莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)11村泥石流發(fā)育特征及形成條件分析

張?zhí)炝x，陳偉楠

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

研究區(qū)位于新疆莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)11村(薩依巴格村)，艾亞河河谷右岸，行政區(qū)劃范圍為莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)11村。研究區(qū)位于莎車縣西南低中山區(qū)，有X504線、X484線和X505線縣道通往莎車縣城，全程路段以瀝青路為主、礫質(zhì)道路為輔，普通車輛均可抵達(dá)，交通較為便利。由于該泥石流主要威脅對(duì)象為溝口下游的居民區(qū)、耕地、道路、電力及通訊設(shè)施、引水渠、渡槽等。因此，本文在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-6]，對(duì)莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)11村泥石流發(fā)育特征及形成條件分析，通過(guò)對(duì)該泥石流發(fā)育特征及形成條件的分析，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

研究區(qū)地處內(nèi)陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬典型的大陸性暖溫帶干旱氣候，四季分明，其主要特點(diǎn)是：春季升溫快而不穩(wěn)定，常有春寒出現(xiàn)，多大風(fēng)、沙暴、浮塵；夏季長(zhǎng)而炎熱，光照充足；秋季降溫迅速，日溫差大，降水稀少，大風(fēng)浮塵天氣少；冬季略長(zhǎng)，風(fēng)小，降雪少，低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，最大凍深為1.00 m。

研究區(qū)的泥石流溝道內(nèi)無(wú)常年性流水，只在降水時(shí)形成地面徑流。3條泥石流溝平面呈樹枝狀，三面環(huán)山，一面出口，致使突發(fā)的強(qiáng)暴雨能在短時(shí)間內(nèi)形成較大的地表徑流。其中N3、N4、N5泥石流溝的匯水面積分別是0.39 km2、11.24 km2和0.66 km2，根據(jù)綜合經(jīng)驗(yàn)公式推算出現(xiàn)狀條件下2%頻率的洪峰徑流量分別是1.49 m3/s、19.20 m3/s、1.80 m3/s。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于葉爾羌河河谷南部支流艾亞河河谷東側(cè)的低中山區(qū)，地貌單元主要由低中山和山間河谷兩種類型所構(gòu)成。艾亞河在此處的河谷寬700 m，其中，河床寬約200 m，河流西岸階地不發(fā)育，東岸階地較發(fā)育，形成二級(jí)階地，部分地段形成三級(jí)階地，階地之上主要分布著居民區(qū)、公路、耕地、林地、引水渠道、電力及通訊設(shè)施等。河谷兩側(cè)為低中山，山體裸露，植被稀少，溝谷發(fā)育，自然地面高程介于1 600～2 400 m之間，平均海拔為2 000 m左右。

1.3 地層巖性

研究區(qū)及周邊區(qū)域出露地層主要為新近系阿圖什組(N21)、西域組(N22-Q1)、新疆群上更新統(tǒng)(Q3)和第四系全新統(tǒng)(Q4)。具體分布情況及特征如下：

1.3.1 新近系阿圖什組(N21)

巖性為褐灰色礫巖夾泥巖、砂巖；礫巖的單層厚度大于20 m，夾泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖的單層厚度為3.0 m左右，礫巖顏色為灰褐色，為鈣質(zhì)半膠結(jié)，厚約1 500～3 000 m。

1.3.2 西域組(N22-Q1)

主要巖性為黑色巨厚層塊狀礫巖，主要出露泥石溝中上部溝道兩側(cè)的山體，礫巖顏色為灰褐色，為鈣質(zhì)半膠結(jié)，厚約100～3 000 m。

1.3.3 新疆群上更新統(tǒng)(Q3)

地層巖性主要為灰黑色礫石層、砂礫石層，主要出露于河谷及兩側(cè)出露的階地，厚度大于50 m。

1.3.4 第四系全新統(tǒng)(Q4)

