胡向德，畢遠(yuǎn)宏，魏 潔

（甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

2010年8月8日凌晨，舟曲縣城北側(cè)三眼峪溝和羅家峪溝同時(shí)暴發(fā)特大山洪泥石流，造成大片村民房屋和縣城建筑被淤埋、摧毀。泥石流堆積物堵塞白龍江形成的堰塞湖使近三分之一的城區(qū)被淹，縣城道路交通、供水、供電、通訊系統(tǒng)陷入癱瘓。三眼峪溝流域所處的地質(zhì)環(huán)境和所在區(qū)域的降雨特征顯示，該溝泥石流的形成極其獨(dú)特。本文筆者實(shí)地調(diào)查、勘測(cè)，對(duì)形成三眼峪溝泥石流的形成條件和該溝泥石流發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入分析。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境概況

舟曲縣位于甘肅省南部，地處西秦嶺地質(zhì)構(gòu)造帶南部隴南山地［1］，屬嘉陵江上游白龍江流域。境內(nèi)西秦嶺與岷山山脈呈西北—東南向橫貫全縣，高山疊置，溝壑縱橫，坡陡谷深，地勢(shì)險(xiǎn)峻。舟曲縣城依白龍江而建，夾于南北兩山之間，依山傍河，地域狹窄，主城區(qū)建于三眼峪溝、羅家峪溝、寨子溝、硝水溝等泥石流堆積扇上。

三眼峪溝流域位于舟曲縣城北側(cè)，屬白龍江一級(jí)支流，流域面積24.1km2。整個(gè)流域處于西秦嶺南帶印支期冒地槽褶皺帶西段白龍江復(fù)式背斜北翼［1］，處在兩條北西走向的區(qū)域性擠壓斷裂帶所夾的斷塊之間（圖1），由北向南展布兩條與區(qū)域性斷裂帶走向基本一致的正斷層，錯(cuò)段山體而呈現(xiàn)階梯狀斷塊山特征，斷裂兩側(cè)巖層破碎，褶曲強(qiáng)烈，角礫巖、破碎巖十分發(fā)育。流域內(nèi)出露的前第四紀(jì)地層以二疊系為主，分布于流域中、上游，巖性主要為厚層塊狀灰?guī)r、中到薄層硅質(zhì)條帶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r及白云巖化鮞狀灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀 192°～ 210°∠68°～72°。流域下游出露中泥盆統(tǒng)古道嶺組，巖性為炭質(zhì)板巖、千枚巖夾薄層灰?guī)r及砂巖，巖層產(chǎn)狀234°∠54°。流域內(nèi)第四系廣泛分布，其成因類(lèi)型復(fù)雜，主要有風(fēng)積黃土、殘坡積、沖洪積及崩塌、滑坡等重力侵蝕堆積物質(zhì)。

2 泥石流形成條件

三眼峪溝流域在地形、固體物質(zhì)儲(chǔ)備和降雨三個(gè)條件上具有極端性，是2010年8月8日爆發(fā)特大型泥石流災(zāi)害的根本原因。汶川地震造成溝坡山體失穩(wěn)和穩(wěn)定性降低，極大增加了三眼峪溝內(nèi)的固體物質(zhì)儲(chǔ)備。

2.1 地形條件

三眼峪溝流域平面形態(tài)呈“勺”狀，由大眼峪溝、小眼峪溝呈“Y”形構(gòu)成。大眼峪主溝長(zhǎng)5.3km，溝床比降平均為272‰，兩岸山坡坡度平均50°；小眼峪主溝長(zhǎng)5.1km，溝床比降平均為281‰，兩岸山坡坡度平均54°。流域內(nèi)最高點(diǎn)海拔為3828m，出山口海拔為1550m，與白龍江的匯流點(diǎn)海拔為1340m，最大相對(duì)高差2488m。流域內(nèi)共有大小支溝59條，溝壑密度1.9條/km2。主溝、支溝呈樹(shù)枝狀交匯，各主要支溝溝床平均縱比降均大于400‰（表1）。溝口堆積區(qū)呈長(zhǎng)條形，南北長(zhǎng)約2050m，中前部寬437m，平均比降為98‰，面積0.87km2。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Simplified geological map of the Sanyanyu basin

表1 三眼峪溝流域內(nèi)各溝谷地形要素統(tǒng)計(jì)表Table 1 Geometric parameters of branches of the Sanyanyu gulley

