洛浦縣阿其克河左岸泥石流發(fā)育特征及形成條件分析

陳偉楠，張?zhí)炝x

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091；2.中國(guó)地質(zhì)工程集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830018)

研究區(qū)位于洛浦縣南部的阿其克鄉(xiāng)政府西側(cè)。研究區(qū)距洛浦縣縣城公路里程35 km，從洛浦縣城至研究區(qū)有鄉(xiāng)村道路相通，交通較為便利。根據(jù)泥石流發(fā)育特征、影響區(qū)域及危害程度，通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)阿其克鄉(xiāng)當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)查訪問，確定本次研究區(qū)范圍涵蓋坡面泥石流整個(gè)匯水流域范圍和受威脅區(qū)域，即南、北兩側(cè)以坡面自然分布的洪水沖溝外擴(kuò)300 m為界，西側(cè)以低山丘陵區(qū)山脊分水嶺為界，東側(cè)以阿其克河?xùn)|岸為界(包括受泥石流影響的阿其克鄉(xiāng)政府)，研究區(qū)面積為13.74 km2。因此，本文在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-5]，對(duì)洛浦縣阿其克河左岸泥石流發(fā)育特征及形成條件分析，通過對(duì)洛浦縣阿其克河左岸泥石流發(fā)育特征及形成條件分析，可以對(duì)該泥石流的工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 孕災(zāi)環(huán)境條件分析

1.1 氣象水文

洛浦縣位于塔克拉瑪干大沙漠南緣，昆侖山北麓，處于歐亞大陸腹地，屬暖溫帶荒漠干旱氣候，南部山區(qū)為溫帶或寒帶氣候。研究區(qū)位于南部山區(qū)，氣候干燥，晝夜溫差大，氣溫變化劇烈，日照長(zhǎng)，降水量少，蒸發(fā)量大。根據(jù)收集到的洛浦縣氣象資料，洛浦縣年平均降水量35.2 mm，年蒸發(fā)量2 226.2 mm，最大凍土深度0.8 m。

研究區(qū)內(nèi)主要河流為阿其克河，該河發(fā)源于昆侖山之木斯塔格的雪山之中，流域面積1 965 km2，全長(zhǎng)130 km左右，在高山區(qū)切割較強(qiáng)烈，一出高山便流入風(fēng)成亞砂土覆蓋的礫質(zhì)平原區(qū)，切割變淺，到平原區(qū)河流縱坡變緩，在戈壁平原中發(fā)育有5-7級(jí)階地，多年平均徑流量為1.2億 m3/a。

1.2 地形地貌

研究區(qū)總體位于昆侖山北麓的低山丘陵區(qū)，海拔高度1 763～2 330 m，總體地勢(shì)西高東低，泥石流呈東西向展布，形成流通區(qū)無明顯界線，向東開口堆積的地形。按照地貌成因和形態(tài)特征，研究區(qū)微地貌可劃分為低山丘陵區(qū)和河谷階地兩種地貌類型。

1.3 地層巖性

研究區(qū)主要出露地層為二疊系和第四系，現(xiàn)由老至新分述如下。

1.3.1 二疊系

普司格組：局部出露于研究區(qū)泥石流下游階坎陡坡處，為一套陸相碎屑巖加少許灰?guī)r，主要巖性為暗棕紅色砂巖，含礫粗砂巖等，該組下與塔哈奇組灰?guī)r平行不整合接觸，上與古近系喀什群、新近系烏恰群等角度不整合接觸，厚度大于100 m。

1.3.2 第四系

(1)更新統(tǒng)

沖洪積層：大面積分布于研究區(qū)泥石流中游-上游區(qū)域及阿其克河河岸階地，由灰黃色松散狀砂、礫石、粉土等組成，至研究區(qū)西側(cè)上游分水嶺礫石明顯增多，礫石磨圓度較差，多呈次棱角狀、次圓狀，礫石大小混雜、無分選，礫石直徑2～20 cm。

(2)全新統(tǒng)

沖洪積層：主要分布于研究區(qū)阿其克河河床內(nèi)，主要巖性為卵石組成，雜色，干燥，稍-中密，不均勻。夾圓礫透鏡體，骨架顆粒連續(xù)，充填物以中細(xì)砂為主，含泥質(zhì)成分，礫石巖石成分以花崗巖、砂巖為主。

泥石流堆積層：主要分布在研究區(qū)一級(jí)階地居民生活區(qū)。巖性主要以粉土為主，上部多植物根系，砂感明顯,厚度分布不均勻，一級(jí)階地后緣堆積最厚，為9 m左右，至河岸逐漸變薄，厚度一般0.5 m左右。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)所在的構(gòu)造單元屬昆侖山褶皺帶，前山褶皺帶為其次一級(jí)構(gòu)造單元。經(jīng)歷了多次構(gòu)造變動(dòng)，構(gòu)造形跡支離破碎，殘缺不全。

