黑龍江省綏芬河市大嶺下屯泥石流特征分析

高 博，黃 偉，張洪文，王 剛，曲 林，劉建宇

中國地質(zhì)調(diào)查局 牡丹江自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江 牡丹江 157000

0 引言

當前，國內(nèi)外地質(zhì)災害頻繁發(fā)生。我國東北地區(qū)潛在地質(zhì)災害雖然不及南方地區(qū)發(fā)生頻率高、規(guī)模大，影響范圍廣，但仍需進行系統(tǒng)的地質(zhì)災害調(diào)查，減少不必要的人員、財產(chǎn)損失。本次調(diào)查依托“東北邊境琿春—東寧綜合地質(zhì)調(diào)查”項目，結合前人在此區(qū)域進行的地質(zhì)調(diào)查成果以及其他地區(qū)泥石流災害的調(diào)查方法，針對調(diào)查區(qū)潛在地質(zhì)災害進行詳細勘察，測出調(diào)查區(qū)大嶺下屯泥石流各項基礎數(shù)據(jù)。通過對大嶺下屯泥石流數(shù)據(jù)分析，確定大嶺下屯泥石流屬性以及影響范圍，為下一步該區(qū)域泥石流治理提供有力依據(jù)。

1 調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)地勢為中低山淺切割地形區(qū)，北部為太平嶺，西南部為老爺嶺延伸山脈，中部為綏芬河河谷盆地。整個山地環(huán)境呈三面高山環(huán)抱中間低的馬蹄形，山體多為植被覆蓋，基巖出露較差。海拔一般在300～1 000 m，地貌類型以中低山為主，山間谷地為輔，河流沿岸常呈陡崖或陡坡，坡降較大[1]。

調(diào)查區(qū)泥石流位于建新村大嶺下屯，溝口坐標44°20′10.21″N，131°4′36.20″E，流動方向為158°(圖1)。地勢南低北高，最高海拔為578.31 m，最低海拔為387.45 m，相對高差約為190.86 m，流域面積為3.5 km2，主溝長度約1.65 km，溝床平均縱坡降為115.6‰，局部地段坡降超過200‰，為泥石流的發(fā)生提供勢能和動力條件。泥石流沖溝出露地層為新生界第四系全新統(tǒng)(Qhalp，Qhal)碎石、角礫和少量塊石，并部分為砂土、黏土充填，多沿河谷及溝谷方向呈條帶狀展布；裸露基巖為中生界三疊系上統(tǒng)羅圈站組(T3l)巖性多為灰黑色安山巖、流紋巖，中酸性含角礫凝灰?guī)r、酸性含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r及中生界侏羅系下統(tǒng)綏芬河組(J1s)安山巖、灰紫色基性—中基性熔巖[2]。新生界第四系全新統(tǒng)(Qhalp，Qhal)分布在溝口堆積扇(洪積扇)及溝道內(nèi)的寬緩停淤區(qū)。

圖1 大嶺下屯泥石流交通位置圖

2 泥石流形成條件

2.1 動力條件

調(diào)查區(qū)位于北半球中緯度地帶，受季風環(huán)流支配，氣候?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L與海洋性氣候交疊部位，年平均氣溫4.9 ℃左右，冬季平均氣溫-14.6 ℃，夏季平均氣溫21.5 ℃，年溫差變化較大。年平均降水量530 mm，月度最低降水量21.6 mm，最高降水量252.1 mm，七、八月份為調(diào)查區(qū)主要降水期[1]。根據(jù)研究：降雨侵蝕力與降雨量在一定程度上呈正相關[3]。根據(jù)調(diào)查分析，調(diào)查區(qū)雨季降雨為泥石流的發(fā)生提供充足的水源和動力條件。根據(jù)非飽和土理論，固體松散物質(zhì)處于非飽和狀態(tài)且在降雨作用的強烈影響作用下，含水量及孔隙水壓力逐步增大，抗剪強度降低，為促使泥石流暴發(fā)的主要誘因。經(jīng)過實地調(diào)查分析，大嶺下屯泥石流溝已具備泥石流可能發(fā)生的基本條件[4]。

