張金山，謝 洪，王小丹，范繼輝

(1. 中國科學(xué)院 山地災(zāi)害與地表過程重點實驗室，四川 成都 610041；2. 中國科學(xué)院·水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041)

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西藏尖姆普曲泥石流*

張金山1,2，謝 洪1,2，王小丹2，范繼輝2

(1. 中國科學(xué)院 山地災(zāi)害與地表過程重點實驗室，四川 成都 610041；2. 中國科學(xué)院·水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041)

尖姆普曲為雅魯藏布江支流帕隆藏布江左岸的一級支溝，是一條大型冰川泥石流溝，2007年曾暴發(fā)特大規(guī)模的泥石流，堵斷帕隆藏布江，導(dǎo)致對岸的川藏公路斷道，并造成人員傷亡。目前幾乎每年都會暴發(fā)中小規(guī)模的泥石流。尖姆普曲高差巨大、岸坡陡峻，給泥石流暴發(fā)提供了優(yōu)越的能量條件，流域所在區(qū)域隆升強烈，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石破碎，加上地震頻發(fā)，風(fēng)化強烈，給泥石流發(fā)育提供了大量的固體物質(zhì)條件；流域所在區(qū)位于西南季風(fēng)影響區(qū)，又為水汽通道，降水豐富且多暴雨，冰川活動也十分強烈，為泥石流暴發(fā)提供了大量的水源條件。根據(jù)調(diào)查訪問，尖姆普曲內(nèi)泥石流的主要激發(fā)水源為暴雨，若疊加增溫和雨水潛熱導(dǎo)致冰雪融水，則可產(chǎn)生大規(guī)模泥石流。根據(jù)實測資料進行了泥石流流速、流量等參數(shù)的計算，結(jié)果表明暴雨和冰雪融水組合條件較好時，激發(fā)的大規(guī)模泥石流可再次堵斷帕隆藏布江。

泥石流；尖姆普曲；西藏；帕隆藏布江；松繞村

尖姆普曲位于西藏波密縣松繞村境內(nèi)，為雅魯藏布江支流帕隆藏布江左岸的一級支溝，溝口與東偏南方向的波密縣城直線距離約45 km，距西偏南方向的林芝地區(qū)政府所在的八一鎮(zhèn)約100 km(圖1)。

圖1 尖姆普曲地理位置示意圖

從2006年的遙感影像看，尖姆普曲溝口已存在較大的堆積扇(圖2)，并存在泥石流堆積臺地(圖3)，因此認(rèn)為該溝是一條老的泥石流溝。

2007年9月4日，尖姆普曲發(fā)生泥石流，泥石流越過帕隆藏布江沖毀溝對岸的川藏公路約150 m(圖4)，導(dǎo)致溝口村莊及過往路人1人死亡、7人失蹤、9人受傷，2戶民房被毀、6戶民房受損，沖毀農(nóng)田2 hm2，沖走牲畜40余頭，溝口下游兩岸大片森林被毀，泥石流短暫堵斷帕隆藏布江(約1 h)，1座跨江吊橋(松饒吊橋)和1輛汽車被毀，川藏公路交通中斷43 h。據(jù)調(diào)查訪問，該溝近年來小規(guī)模泥石流幾乎每年都會暴發(fā)，2009年還暴發(fā)過較大規(guī)模的泥石流，但未堵斷主河。

圖2 遙感影像顯示的尖姆普曲溝口堆積(googleearth影像 2006年4月30日)

圖3 尖母普曲溝口

圖4 尖母普曲2007年9月4日泥石流沖過帕隆藏布江危害川藏公路及村莊

1 泥石流形成條件

1.1 地貌特征

尖姆普曲發(fā)源于念青唐古拉山東段余脈，由南向北注入帕隆藏布江，為帕隆藏布江中游左側(cè)支流，流域面積為17.65 km2，主溝長度7.04 km，溝床平均縱比降294‰，流域最高峰海拔5 590 m，溝口帕隆藏布江水面海拔2 439 m，相對高差3 151 m，流域內(nèi)山坡平均坡度達35°，地形十分陡峻(圖5)。在流域海拔4 000 m以上的山坡和溝谷，發(fā)育有現(xiàn)代冰川，總面積約1.45 km2，屬海洋性溫冰川，補給與消融均十分強烈(圖6)。

