西藏泥石流地質災害及其生態(tài)環(huán)境效應

趙永輝，王 赟，李生才，朗杰曲珍

(1.西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測設計研究院，西藏 拉薩 850000； 2.中國水電基礎局有限公司西藏分公司，天津 301700)

中國作為一個多山的國家，山區(qū)泥石流地質災害較發(fā)育，特別是西藏高原地區(qū)，如波密縣古鄉(xiāng)泥石流、波密縣扎木弄巴泥石流和米林縣碎屑流等[1- 3]。劉波等對緊鄰川藏鐵路某車站的冰湖潰決型泥石流風險進行了評價，并提出了相應的防治措施[4]；孫興偉等就西藏某擬建水電站附近的泥石流地質災害展開了成因機制相關研究[5]；楊照應等針對西藏察隅縣典型泥石流開展了泥石流運動特征分析[6]；胡林等歸納了西藏拉薩市城關區(qū)格布溝泥石流成災機理[7]；王一偉等通過調(diào)查，給出了西藏革吉縣那布居委會檢查站泥石流防治建議[8]；頓都等基于調(diào)查提出了西藏瓊結縣白色溝泥石流減災措施[9]。

本文以西藏白龍普溝泥石流地質災害為例，重點分析其發(fā)育特征、發(fā)展趨勢及其生態(tài)效應。

1 泥石流概況

白龍普溝泥石流地質災害位于西藏日喀則市定日縣絨轄曲左岸，縱長約為4km，橫寬約為1.2km，流域面積約為3.8km2。

據(jù)現(xiàn)場踏勘，白龍普溝泥石流溝口至中游兩側溝道存在明顯的垮塌斷面，溝口泥石流洪積扇基本分兩期堆積，即前期和后期洪積扇。其中前期洪積扇植被長勢較好，后期洪積扇表層無植被分布，物質組成主要為碎石混合土，結合松散，扇緣直抵絨轄曲，為一處典型的山區(qū)溝谷型泥石流地質災害，如圖1所示。

2 泥石流發(fā)育特征及預測

2.1 泥石流衛(wèi)星遙感影像

據(jù)2008年12月、2011年11月和2015年5月研究區(qū)遙感影像，可以得到以下認識：

(1)白龍普泥石流形成于2008年12月之前。2008年12月至2015年5月期間，泥石流溝道變形破壞不明顯，溝口洪積扇地形地貌未產(chǎn)生明顯變化，說明白龍普泥石流爆發(fā)后該時間段內(nèi)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)白龍普泥石流溝內(nèi)固體物源豐富，物質組成復雜。其中，流域中上游堆積大量冰磧物和冰水堆積體，但是并未發(fā)現(xiàn)明顯垮塌、滑移等變形跡象，說明白龍普泥石流固體物源并非來自流域中上游；流域中下游存在顯著的變形跡象，主要為溝道兩側的滑塌破壞。因此，白龍普泥石流地質災害固體物源來自中下游，以溝道堆積體和岸坡滑塌體為主。

(3)白龍普泥石流溝口發(fā)育老洪積扇，近期最后一次泥石流產(chǎn)生后，其洪積扇覆蓋于老洪積扇之上，且新洪積扇方量明顯小于老洪積扇。分析認為，白龍普泥石流存在明顯的分期性[10]，且泥石流規(guī)模存在逐漸變小的趨勢。此外，老洪積扇地形地貌未發(fā)生較大變化，其上植被長勢較好。進一步說明2008年12月至2015年5月期間，該泥石流溝處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 白龍普泥石流全貌圖

(4)一般認為，泥石流溝主要分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)三個區(qū)域。白龍普泥石流溝較特殊，除溝口堆積區(qū)發(fā)育新老洪積扇外，該泥石流溝形成區(qū)和流通區(qū)邊界模糊，無明顯的分區(qū)特征。如圖2所示。

2.2 泥石流成因及發(fā)展趨勢預測

研究區(qū)地處喜馬拉雅山區(qū)，隨著全球變暖，青藏高原地區(qū)冰川嚴重退縮[11- 15]，白龍普泥石流溝水力條件大大改善；據(jù)歷史遙感影像，白龍普泥石流溝內(nèi)固體物源豐富，多為結構松散的覆蓋層；加之白龍普泥石流溝三面環(huán)山，溝口與后緣高差較大，此地形地貌極有利于向溝道集水。因此，白龍普泥石流溝水力條件、地形地貌和物源條件均有利其產(chǎn)生泥石流地質災害。

