某泥石流溝的基本特征及發(fā)展趨勢預測

王佃明 譙鵬志

中國地質科學院探礦工藝研究所 四川 成都 610000

1.工程地質條件

1.1 自然地理環(huán)境概況

勘查區(qū)位于西昌市西郊鄉(xiāng)海濱村三組，溝口處地理坐標為：東經102°15′31.17″，北緯27°51′25.44″。溝口處為國道108線，溝域內無道路可通行，但溝口處緊鄰國道108線，總體上交通較為方便。

1.2 氣象水文

西昌市屬亞熱帶西南季風氣候，呈現出既符合高原干燥氣候又有降雨充沛的特點。全年干濕季分明，夏季多雨，秋季短，冬春多風，日照充足。多年平均降雨量1013.5mm，主要集中于6-9月，降雨量占全年的76%，雨型多為暴雨。

勘查區(qū)所在的西昌市域內水系發(fā)達，水資源豐富，安寧河是區(qū)內的主要河流，屬雅礱江-金沙江水系。安寧河自南向北過境長85.6Km。河床寬平，水系呈辨狀，年平均流量110m3/s，年徑流量34.6億m3，最大流量1400m3/s，最小流量7.95m3/s。安寧河支流發(fā)育，西岸有樟木溝、拖瑯河、大麻柳河、破石頭河、摩娑河等；東側有砂砂河、黑沙河、熱水河、深溝河、白條河、大塘河、白沙溝、西溪河等。支流與主流交匯成羽狀水系，均屬山區(qū)河流，流量隨季節(jié)而變化明顯。

1.3 地形地貌

西昌市整體地勢北高南低，地貌以山地為主。區(qū)內最高海拔高程為1775m，溝口處海拔高程約1524m，高程差為251m。溝谷切割深度較大，呈“V”字型谷，植被覆蓋率較高，可達60%以上，以高大喬木為主?？辈閰^(qū)溝道兩側岸坡較陡，部分坡體基巖出露。

1.4 地層巖性

勘查區(qū)內主要出露地層巖性有：第四系沖洪積物（Q4al+pl）主要分布于溝道內，以塊碎石土為主，結構松散-稍密，厚度約1.0m-2.5m不等；第四系殘坡積物（Q4el+dl）：主要分布于溝谷兩側坡體上，物質組成主要為碎石土，碎石含量約占35%左右；白堊系中統(tǒng)小壩組中段（K2X2）主要分布在勘查區(qū)西側，物質組成為鈣質粉砂巖、粉砂質泥巖夾細砂巖；白堊系中統(tǒng)小壩組下段（K2X1）主要分布在勘查區(qū)西側，物質組成為長石石英砂巖、鈣質粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r、礫巖；白堊系下統(tǒng)飛天山組（K1f）廣泛分布于勘查區(qū)內，物質組成為砂巖、泥巖互層、間夾泥灰?guī)r、中部夾含銅砂巖。侏羅系上統(tǒng)官溝組（J3g）分布于勘查區(qū)南側，物質組成為鈣質粉砂巖、泥灰?guī)r、泥巖、長石石英砂巖。

1.5 地質構造及地震

西昌市地處康滇地軸中段，地質構造主要為安寧河斷陷褶皺帶，安寧河斷裂斷面東傾，傾角60－80°，是安寧河谷斷陷盆地的東側邊界。該斷裂具有南北延長遠、破碎帶寬、垂向切割深的特點，活動上具有長期性、多期性，發(fā)展規(guī)律上具有繼承性、新生性，在新構造時期活動較強烈。

西昌地區(qū)的新構造運動是以斷塊的差異性抬升運動、拱拗運動、斷塊的走滑運動為主要方式，主要表現為：①運動方式交替進行，但斷塊的走滑運動占著極為重要的地位；②褶皺、斷裂形跡多，規(guī)模小，斷層到處處可見，走向南北向者顯壓性，北西向者顯張扭性，東西向者顯張性；③新構造運動具繼承性和新生性。

根據《中國地震危險區(qū)劃》涼山州西昌市抗震設防震級為Ⅸ-Ⅹ級。根據中國地震動參數區(qū)劃圖（GB18306-2010），抗震設防烈度為Ⅸ-Ⅹ度，設計基本地震加速度值為0.40g，設計抗震為第一組。

1.6 水文地質條件

工程區(qū)地形地貌、地質構造及地層巖性十分復雜，使得區(qū)內水文地質條件較復雜。根據地下水的賦存條件、水力特征水理性質等可將區(qū)內地下水劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、基巖裂隙水四種類型。