圖5 尖姆普曲流域圖

圖6 尖姆普曲上游的冰川

1.2 地質(zhì)條件

尖姆普曲流域在地質(zhì)構(gòu)造上處于印度板塊和歐亞板塊的縫合帶的北側(cè)，發(fā)育于察隅—波密—林芝近東西向深大斷裂帶的中段。流域所在區(qū)域經(jīng)前寒武紀(jì)及古生代構(gòu)造運動，產(chǎn)生一套中度變質(zhì)巖系，燕山構(gòu)造運動中形成大量斷裂。

流域出露地層以前震旦系為主，巖性主要為片麻巖、片巖、變粒巖及大理巖。由于強烈的變質(zhì)作用和寒凍風(fēng)化作用，以及構(gòu)造的破壞和地震的影響，巖體破碎，崩塌滑坡發(fā)育，是泥石流活動的主要固體物質(zhì)來源。喜山運動以來，本區(qū)及鄰近地區(qū)發(fā)生強烈的隆升和向東擠出走滑[1-2]，區(qū)內(nèi)有NE、EW、NNW、NWW四個方向的構(gòu)造體系，它們彼此以斜接或反接形式復(fù)合于雅魯藏布江大拐彎頂端和南迦巴瓦峰附近[3-4]，造成本區(qū)斷裂切割密度很大，巖層被切割的支離破碎，加之流域上游晝夜溫差大，寒凍風(fēng)化作用強烈，在強烈的雪崩作用下補給冰川，在消融區(qū)冰川表面形成深厚的表磧塊礫層，在全球變暖的總體趨勢下，流域冰川退縮，表磧、側(cè)磧、終磧等冰川堆積物成為泥石流的另一固體物質(zhì)來源。

尖姆普曲所處位置是西藏兩個強地震帶之一的藏東南強地震帶中部，對區(qū)域有影響的特大地震有：1897年印度阿落姆8.7級特大地震及1950年8月我國西藏察隅8.5級特大地震； 1976年以后共發(fā)生影響該區(qū)(92°～98°E， 28°～32°N)的6級以上的地震1次，5次以上的地震4次，4級以上的地震78次以上[5]。頻頻發(fā)生的中、小地震破壞了山體的穩(wěn)定性，促使崩塌滑坡形成，加大松散固體物質(zhì)的儲備量，增強松散物質(zhì)參與泥石流活動的可能性，在加快泥石流活躍周期，以及加大泥石流的規(guī)模等方面都起到了積極的作用。

1.3 氣象水文條件

尖姆普曲地處西藏高原的東南邊緣，深受印度洋西南季風(fēng)的影響，水汽溯雅魯藏布江下游河谷逆流而上，翻越帕隆藏布江南岸山嶺的埡口后直入本區(qū)，帶來充沛的降水。由于海洋性季風(fēng)的影響，雨季長達6個月左右(4月下旬到9月中旬)；冬季則受西風(fēng)環(huán)流控制，以固態(tài)降水為主。根據(jù)波密氣象站和古鄉(xiāng)溝零星觀測資料，年平均氣溫8.6℃，降雨884.5 mm。年內(nèi)降雨分配極不均勻，雨季降水占年降水量的70%以上(圖7)，最大月份與最小月份降雨懸殊達20余倍。另外，流域降水量也受海拔高度的影響，降水量隨海拔明顯增大，據(jù)與該溝溝口位置相距不到20 km的古鄉(xiāng)溝流域的觀測資料，流域中夏季降水垂直遞減率達80 mm/100 m[6]。

圖7 尖姆普曲所在區(qū)域各月降水分配圖

尖姆普曲上游冰川面積約1.45 km2，冰川融水為流域徑流重要來源之一，但因缺乏觀測資料，故使用“冰川的年平均消融量大致等于雪線處的年消融量”的原理，計算得出年平均冰川消融徑流[7]。

先用式(1)計算雪線處的消融深A(yù)(mm)：

A=1.33(9.66+ts)2.85。

(1)