分布在河床、河漫灘及其兩側(cè)階地上，巖性以卵礫石為主，局部地段分布著粉土層。礫石成分復(fù)雜，有砂巖、片麻巖、硅質(zhì)巖、砂屑灰?guī)r、泥巖、花崗巖等，粒徑一般2～20 cm，大的可達(dá)100 cm，呈次圓-圓狀，磨圓度較好，分選差，填隙物為較小礫石及細(xì)砂，以細(xì)砂為主。粉土呈灰黃色，結(jié)構(gòu)疏松，具有濕陷性，力學(xué)性質(zhì)較差。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于一級(jí)構(gòu)造塔里木臺(tái)地。二級(jí)構(gòu)造屬于昆侖山東西向構(gòu)造帶的北翼，為走向北西西-南東東向的復(fù)式劇烈擠壓褶皺帶和逆掩斷裂帶組合。研究區(qū)范圍小，區(qū)內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育。

1.5 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)巖土體工程地質(zhì)類型地貌上屬于中低山。研究區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)強(qiáng)度、頻度相對(duì)較弱，對(duì)區(qū)域的穩(wěn)定性影響不大。按照主要巖土工程地質(zhì)特性、巖性組合，可將研究區(qū)內(nèi)的巖土體劃分為礫巖巖組、第四系碎石土單層土體和碎石、粉土雙層土體。

1.5.1 碎石土單層土體

碎石土單層土體分布于泥石流溝道內(nèi)、艾亞河河床內(nèi)、泥石流溝道兩側(cè)的坡面上，主要為第四系全新統(tǒng)洪積物和殘坡積物，淺灰色，稍密-中密，干燥-稍濕，最大粒徑為450 mm，一般粒徑在5～60 mm之間，細(xì)粒充填物主要為粉細(xì)砂，母巖成份以砂巖、花崗巖和石英巖為主。承載力特征值fak為200～300 kPa，工程地質(zhì)條件良好，可作為民用和工業(yè)建筑的天然地基。

1.5.2 卵礫石-粉土雙層土體

粉土、卵礫石雙層土體為第四系上更新統(tǒng)沖積物，主要分布于河谷地貌的階地之上，呈二元結(jié)構(gòu)，粉土厚度在0.6～5.0 m之間，灰黃色，稍濕，松散，主要作為當(dāng)?shù)鼐用竦母?，承載力特征值fak為110 kPa，工程地質(zhì)條件較差；下部為卵礫石層，承載力特征值fak為300 kPa，工程地質(zhì)條件良好，可作為民用和工業(yè)建筑的天然地基。

1.5.3 礫巖巖組

研究區(qū)內(nèi)出露的巖體主要為第四第下更新統(tǒng)地層，主要為深灰色礫巖，分布于中低山區(qū)，是構(gòu)成泥石流溝兩側(cè)自然山體和溝道基底的主要地層，構(gòu)造裂隙發(fā)育，抗風(fēng)化能力低，抗水能力低，因此巖石力學(xué)強(qiáng)度一般，承載力特征值fak為600 kPa。

1.6 水文地質(zhì)條件

根據(jù)巖性結(jié)構(gòu)、所處地貌部位以及地下水埋藏條件，研究區(qū)地下水類型包括碎屑巖類孔隙裂隙水和第四系松散巖類孔隙潛水。

1.6.1 碎屑巖類孔隙裂隙水

主要分布于溝谷及階地，地層巖性為第三系阿圖什組、西域組的礫巖，含少量的基巖裂隙水，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告，涌水量小于100 m3/d，富水性較弱，主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給及少量的大氣降水入滲補(bǔ)給。

1.6.2 第四系松散巖類孔隙潛水

1)艾亞河谷區(qū)第四系松散巖類孔隙水

該類孔隙水賦存于艾亞河谷的沖洪積層中，含水層厚度大于10 m，含水層巖性為卵礫石層，地下水位埋深一般小于5 m，單井涌水量1 000～3 000 m3/d，賦水性較強(qiáng)，潛水主要接受上游潛流、大氣降水入滲補(bǔ)給及河水的直接入滲補(bǔ)給，沿河谷地形向下游徑流排泄。

2)泥石流溝谷內(nèi)第四系松散巖類孔隙水

主要位于研究區(qū)東側(cè)的階地及泥石流溝道內(nèi)，單一結(jié)構(gòu)，含水層為砂礫卵石層，含水層厚度一般小于10 m，地下水位埋深大于5 m，單井涌水量小于50 m3/d，賦水性較弱，主要接受大氣降水補(bǔ)給，以向下游艾亞河中的側(cè)向徑流排泄為主，部分溝道第四系地層中不含水。

