堆龍德慶區(qū)比西溝泥石流特征及成因機制分析

徐琳，達娃，羅紹強，胡林，肖進，趙海華，官輝

堆龍德慶區(qū)比西溝泥石流特征及成因機制分析

徐琳1，達娃2，羅紹強1，胡林1，肖進1，趙海華2，官輝2

（1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊，四川 綿陽 621000；2.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地熱地質(zhì)大隊，拉薩，850032）

堆龍德慶區(qū)比西溝于2019年7月10日暴發(fā)泥石流，造成溝口某部隊、駕校和公路等被損毀。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)比西溝具有溝域面積大，主溝縱坡降大的有利地形條件和極端降雨條件；溝域內(nèi)物源豐富，包括滑塌堆積物源、溝道堆積物源、坡面侵蝕物源，松散物靜儲量約152.52×104m3，可參與泥石流運動的動儲量為11.64×104ｍ3。比西溝再一次爆發(fā)泥石流的可能性較大，建議盡快采取工程治理防治措施。

堆龍德慶區(qū)；泥石流；發(fā)育特征；成因機制

青藏高原特殊的地質(zhì)、地理和地貌特點，導致滑坡、泥石流等地質(zhì)災害頻發(fā)，不少學者利用多種方法對地質(zhì)災害的類型、成因等進行了研究（劉剛等，2017；孟暉等，2004；彭建兵等，2004；李永化等，2002；黃永高等，2019）。2019年筆者參加了西藏自治區(qū)自然資源廳組織的1∶5萬地質(zhì)災害詳細調(diào)查項目，對堆龍德慶區(qū)地質(zhì)災害進行了詳細調(diào)查，部分災害點開展了勘查工作。

2019年7月10日拉薩市堆龍德慶區(qū)西側(cè)乃瓊街道乃瓊村比西溝發(fā)生山洪泥石流，造成溝口某部隊和宇拓駕校被淹沒（圖1），場地內(nèi)積水0.7～1.2m，泥砂堆積30～50cm，沖毀圍墻55m，8輛教練車損壞，7輛電瓶車損毀，無人員傷亡，造成直接經(jīng)濟損失約20萬。目前泥石流主要威脅溝口乃瓊村二、六、七、八組居民及某部隊營區(qū)、駕校、公路、鐵路等，潛在經(jīng)濟損失達5 000萬。本文筆者通過實地調(diào)查，對形成比西溝泥石流的形成條件和成因進行了深入分析。

圖1 比西溝泥石流掩埋駕校及公路

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境概況

堆龍德慶區(qū)位于西藏自治區(qū)南部，雅魯藏布江縫合帶北側(cè)的拉薩地塊中部，屬雅魯藏布江拉薩河流域，區(qū)內(nèi)有堆龍曲至北向南貫穿全境。堆龍德慶區(qū)北西側(cè)即為著名的羊八井-當雄地塹，工作區(qū)位于地塹的南東翼，相當于地壘穩(wěn)定抬升區(qū)。區(qū)內(nèi)北部地區(qū)新構(gòu)造抬升運動強烈，山體下切明顯，河谷深切割，山坡坡度陡，第四系河谷階地發(fā)育（吳中海，2004），地質(zhì)災害十分發(fā)育，向南部抬升相對減弱，地質(zhì)災害發(fā)育程度也減弱。區(qū)內(nèi)以大面積發(fā)育巖漿巖為特征，主要以古近系火山巖、白堊紀中酸性侵入巖為主，其次為侏羅系、白堊系及第四系等。區(qū)內(nèi)北部地區(qū)斷裂、褶皺構(gòu)造較發(fā)育，以近東西向斷裂構(gòu)造為主。

比西溝泥石流位于堆龍德慶區(qū)西南部，屬于堆龍曲一級支溝，流域面積約23.3km2。溝域內(nèi)發(fā)育兩條斷裂構(gòu)造，F(xiàn)1為近東西向展布，造就了主溝負地形地貌，斷裂帶內(nèi)巖石極為破碎，呈碎裂狀，破碎帶寬一般3～5m。總體上斷面南傾，反映為南傾的逆沖斷層。F2發(fā)育于溝域上部，呈北北東向延伸，斷層通過處，負地形明顯，在山脊處形成埡口，斷層破碎帶發(fā)育，帶內(nèi)巖石極為破碎，偶見斷層泥礫，斷層性質(zhì)不明（圖2）。