三眼峪溝的地形特征顯示，“勺”狀溝谷形態(tài)及密集發(fā)育的支溝對(duì)于短時(shí)間內(nèi)匯集大量水流極為有利，陡峻的溝谷地形使泥石流的形成和流動(dòng)具備強(qiáng)大的勢(shì)能，溝口開(kāi)闊扇形地為泥石流的劇烈沖擊提供了宣泄場(chǎng)所。

2.2 固體松散物質(zhì)儲(chǔ)備

根據(jù)調(diào)查，三眼峪溝內(nèi)儲(chǔ)備的泥石流松散固體物質(zhì)主要有：崩塌、滑坡、坡面殘坡積物、溝道堆積物、危巖體等五類(lèi)（圖2）。

圖2 三眼峪溝山洪泥石流發(fā)育背景條件圖Fig.2 Map showing geological settings and morphological divisions of the Sanyansu basin

（1）崩塌

崩塌是該流域內(nèi)泥石流的主要補(bǔ)給物源。流域內(nèi)共分布大、小崩塌50余處，崩塌面積1.302km2，總體積2829.4×104m3。崩塌在主、支溝兩側(cè)呈倒石堆狀分布，形成線狀坡積裙。部分溝段，如大峪口、小峪口、罐子坪及歪脖子等處崩塌堵塞溝道（圖3），形成4道高80～280m的天然堆石壩，規(guī)模最大的為大眼峪溝罐子坪崩塌群，該處崩塌總體積達(dá)612.4×104m3。崩塌形成的天然堆石壩由于規(guī)模大，塊石粒徑大（1～13m），在一般條件下（地震除外）穩(wěn)定性狀態(tài)較好，水流難以搬運(yùn)，但在強(qiáng)降雨形成的地表徑流沖蝕下，成為直接補(bǔ)給泥石流的主要物源之一。

（2）滑坡

圖3 罐子坪崩塌實(shí)測(cè)剖面圖Fig.3 Cross section of rock fall deposits at Guanziping

三眼峪溝流域內(nèi)滑坡分布較少，共有4個(gè)，總面積0.11km2，總體積94.9×104m3。主要分布在生地頭坡、橋子梁等地，均為堆積層滑坡，規(guī)模為中小型。所有滑坡整體穩(wěn)定，坡面植被覆蓋良好，在溝谷地表徑流的沖蝕下，滑坡前緣多形成坍、滑、塌而進(jìn)入溝道，成為泥石流的補(bǔ)給物質(zhì)。

（3）溝道堆積物

三眼峪溝流域內(nèi)一些較開(kāi)闊溝段，如大眼峪口、峪口里、罐子坪、滴水崖及一些支溝溝口，早期泥石流物質(zhì)在搬運(yùn)過(guò)程中沿溝道停積，為后期泥石流發(fā)生提供了物質(zhì)來(lái)源。根據(jù)坑探揭露及地震物探解譯結(jié)果顯示，溝道堆積物厚度一般為6～22m，溝道堆積物總量840×104m3。

（4）坡面殘坡積物

本區(qū)構(gòu)造斷裂發(fā)育，巖體破碎，殘坡積物質(zhì)廣布，厚度較大，結(jié)構(gòu)松散，粘結(jié)力較差，細(xì)粒物質(zhì)豐富，易被水流沖蝕、搬運(yùn)，為泥石流提供細(xì)粒物質(zhì)，增加了泥石流的泥沙量。流域內(nèi)坡面殘坡積物儲(chǔ)量約315×104m3。

（5）危巖體

三眼峪溝流域內(nèi)構(gòu)造裂隙及卸荷裂隙發(fā)育，沿溝道兩側(cè)巖壁分布有大量危巖松動(dòng)體，尤其集中分布于三眼峪溝主溝、小眼峪溝中下游及大眼峪溝中游地段。較大規(guī)模危巖體 13處，總體積 64.1×104m3。這些危巖體在如地震、強(qiáng)降雨作用下失穩(wěn)，直接墜入溝道，也成泥石流的補(bǔ)給物質(zhì)。

