環(huán)縣虎洞鎮(zhèn)楊嶺溝、朱硯溝泥石流特征及危害程度分區(qū)

王 偉

（甘肅省核地質(zhì)二一三大隊(duì)，甘肅天水741020）

楊嶺溝、朱峴溝泥石流位于環(huán)縣縣城西側(cè)約32km處，地勢總體北高南低，最高點(diǎn)的朱峴溝溝頭塬面海拔為1653m，最低點(diǎn)的斜溝溝道入川口處海拔為1406m，最大相對高差約247m。區(qū)內(nèi)植被稀少，山體大部分裸露，侵蝕切割較為強(qiáng)烈，溝谷相對密集。建國以來有確切資料記載的大小泥石流災(zāi)害就發(fā)生了多起。其中發(fā)生于1999年、2012年、2013年、2014年發(fā)生的4次泥石流災(zāi)害影響較大，累計(jì)造成該區(qū)約1500萬元的財(cái)產(chǎn)損失。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

楊嶺溝、朱硯溝所處地形地貌主要有侵蝕的黃土塬邊丘陵溝壑區(qū)和河谷沖洪積平原區(qū)。地層主要為第四系，包括馬蘭黃土（Q3eol）、離石黃土（Q2eol）、午城黃土（Q1al）、殘坡積物（Q4dl+el）、洪積層（Q4pl）、重力堆積物（Q4del、Q4col）、河流沖洪積物（Q4al-pl）、泥石流堆積物（Q4sef）。區(qū)內(nèi)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g。構(gòu)造發(fā)育，但未見到影響至黃土層的斷層及褶曲等構(gòu)造形跡。

2 泥石流特征

2.1 地形地貌條件

楊嶺溝泥石流流域形態(tài)呈“柳葉”型，其流域面積為0.76km2。溝道南北長約2200m，東西寬約120～250m，主溝長度約2.2km，支溝較為發(fā)育。溝道上游溝谷段較寬，其中上游地段溝谷形態(tài)為“V”型，溝道比降為128‰，中游地段溝谷形態(tài)呈“U”型，溝道比降為87.9‰，下游地段溝谷形態(tài)呈“U”型，溝道比降為37.2‰。朱峴溝泥石流流域形態(tài)呈“火炬”型，其流域面積為0.63km2，主溝道長度約1400m，主要發(fā)育有兩條支溝。溝道上游段溝谷較寬，呈“V”型；溝道比降為156‰；中游地段溝谷形態(tài)呈“U”型，溝道比降為97.9‰，下游地段溝谷形態(tài)呈“U”型，溝道比降為40.2‰（如圖1所示）。

圖1 楊嶺溝、朱硯溝泥石流地形地貌圖

2.2 物源條件

泥石流形成的基本條件之一是充足的物源，而楊嶺溝、朱硯溝溝道內(nèi)廣泛分布的坡面松散物質(zhì)、滑坡崩塌堆積物及溝道堆積物等則組成了泥石流的重要物源。該流域第四系馬蘭黃土廣布于溝道，披覆于下伏地層，厚度大于20m，極易被流水沖蝕、深切形成溝道（如圖2所示）。在暴雨條件下，溝道兩側(cè)坡腳經(jīng)長期沖刷后，形成規(guī)模不等的黃土滑坡 （如圖3所示）。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查楊嶺溝發(fā)育滑坡共計(jì)13處，朱硯溝發(fā)育有滑坡共計(jì)12處。這些粘結(jié)力低、質(zhì)地松散的堆積物在暴雨條件下隨溝道順流而下，在溝道較寬、比降較小處堆積，為泥石流的形成提供了充足的物源條件。經(jīng)過計(jì)算，楊嶺溝、朱硯溝泥石流溝道內(nèi)松散固體物質(zhì)總量見表1。

圖2 楊嶺溝溝道切割嚴(yán)重

圖3 楊嶺溝溝道兩側(cè)滑坡

表1 楊嶺溝、朱硯溝松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量表

2.3 誘發(fā)因素

降雨與泥石流的活動(dòng)關(guān)系密切。泥石流的發(fā)生與前期10min和1h短歷時(shí)強(qiáng)降雨有著十分密切的關(guān)系，它對泥石流的激發(fā)有重要的控制作用。楊嶺溝、朱硯溝可能發(fā)生泥石流的24h界限雨值區(qū)泥石流成災(zāi)降雨強(qiáng)度分別為30mm/d、15mm/h和6m/h（1/6）。而本區(qū)最大降雨量則分別為88.5mm/d、51.7mm/h、32.3mm/h（1/6）。這些指標(biāo)均超過了臨界值。因此，當(dāng)楊嶺溝、朱峴溝流域內(nèi)物源條件滿足時(shí)，就會(huì)暴發(fā)泥石流。此外，當(dāng)?shù)氐男拗课?、基礎(chǔ)設(shè)施及放牧致使水土流失嚴(yán)重，這些不合理的活動(dòng)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，進(jìn)一步加劇了泥石流災(zāi)害的發(fā)生。

