塔什庫爾干縣其如克同村泥石流發(fā)育特征及形成條件分析

趙海軍

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

研究區(qū)位于新疆塔什庫爾干縣庫科西魯格鄉(xiāng)其如克同村，地處祖國西部邊陲。行政區(qū)劃屬喀什地區(qū)塔什庫爾干縣庫科西魯格鄉(xiāng)管轄，從喀什出發(fā)沿中巴公路314國道向西南行駛300 km到塔什庫爾干縣，從縣城出發(fā)沿簡易公路向東南行駛65 km可到庫科西魯格鄉(xiāng)其如克同村，交通條件較差。由于該泥石流災(zāi)害威脅下游通訊基站、自來水站、村委會、幼兒園與附件居民，威脅財產(chǎn)約600萬元。因此，本文在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-5]，對塔什庫爾干縣其如克同村泥石流發(fā)育特征及形成條件進(jìn)行了分析。

1 孕災(zāi)環(huán)境條件分析

1.1 氣象水文

研究區(qū)位于帕米爾高原高寒地區(qū)，屬于典型的溫帶高原大陸性干旱氣候，冬季漫長、寒冷，盛夏如春，一年分冷暖兩季，暖季在0°以上的時間為228 d，冷季0°以下的時間為137 d。區(qū)內(nèi)氣候干旱，降雨稀少，蒸發(fā)量大，空氣干旱稀薄，氣壓低，且多風(fēng)沙。

根據(jù)塔什庫爾干氣象站資料：年平均氣溫3.6℃，年最高氣溫32℃，年最低氣溫-39.1℃。無霜期僅有112 d，年平均大地凍結(jié)時間為256 d，最大凍土深度為1.77 m。年平均降水量68.3 mm，年最大降水量101.9 mm，降水主要集中于5-9月，約占全年降水量的80%。年最大降雪10 cm。多年平均蒸發(fā)量2 300 mm。年平均風(fēng)速達(dá)1.8～2.1 m/s，風(fēng)向北西或北，風(fēng)力7～8級，最大風(fēng)力達(dá)12級。

研究區(qū)北側(cè)的塔什庫爾干河為葉爾羌河支流之一，為常年性河流，發(fā)源于昆侖山北坡，由西向東縱貫全區(qū)，主要接受冰雪融水及降水補給。研究區(qū)內(nèi)無地表水系，暴雨條件下沖溝內(nèi)匯聚地表匯水、形成季節(jié)性洪流。

1.2 地形地貌

研究區(qū)區(qū)域地貌單元為帕米爾高原喀喇昆侖山中高山區(qū)，地貌類型包括高山和谷地，發(fā)育的微地貌有階地、漫灘，山勢陡峭，海拔高程2 620～4 860 m，相對高差2 240 m。整個研究區(qū)地形呈“箕”形，北、西、東部三面為山體環(huán)繞，泥石流溝朝南開口，溝口堆積有大量較完整的扇形松散堆積物，主溝在“箕”形當(dāng)中大致呈北西-南東向延伸。主溝溝道呈“V”型，寬度在1 100～3 100 m，主溝道總長6 580 m。由于受地理條件的限制，庫科西魯格鄉(xiāng)其如克同村村委會、幼兒園、通訊基站、自來水站等建于泥石流洪積扇前緣上，時刻遭受泥石流災(zāi)害的威脅。

1.3 地層巖性

研究區(qū)出露的地層主要有:下元古界和第四系。

1.3.1 下元古界

下元古界分布于研究區(qū)南部及其周邊較高山體，常構(gòu)成陡坡和陡崖，地層巖性以黑云母斜長片麻巖為主，透輝石斜長變粒巖、大理巖、透輝石方柱石(矽卡)巖等也廣泛分布。

1.3.2 第四系

第四系在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，主要分布于洪流溝谷、坡腳及山坡坡面，為第四系上更新統(tǒng)洪積物、中下更新統(tǒng)冰磧物和全新統(tǒng)坡積物。