研究區(qū)北麓山峰劇烈上升，昆侖山北麓的塔里木沉降帶則相對(duì)下降。在這種強(qiáng)烈的上升與下降運(yùn)動(dòng)中，山體再次遭受巨大外營(yíng)力的剝蝕改造，大量的碎屑物質(zhì)傾斜到北部較低地區(qū)。綜上所述，研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的升降運(yùn)動(dòng)，并具有對(duì)老構(gòu)造的繼承性，空間上的差異性，時(shí)間上間歇性特點(diǎn)。

1.5 工程地質(zhì)條件

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)巖土體工程地質(zhì)特征將區(qū)內(nèi)巖體可分為軟弱-較軟弱層狀以粉砂巖為主的碎屑巖巖組，將土體劃分為第四系卵石單層土體，第四系全新統(tǒng)粉土、卵石雙層土體和第四系粉土、砂、礫石多層土體3種。

1.5.1 巖體

軟弱-較軟弱層狀以粉砂巖為主的碎屑巖巖組：分布于研究區(qū)東部斜坡，巖性以二疊系的粉砂巖為主。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞強(qiáng)烈，巖石表層風(fēng)化裂隙比較發(fā)育，遇水易變軟，其抗壓強(qiáng)度將大大降低，工程地質(zhì)條件較差，但其厚度小，氣候干燥，一般影響不大。

1.5.2 土體

(1)第四系卵石單層土體：主要分布于研究區(qū)阿其克河河谷區(qū)域，出露地層為第四系全新統(tǒng)沖、洪積物，巖性為卵礫石，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果得出本層的物理力學(xué)指標(biāo)采用值為：fak=500 kPa；γ=21 kN/m3；Фk=45°；C=0 kPa，工程地質(zhì)條件較好。

(2)第四系全新統(tǒng)粉土、砂礫石雙層土體：主要分布在研究區(qū)21鄉(xiāng)政府周邊生產(chǎn)生活區(qū)，巖性主要由粉土、砂、礫石組成，粉土主要用于耕種，壓縮系數(shù)0.20～0.34 MPa-1，平均值0.27 MPa-1；壓縮模量ES范圍值5.52～9.33 MPa，平均值7.24 MPa；地基承載力特征值按照經(jīng)驗(yàn)為200 kPa，砂、礫石主要為河流沖洪積作用形成，中密狀，磨圓度好，工程地質(zhì)條件較好。

(3)第四系粉土、砂、礫石多層土體：分布于研究區(qū)高原臺(tái)地地區(qū)，巖性主要為粉土、礫石為主，表層土體結(jié)構(gòu)松散，溝道密布，垮塌體隨處可見，工程地質(zhì)條件較差。

1.6 水文地質(zhì)條件

根據(jù)研究區(qū)地下水及其賦存條件，水理性質(zhì)及水力特征，研究區(qū)主要為第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙孔隙水。

1.6.1 第四系松散巖類孔隙水

主要分布于研究區(qū)東側(cè)阿其克河谷區(qū)域。含水層巖性由第四系沖洪積物組成，厚度較大，水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na·Ca型，礦化度一般2 g/L左右。含水層巖性主要為卵石層，具分選性，礫石以亞圓狀為主，磨圓度較好，平均礫徑15 cm左右，填充物為細(xì)至粗砂；地下水補(bǔ)給主要來源為布藏河河水的側(cè)向補(bǔ)給，以及為大氣降水的垂直入滲。另外還有來自附近碎屑巖類裂隙孔隙水的側(cè)向補(bǔ)給，水力特征大多為潛水，下部含水層稍有承壓，水位埋深隨季節(jié)和地形變化明顯。地下水徑流緩慢，主要排泄方式為枯水期向附近溝谷或洼地排泄。

1.6.2 基巖類裂隙水

主要分布在研究區(qū)二疊系地層中，含水層巖性為夾在泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖中的礫巖、砂巖。由于在軟硬相間的地層，地層發(fā)生褶皺時(shí)在相對(duì)脆性的礫巖、砂巖中形成裂隙，所以礫巖、砂巖除具孔隙外同時(shí)存在裂隙。而泥灰?guī)r及砂質(zhì)泥巖等柔性巖石裂隙孔隙均不發(fā)育，具相對(duì)隔水作用。泉流量一般0.01-0.02 L/s，最大0.1 L/s。水質(zhì)較差，礦化度大于10 g/L，水化學(xué)類型為CI-Na型。