2.形成條件

2.1 地形條件

蔡家山溝溝道走向西南-東北，溝內常年流水，雨季流量較大，冬季水量較小，主要接受大氣降水補給。據現場勘查，該溝主溝長約1.09km，匯水面積0.55km2，流域形態(tài)似樹葉狀，共發(fā)育5條支溝，主要分布在溝道左岸，

據現場勘查，蔡家山溝主溝中上游比降較大，下游相對平緩，溝域最高海拔約1775m，最低海拔為1524m，相對高差達251m，主溝平均坡降為230.3‰，溝谷切割較為強烈，兩側地形陡峻，坡度40°～65°，溝谷呈深“V”字型。溝域中上游跌水陡坎發(fā)育，跌水陡坎發(fā)育近5處，沿途兩岸可見基巖出露。溝域內不良地質的主要為滑塌。此外，整個溝域內植被發(fā)育較好，植被覆蓋率60%以上，以林地為主。

2.2 物源條件

根據勘查，該泥石流溝的物源主要有崩滑物源、溝道物源及坡面侵蝕物源三種。其中崩滑物源主要分布在近溝口段，長度約100m，對溝道產生了一定的擠壓。溝道堆積物源分布于蔡家山溝形成區(qū)及流通堆積區(qū)段，以揭底沖刷的方式參與泥石流活動；坡面侵蝕物源主要分布在形成區(qū)的溝道兩側，主要以坡表溜滑及坡腳沖刷的方式參與泥石流活動。通過本次詳細勘查，對物源總量及動儲量進行了統(tǒng)計。蔡家山溝溝域內發(fā)育崩滑堆積物源1處，物源總量約為0.24×104m3，估算動儲量約為0.06×104m3；溝道堆積物源總量約為0.93×104m3，估算動儲量約為0.15×104m3；坡面侵蝕物源9處，物源總量約為7.58×104m3，估算動儲量約為0.41×104m3。物源總量總計約為8.75×104m3，動儲量約0.62×104m3。

2.3 水動力條件

該溝域內地下水貯藏不豐富，溝域內未發(fā)現有水庫、湖泊等集中的地表水體，主要接受大氣降雨補給。因此，暴雨是導致泥石流發(fā)生的主要觸發(fā)因素。

據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》，西昌市西郊鄉(xiāng)的1/6h、1h、6h、24h多年最大暴雨量平均值分別為15mm、32mm、60mm、70mm。在50年一遇的條件下，1/6h、1h、6h、24h雨強可分別達到31.2mm、68.8mm、127.20mm、150.50mm，具備引發(fā)泥石流災害的降雨條件。

3.泥石流基本特征

3.1 泥石流災害歷史

根據現場調查訪問，該溝目前未發(fā)生過大規(guī)模泥石流活動。在每年雨季，溝道內洪水量較大，溝道沖刷側蝕較為嚴重。尤其是2013年“8.31”暴雨，僅洪水量較大，無大量固體物質沖出溝口。但目前溝道內松散固體物源處于積聚階段，形成區(qū)可能提供形成泥石流的固體物源較為豐富，現狀不穩(wěn)定，危險性大，一旦在暴雨條件下，將可能誘發(fā)形成較大規(guī)模泥石流。

3.2 泥石流各區(qū)段沖淤特征

根據泥石流在各區(qū)段特征的差異，將泥石流分為清水區(qū)、形成流通區(qū)和堆積區(qū)。其中，蔡家山溝泥石流清水區(qū)位于溝床高程1675m以上部分，該區(qū)段溝道長度約0.28km，溝道平均縱坡比降約357‰，溝道坡度較陡，達20°以上。匯水面積約0.33km2，匯流面積占整個流域60%。較大的匯水面積使水源條件充足，加之溝道兩側岸坡較陡，有利于大氣降水和地表水的匯流，給泥石流的發(fā)生提供了充足的水源和較好的水動力條件。因此，該區(qū)泥石流表現為以沖為主的特征。

形成區(qū)主要分布在海拔高程1557m-1675m段，該區(qū)溝道長度0.49km，分布面積0.16km2，溝道平均縱坡比降約240.8‰，上段溝床寬度2.0～4.5m，下游段寬度可達3.0～6.0m，溝道縱坡為12～15°。該段溝道內堆積了大量的松散固體物源，以大粒徑塊石為主，呈次棱角狀，且兩側岸坡沖刷明顯。據此，該區(qū)域的沖淤特征以沖為主。