根據(jù)三眼峪溝流域內(nèi)松散物質(zhì)的堆積位置、發(fā)育特征、穩(wěn)定程度、向泥石流的轉(zhuǎn)化方式以及溝坡侵蝕強(qiáng)度及溝坡植被覆蓋率估算，流域內(nèi)泥石流固體松散物質(zhì)儲(chǔ)備量達(dá)4143.52×104m3，其中可轉(zhuǎn)化為泥石流的固體物質(zhì)總量為2693.84×104m3，域內(nèi)單位面積可補(bǔ)給量達(dá)111.78×104m3。流域內(nèi)固體物質(zhì)總儲(chǔ)量及其可轉(zhuǎn)化為泥石流的物質(zhì)總量之豐富，非常罕見(jiàn)。流域內(nèi)各類(lèi)固體物質(zhì)儲(chǔ)量及其可轉(zhuǎn)化為泥石流的總量如圖4所示。從圖中可以看出，崩塌堆積物是三眼峪溝泥石流固體物質(zhì)的最主要來(lái)源，其余依次為溝道堆積物、坡面松散覆蓋層、滑坡堆積物、危巖體。

圖4 三眼峪溝流域內(nèi)泥石流固體松散物質(zhì)儲(chǔ)量及可補(bǔ)給量Fig.4 Types of source materials for the debris flow at Sanyanyu Gulley

2.3 水源條件

舟曲縣所在區(qū)域的氣候?qū)俦眮啛釒虮睖貛У倪^(guò)渡區(qū)，氣候垂直變化明顯。隨海拔升高，山地暴雨雨量增高。區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為435.8mm，年最大降雨量579.1mm，年最小降雨量253mm。年內(nèi)降水分配不均，主要分布在5～9月份，具有降雨集中，暴雨多，局地性降雨強(qiáng)度大的特點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，三眼峪溝發(fā)生泥石流的降雨資料［2］顯示，激發(fā)三眼峪溝泥石流1h雨強(qiáng)多在30mm以上（圖5）。

圖5 近幾十年來(lái)三眼峪溝泥石流發(fā)生時(shí)間及降雨特征Fig.5 Rainning types and time for the debris flow at Sanyan yu Gulley nearly ten’s years

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2010年8月 8日當(dāng)?shù)貜?qiáng)降雨持續(xù)約40 min，降雨量超過(guò)77.3mm［3］，最大降雨量出現(xiàn)在舟曲縣城東南10km的東山鎮(zhèn)，降雨量96.3mm，舟曲縣西北方向上游的迭部縣代古寺為93.8 mm［4］。據(jù)此推斷，三眼峪上游地區(qū)與這兩個(gè)地區(qū)地處同一降雨帶，降雨量與東山鎮(zhèn)、代古寺相當(dāng)，是舟曲縣建站以來(lái)的最大降雨強(qiáng)度。這次大強(qiáng)度暴雨有別于一般性暴雨，其降雨強(qiáng)度大，歷時(shí)較長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于歷史上激發(fā)三眼峪溝泥石流的小時(shí)雨強(qiáng)。這場(chǎng)罕見(jiàn)的超強(qiáng)降雨在三眼峪溝匯集后，導(dǎo)致這次特大型泥石流的發(fā)生。

2.4 汶川地震對(duì)三眼峪溝泥石流的影響

舟曲縣作為汶川地震的重災(zāi)區(qū)，強(qiáng)地震的波及直接松動(dòng)溝內(nèi)巖土體，加大了坡面沖蝕強(qiáng)度和范圍，使松散物質(zhì)累積速率不斷增高，由此也為泥石流形成創(chuàng)造了條件。根據(jù)本次調(diào)查并結(jié)合前期資料［3］對(duì)比分析，汶川地震降低了流域內(nèi)已有危巖松動(dòng)體的穩(wěn)定性，造成大量巖塊、碎石崩落于溝內(nèi)，其崩落面清晰。同時(shí)地震后，溝內(nèi)新增9處危巖體，使流域內(nèi)可補(bǔ)給泥石流的危巖松動(dòng)體數(shù)量達(dá)到60×104m3以上。本次大強(qiáng)度降雨沖蝕后，陡壁地段穩(wěn)定性差的危巖體崩塌進(jìn)入溝道，直接增加了泥石流固體物質(zhì)。地震對(duì)流域內(nèi)已有的崩塌、滑坡堆積體及巖坡表層土體的影響尚難以用數(shù)量表示，但上游高山草甸區(qū)（植被覆蓋率25％ ～50％，坡度小于35°）、主溝兩側(cè)陡坡段一些灌叢密布的殘坡積層及崩塌堆積體表層被沖蝕強(qiáng)烈，細(xì)溝發(fā)育，切蝕深度達(dá)十余厘米至一米多，除強(qiáng)降雨的直接影響外，與汶川地震作用也有直接的關(guān)聯(lián)性。

