3 物源特征

泥石流物源主要集中分布于形成-流通區(qū)。呼爾阿溝兩側(cè)山體坡度較緩，山坡匯水面積較小，風(fēng)化破碎基巖塊體較大，性質(zhì)穩(wěn)定，基巖山體處可隨水流攜帶形成泥石流物源量少，故物源以第四系和奧陶系地質(zhì)界線作為分解線，溝谷內(nèi)分布的第四系松散塊石、角礫、砂礫石及亞砂土層均為泥石流物源，包括第四系全新統(tǒng)洪積物及松散殘坡積物，覆蓋層厚度0.4-3.6m，洪積物平均覆蓋厚度1.0m，殘坡積物平均覆蓋厚度1.5m，通過(guò)計(jì)算分析，物源總體積約為12.55萬(wàn)m?。

2.4 泥石流易發(fā)性特征

根據(jù)地質(zhì)環(huán)境特征及泥石流基本特征參數(shù)，按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》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)”，研究區(qū)泥石流易發(fā)程度綜合評(píng)分為80分，根據(jù)規(guī)范中易發(fā)程度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判，研究區(qū)泥石流為輕度易發(fā)。

3 泥石流成因機(jī)制和引發(fā)因素

3.1 豐富的松散固體物質(zhì)條件

呼爾阿溝溝谷兩側(cè)大量的的第四系全新統(tǒng)基巖風(fēng)化殘坡積層，溝槽底部及兩側(cè)的第四系全新統(tǒng)洪積物，易受水流的沖蝕、側(cè)向掏蝕作用而被攜帶，在該溝的中上游地帶可能參加泥石流活動(dòng)的松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量約12.55萬(wàn)m?，這為泥石流的發(fā)生提供了充足的物源。這給泥石流的形成創(chuàng)造了有利的物質(zhì)來(lái)源。

3.2 適宜的地形條件

呼爾阿溝主流域上中游地形較陡，溝谷平均縱坡坡度3.22-6.7%，上游溝槽狹窄平直，匯入的水流能量集中且不易擴(kuò)散，中游溝谷相對(duì)切割深度較大，利于泥石流迅猛直瀉，且對(duì)兩側(cè)側(cè)蝕，良好地地形條件為泥石流的形成提供了非常好的勢(shì)能條件。

3.3 水源條件

年均降雨量172.2mm，每年5-8月份季節(jié)性暴雨集中而且強(qiáng)度大，50 年一遇日最大降雨量為54mm；勘查區(qū)為低山區(qū)，屬大陸性寒溫帶寒冷干旱氣候，降水較多，匯水面積大，水源豐富，且植被覆蓋僅20-30%。這些條件為泥石流的爆發(fā)提供了充足的水源條件。

3.4 人類(lèi)工程活動(dòng)

垂直泥石流溝谷修建的柏油路下部布設(shè)的過(guò)水涵洞，涵洞橫斷面寬約4米，高約1.8米，涵洞長(zhǎng)約5米，過(guò)流能力不足，泥石流發(fā)生時(shí)，泥石流攜帶的物源堵塞涵洞，導(dǎo)致涵洞過(guò)水能力有限，引發(fā)泥石流淹沒(méi)公路，將部分柏油路面完全沖毀，并順地勢(shì)沖入公路東南側(cè)的阿熱勒鄉(xiāng)第二中學(xué)。

4 泥石流特征值

4.1 泥石流流體重度及固體物質(zhì)比重

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配漿試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》表G.2數(shù)量化評(píng)分（N）與重度、（1+φ）關(guān)系對(duì)照表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，確定泥石流流體重度（γC）為1.5t/m3，泥石流固體物質(zhì)比重（γH）為2.6t/m3，根據(jù)泥石流流體稠度特征表，呼爾阿溝泥石流呈稠漿狀。

4.2 暴雨洪水設(shè)計(jì)流量及泥石流泥沙修正系數(shù)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)六條水文計(jì)算剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)，采用曼寧公式推算最大暴雨洪峰流量，最大暴雨洪峰流量為23.97m3/s；泥石流為稠漿狀泥石流，結(jié)合《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》表G.2數(shù)量化評(píng)分（N）與重度、（1+φ）關(guān)系對(duì)照表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，確定泥石流泥沙修正系數(shù)φ為0.455。

4.3 泥石流流量

本次泥石流流量計(jì)算采用雨洪法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：Qw—頻率為w的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

Qc—頻率為w的泥石流洪峰值流量（m3/s）；

φ—泥石流泥沙修正系數(shù)，為0.455；

Dc—為泥石流堵塞系數(shù)，根據(jù)規(guī)范取1。

在研究區(qū)選取6個(gè)斷面進(jìn)行泥石流流量計(jì)算，最大流量34.88 m3/s，結(jié)果見(jiàn)表4-1。

4.4 一次泥石流過(guò)程的總量及固體沖出物總量

計(jì)算公式采用：

Q—一次泥石流總量（m3）；

QH—一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量（m3）；

T—泥石流歷時(shí)（s）（據(jù)調(diào)查，取0.5h=1800s）；

QC—泥石流最大流量（m3/s），為34.88m3/s；

—為泥石流流體重度（t/m3），為1.5t/m3；

—為清水容重（t/m3），為1t/m3；

—為泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m3），為2.6t/m3；

K的取值與流域面積有關(guān)，本次K取值為0.113。

通過(guò)計(jì)算得出，一次泥石流過(guò)程的總量Q=7094.60m?，固體物質(zhì)總量 =2217.10 m?。

4.5 泥石流動(dòng)力學(xué)特征值

經(jīng)過(guò)計(jì)算，泥石流最大沖擊壓力為23.8KPa，最大沖起高度0.95m。

4.6 泥石流發(fā)展趨勢(shì)

雖研究區(qū)泥石流為輕度易發(fā)，但隨著洪積物及殘坡積物在溝內(nèi)不斷堆積，當(dāng)暴雨強(qiáng)度達(dá)到一定量時(shí)，該溝也可能暴發(fā)泥石流。另外，人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的改變，也會(huì)使得季節(jié)性洪水溝向泥石流溝轉(zhuǎn)化，如果人類(lèi)不合理經(jīng)濟(jì)活動(dòng)加劇，將促使泥石流形成條件更加充分，泥石流的活動(dòng)也將趨于嚴(yán)重。

5 結(jié)論

從區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件、水文地質(zhì)條件及調(diào)查實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)著手，對(duì)呼爾阿溝泥石流的形成條件、基本特征、成因機(jī)制、引發(fā)因素進(jìn)行分析，對(duì)泥石流特征值進(jìn)行計(jì)算，包括泥石流流量、流體重度、一次泥石流固體物總量、動(dòng)力學(xué)特征等，在此基礎(chǔ)上對(duì)泥石流發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)泥石流災(zāi)害防治和治理措施的提出具有一定意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 王玉軍，李光德，劉桂華.塘坊溝泥石流特征分析及防治措施研究[J]，西部探礦工程，2011，（2）：187-190.

[2] GB50021- 2001 巖土工程勘察規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[3] DZ/ T0218- 2006 泥石流防治工程勘查規(guī)范[S].地質(zhì)出版社，2006.

[4] DZ/ T0219- 2006 泥石流防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].地質(zhì)出版社，2006.

[5] 工程地質(zhì)手冊(cè)[M].4版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：梁世川，（1986.12.8—），男，重慶市彭水縣人，工程師，2013年畢業(yè)于新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)工作于新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面工作。

（作者單位：新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院）