阿圖什市城北泥石流災(zāi)害形成機(jī)理與誘發(fā)因素分析

田遼東 徐偉平 巴建文

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅張掖 734000）

1 前言

阿圖什市位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，天山南麓塔里木盆地西緣，是新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的首府。城市北部低山丘陵區(qū)發(fā)育若干條溝谷，溝谷出山口距離阿圖什城區(qū)北部邊緣約300～500m，在極端天氣下引發(fā)和加劇泥石流災(zāi)害的可能性較大。因此，深入分析泥石流形成機(jī)理和誘發(fā)因素，可以進(jìn)一步為災(zāi)情預(yù)報和科學(xué)防控提供科學(xué)依據(jù)。

2 阿圖什城北流域地質(zhì)環(huán)境條件概述

2.1 氣象水文

阿圖什市地處中緯度歐亞大陸腹地，阿圖什市北部山區(qū)靠近托云——烏恰暴雨中心帶，局地性暴雨常見。與城北泥石流災(zāi)害防治有關(guān)的河流主要是博古孜河和博孜塔格山山洪溝。根據(jù)對博谷孜河阿俄站歷年暴雨洪水資料分析，該站除了個別年份在4月和10 月發(fā)生暴雨洪水外，其余暴雨洪水均發(fā)生在5～9月。

2.2 地形地貌

阿圖什市城北泥石流分布區(qū)主要包括博孜塔格山低山丘陵區(qū)及山前沖洪積陡傾斜礫質(zhì)堆積區(qū)?？傮w地勢北高南低，北部為低山丘陵區(qū)海拔1350～1650m，低山丘陵區(qū)發(fā)育若干條溝谷，均呈近南北走向，溝谷多呈樹枝狀，溝谷中植被不發(fā)育，基本處于裸露狀態(tài)。

2.3 地層巖性

泥石流分布區(qū)主要出露地層為新近系與第四系。新近系地層主要分布在低山丘陵區(qū)，巖性主要由礫巖、砂礫巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖組成。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

城北泥石流分布區(qū)地處西南天山與塔里木盆地的交界處，地質(zhì)構(gòu)造單元屬塔里木-華北板塊（Ⅰ級構(gòu)造）的塔里木微板塊（Ⅱ級構(gòu)造）鐵克里克地塊（Ⅲ構(gòu)造），區(qū)內(nèi)斷裂及褶皺不發(fā)育。受哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊與塔里木-華北板塊之間的俯沖撞擊，本區(qū)域地震活動比較頻繁。

2.5 水文地質(zhì)條件

區(qū)域地下水主要為碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。新生界碎屑巖類裂隙孔隙水分布在北部的低山丘陵區(qū)，該區(qū)為透水不含水區(qū)。山前平原區(qū)為第四系松散巖類孔隙水，主要接受雨洪補(bǔ)給，其次為基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，由北向南徑流，以地下徑流形式向平原下游排泄。

3 泥石流發(fā)育特征及類型

3.1 泥石流分布特征

西段主要分布有N1 和N2 泥石流，N1 泥石流由N1-1 和N1-2 兩條形成流通區(qū)相互間獨立泥石流溝谷組成。N2泥石流流域由N2-1、N2-2、N2-3等三條小型泥石流溝谷組成，規(guī)模較小。

N3 泥石流流域由N3-1、N3-2、N3-3、N3-4、N3-5、N3-6、N3-7等7條小型泥石流溝域組成，其中N3-1、N3-5 規(guī)模較大。N4 泥石流流域由N4-1 及N4-2、N4-3 等三條形成流通區(qū)相互獨立的泥石流溝域組成，其中N4-3 溝域規(guī)模較大。N3 泥石流與N4 泥石流位于北部低山丘陵區(qū)的中段。

東段主要分布有N5 和N6 泥石流，N5 泥石流流域有較大的N5-1 溝域和小型N5-2 溝域組成；N6 泥石流流域由較大的N6-1 溝域和小型N6-2 溝域組成。

3.2 物源類型及潛在物源計算

各泥石流溝域潛在物源量按可參與泥石流活動的溝槽中堆積物計算。以流域洪積扇下游二次啟動的泥石流物源按沖蝕部分計算。結(jié)果表明，阿圖什城區(qū)泥石流潛在物源量95.069×104m3，其中，低山丘陵區(qū)溝谷潛在物源量94.971×104m3，流域洪積扇下游二次啟動泥石流物源量0.98×104m3。

3.3 泥石流類型劃分

泥石流的類型可按泥石流形成的水源成因、物源成因、集水區(qū)地貌特征、爆發(fā)頻率、泥石流物質(zhì)組成、流體性質(zhì)及一次性爆發(fā)規(guī)模等條件進(jìn)行劃分。