式中：ts為計算年夏季流域雪線處6-8月的平均氣溫(℃)，利用波密氣象站觀測資料及氣溫垂直遞減原理，算得流域雪線處夏季平均氣溫為7.5 ℃，代入式(1)得尖姆普曲2007年冰川消融深為4 370 mm。

尖姆普曲流域的冰川屬海洋性溫冰川，冰的密度宜取0.9 g/cm3，計算消融徑流深h(mm)：

h=4 370×0.9=2 933.1。

(2)

最后根據(jù)冰川面積計算2007年冰川的年平均消融徑流Q(m3/s)：

Q=(2 933.1×1.45×1 000)/(365×24×3 600)=0.18。

(3)

據(jù)2014年7月考察時實測流量為6.2 m3/s，而據(jù)附近培龍溝、古鄉(xiāng)溝等流域研究資料，7月流量一般占年總徑流量的26%左右，即流域年平均徑流量約為1.98 m3/s，可見冰雪融水僅占年徑流量的9.1%。

尖姆普曲冰川面積占流域總面積的8.2%，利用面積分割法[6]，根據(jù)同緯度同為海洋性冰川的海螺溝冰川末端多年觀測徑流分割比率，算得尖姆普曲冰雨融水占全年徑流量的比率是：

(0.483×0.082)/0.38=0.104,

(4)

即在尖姆普曲流域每年徑流問題構(gòu)成中占10.4%。

由以上分析可見，尖姆普曲流域平時的徑流主要以降水和地下水，冰雪融水僅占年平均徑流量的10%左右。因此，尖姆普曲泥石流的激發(fā)條件以暴雨為主，如果暴雨伴隨著流域溫度增加，加上雨水潛熱，則冰川消融量會大大增加，且與冰磧層等碎屑物相互作用，從而形成大規(guī)模泥石流。

2 2007年“9·4”特大泥石流特征分析

2.1 泥石流的形成機理

調(diào)研中未了解到尖姆普曲在2007年之前暴發(fā)泥石流的記錄，但調(diào)查到流域下游段兩岸及溝口保存的高出溝床數(shù)十米混雜堆積臺地，且明顯分為多級，所以分析認(rèn)為該堆積物臺地為歷史泥石流堆積形成，在區(qū)域地殼持續(xù)抬升的背景下，主河帕隆藏布江下切而形成。其暴發(fā)頻率分析認(rèn)定為百年一遇(P=1%)。

據(jù)分析，該類泥石流的形成過程為：前期降雨使坡面和溝岸碎屑物質(zhì)浸潤飽和，致使土體平衡條件遭受破壞。當(dāng)大量的水流在坡面或溝谷運動時，一方面，沖刷一部分碎屑物質(zhì)，使其與水流一起產(chǎn)生運動，另一方面，一部分冰雪融水滲入到冰磧層中，使其飽和失穩(wěn)。溝床流動的水體不斷掀揭沖刷不穩(wěn)定的溝床與邊坡，引發(fā)大量物質(zhì)坍塌，從而不斷擴大自身的規(guī)模和含沙量，若堵塞溝道還會造成潰決洪水，形成泥石流[6]。

根據(jù)殘留的泥石流堆積物中細粒物質(zhì)少(圖8)，塊石含量高，長徑2 m者在溝內(nèi)多見，堆積龍頭明顯，分選性差等特點，認(rèn)為該溝暴發(fā)的泥石流為高容重泥石流，估計其容重可能達2.2～2.3 t/m3。

圖8 尖姆普曲內(nèi)泥石流堆積物顆粒級配圖

2.2 泥石流特征參數(shù)計算

ZHANG Ming-ming, ZHAO Pei, YU Yue-qing, ZHANG Cui-gai, GAO Wei, LI Fang

在溝谷下游，泥石流翻越了堆積臺地，對臺地上的植被造成破壞，經(jīng)分析為泥石流超高堆積所致。選擇溝道內(nèi)岸邊該次泥石流的堆積物質(zhì)的高度認(rèn)定為泥石流所達到的高度，測量了此處的橫斷面(圖9)及縱比降，可據(jù)此計算這次泥石流的最大流速和流量。