(1)第四系上更新統(tǒng)洪積物：分布于研究區(qū)山坡坡頂、谷地以及庫科西力克河兩側(cè)階地之上，表層為厚度0.5 m左右的含礫亞砂土，下部為卵礫石、砂礫石，其結(jié)構(gòu)松散，大小混雜，分選性差，磨圓度低，一般為次圓狀及次棱角狀，層理不發(fā)育。

(2)第四系中下更新統(tǒng)冰磧物：主要分布于研究區(qū)坡面及溝谷，巖性為漂礫、角礫等，直徑一般為0.3～0.5 m，最大可達(dá)1.5 m，皆由碎屑物組成，其結(jié)構(gòu)松散，大小混雜，缺乏分選性。

(3)第四系全新統(tǒng)坡積物：主要分布于坡腳及山坡表層，巖性為含礫亞砂土、碎石等，結(jié)構(gòu)松散，大小混雜，分選極差。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域上一級構(gòu)造單元為喀喇昆侖山褶皺系，二級構(gòu)造單元為公格爾-桑株塔格隆起，三級構(gòu)造單元為恰爾隆復(fù)背斜。本次研究區(qū)內(nèi)巖層裂隙節(jié)理發(fā)育，裂隙類型以風(fēng)化裂隙為主，次為構(gòu)造裂隙。

1.5 工程地質(zhì)條件

按照巖土體類型，將各巖土體工程地質(zhì)條件分別敘述如下。

1.5.1 巖體

研究區(qū)內(nèi)分布的巖體為較堅硬-堅硬的塊狀黑云母斜長片麻巖、透輝石斜長變粒巖、大理巖、透輝石方柱石巖(矽卡)巖組。

1.5.2 土體

研究區(qū)內(nèi)土體可以劃分為單一結(jié)構(gòu)土體和雙層結(jié)構(gòu)土體。

(1)雙層結(jié)構(gòu)土體：為碎石土與含礫粉土雙層結(jié)構(gòu)土體，呈帶狀分布于塔什庫爾干河兩側(cè)階地及河床，河流階地處表層為厚度約0.5 m的含礫粉土，下部為卵礫石、砂礫石，大小混雜，分選較差，工程地質(zhì)條件較好，承載力特征值fak為180～250 kPa。

(2)單一結(jié)構(gòu)土體：為坡積、崩積碎石、塊石，坡積碎石分布于坡腳及山坡表層，其厚度一般小于5 m，坡腳地帶局部地段可達(dá)10 m以上，松散，無膠結(jié)，工程地質(zhì)條件差，承載力特征值fak為150～200 kPa。

1.6 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)賦存的地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水，以松散巖類孔隙潛水為主。

1.6.1 第四系松散巖類孔隙潛水

研究區(qū)內(nèi)的第四系松散巖類孔隙潛水分布于塔什庫爾干河河谷。地下水水位埋深在河谷地帶小于1 m，由河谷向南北兩側(cè)增加，至南部坡腳地帶水位埋深大于5 m。含水層巖性為漂卵石、卵礫石層，單井涌水量100～1 000 m3/d，礦化度0.1～0.5 g/L，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型或SO4·HCO3-Ca·Mg型，主要接受河洪水的入滲補給及上游的側(cè)向徑流補給，以蒸發(fā)蒸騰和向下游側(cè)向徑流排泄為主，人工開采量極少。

1.6.2 基巖裂隙水

分布在中高山區(qū)，含水層巖性為元古界、古生代深變質(zhì)的各類片巖、砂巖、石灰?guī)r組成，局部夾大理巖?；鶐r裂隙水富水性分布極不均勻，泉流量大于1升/秒的約占86%，泉流量為0.1～1 L/s的約占14%的，徑流模數(shù)大于3 L/s·km2。泉水礦化度小于1 g/L，泉水水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca型或SO4·HCO3-Na·Ca型水。主要以冰雪融化水、大氣降水補給為主，在溝谷中以泉的方式排泄。