堆積區(qū)主要分布在海拔1557m以下至溝口段，該段溝道長度0.32km，分布面積0.06km2，溝道平均縱坡比降約113.5‰，溝床寬度2.0～3.5m，溝道縱坡為8～10°。據以往泥石流發(fā)生情況及目前溝內泥石流堆積特征判斷，該區(qū)內泥石流呈現以沖為主，沖淤平衡的特點。

3.3 泥石流堆積物特征

本次勘查對溝道堆積物進行了現場篩分試驗，得出了不同粒徑區(qū)間的顆粒重量及所占百分比，其結果如表1。

表1 堆積物顆粒分析結果統(tǒng)計表

由表可見，不同取樣位置的堆積體顆粒級配分析反映了溝域內不同空間位置的水動力條件和沖淤特征，與野外調查的情況基本相符，主要體現為以下幾個方面：

（1）試驗成果反應出土石比較小，最大值為接近溝口TC01處顆粒級配分析的成果，其值為36.62:63.38，最小值為探槽TC07中的試驗值。土石比較小的特點說明蔡家山溝溝域總體上水動力條件較大，細小顆粒大部分被洪水帶走，而粗顆粒停留于溝道內。

（2）不同溝段試驗成果的差異也反映了不同溝段水動力條件的差異和沖淤特征?？偟膩碚f，土石比呈現出自上而下增加趨勢，這種規(guī)律與3.2節(jié)得出的不同溝段沖淤特征的分析情況是基本吻合的。

（3）由于溝域內堆積物土石比較低，其顆粒大部分在2mm以上，而粒徑＜2mm的砂粒含量普遍較低。

3.4 泥石流堆積物特征分析

根據前述蔡家山溝泥石流的發(fā)展史，該溝未曾發(fā)生較大規(guī)模泥石流活動，主要為洪水或者水石流。但根據實際調查，溝道內堆積了大量了松散固體物源，塊石含量較大，呈次棱角狀，且溝道局部段有基巖出露，兩側岸坡沖刷明顯。正處在松散固體物源積聚階段，而上部形成區(qū)可能提供形成泥石流的固體物源較為豐富，現狀不穩(wěn)定，危險性大，一旦在暴雨條件下，將可能誘發(fā)形成較大規(guī)模泥石流。

4 泥石流發(fā)展趨勢分析

4.1 泥石流易發(fā)程度分析與評價

調查結果表明，蔡家山溝為潛在暴雨性溝谷型泥石流溝。在泥石流形成過程中，溝域內上部溝道較窄、兩岸地形較陡、匯水面積大，為水源匯聚提供了有利的地形地貌條件；蔡家山溝支溝發(fā)育，溝域內堆積大量松散塊碎石土，為泥石流的發(fā)生創(chuàng)造了良好的物源條件和水動力條件。

根據泥石流溝域基本特征，按《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》（DT /T0220-2006），蔡家山溝泥石流易發(fā)程度綜合評分為82分，綜合判定泥石流易發(fā)程度屬輕度易發(fā)。見表2。

表2 泥石流溝易發(fā)程度數量化綜合評判等級標準表

4.2 泥石流的發(fā)生頻率和發(fā)展階段

根據前述對泥石流災害史的調查，蔡家山溝發(fā)生水石流或泥石流的頻率較低，可判定為潛在泥石流溝，且目前溝域內可參與泥石流活動的固體物源動儲量達1.842×104m3，相對該溝的地形地貌特征，具備了發(fā)生大規(guī)模泥石流的可能性。綜合前述及相關規(guī)范判定該泥石流所處發(fā)展階段為形成-發(fā)展期。

4.3 泥石流發(fā)展趨勢預測

從泥石流成因機制和引發(fā)因素進行分析，蔡家山溝屬暴雨溝谷型泥石流。泥石流規(guī)模主要與溝域內松散固體物源的總量計暴雨情況相關，當溝域內松散固體物源較多，且遇到集中暴雨時，往往造成較大規(guī)模的泥石流災害。

5.結論

本文通過詳細的現場調查對蔡家山溝泥石流的工程地質條件進行查明，并以此為依據分析泥石流溝的形成條件。針對泥石流在各段的堆積特征差異，將泥石流劃分區(qū)清水區(qū)、形成流通區(qū)和堆積區(qū)，并通過室內篩分實驗對各區(qū)的堆積物特征進行研究，結合相關規(guī)范判定該泥石流易發(fā)性為輕度易發(fā)，最后得出，隨著水土流失進一步加劇，可參與泥石流活動的松散固體物源量有可能大幅增加，在大暴雨的作用下，該泥石流溝將爆發(fā)大規(guī)模的泥石流災害。