圖9 尖姆普曲下游溝道斷面圖

尖姆普曲泥石流雖然容重大，但因其塊石含量高，粘粒含量少，在運動特征上更接近西北地區(qū)的稀性泥石流，因此流速計算選用鐵道部第一勘測設(shè)計院推薦公式(5)，該公式是西北地區(qū)的經(jīng)驗公式[8]。

(5)

式中：Vc為泥石流斷面平均流速(m/s)；Rc為泥石流流體水力半徑(m)，可近似取泥石流泥位深度；I為泥石流流面縱坡(‰)；a為阻力系數(shù)，可查表獲得。

為了確定選用公式與參數(shù)的正確性及最后計算結(jié)果的可靠性，還選用通用式(6)計算流速，該公式是根據(jù)西藏古鄉(xiāng)溝、云南蔣家溝和甘肅火燒溝199次泥石流3 000多陣次觀測資料得出，資料來源于不同地區(qū)多種泥石流，其適應(yīng)范圍寬[8]，可用于本研究區(qū)泥石流的參數(shù)計算。

(6)

式中：Vc為泥石流斷面平均流速(m/s)；nc為粘性泥石流的溝床糙率，可用內(nèi)插法查表獲得；Hc為計算斷面的平均泥深(m)，Ic為泥石流流面縱坡(‰)，一般可用溝床縱坡代替。

泥石流的總量可用式(7)計算：

Wc=19TQc/72

(7)

用式(5)和式(6)計算的尖姆普曲泥石流流速與流量，及使用式(7)計算的泥石流總量如表所示(表1)。

表1 尖姆普曲泥石流特征值

2.3 泥石流堵河計算

據(jù)臨近尖姆普曲的原102道班地段附近帕隆藏布江加馬其美水文觀測斷面資料，1953-1996年帕隆藏布江43年平均流量是420.8 m3/s。其中，7月流量最大，44年里，7月平均流量是1 288.2 m3/s[6]。因觀測數(shù)據(jù)的欠缺，沒能得到2009年9月4日泥石流暴發(fā)時的主河流量，但根據(jù)一般情況推測，此時主河流量應(yīng)較平時流量大為增加，再考慮9月份帕隆藏布江的流量處于回落期，因此取7月平均流量來參考泥石流暴發(fā)時的主河流量，事后實測尖姆普曲入?yún)R段帕隆藏布江流速約6 m/s。與計算得到的泥石流特征參數(shù)相比，泥石流流速、流量均較主河稍大，具有堵斷主河的可能性。為具體分析堵河可能性大小及堵河程度，對該次泥石流的堵河特征進行計算。

通過對比分析，張金山得出的岷江上游泥石流堵河可能性的經(jīng)驗公式具有參數(shù)獲取相對容易的優(yōu)點，模型表達式體現(xiàn)出了主河與入?yún)R泥石流的對比關(guān)系，具有明確的物理意義，故被本研究所采用。該公式通過實例分析及專家問卷調(diào)查，結(jié)合泥石流對主河的影響度的概念和表達式，并考慮數(shù)據(jù)取得的難易程度及可靠性而確立，其表達式為：

(8)

式中：R為泥石流堵河危險度，數(shù)值越大表示堵斷主河的可能性越大；ρn、Qn和Jn分別為泥石流容重、流量和泥石流溝床比降；Kz、Qz和Jz分別為入?yún)R處主河寬度、流量及比降[9]。

經(jīng)計算，尖姆普曲2007年“9·4”泥石流的堵河危險度為3.84(表2)，也就是說，支溝泥石流的能量、物質(zhì)量在一定寬度的入?yún)R口處表現(xiàn)出相對于主河的絕對優(yōu)勢，因此堵斷主河的可能性非常大，這與實際是相符的。

表2 泥石流堵河危險性計算表

3 結(jié)論與建議

(1)尖姆普曲高差巨大、岸坡陡峻，給泥石流暴發(fā)提供了優(yōu)越的能量條件，流域所在區(qū)域隆升強烈，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石破碎，加上地震頻發(fā)，風(fēng)化強烈，給泥石流發(fā)育提供了大量的固體物質(zhì)；流域所在區(qū)位于西南季風(fēng)影響區(qū)，又為水汽通道，降水豐富且多暴雨，冰川活動也十分強烈，為泥石流暴發(fā)提供了豐沛的水源。