3 泥石流的流體特征

3.1 泥石流重度

環(huán)縣楊嶺溝、朱峴溝泥石流溝道及溝口堆積物以礫、卵石及亞粘土為主，泥石流的搬運(yùn)介質(zhì)主要是水，溝口堆積物呈扇狀分布，屬稀性泥石流，其重度為13.0～14.0kN/m3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：AC為單位面積內(nèi)可補(bǔ)給泥石流的固體松散物質(zhì)（kN/m3）。經(jīng)計(jì)算楊嶺溝、朱峴溝泥石流重度分別取13.91KN/m3和 13.96KN/m3。

3.2 泥石流流量

結(jié)合區(qū)內(nèi)所處的地理位置及區(qū)內(nèi)泥石流的發(fā)育特征分析，楊嶺溝、朱硯溝泥石流的清水流量采用本地區(qū)的暴雨洪峰流量簡易計(jì)算公式計(jì)算：

QP（1%）=0.278RIF

式中：R 為小時(shí)平均雨強(qiáng)（mm/h），取 45mm/h；I為產(chǎn)流系數(shù)，取 0.7；F 為流域匯水面積（km2）；QP(1%)為100年一遇洪峰流量（m3/s）；其中Qp2%=0.8Qp1%，Qp5%=0.7Qp2%。采用雨洪法計(jì)算不同頻率下泥石流流量見表2。

表2 泥石流流量計(jì)算表（雨洪法）

3.3 泥石流流速及一次沖出量

環(huán)縣楊嶺溝、朱峴溝泥石流為稀性泥石流，泥石流流速計(jì)算選用西北地區(qū)（鐵一院）經(jīng)驗(yàn)公式公式：

式中：λH為泥石流中固體物質(zhì)比重（KN/m3）；Φ為泥石流泥砂修正系數(shù)；Hc為水力半徑（m）；Ic為泥石流水力坡度；Vc為泥石流斷面平均流速（m/s）。經(jīng)計(jì)算楊嶺溝、朱硯溝泥石流流速分別為2.09m/s和2.11m/s。

楊嶺溝、朱硯溝泥石流一次過流總量可按下式進(jìn)行計(jì)算：

Q=0.264TQc

式中：T為泥石流經(jīng)過時(shí)間 （s）；Qc為泥石流的最大流量（m3/s）；為一次泥石流過程的總量（m3）。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 一次泥石流過流總量計(jì)算表

4 泥石流危害程度分區(qū)

根據(jù)楊嶺溝、朱硯溝泥石流溝道發(fā)育的特征、形成規(guī)模、堆積區(qū)的地形特征結(jié)合泥石流沖淤范圍等因素，可將楊嶺溝、朱硯溝泥石流危害區(qū)分為嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)、一般區(qū)。危害嚴(yán)重區(qū)主要為泥石流堆積區(qū)范圍，危害對象主要為溝口的虎洞鎮(zhèn)影響范圍，其破壞方式主要以沖毀、淤埋和漫流為主；較嚴(yán)重區(qū)主要為泥石流的流通區(qū)，危害對象為虎洞鎮(zhèn)公共設(shè)施及耕地；一般區(qū)為泥石流的形成區(qū)，主要危害對象為楊嶺溝、朱硯溝流域范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)論

楊嶺溝、朱硯溝泥石流位于環(huán)縣縣城西側(cè)約32km，其流域面積分別為0.76km2、0.63km2。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及計(jì)算楊嶺溝、朱硯溝泥石流流速分別為2.09m/s和2.11m/s；一次沖出固體物質(zhì)總量分別為0.32×104m3和0.27×104m。根據(jù)楊嶺溝、朱硯溝泥石流溝道發(fā)育的特征結(jié)合泥石流沖淤范圍等因素，可將楊嶺溝、朱硯溝泥石流危害區(qū)分為嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)、一般區(qū)。