1.7 人類工程活動

研究區(qū)位于中高山區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。該區(qū)處在庫科西魯格鄉(xiāng)其如克同村，在泥石流溝溝口下游區(qū)域的人類工程經(jīng)濟(jì)活動主要為少量的牧業(yè)、農(nóng)業(yè)活動以及村委會、村幼兒園、鄉(xiāng)村道路、房屋土建、電力設(shè)施、通訊設(shè)施的修建活動，無工業(yè)和其它較大的社會經(jīng)濟(jì)活動。農(nóng)業(yè)活動主要集中在山谷底部的河流階地上，以種植青稞、小麥、杏樹、沙棗、白楊等為主，對地質(zhì)環(huán)境影響不大；牧業(yè)活動不頻繁，草場載畜量基本達(dá)到平衡狀態(tài)，因此，牧業(yè)活動對地質(zhì)環(huán)境影響不大；鄉(xiāng)村道路、電力設(shè)施、通訊設(shè)施的修建活動，使部分地段坡腳形成了人工陡坎，但陡坎高度均小于1.5米，對地質(zhì)環(huán)境影響不大。綜上所述，人類工程經(jīng)濟(jì)活動對研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境影響小。

2 研究區(qū)泥石流發(fā)育特征分析

2.1 泥石流發(fā)育類型

研究區(qū)泥石流主要為雨水、冰雪融水沿溝谷匯水，攜帶溝谷兩側(cè)山體殘破積物和溝底形成的松散堆積物共同移動而形成的泥石流，特點是礫含量相對較多，流動速度快，突發(fā)性強。

按照水源和物源成因分類，勘查區(qū)內(nèi)的泥石流按水體供給劃分為暴雨泥石流，按土體供給劃分為混合型泥石流中的坡面型泥石流；按集水區(qū)地貌特征分類，劃分為溝谷型泥石流；按重度、物質(zhì)組成、流體屬性、殘留表現(xiàn)、溝槽坡度和分布地域分類，劃分為水石型泥石流；按流體性質(zhì)分類，劃分為稀性泥石流)。

2.2 泥石流發(fā)育特征

2.2.1 地形地貌

研究區(qū)屬中高山區(qū)，地勢南東高北西低，海拔高程2 620～4 860 m，相對高差2 240 m。整個研究區(qū)地形呈“箕”形，北、西、東部三面為山體環(huán)繞，朝南開口，溝口堆積有大量較完整的扇形松散堆積物，主溝在“箕”形當(dāng)中大致呈北西-南東向延伸。主溝溝道呈“V”型，寬度在1 100～3 100 m，主溝道總長6 580 m；溝谷兩側(cè)山體坡度在30°～65°左右，溝底平均縱坡約150‰左右。溝谷東西坡面基巖多裸露，表層覆蓋有平均厚約0.5 m的殘坡積物。主溝東西兩側(cè)支溝較發(fā)育，支溝寬40～100 m不等，支溝延伸較長，溝長約500～1 700 m，溝谷橫斷面多呈“V”型，溝床縱坡大，坡度達(dá)150‰～270‰，少數(shù)支溝溝口堆積有不完整的扇形松散堆積物。

2.2.2 泥石流物源

研究區(qū)在溝谷底部堆積了較厚的松散堆積物，中上游的松散堆積物厚度在1～5 m之間，以碎石為主，為泥石流的形成提供了豐富的固體物源。

此外，溝谷上游兩側(cè)邊坡大部分基巖出露，巖性為以黑云母斜長片麻巖為主，透輝石斜長變粒巖、大理巖、透輝石方柱石(矽卡)巖等也廣泛分布，尤其在形成區(qū)由于地形高差較大，山坡陡峭，裸露基巖風(fēng)化程度較高，易形成崩塌，因此崩塌堆積的碎屑物質(zhì)具有強大的勢能物源。

2.2.3 泥石流規(guī)模及易發(fā)程度

根據(jù)以往調(diào)查資料和本次踏勘估測，研究區(qū)泥石流最近一次堆積物小于1萬 m3，按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流等級劃分，規(guī)模為小型泥石流；根據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查，堆積物以礫石、碎石為主，暴雨季節(jié)多呈現(xiàn)出較典型的溝谷型泥石流特征，根據(jù)泥石流易發(fā)程度打分表，研究區(qū)內(nèi)的泥石流易發(fā)程度判定為中易發(fā)。