(2)根據(jù)調(diào)查訪問，尖姆普曲內(nèi)泥石流的主要激發(fā)水源為暴雨，若疊加增溫和雨水潛熱導(dǎo)致冰雪融水，則可產(chǎn)生大規(guī)模泥石流。根據(jù)實測資料進行了泥石流流速、流量等參數(shù)的計算，結(jié)果表明暴雨和冰雪融水組合條件較好時，激發(fā)的大規(guī)模泥石流可堵斷帕隆藏布江。

(3)本文在調(diào)查、計算的基礎(chǔ)上對尖姆普曲2007年9月4日的一場泥石流進行了初步的研究，泥石流特征參數(shù)的計算結(jié)果符合實際，堵河可能性的計算結(jié)果也反映了真實的情況，因此本文所采用的方法可以用于該類泥石流的科學(xué)研究和工程實踐，但在使用過程中應(yīng)注意進行檢驗。

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《災(zāi)害學(xué)》被評為“RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊(A)”

《災(zāi)害學(xué)》編輯部2015年5月收到中國科教評價網(wǎng)、武漢大學(xué)中國科學(xué)評價研究中心、武漢大學(xué)圖書館的證書，在第四屆《中國學(xué)術(shù)期刊評價研究報告(武大版)》(2015-2016年)中，《災(zāi)害學(xué)》雜志被評為“RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊(A)”。

《災(zāi)害學(xué)》編輯部

Debris-flowofJianmupuquRavineinTibet

Zhang Jinshan1, 2, Xie Hong1, 2, Wang Xiaodan1and Fan Jihui2

(KeyLaboratoryofMountainHazardsandEarthSurfaceProcesses,InstituteofMountainHazardsandEnvironmen,CAS,Chengdu610041,China)

JianmupuquRavine,abranchravineofParlungZangboRiver,isalargeglacierdebris-flowravine.Superdebris-flowshavebrokenoutin2007,andhaveblockedParlungZangboRiverandblockedoffSichuanTibethighwaywhichlocateattheothersideoftheParlungZangboRiver,themoreseriousishavetakencasualties.Now,debris-flowswithmediumand/orsmallscalesoccuralmosteveryyear.ThesteepslopeandthehugealtitudedifferenceoftheJianmupuquRavineprovidepredominantenergyconditionsforthedebris-flow.Thedrainagebasinislocatedinthefastupliftedarea,wherethecomplicatedgeologicstructure,thecrackedrock,andthefrequentearthquakemaketherocksexperiencestrongweathering,thusplentyofgranularmaterialsareavailablefortheformationofdebris-flows.Theregionislocatedinthesouthwestmonsooninfluencearea,andwatervaporchannel,abundantandconcentratedrainfall,aswellasthestrongglacieractivityprovideswatersourcefordebris-flow.Accordingtoinvestigationandanalysis,mostdebris-flowsintheravineareinducedbytherainstorm,whenthemeltedwaterisoverlaid,thelargescaledebris-flowsmayoccur.Parametriccalculationsuchastheflowvelocityandtherunoffisconductedaccordingtothemonitoringdata.Theresultshowsthatlargedebris-flowscanbearousedwhentherainstormandthemeltedwaterarecombinedwell,maybeblockingoffParlungZangboRiveragain.

debris-flow;JianmupuquRavine;Tibet;theParlungZangboriver;Songraovillage

2014-11-25

2015-01-13

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201301037)；中國科學(xué)院STS計劃項目(KFJ-EKFJ-EW-STS-094)

張金山(1972-)，男，甘肅古浪人，副研究員，理學(xué)博士，主要研究方向為泥石流減災(zāi)理論與方法. E-mail:zjszj@163.com

P642.23；X43

A

1000-811X(2015)03-0099-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2015.03.019

張金山，謝洪，王小丹，等. 西藏尖姆普曲泥石流[J].災(zāi)害學(xué), 2015,30(3):099-103. [Zhang Jinshan, Xie Hong, Wang Xiaodan,et al. Debris-flow of Jianmupuqu Ravine in Tibet[J].Journal of Catastrophology, 2015,30(3)：099-103.]