溝域內(nèi)主要出露白堊系下統(tǒng)楚木龍組（K1）薄-中層狀石英砂巖、含礫石英砂巖、粉砂巖；塔克那組（K1）砂巖、頁巖、泥巖夾灰?guī)r等；侏羅-白堊系林布宗組（J3K1）灰黑色板巖、粉砂巖夾灰白色石英砂巖及古近紀二長花崗巖等。第四系松散層主要包括沖積、沖洪積、殘坡積等成因類型。

2 泥石流形成條件

比西溝流域在地形、物源和降雨三個條件上具有極端性，是2019年7月10日爆發(fā)泥石流災害的根本原因。

2.1 地形條件

溝域地勢總體上西高東低，溝域內(nèi)山地海拔高程一般都在4 000m以上，由南西向北東方向徑流。比西溝泥石流溝域形態(tài)大體為“樹枝”狀，主溝長約7.1km，流域面積約23.3km2。泥石流溝口海拔3 729m，溝谷源頭海拔5 249m，相對高差 1 520m，主溝縱坡降約214.1‰。比西溝泥石流溝主溝為“U”型谷，支溝多呈“V”型谷，主溝最寬處約91m，最窄處約2～5m，兩岸陡緩相間；該泥石流溝域內(nèi)支溝發(fā)育主要發(fā)育6條較大支溝，支溝溝谷深切。溝床總體呈上陡下緩，該溝有季節(jié)性流水，水源主要為地下水溢出、大氣降水、融雪，該泥石流清水區(qū)位于溝頂一帶，地勢陡峭，基巖裸露為主。在海拔5 000m以上的地段，無植被發(fā)育，寒凍風化的坡面碎屑沿斜坡散落堆積。溝道中松散物堆積較少，以徑流沖刷基巖為特征。形成區(qū)位于溝域中段，該段內(nèi)有大量的松散物源，形成區(qū)中上游較陡，溝道坡度一般10°～20°，溝道寬約2～10m不等；中下游相對較緩，溝道坡度為5°～10°，溝道寬約5～35m。形成區(qū)上部溝道兩側(cè)岸坡受泥石流沖刷形成陡坎，陡坎高約2～5m不等，兩岸坡體表面溝壑發(fā)育；形成區(qū)中下部，溝道下切第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，形成深約3～5m的U型溝道，溝岸滑塌明顯。流通區(qū)位于形成區(qū)與堆積區(qū)之間，長約650m左右，相對高差60m,平均縱坡降92.3‰。流通區(qū)溝道寬約85～91m不等，溝道中堆積有大量的松散砂、礫石及沙土等物質(zhì)，厚度約10～15m不等，為泥石流的形成提供了大量的溝道堆積物源。堆積區(qū)堆積扇形地不發(fā)育，主要沿溝道堆積，位于溝口往北東一帶開闊地段。

圖2 比西溝泥石流溝域示意圖

2.2 物源條件

比西溝泥石流屬溝谷堆積特征明顯的泥石流，其松散固體物源較豐富，且物源分布較為集中。物源類型主要包括滑塌堆積物源、溝道堆物源、坡面侵蝕物源三類（表1）。其中滑塌物源11處，坡面侵蝕物源7處，溝道物源3處。

表1 比西溝泥石流物源估算匯總統(tǒng)計表

（1）滑塌堆積物源

比西溝泥石流滑塌物源主要是由于溝道深切造成岸坡滑坡、崩塌而形成的物源。該類物源以溝域中游一帶溝岸滑塌為主，主要為溝道兩側(cè)的第四系沖洪積層、殘坡積層在溝道侵蝕斜坡前緣的情況下造成岸坡失穩(wěn)而發(fā)生滑坡、崩塌，滑塌堆積物進入溝道為泥石流形成提供物源補給（圖3A、B）。溝域內(nèi)共有滑塌物源11處（表2），共計物源儲量35.98×104m3，活動儲量約1.1×104m3。該類物源松散物一般以砂土和少量的碎石為主，顆粒較小，利于水流搬運，可直接參與泥石流的形成，是比西溝泥石流的主要物源之一。

（2）溝道堆積物源

比西溝泥石流的溝道堆積物源主要分布在主溝及支溝中。溝道堆積物源參與泥石流活動的方式主要為溝床的揭底沖刷，其可參與泥石流活動的物源量主要為溝底拉槽下切可能掏蝕的部分及拉槽下切后兩側(cè)岸坡可能失穩(wěn)進而參與泥石流活動的物源兩部分組成。因而，其可參與泥石流活動的動儲量主要取決于溝道沖刷深度和可能沖刷的寬度，而沖刷深度又由溝道形態(tài)特征、寬度、縱坡降、水力條件、堆積物顆粒級配及結(jié)構(gòu)特征等決定。揭底深度按調(diào)查深度兩側(cè)動儲量按碎石土自然休止角30°～35°計算確定。