2 研究區(qū)泥石流發(fā)育特征分析

2.1 N3泥石流溝特征

溝道延展中上游為南東-北西向，下游轉(zhuǎn)為南西-北東向，呈現(xiàn)出多處轉(zhuǎn)折，支溝不發(fā)育，流域面積0.45 km2，主溝總長(zhǎng)1.43 km，流域最高海拔為1 960 m，最低海拔1 670 m，最大相對(duì)高差290 m，溝道縱坡降為138‰，溝道寬2～50 m，兩側(cè)山體坡度40°～70°。溝道形態(tài)中上游呈“V”型，下游呈“U”型，溝槽較順直，堵塞程度輕微。溝道兩側(cè)山體及溝道基底由礫巖所構(gòu)成，山體表層覆蓋物主要為殘坡積卵礫石，山體坡腳及溝底為堆積物，巖性以砂礫石為主。溝口堆積扇扇長(zhǎng)240 m，扇寬270 m，擴(kuò)散角100°，扇形地完整性較好。溝道上游存在少量崩塌現(xiàn)象，滑坡不發(fā)育。威脅對(duì)象為民房、林帶、引水渠、鄉(xiāng)村公路。

2.2 N4泥石流溝特征

本次研究區(qū)中規(guī)模最大的一條泥石流溝，主溝道延展中上游為北東-南西向，中下游為南東-北西向，平面形態(tài)近似圓弧形，溝道中下游較順直，中上游則十分曲折，主要發(fā)育有兩條支溝，分別編號(hào)為N4-1和N4-2。流域面積11.51 km2，主溝長(zhǎng)4.72 km，流域最高海拔2 290 m，最低海拔1 670 m，相對(duì)高差620 m，溝道總體較平緩，縱坡降為76‰，溝道寬1～120 m，兩側(cè)山體坡度50°～85°。溝道形態(tài)中上游呈“V”型，下游呈“U”型，堵塞程度輕微。溝道兩側(cè)山體及溝道基底由礫巖所構(gòu)成，山體表層覆蓋物主要為殘坡積卵礫石，局部為風(fēng)積粉土層。山體坡腳及溝底為堆積物，巖性以卵礫石為主。溝口堆積扇扇長(zhǎng)300 m，扇寬110 m，擴(kuò)散角45°，扇形地完整性較差。溝道上游分布有少量崩塌和滑坡現(xiàn)象。威脅對(duì)象為民房、清真寺、墓地、X505線公路及鄉(xiāng)村公路、引水渡槽。

2.3 N5泥石流溝特征

主溝道延展上游為南東-北西向，中游轉(zhuǎn)為北東-南西向，下游再次轉(zhuǎn)折為南東-北西向，平面形態(tài)近于“S”形，溝道總體較曲折，主要發(fā)育有一條支溝，編號(hào)為N5-1。流域面積0.76 km2，主溝總長(zhǎng)1.92 km，流域最高海拔1 990 m，最低海拔1 670 m，相對(duì)高差320 m，溝道總體較陡，縱坡降為117‰，溝道寬2～70 m，兩側(cè)山體坡度50°～70°。溝道形態(tài)中上游呈“V”型，下游呈“U”型。溝道兩側(cè)山體及溝道基底由礫巖所構(gòu)成，山體表層覆蓋物主要為殘坡積卵礫石，局部為風(fēng)積粉土層。山體坡腳及溝底為堆積物，巖性以卵礫石為主。溝口堆積扇扇長(zhǎng)300 m，扇寬350 m，擴(kuò)散角110°，扇形地完整性較好，出山口后與N4溝道進(jìn)行匯流，之后通過(guò)現(xiàn)有排導(dǎo)槽注入艾亞河中。溝道上游分布有少量崩塌和滑坡現(xiàn)象。威脅對(duì)象為民房、通訊塔、X505線公路及鄉(xiāng)村公路。