2.2 物源條件

泥石流物源的多少和匯集速度對其頻率、規(guī)模、流速等有非常明顯的影響[4-8]。大嶺下屯泥石流所處地理位置構造活動強烈、風化作用顯著，致使巖體破碎；近年來，當?shù)鼐用裨谠搮^(qū)域開鑿溝渠、大量開荒種植農(nóng)作物，導致水土嚴重松散，松散碎屑物質(zhì)豐富，為泥石流的形成提供了充足的物源。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)該泥石流溝松散固體物源豐富，主要為溝道侵蝕堆積物源，分布于溝道流通區(qū)及左右兩側(cè)岸坡附近。物質(zhì)組成主要為第四系殘坡積物，母巖類型大多為安山巖、流紋巖，中酸性含角礫凝灰?guī)r及酸性含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r，呈碎塊狀，塊石粒徑為2～20 cm，大者約為50 cm，個別約150 cm，棱角分明，呈中—微風化，體積分數(shù)約30%～50%，多是泥質(zhì)填充，膠結程度一般，表現(xiàn)為高壓縮性，自穩(wěn)性一般。流通區(qū)部分物源屬第四系(Qhalp)泥石流堆積，主要為無分選的碎塊石、砂土等雜亂堆積，母巖為花崗巖和石英閃長巖。調(diào)查發(fā)現(xiàn)該流域塊石、角礫分選較差、磨圓度較差，在流水作用下，溝道堆積物源受到流水的掏蝕、側(cè)蝕作用，溝道兩側(cè)斜坡失穩(wěn)在溝道內(nèi)逐步聚集物源，同時在溝道彎折處存在部分大塊石，使過水斷面變小，一定程度堵塞溝道，為泥石流暴發(fā)蓄積能量(圖2)。

圖2 大嶺下屯泥石流溝松散固體物源

2.3 地形條件

陡峻的地形不利于坡面物質(zhì)的穩(wěn)定，極易孕育崩塌、滑坡等不良地質(zhì)體，松散固體物質(zhì)在流水和強降雨等作用下匯入溝渠、河道，為泥石流的爆發(fā)提供豐富的物源；同時陡峻的地形也能為坡面地表徑流提供勢能、匯集水源，對坡面和溝道松散物質(zhì)強烈沖刷，形成泥石流。大嶺下屯泥石流溝高差達190.86 m，溝床平均縱坡降為115.6‰，局部地段坡降超過200‰，溝道兩側(cè)斜坡隨海拔的升高平均坡度從15°逐漸過渡到40°左右，局部可達45°～50°。較大高差和溝床縱坡降使得大氣降雨快速而大量匯集于此流域，在流水作用下侵蝕地表，帶動、沖刷松散固體物質(zhì)從而產(chǎn)生泥石流，同時泥石流在運動過程中還會出現(xiàn)側(cè)蝕和溝床揭底作用，把溝道及其兩側(cè)的松散固體物質(zhì)攜帶，進一步形成更大規(guī)模的泥石流[9](圖3)。

3 泥石流溝易發(fā)程度

據(jù)實地調(diào)查研究分析，大嶺下屯泥石流自2017年之后，在雨季頻繁發(fā)生，根據(jù)《泥石流災害防治工程勘察規(guī)范》(試行)(T/CAGHP006-2018)制定大嶺下屯泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評分表(表1)。

根據(jù)泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化綜合評判等級標準[10]確定大嶺下屯泥石流為中等易發(fā)泥石流。

圖3 大嶺下屯泥石流地形條件遙感影像示意圖

表1 泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分表

4 泥石流動力學特征

4.1 泥石流流速

根據(jù)《泥石流災害防治工程勘察規(guī)范》(試行)(T/CAGHP006-2018)確定大嶺下屯泥石流屬稀性泥石流，依據(jù)稀性泥石流流速計算公式：

式中：

Vc—泥石流平均流速(m/s)；

g—重力加速度，取值9.8 m/s2；

R—水力半徑(m)，可用平均水深代替，現(xiàn)場量取R=0.75 m；

Ic—縱坡降(‰)，取I=0.115 6。

計算可得Vc=3.93 m/s

4.2 泥石流沖擊力

大嶺下屯泥石流在強降雨等惡劣氣候條件下對周圍農(nóng)作物及村民造成一定程度威脅(圖4)，根據(jù)相關規(guī)范[10]取泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分表評分(表1)對應相關容重值為1.648 t/m3，根據(jù)泥石流體整體沖壓力計算公式：

式中：

δ—泥石流體整體沖擊壓力(Pa)；

γc—泥石流容重(t/m3)，取γc=1.648

Vc—泥石流流速(m/s)，取Vc=3.93

Hc—泥石流泥深(m)，取△Hc=0.92

計算可得δ=2.39×104Pa

圖4 大嶺下屯泥石流流通區(qū)影響范圍

5 結論

(1)大嶺下屯泥石流形成條件主要為溝道侵蝕堆積物源，受到山高、坡陡、深溝的微地貌和活躍的構造影響，形成豐富的物源、及地形條件。該溝極易在地震、強降雨作用下暴發(fā)泥石流，加之目前坡頂人工灌溉，開鑿溝渠嚴重，且尚無攔擋和預警措施，存在較大安全隱患。

(2)利用調(diào)查數(shù)據(jù)綜合分析，得出大嶺下屯泥石流平均流速為3.93 m/s、整體沖壓力為2.39×104Pa。按《泥石流災害防治工程勘察規(guī)范》(試行)(T/CAGHP006-2018)確定大嶺下屯泥石流為小型中易發(fā)稀性泥石流并圈定其影響范圍，為今后該區(qū)域地質(zhì)災害治理提供相關依據(jù)。