2 研究區(qū)泥石流發(fā)育特征分析

通過對(duì)研究區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及對(duì)阿其克鄉(xiāng)當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)查訪問，研究區(qū)發(fā)育有1處坡面泥石流災(zāi)害，流域南北兩側(cè)以自然洪水沖溝為界，西側(cè)以低山丘陵分水嶺為界，東側(cè)以Z723道路為界。流域內(nèi)整體地勢(shì)西南高東北低，泥石流無固定出山口，流域內(nèi)沖溝十分發(fā)育，無主溝道發(fā)育。

坡面泥石流流域面積6.78 km2，流域內(nèi)無明顯主溝道，形成區(qū)及流通區(qū)界線劃分不明顯，因此將分水嶺至坡腳堆積區(qū)之間的部分劃分為形成流通區(qū)，東西長(zhǎng)5 370 m，源頭最高海拔2 330 m，最低點(diǎn)1 770 m，高差560 m，呈“長(zhǎng)條”形，發(fā)源于西側(cè)丘陵山區(qū)，因二級(jí)階地坡度較緩(小于5°)，在二級(jí)階地上形成大量規(guī)模不一的沖溝，形成散流，因地層松散，在重力及雨水作用下向沖溝內(nèi)滑落，隨水流向下游泄流，水流掏蝕沖溝使兩岸出現(xiàn)大量垮塌。因整個(gè)流域內(nèi)細(xì)小沖溝十分發(fā)育，故泥石流形成-流通區(qū)面積占比大，包含泥石流上中下游。

其中流域上游為地山丘陵區(qū)，整體地勢(shì)西南高、東北低，地形起伏較大，山體坡度20°～30°，流域上游終止于西南側(cè)低山丘陵分水嶺，該區(qū)域內(nèi)沖溝多呈“V”型，溝道切割深度不大，沖溝深度多在0.3～1.5 m，溝道寬度1～2 m之間，坡面植被發(fā)育稀疏。

流域中游位于二級(jí)階地上，整體地勢(shì)平坦開闊，坡面上形成大量寬度在1～3 m，深度0.5～2 m的順坡沖溝，其中最寬處約20 m，最深約20 m，溝到中-下游溝床相對(duì)較寬闊，溝道比較順直。溝道橫斷面呈“V”型，平均縱坡95‰，溝床寬度3～20 m，溝床內(nèi)堆積有大量的松散堆積物。溝岸平均坡度62°左右，出露地層為第四系沖洪積物，在下游局部可見基巖出露，巖性為二疊系砂巖、泥巖，泥巖風(fēng)化強(qiáng)烈，砂巖風(fēng)化較弱。因地勢(shì)平坦開闊，流域內(nèi)植被覆蓋較差，只有零星分布。

在流域中下游二級(jí)階地與一級(jí)階地間斜坡坡度變大，坡面匯水散流形成20條呈現(xiàn)典型“梳狀”特征的沖溝，該段泥石流沖溝溝槽順直，長(zhǎng)度390 m左右，泥石流在該處形成的勢(shì)能最大，破壞力也最大，其中有8條沖溝在該處形成，具有溝道短(123～560 m)，縱坡大(264.2‰～552.8‰)等特點(diǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，坡面泥石流堆積區(qū)位于坡腳至Z723道路之間，堆積區(qū)面積0.1 km2，堆積區(qū)東西長(zhǎng)40～130 m，沿坡腳南北寬1 280 m，因人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，修建有鄉(xiāng)政府、衛(wèi)生院、學(xué)校、貿(mào)易市場(chǎng)等，堆積區(qū)原始形態(tài)已被破壞，完整度不足10%，當(dāng)?shù)卣疄閿r截坡面雨水，在坡腳人為修建有一條自南向北的簡(jiǎn)易排水溝，溝道寬3 m、深2 m。

3 研究區(qū)泥石流形成條件分析

3.1 地形地貌

研究區(qū)發(fā)育的坡面泥石流流域面積6.78 km2，無明顯主溝道，泥石流形成流通區(qū)東西長(zhǎng)5 370 m，源頭最高海拔2 330 m，最低點(diǎn)海拔1 763 m，高差567 m。

坡面泥石流上游終止于西南側(cè)低山丘陵區(qū)，該區(qū)域占整個(gè)流域面積的20%，丘陵區(qū)山體坡度20°～30°，地形起伏較大，坡面植被發(fā)育稀疏，該區(qū)域內(nèi)沖溝多呈“V”型，溝道切割深度不大，沖溝深度多在0.3～1.5 m，溝道寬度1～2 m之間。