3 研究區(qū)泥石流形成條件分析

3.1 地形地貌

本次研究區(qū)內(nèi)的三條泥石流溝整體流向呈南東-北西向，主溝長(zhǎng)0.23～4.72 km不等，溝道兩側(cè)坡體沖溝發(fā)育，溝頭分水嶺最高海拔2 290 m，溝口海拔一般為1 660 m，最大相對(duì)高差達(dá)620 m，地形切割較深，溝谷縱坡度較大，溝寬一般為2～50 m，溝谷形態(tài)主要呈“V”型，溝谷縱坡度約76‰～262‰，溝谷兩側(cè)山坡高約100～500 m，坡度50°～70°，溝道由上游向下游逐漸變寬，主要接受上游水源物源向溝口流通。由于研究區(qū)泥石流溝岸坡地層主要為第四系卵礫石和粉土等松散層，所以泥砂沿程補(bǔ)給長(zhǎng)度比>80%?？v觀整個(gè)形成-流通區(qū),集水面積較大，有利于洪流攜帶松散固體物源順溝而下形成泥石流。

3.2 物源條件

泥石流形成所需的固體物質(zhì)來(lái)源主要分布于各條泥石流溝溝道內(nèi)及兩側(cè)坡面及坡腳的松散堆積物，在泥石流出山口處由于當(dāng)?shù)卮迕耖_(kāi)挖墓坑，形成了了大量松散堆積物，為泥石流發(fā)生提供了足夠的物源。

同時(shí)由于經(jīng)歷了多次泥石流，狹長(zhǎng)的主溝道內(nèi)及其兩側(cè)沉積了一定量的第四系沖洪積松散物質(zhì)，主要分布在形成-流通區(qū)的下游。巖性為卵石、少量漂石、塊石、粉土，塊徑一般0.05～0.2 m，最大可達(dá)0.3 m，其結(jié)構(gòu)松散，磨圓度一般-較好，分選性較差。沖洪積堆積物在干燥狀態(tài)下呈稍密-中密，但在水流反復(fù)沖刷作用下吸水蠕變，強(qiáng)度發(fā)生衰減，繼而啟動(dòng)后成為物源。

3.3 水源條件

水既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)所處的新疆莎車縣霍什拉普鄉(xiāng)，年平均降水量77 mm，采用最近的喀群水文站多年降水資料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，用55 a實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，系列中的2002年7月9日出現(xiàn)的一日降水量為40.0 mm，接近50 a一遇一日最大降水量。50 a一遇的一日最大降水量為46.6 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(wú)法承載突如其來(lái)的降水。研究區(qū)內(nèi)的各泥石流溝，平面呈樹葉狀，三面環(huán)山，一面出口，當(dāng)發(fā)生連續(xù)性降雨或特大暴雨時(shí)，大部分水體將轉(zhuǎn)化為地表徑流，并裹攜坡面上的固體物質(zhì)迅速匯入主溝，成為引起泥石流暴發(fā)的水動(dòng)力條件。

綜上，研究區(qū)內(nèi)泥石流溝所處的地形地貌條件，由于溝谷三面環(huán)山，溝道內(nèi)坡降及兩側(cè)山體坡度較大，使區(qū)域降水形成的各支溝地表水均向主溝道內(nèi)匯集形成洪流，由于植被稀疏，地表水流攜帶坡面及溝道松散堆積物向下游運(yùn)移，在下游各支溝水源和物源匯集，在主溝道內(nèi)逐漸形成勢(shì)能強(qiáng)大的泥石流。泥石流對(duì)堆積區(qū)處11、12村新建的村民安居房區(qū)的村民、房屋、電力線路、堆積區(qū)下游的道路等造成嚴(yán)重的威脅。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)位于新疆莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)11村(薩依巴格村)，地貌單元為低中山區(qū)，共發(fā)育有三條泥石流溝整體流向呈南東-北西向，主溝長(zhǎng)0.23～4.72 km不等，溝道兩側(cè)坡體沖溝發(fā)育，溝谷形態(tài)主要呈“V”型。

(2)研究區(qū)泥石流的物源主要集中分布于泥石流溝的形成-流通區(qū)內(nèi)，溝道內(nèi)的第四系全新統(tǒng)沖洪積物、溝道兩側(cè)坡面上的第四系上更新統(tǒng)殘坡積物和風(fēng)積物是形成泥石流的主要固體物源，N3、N4、N5泥石流一次固體物質(zhì)總量分別為177.43、427.85、214.35 m3。

(3)研究區(qū)泥石流水源類型為地表洪水，莎車縣降水主要集中在每年的6-8月，占全年降水量的85%，研究區(qū)設(shè)計(jì)2%頻率(50年一遇)的24小時(shí)面暴雨量為58.86 mm，因此，暴雨能夠在短時(shí)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。