比西溝泥石流主要包括3處溝道物源，為早期泥石流物質(zhì)在搬運過程中沿溝道停積（圖3C、D），為后期泥石流發(fā)生提供了物質(zhì)來源。共計溝道物源儲量23.78×104m3，活動儲量約6.7×104m3。

表2 比西溝泥石流物源分布統(tǒng)計表

（3）坡面侵蝕物源

比西溝泥石流溝域內(nèi)植被較發(fā)育，以高原草甸為主，其保持水土能力有限，暴雨侵蝕明顯，溝道兩邊岸坡陡立，坡體結(jié)構(gòu)松散，坡體受雨水沖刷及冰雪融化水影響，直接掉落溝道，受雨水沖刷溝壑發(fā)育，為泥石流的形成提供松散物源（圖3E、F）。

坡面侵蝕物源區(qū)參與泥石流活動的方式主要為暴雨侵蝕，面蝕和溝蝕的情況均有，其可能參與泥石流活動的物源量主要受侵蝕強度控制，而侵蝕強度主要受降雨量、斜坡結(jié)構(gòu)、斜坡表層巖土體結(jié)構(gòu)特征、斜坡坡度、植被特征等因素控制，總體上這些坡面侵蝕物源區(qū)坡度均較大，雨水對坡體表層破壞較為強烈，由于該岸坡較陡，侵蝕厚度相對較厚，一般侵蝕深度約0.5m～2.0m左右，因下部直接為溝道，被侵蝕直接進入溝道，其可參與泥石流活動的物源量折減較小。按特大暴雨條件下侵蝕厚度5cm計參與泥石流活動的動儲量。比西溝泥石流共計坡面侵蝕物源儲量92.76×104m3，動儲量3.84×104m3。

2.3 水源條件

堆龍德慶區(qū)城屬高原溫帶季風半干旱氣候，日照充足，氣候溫和，夏季雨水多、濕潤，冬季降水稀少、干燥。區(qū)內(nèi)多年平均降水量495.7mm，最大年降水量637.8mm，最大日降雨量50.5mm，日平均降雨量1.43mm，降雨季節(jié)分明，大雨或暴雨集中在6～9月，占年降水的95%。暴雨是引發(fā)比西溝泥石流最主要原因。

3 泥石流動力特征

3.1 泥石流容重

比西溝泥石流溝道堆積物在上、中游形成區(qū)以粗顆粒為主，自上游至下游塊石含量逐漸減少，細顆粒物含量逐漸增加。根據(jù)現(xiàn)場配漿得到泥石流的容重為1.55～1.68t/m3，平均值為1.62t/m3。根據(jù)泥石流顆粒篩分結(jié)果，利用粗、細顆粒物的百分含量對溝道內(nèi)的泥石流容重進行計算，計算公式為：

γD=P050.35P2γV+γX（1）

式中:γD為泥石流容重，t/m3;P05為粒徑＜0.05mm的顆粒百分含量;P2為粒徑＞2mm的顆粒百分含量;γV為黏性泥石流最小容重，本次取值2t/m3;γX為泥石流最小容重，本次取值1.4t/m3。最終計算得到泥石流的容重為1.673t/m3。

3.2 泥石流流速計算

比西溝泥石流容重取值1.673t/m3，為稀性泥石流，流速采用粘性泥石流通用公式進行計算：

VC=KHC2/3IC1/5（2）

式中Vc為泥石流斷面平均流速（m/s）；Hc為泥石流平均泥深，本次取值0.7m；Ic為泥位縱坡率，本次取值0.22；K為粘性泥石流流速系數(shù)，根據(jù)查表確定取值10。比西溝泥石流流速計算結(jié)果為5.807m/s。

3.3 泥石流流量計算

泥石流流量計算采用形態(tài)調(diào)查法，以流速乘以過流斷面面積得到。本次以流通區(qū)斷面計算，斷面面積32m2，計算得到泥石流斷面峰值流量為185.86m3/s。