據(jù)歷史遙感影像(圖2)，白龍普泥石流發(fā)育規(guī)模有變小的趨勢。但是，隨著全球氣候變化的影響，未來產(chǎn)生極端工況的可能性較大，不排除白龍普泥石流未來爆發(fā)大型，甚至特大型泥石流地質災害的可能。一旦產(chǎn)生大型、特大型泥石流地質災害，河道極易被堵塞，再次形成次生災害—堰塞湖[16]。因此，未來斜坡地質災害，特別是山區(qū)泥石流地質災害防治依然是西藏地質工作的重點。

結合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境條件，建議白龍普泥石流溝采用工程和生態(tài)相結合的防治措施[17- 18]。其中，工程措施包括溝口設置多級攔砂壩等；生態(tài)措施可以根據(jù)喜馬拉雅山南坡具體生態(tài)環(huán)境條件，對溝道中下游岸坡采取種植當?shù)毓嗄竞筒莸榈纳鷳B(tài)恢復措施，以此防治坡面沖刷侵蝕而增加固體物源。

圖2 泥石流溝歷史遙感影像(據(jù)Googel Earth))

3 關于高原泥石流生態(tài)環(huán)境效應的討論

受地質構造作用，西藏高原斜坡地質災害較發(fā)育，而在復雜的斜坡地質災害中，泥石流地質災害在西藏高原屢見不鮮。泥石流地質災害給西藏人民日常生活和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展帶來了較大的負面影響，其特殊的地質地貌和物質結構無時無刻不在改變著西藏高原的生態(tài)環(huán)境[19]。因此，西藏高原泥石流地質災害具有十分重要的研究價值，而泥石流洪積扇又是研究的重中之重。

3.1 關于泥石流洪積扇作為天然建材的討論

西藏高原泥石流爆發(fā)后形成的洪積扇具有十分重要的工程實踐價值。一般認為，洪積扇物質組成主要由漂卵礫石土或塊碎石土組成。當泥石流物源區(qū)至溝口堆積區(qū)搬運距離較遠時，洪積扇主要為漂卵礫石土，漂石、卵石和礫石多呈次棱角—次圓狀。反之，洪積扇主要為塊碎石土，塊石、碎石和礫石多呈棱角—次棱角狀。不論漂卵礫石土還是塊碎石土，均富含大量的水利水電、公路、建筑等工程必須的的天然建材(如圖3所示)。

圖3 泥石流洪積扇區(qū)天然建材

(1)西藏高原泥石流洪積漂卵礫石土或塊碎石土中粒徑d≥200mm的漂石或塊石[20]，可初選為堆石料、砌石料、混凝土人工骨料等[21]。

(2)高原泥石流洪積漂卵礫石土或塊碎石土中，粒徑2mm≤d<200mm的卵礫石或碎礫石，以及粒徑0.075mm≤d<2mm的砂粒[20]，當初判其含泥量較低時，可初選為混凝土粗細骨料[21]。

(3)除漂(塊)石、卵(碎)礫石外，粒徑0.005mm≤d<0.075mm的細粒[20]，其可與水泥按一定配合比拌和成水泥土，可用于地基處理[22]。

并非所有的泥石流洪積漂卵礫石土或塊碎石土均可作為天然建材，部分巖體具有堿活性，或者存在針狀顆粒、片狀顆粒、軟弱顆粒等[19]。對野外初步選定的天然建材還需輔以必要的室內(nèi)試驗，以便進一步確定天然建材質量。

3.2 關于泥石流洪積扇透鏡體的討論

泥石流搬運固體物源的能力隨水力條件的變化而變化。泥石流爆發(fā)階段以搬運巨粒物質為主，洪峰過后，水力條件大大減弱，尾水主要攜帶粉細砂、粘土等細粒物質，易在洪積扇淺表層形成辮狀溝槽，并在溝槽內(nèi)沉積細粒物質。由于泥石流地質災害具有明顯的分期性[10]，后期泥石流爆發(fā)后，大量的新鮮洪積物迅速覆蓋于前期洪積扇之上，致使前期洪積扇與后期洪積扇分界面處夾粉細砂、粘土等細粒物質，易形成透鏡體或軟弱夾層，如康馬縣泥石流洪積扇斷面處洪積粉細砂土夾層，如圖4所示。