阿圖什市城北泥石流屬于暴雨類-溝谷型-高頻發(fā)-水石（砂）型泥石流。

4 泥石流形成條件與誘發(fā)因素分析

4.1 形成條件

阿圖什地區(qū)雖然屬于降雨量少蒸發(fā)量大的地區(qū)，但是北部山區(qū)靠近托云——烏恰暴雨中心帶，局地性暴雨常見。不論是平水年還是豐水年，低渦、冷鋒低槽等都能造成小范圍大暴雨，主要分布在5—9月，其特點是降水過程斷斷續(xù)續(xù)，強(qiáng)降雨是區(qū)內(nèi)泥石流的主要形成條件之一。

4.2 泥石流特征值計算

4.2.1 固體物質(zhì)顆粒級配

區(qū)內(nèi)泥石流堆積物固體物質(zhì)粒徑差別較小，最大粒徑達(dá)約120mm，最小為粘土小于2mm。根據(jù)洪積扇下游暴發(fā)泥石流形成的堆積物進(jìn)行顆粒分析試驗，泥石流規(guī)模較大時，堆積物以圓礫為主，不均勻系數(shù)16.33～162.65，曲率半徑0.21～8.03；規(guī)模較小時，攜帶固體物質(zhì)能力下降，堆積物主要為細(xì)砂。

4.2.2 流體重量及堆積物重度

針對阿圖什市城北泥石流流域各溝谷的流體特征和運動狀態(tài)是基本一致的，根據(jù)爆發(fā)時溝道洪水、泥石流的流體呈現(xiàn)稀漿狀，攜帶較多的固體物質(zhì)顆粒，判定泥石流重度為1.20～1.40t/m3。根據(jù)對16 組下游堆積物野外試驗結(jié)果分析，泥石流堆積物重度為1.92 t/m3。

4.2.3 泥石流峰值流量

采用形態(tài)調(diào)查法和雨洪法分別計算。根據(jù)《泥石流設(shè)計規(guī)范》，形態(tài)調(diào)查法Qc=Wc.Vc 計算得出最大泥石流溝谷N5-2泥石流峰值流量67.06 m3/s。

雨洪法是假設(shè)泥石流與暴雨同頻率、且同步發(fā)生，計算斷面的暴雨洪水流量全部轉(zhuǎn)化為泥石流流量的假設(shè)條件下建立的計算方法。

根據(jù)雨洪法計算公式，計算得出最大峰值流量是N5-2泥石流溝，最大峰值流量為20.65 m3/s。上述兩種方法計算結(jié)果存在較大差異，分析對比調(diào)查結(jié)果，采用雨洪法計算結(jié)果更加符合實際。

4.3 誘發(fā)因素

阿圖什城北低山丘陵區(qū)泥石流溝爆發(fā)最初僅為高含砂的洪水，在其流動過程中，不斷有支溝水流的匯入，隨著高砂洪水流量的不斷增加，在具有較大總坡降的溝谷中，流速也隨之增加，高砂洪水在快速流動中產(chǎn)生的動能克服了溝谷中松散堆積物顆粒之間的阻力，啟動和攜帶固體顆粒隨之移動。泥石流攜帶固體物質(zhì)的能力取決于泥石流流體的流量和溝谷縱坡度，各支溝中物源通過多頻次降雨洪流運移至大型支溝形成堆積區(qū)，當(dāng)降雨量達(dá)到一定量引發(fā)山洪時，在坡降較大的溝谷容易爆發(fā)泥石流。故而區(qū)內(nèi)泥石流的規(guī)模以及危害程度均取決于泥石流流量大小，也就是說，區(qū)內(nèi)暴雨的降水量是誘發(fā)泥石流的唯一因素。

5 結(jié)論

阿圖什城北區(qū)域地形地貌及地質(zhì)條件較復(fù)雜，泥石流發(fā)育程度較高，泥石流的類型主要以暴雨類-溝谷型-高頻發(fā)-水石（砂）型泥石流為主，最大規(guī)模的泥石流為N3 和N5 泥石流，泥石流潛在物源量約95.069×104m3，物源主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖形成的坡積碎石土、礫巖、洪積形成的圓礫為主。根據(jù)測算，泥石流爆發(fā)最大峰值流量為20.65 m3/s。降水量和復(fù)雜的地質(zhì)條件是該區(qū)泥石流形成和誘發(fā)的重要因素。持續(xù)監(jiān)測和清理堆積區(qū)物源，疏通排洪通道，精準(zhǔn)預(yù)報天氣變化和降雨量，是預(yù)防該區(qū)泥石流災(zāi)害的重要措施。