圖3 比西溝泥石流物源照片

A、B-滑塌堆積物源，C、D-溝道堆積物源，E、F-坡面侵蝕物源

4 泥石流成因機制探討

比西溝泥石流溝流域面積大，溝域內(nèi)物源豐富，目前溝域內(nèi)松散物源儲量為152.52×104m3，可參與泥石流運動的各類物源動儲量為11.64×104ｍ3，這些物源分布在主溝及各條支溝中。

比西溝各溝道兩岸陡立，支溝泥石流、坡面泥石流、溝岸滑塌等物質(zhì)在失穩(wěn)后高速沖入溝道內(nèi)，高勢能轉(zhuǎn)化為強大的動能，在溝道內(nèi)產(chǎn)生底蝕、側(cè)蝕，并攜帶物質(zhì)向下游高速運動，同時造成溝道兩岸的滑塌進一步發(fā)展，加入泥石流運動。當中上游支溝形成的泥石流高速運動至流通區(qū)時，部分直接以松散物質(zhì)形式參與泥石流運動，另一部分則對泥石流形成瞬時堰塞效應(yīng)，但終因泥石流來勢兇猛，堰塞效應(yīng)瞬間失效，松散物被挾裹著繼續(xù)向下游運動，而且瞬時堰塞效應(yīng)、底蝕、側(cè)蝕造成流通區(qū)、溝底及兩側(cè)堆積體大量失穩(wěn)，并參與泥石流運動，泥石流流體在此過程中呈滾雪球之勢不斷壯大（余斌，2009）。但泥石流爆發(fā)時僅能裹挾部分物源，在泥石流發(fā)生過程中，隨著溝道縱比降和寬度的變化，以及組成物質(zhì)出現(xiàn)水沙分離，部分固體物質(zhì)在溝道寬緩處停淤，不會一次沖出泥石流溝（何偉，2019），又可作為下一次爆發(fā)泥石流的物質(zhì)基礎(chǔ)。

比西溝泥石流為暴雨溝谷型泥石流，其發(fā)生頻率較高，規(guī)模屬于中型。物源條件、水源條件和地形條件都有利于泥石流的發(fā)生。在暴雨條件下，依據(jù)非飽和土強度理論（戚國慶和黃潤秋，2003），短時間的具有一定強度的降雨使得固體松散物質(zhì)中滲入的水量來不及排出，加上周圍降雨匯流的作用，固體松散物質(zhì)將啟動，形成泥石流。目前比西溝內(nèi)松散固體物源較豐富，堆積體較松散，在強降雨條件下再次發(fā)生泥石流的可能性較大。

5 結(jié)論

（1）比西溝泥石流溝域面積較大，相對高差大、主溝縱坡降較大，具有有利的地形地貌條件。溝域內(nèi)物源豐富，主要包括滑塌堆積物源、溝道堆積區(qū)域和坡面侵蝕物源，溝域內(nèi)松散物源靜儲量為152.52×104m3，可參與泥石流運動的動儲量為11.64×104ｍ3。

（2）比西溝泥石流容重為1.673t/m3，呈稀粥狀，流速為5.807m/s，斷面峰值流量為185.86m3/s。

（3）目前比西溝內(nèi)松散物源較豐富，在強降雨條件下再次發(fā)生泥石流的可能性較大。鑒于泥石流溝口威脅重大，建議盡快采取工程治理。

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Characteristics and Genetic Mechanism of the Bixigou Debris Flow in Doilungdêgên, Tibet

XU Lin1DA Wa2LUO Shao-qiang1HU Lin1XIAO Jin1ZHAO Hai-hua2GUAN Hui2

(1-Northwest Sichuan Geological Party, BGEEMRSP, Mianyang, Sichuan 621000; 2- Geothermal Geological Party, Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources of Tibet Autonomous Region, Lhasa 850032)

A debris flow occurred on July 10, 2019 in Bixigou Valley, Doilungdêgên, Tibet. It caused damage to a military barracks, driving school buildings and roads at mizoguchi. The Bixigou debris flow is characterized by great basin area, large longitudinal gradient of the main ditch and rich material resources with slide sediment source, channel sediment source, slope erosion sediment source and loose sediment of up to 152.52×104m3. There is a greater possibility of another debris flow in Bixigou Valley. It is suggested that preventive measures should be taken as soon as possible.

Doilungdêgên, Tibet; debris flow; Bixigou valley; development; genetic mechanism

P642.23

A

1006-0995（2021）03-0448-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.019

2020-09-16

徐琳（1986— ），男，四川綿陽人，高級工程師，碩士，從事區(qū)域地質(zhì)、地質(zhì)災害調(diào)查工作