流域中上游緩坡地段位于二級(jí)階地上，該區(qū)域在整個(gè)泥石流流域內(nèi)占比較大，占流域69.7%。該區(qū)域地勢(shì)平坦開闊，地形坡度4°～11°，坡向57°，坡面上存在大量寬度在1～3 m，深度0.5～2 m的順坡沖溝，水流切割強(qiáng)烈，溝道兩側(cè)近乎直立，其中最寬處約20 m，最深約20 m，溝道橫斷面呈“V”型，平均縱坡95‰，溝床寬度3～20 m，溝床內(nèi)堆積有大量的松散堆積物。

在流域中下游二級(jí)階地與一級(jí)階地間斜坡坡度變大，坡度在10°～35°之間，坡面匯水散流形成20條呈現(xiàn)典型“梳狀”特征的沖溝，在該段坡面沖溝溝槽順直，長(zhǎng)度為390 m左右，泥石流在該處形成的勢(shì)能最大，其中有8條破壞力沖溝在該處形成，具有溝道短(123～560 m)，縱坡大(264.2‰～552.8‰)等特點(diǎn)，為泥石流的形成提供了良好的地形條件。

泥石流下游堆積區(qū)位于阿其克河一級(jí)階地上，因坡腳南北寬1 280 m，坡面泥石流呈散流狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問，歷年發(fā)生的泥石流其堆積物未翻越至 Z723道路東側(cè)，故該坡面泥石流堆積區(qū)位于坡腳至Z723道路之間，總體地形平坦，地形坡度3°～5°，地形高差7 m左右，該區(qū)域人類工程活動(dòng)較為頻繁，原始地貌多改造為住房和農(nóng)田。

3.2 物源條件

通過本次野外工作的調(diào)查，理清了阿其克鄉(xiāng)阿其克河左岸泥石流災(zāi)害的松散堆積物主要來源。研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型為坡面泥石流災(zāi)害，因流域內(nèi)覆蓋層松散，植被發(fā)育稀疏，在坡面上沖溝十分發(fā)育，在突發(fā)強(qiáng)降雨情況下形成地表徑流，極易將表層覆蓋物攜帶至沖溝內(nèi)，形成坡面散流現(xiàn)狀，因此泥石流主要物源為坡面表層松散覆蓋物。其參與泥石流活動(dòng)的主要方式為水流沖刷攜帶至坡腳形成泥石流物源，在遭遇暴雨情況下，坡體水動(dòng)力條件提高后將坡體松散物沖蝕攜帶下泄，對(duì)坡體下的受威脅對(duì)象造成巨大危害。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，按坡面沖溝切割平均深度的粉土作為坡面泥石流的物源考慮，坡面沖溝深度多在0.3～2 m之間，平均深度0.5 m，故將流域內(nèi)表層0.5 m松散層均納入潛在物源范疇。流域面積6.78 km2，經(jīng)計(jì)算，泥石流形成-流通區(qū)松散堆積物總方量為339×104m3。

3.3 水源條件

水源是泥石流體的重要組成部分，又是泥石流的搬運(yùn)介質(zhì)。研究區(qū)主要接受大氣降水補(bǔ)給，根據(jù)收集到的洛浦縣國(guó)家氣象觀測(cè)站1979-2019年日降雨量資料，洛浦縣多年日最大降雨量31.4 mm，大氣降水多集中在5-8月，尤以7-8月為甚，多呈連續(xù)數(shù)日的大雨或短時(shí)間的暴雨。降雨的集中出現(xiàn)形成強(qiáng)大的地表徑流，沖刷裹攜固體物質(zhì)形成泥石流。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)泥石流位于洛浦縣南部的阿其克鄉(xiāng)政府西側(cè)，地貌單元為昆侖山北麓的低山丘陵區(qū)，為一坡面泥石流災(zāi)害，流域面積6.78 km2，流域內(nèi)無明顯主溝道，呈“長(zhǎng)條”形。

(2)研究區(qū)泥石流可以劃分為形成-流通區(qū)和堆積區(qū)。其中形成-流通區(qū)東西長(zhǎng)5 370 m，高差560 m；堆積區(qū)位于阿其克河一級(jí)階地上，坡腳南北寬1 280 m，坡面泥石流呈散流狀態(tài)，地形高差7 m左右，該區(qū)域人類工程活動(dòng)較為頻繁，原始地貌多改造為住房和農(nóng)田。

(3)研究區(qū)有利的地形地貌特征、豐富的物源條件以及連續(xù)數(shù)日的大雨或短時(shí)間的暴雨為研究區(qū)泥石流的形成和發(fā)展提供了基礎(chǔ)。經(jīng)計(jì)算泥石流形成-流通區(qū)松散堆積物總方量為339×104m3。