2.5 生態(tài)環(huán)境破壞對(duì)三眼峪溝泥石流的影響

歷史上三眼峪溝內(nèi)林木茂盛，植被良好，是舟曲縣重要木材區(qū)之一。20世紀(jì)50年代以后，以縣城為中心的人類(lèi)破壞生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，伐木毀林、陡坡耕植、開(kāi)山炸石、挖沙取土等工程活動(dòng)導(dǎo)致流域內(nèi)植被覆蓋面積不斷減少，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，水土流失不斷加劇和泥石流活動(dòng)頻繁。由于不斷采伐，泥石流堆積扇上鉆探揭示，泥石流堆積體下部堆積物質(zhì)以碎石、漂石為主，泥沙含量很少，滲透性強(qiáng)，至上部細(xì)粒物質(zhì)含量逐步增高。由此推測(cè)，三眼峪溝流域內(nèi)大量植被砍伐后，致使該溝輸沙量不斷增加，泥質(zhì)含量不斷增高。

3 泥石流發(fā)展趨勢(shì)

三眼峪溝易于匯水、坡陡谷深、溝床縱比降的地形條件、內(nèi)仍然儲(chǔ)備的大量松散固體物質(zhì)、未來(lái)可能增加的固體物質(zhì)、以及區(qū)內(nèi)頻發(fā)的極端降雨條件顯示，該溝泥石流活動(dòng)仍將處于活躍期。

“8.8”特大泥石流的發(fā)生，很大程度上改變了流域內(nèi)固體松散物質(zhì)補(bǔ)給泥石流的方式，降低了溝道兩側(cè)原有崩塌堆積體的穩(wěn)定性，因而，進(jìn)一步加大了可補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)量。但是，大眼峪溝和小眼峪溝未來(lái)泥石流可以啟動(dòng)的固體物質(zhì)類(lèi)型可能有所不同。本次泥石流發(fā)生后，小眼峪溝流域內(nèi)大量殘坡積物質(zhì)、原溝道兩側(cè)崩塌、滑坡物質(zhì)被沖蝕進(jìn)入溝道，在水泉流溝和峪支溝交匯處上游溝段內(nèi)大量停積，極大的增大了溝道堆積物質(zhì)，形成壟崗狀溝床地形，部分地段溝床被抬高達(dá)3～8m，其堆積物質(zhì)松散，阻礙水流，極易被溝道地表徑流直接沖蝕、搬運(yùn)，成為泥石流再次發(fā)生的主要固體物質(zhì)來(lái)源。大眼峪溝經(jīng)過(guò)“8.8”泥石流沖蝕，溝道兩側(cè)原有的崩塌、滑坡堆積體前緣物質(zhì)被沖蝕帶走，其穩(wěn)定性顯著降低。特別是罐子坪地段的巨型崩塌形成的天然堆石壩被切開(kāi)，形成切深15～43m、寬4～18m的溝槽地形，崩塌堆積體失去側(cè)向支撐，穩(wěn)定性降低，在地表徑流的沖蝕下，其松散物質(zhì)將不斷進(jìn)入溝道，牽引后部物質(zhì)不斷向溝內(nèi)滑移。目前，罐子坪下游側(cè)右岸崩塌堆積溝段已形成長(zhǎng)120m、寬1～3m的弧線裂縫帶，發(fā)生滑坡堵斷溝道勢(shì)成必然（圖6）。該地段經(jīng)“8.8”泥石流沖蝕后，其地形條件、固體松散物質(zhì)穩(wěn)定狀態(tài)已發(fā)生明顯變化，原有穩(wěn)定的、基本不參與泥石流活動(dòng)的崩塌體，將成為易補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)，從而使大眼峪溝內(nèi)可補(bǔ)給泥石流的物質(zhì)大幅度增高。

圖6 大眼峪溝罐子坪地段“8.8”泥石流沖蝕后崩塌剖面圖Fig.6 Cross section of the eroded rock fall deposits by by“8.8”debris flow at Guziping