3 研究區(qū)泥石流形成條件分析

3.1 地形地貌

典型泥石流分為形成、流通、堆積等三個區(qū)，溝谷也相應(yīng)呈現(xiàn)三種不同形態(tài)。上游形成區(qū)多三面環(huán)山、一面出口的漏斗狀或樹葉狀，地勢比較開闊，周圍山高坡陡，有利于水和碎屑固體物質(zhì)聚集；中游流通區(qū)的地形多為狹窄陡深的狹谷，溝床縱坡大，使泥石流能夠迅猛直瀉；下游堆積區(qū)的地形為開闊平坦的山前平原或較寬闊的河谷，使碎屑固體物質(zhì)有堆積場地。

溝床縱坡降是影響泥石流形成、運動特征的主要因素。一般來講，溝床縱坡降越大，越有利于泥石流的發(fā)生，比降在100‰～300‰的發(fā)生頻率最高，50‰～100‰和300‰～400‰的其次，其余發(fā)生頻率較低。

泥石流多形成在集水面積較小的溝谷，面積為0.5～10 km2者最易產(chǎn)生，小于0.5 km2和10～50 km2其次，發(fā)生在匯水面積大于50 km2以上者較少。

3.2 物源條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，泥石流溝松散固體物質(zhì)來源主要由泥石流溝床、兩側(cè)山坡覆蓋的薄層殘坡積物等兩大類固體物源組成。

3.2.1 泥石流溝床松散固體物源

該泥石流溝為“V”型谷，形成-流通區(qū)段的溝長約5.9 km，溝床寬度約30～80 m。溝床內(nèi)遍布泥石流堆積的松散礫石層，厚度約1～5 m，該類固體物源在暴雨季節(jié)易成為泥石流固體物源。

3.2.2 山坡(頂)表層松散固體物源

溝床兩側(cè)山坡(頂)表層覆蓋有薄層殘坡積物，由于該區(qū)域廣泛發(fā)育上第三系膠結(jié)程度差的砂泥巖和第四系早期的沖洪積堆積物，長期遭受地質(zhì)風(fēng)化作用，經(jīng)雨水沖刷滾落于坡面及溝底，形成松散堆積物。該類固體物源在暴雨季節(jié)也易成為泥石流固體物源。

3.3 水源條件

研究區(qū)所處的塔什庫爾干縣多年平均降水量68.3 mm，年最大降水量101.9 mm，降水主要集中于5-9月，約占全年降水量的80%。由于降水量少，氣溫變化大，植被發(fā)育差，地表土壤幾乎無法承載突如其來的降水。據(jù)塔什庫爾干縣氣象局資料:多年來，每次暴雨或冰雪融水來臨，就會形成泥石流災(zāi)害，經(jīng)常給該地區(qū)帶來損失。

研究區(qū)總流域面積約為18.2 km2，平面呈樹葉狀，三面環(huán)山，一面出口，致使頻發(fā)的強暴雨能在短時間內(nèi)形成較大的地表徑流，裹挾松散碎屑物質(zhì)運移而形成泥石流。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)屬中高山區(qū)，地勢南東高北西低，海拔高程2 620～4 860 m，相對高差2 240 m，總流域面積約為18.2 km2，整個研究區(qū)地形呈“箕”形，溝口堆積有大量較完整的扇形松散堆積物，主溝在“箕”形當(dāng)中大致呈北西-南東向延伸，主溝溝道呈“V”型，寬度在1 100～3 100 m，主溝道總長6 580 m；溝谷兩側(cè)山體坡度在30°～65°左右，溝底平均縱坡約150‰左右。

(2)研究區(qū)泥石流溝松散固體物質(zhì)來源主要由泥石流溝床、兩側(cè)山坡覆蓋的薄層殘坡積物等兩大類固體物源組成。

(3)研究區(qū)多年平均降水量68.3 mm，年最大降水量101.9 mm，降水主要集中于5-9月，約占全年降水量的80%。因此，暴雨能夠在短時間內(nèi)為泥石流提供充足的水源，也是泥石流災(zāi)害形成的最主要誘發(fā)因素。