圖4 康馬縣泥石流洪積扇斷面

鑒于高原大型古洪積扇地勢相對平坦，常常將其作為農(nóng)牧區(qū)小型旁側式水庫的最佳場址。而泥石流地質災害具有明顯的多期性特征[10]，洪積扇可能存在多層透鏡體或軟弱夾層。鑒于泥石流洪積扇內(nèi)部透鏡體或軟弱夾層級配差，分選性好。在地下水滲透力作用下，透鏡體或軟弱夾層處細粒物質被侵蝕帶走后，易產(chǎn)生管涌或流土破壞[23- 24]。此外，透鏡體或軟弱夾層工程特性差，存在抗剪強度低、壓縮性強、承載力不足等工程地質問題，處理不當，易產(chǎn)生水庫壩基沉降變形大等問題。因此，旁側式水庫工程建設中，必須通過鉆孔揭露洪積扇的軟弱透鏡體，查明泥石流分期特性[10]，輔以孤石拋填、地基換填、振沖碎石樁等工程處理措施。

3.3 關于泥石流洪積扇作為村落聚點的討論

西藏高原高寒缺氧，氣候惡劣，常常被視為人類生命的禁區(qū)，而高原人民世世代代卻在這片熱土上繁衍生息，他們憑借勤勞與智慧在“世界第三極”[25]找到了適合長期居住生活的“避風港”，即古洪積扇。

從生態(tài)效應角度講，與崩塌、滑坡等其他地質災害堆積體相比而言，古洪積扇改變了局部地帶地形地貌[26]，形成了相對較平緩、寬闊的堆積扇，使得其成為斜坡地質災害堆積體中最佳的村落聚點場址區(qū)。首先，古洪積扇經(jīng)歷了漫長的沉積過程，除局部粉細砂透鏡外，絕大部分洪積物骨架作用較明顯，多呈中密—密實，地基承載力基本滿足一般水利、交通、建筑等工程要求；其次，古洪積扇地層具有明顯的分層性，深部主要為巨?；虼至Ｎ镔|，淺表層以粉細砂土、淤泥等細粒物質為主，其易形成土壤，為西藏高原農(nóng)牧業(yè)發(fā)展奠定了基礎；最后，縱觀歷史長河，世界古代文明發(fā)祥地均離不開水系，而西藏高原古洪積扇基本滿足這一條件。西藏高原泥石流溝上游多為高海拔雪山，冰雪融水形成地表徑流后源源不斷的為下游古洪積扇村落提供生活和農(nóng)牧用水。因此，西藏高原泥石流及其古洪積扇生態(tài)環(huán)境也一定程度上決定了西藏高原人民依溝而居，以農(nóng)牧業(yè)為主的生活方式。

以西藏山南市桑日縣赤康村泥石流為例，溝口古洪積扇整體地形較平坦，主要布置為村莊、光伏電站和基本農(nóng)田等，中游設有旁側式水庫、取水建筑物等水利設施，很大程度上可滿足下游村莊和農(nóng)田用水。同時，中上游分布大面積的草場，可保證當?shù)匦竽翗I(yè)要求。此外，溝內(nèi)高原冷水魚、猞猁、野兔頻繁活動，保留著較完整的陸地生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)，整體生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，為保護高原生物多樣性扮演著重要的角色。因此，整個泥石流溝流域為赤康村等幾個村落提供了一個相對安逸的生活聚點，如圖5所示。

圖5 桑日縣赤康村泥石流溝全貌

4 結語

(1)白龍普泥石流形成于2008年12月之前，其發(fā)育具有顯著的分期性，且其形成區(qū)和流通區(qū)邊界模糊，分區(qū)特征不明顯。

(2)白龍普溝地形地貌、水文氣象、溝內(nèi)固體物源均有利于爆發(fā)泥石流地質災害，其是在上述條件共同作用下而產(chǎn)生，未來仍有爆發(fā)泥石流地質災害的可能。

(3)結合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境條件，建議白龍普泥石流溝采用工程和生態(tài)相結合的防治措施。

(4)缺生態(tài)環(huán)境效應相關結合。