再之，本區(qū)處于地震高烈度區(qū)，周邊地震活動(dòng)頻繁。如果周邊再有地震活動(dòng)，將導(dǎo)致溝內(nèi)更多斜坡失穩(wěn)，增大泥石流固體物質(zhì)補(bǔ)給量。盡管“5.12”汶川地震直接導(dǎo)致溝內(nèi)危巖體數(shù)量增多，但是，地震造成的大量“內(nèi)傷”還尚未表現(xiàn)，這些內(nèi)傷可能將加劇溝坡失穩(wěn)，增大溝內(nèi)固體物質(zhì)儲(chǔ)量。

近年來(lái)，從甘肅省內(nèi)外氣候變化特征來(lái)看，氣候異常波動(dòng)顯著，區(qū)域性或局地性極端氣候頻繁出現(xiàn)，極度干旱和極端降雨相間發(fā)生。2010年甘肅東部和南部先期出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、大范圍干旱，7、8月份相繼在隴東、舟曲、隴南、天水等地出現(xiàn)短歷時(shí)、大強(qiáng)度降雨，局地降雨強(qiáng)度達(dá)到百年或兩百年一遇，導(dǎo)致大范圍的地質(zhì)災(zāi)害。舟曲縣正處于近期氣候異常變化區(qū)域內(nèi)，一旦再次出現(xiàn)降雨量大于30mm的降雨，三眼峪溝很可能再次發(fā)生泥石流災(zāi)害。另一方面，經(jīng)過(guò)“8.8”泥石流后，大量松散泥沙、石塊在三眼峪溝的主溝道集中，這些物質(zhì)很容易被泥石流直接啟動(dòng)。據(jù)此推測(cè)，未來(lái)發(fā)生泥石流規(guī)?？赡芨?。

4 結(jié)論

（1）三眼峪溝流域在地形、固體物質(zhì)儲(chǔ)備和降雨三個(gè)條件上的極端性，是2010年8月8日爆發(fā)特大型泥石流災(zāi)害的根本原因。三眼峪溝流域山高坡陡，溝壑密集，溝床縱比降大，以崩塌為主的可補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)總量達(dá)2 693.84×104m3，為山洪泥石流形成提供良好的條件。2010年8月8日凌晨40分降雨量達(dá)77.3mm，極端降雨激發(fā)了三眼峪溝特大山洪泥石流。

（2）“8.8”特大泥石流很大程度上改變了三眼峪溝流域內(nèi)固體松散物質(zhì)參與泥石流的方式，降低了溝道兩側(cè)原有崩塌堆積體的穩(wěn)定性，加大了可補(bǔ)給泥石流的松散物。加之前期汶川地震的深度影響及近年來(lái)氣候呈現(xiàn)異常性波動(dòng)，該溝很可能再次發(fā)生泥石流，并且規(guī)模和強(qiáng)度可能進(jìn)一步增強(qiáng)。

［1］甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局.甘肅省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1989.Gansu Geological Bureau.Regional geology of gansu［M］.Beijing：Geological Publishing House，1989.

［2］胡向德，余家懿，董抗甲.舟曲縣三眼峪溝泥石流災(zāi)害勘查報(bào)告［R］.地礦部地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查院西北分院，1996.HU Xiangde，YU Jiayi，DONG Kangjia.Investigation report of debris flow hazard in sanyanyu gulley［R］.Northwest Institute of Institute of Geological Hazard Investigation，Ministry of Geology and Mineral Resources，1996.

［3］趙玉春，崔春光.2010年8月8日舟曲特大泥石流暴雨天氣過(guò)程成因分析［J］.暴雨災(zāi)害，2010，29（3）：289-295.ZHAO Yuchun，CUIChunguang，Weather and its change on August8.2010 for the debris flow disaster at sanyanyu gulley，Zhouqu County［J］.Rainstorm Disaster，2010，29（3）：289-295.

［4］胡凱衡，葛永剛，崔鵬.對(duì)甘肅舟曲特大泥石流災(zāi)害的初步認(rèn)識(shí)［J］.山地學(xué)報(bào)，2010，28（5）：628—634.HU Kaiheng，GE Yonggang，CUI Peng.preliminary thoughts on the debris flow disaster at sanyanyu gulley，Zhouqu County［J］.Mountain Resarch，2010，28（5）：628-634.