呂喬森，董瑋瑋

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆地質(zhì)工程勘察院，新疆 烏魯木齊 830091；3.新疆烏魯木齊市城市規(guī)劃設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

?

阿圖什市稀性泥石流成災特性研究

呂喬森1，2，董瑋瑋3

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆地質(zhì)工程勘察院，新疆 烏魯木齊 830091；3.新疆烏魯木齊市城市規(guī)劃設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆南部山區(qū)泥石流災害發(fā)育程度高，災害暴發(fā)頻發(fā)，以南疆阿圖什市為例，對成災特性進行重點分析，闡明稀性泥石流災害賦存的地質(zhì)環(huán)境條件與基本特征，對致災三大要素——地形地貌特征、泥石流物源與水源條件進行分析研究，結(jié)果表明，該市泥石流類型主要為由暴雨誘發(fā)的破面侵蝕溝谷型稀性泥石流，爆發(fā)頻率及規(guī)模為中型。厘清成災特性，為后續(xù)的防治工程設計奠定研究基礎。

地質(zhì)災害；稀性泥石流；成災特性；重度

泥石流是我國《地質(zhì)災害防治條例》中規(guī)定的六大災種之一，主要發(fā)育在山區(qū)溝谷，由暴雨、冰川、地震等外界因素誘發(fā)，通過水體混合并裹攜大量泥沙、石塊、土體形成特殊洪流，是介于崩塌、滑坡等塊體運動和高含沙水流運動之間的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，具有暴發(fā)突然、致災性強、破壞性大、防治難度高等特點[1-3]。新疆存在廣袤的山區(qū)溝谷地貌，且多植被稀疏、基巖風化嚴重，為泥石流災害的發(fā)育提供了良好的地質(zhì)條件，嚴重制約地方城市建設發(fā)展。

阿圖什市位于新疆西南部克孜勒蘇柯爾克孜自治州(以下簡稱“克州”)中部，下轄6鄉(xiāng)1鎮(zhèn)。該市是克州州府所在地，是新亞歐大陸橋上重要的節(jié)點。由于地處博孜塔格山脈區(qū)域，該市泥石流災害發(fā)育程度高，災害暴發(fā)頻仍，成災特征典型，業(yè)已對市區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展造成嚴重的不良影響。如2001年8月23日，由于克州地區(qū)突降暴雨，阿圖什市遭受洪水泥石流災害，整個市區(qū)被厚度30 cm左右的泥石流沖出物質(zhì)掩埋，直接經(jīng)濟損失達6 300萬元。因此，亟需研究分析阿圖什市代表性的泥石流災害，厘清其成災特性[4-5]，為阿圖什市乃至其他南疆地區(qū)相似的泥石流災害防治工程設計提供依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 氣象水文條件

阿圖什市地處中緯度歐亞大陸腹地，屬典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，主要表現(xiàn)為四季分明，日照充足，干旱少雨，無霜期長，氣溫晝夜變幅大。市區(qū)年平均氣溫13.7℃，平均最高氣溫33.6℃，極端最高氣溫41.2℃，平均最低氣溫-5.3℃，極端最低氣溫-24.4℃。年最大降水量165.5 mm，最小降水量18.3 mm，多年平均降水量78.0 mm。多年平均日照時長2 785.6 h，最大凍土深度68 cm，多年平均風速2.1 m/s，最大風速為22 m/s。

阿圖什市土地遼闊、河網(wǎng)密布，較大水系為博古孜河和恰克瑪克河。城區(qū)處于博古孜河下游，屬平原游蕩性河流，河床寬淺，河灘密布，主流位置不定，具有淺、寬、亂的特點。根據(jù)水文資料顯示，歷年最大洪峰流量發(fā)生以7～9月最高，其次為5、6月份，與泥石流災害集中暴發(fā)時間相吻合。

1.2 地形地貌條件

阿圖什市地處天山西南坡博孜塔格山一側(cè)，總體地勢北高南低，海拔1 350～1 650 m。該市南部為山前沖洪積傾斜平原，海拔1 300～1 350 m，平原地帶地表覆蓋人工種植植被，覆蓋率約70%～80%；北部為山區(qū)，山區(qū)溝谷中基巖裸露，上覆少量第四系殘坡積物，植被極稀疏。

1.3 地層巖性條件

1.3.1 二疊系下統(tǒng)卡侖達爾組(P1k)

主要分布在北部中低山丘陵區(qū)，巖性為海相較細碎巖夾少量灰?guī)r。其下部為黃色、灰綠色鈣質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖與砂質(zhì)泥巖互層夾泥質(zhì)灰?guī)r；上部為絳紅色、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)中細粒長石富巖屑砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖不均勻互層夾砂巖、粉砂巖。

1.3.2 第三系上新統(tǒng)阿圖什組(N2a)

主要分布在北部的低山丘陵區(qū)，巖性主要為泥巖、砂巖和礫巖，呈紅褐色～淺棕色，礫巖主要由塊石、碎石、砂膠結(jié)形成。

1.3.3 第四系(Q)

第四系(Q)在阿圖什市內(nèi)廣泛分布，主要分布于泥石流溝谷、坡腳及山坡坡面，主要為第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖洪積物(Q3-4apl)、全新統(tǒng)殘坡積物(Q4dl+el)與第四系全新統(tǒng)崩積物(Q4col)等，是構(gòu)成泥石流物源的重要組成部分。

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)溝谷內(nèi)第四系為透水不含水層，地下水主要分布于溝谷的沖洪積扇部位，地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水。含水巖組巖性為第四系砂、礫石，單井涌水量為20～200 m3/d，富水性中等。根據(jù)現(xiàn)場取水樣簡分析結(jié)果，地下水化學類型為HCO3·SO4·Cl-Na·Ca，礦化度0.446～1.301 g/L，屬淡水-弱礦化水，體現(xiàn)沉積巖地區(qū)淺層溶濾水的特征。地下水補給方式一則為山區(qū)洪流的入滲補給，二則為汛期博古孜河河水的側(cè)向補給。主要排泄方式一種為枯水期向東南側(cè)的博古孜河排泄，另一種是以蒸發(fā)或蒸騰的方式排泄。

1.5 研究區(qū)泥石流災害基本特征

基于研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查可以得出，阿圖什市泥石流類型主要為由暴雨誘發(fā)的坡面侵蝕溝谷型稀性泥石流，暴發(fā)頻率一般為中頻，暴發(fā)規(guī)模一般為中型。其中，以市區(qū)北部吐古買提鄉(xiāng)科克塔木村泥石流災害最為典型。該泥石流災害處于發(fā)展期(壯年期)，易發(fā)程度綜合量化評價結(jié)果為87分，處于“易發(fā)”狀態(tài)，泥石流災害危險性等級小～中型，泥石流潛在危險性等級中型，受災體處于災變的臨界狀態(tài)，須警惕成災可能性。

2 阿圖什市泥石流的成災特性

如上所述，發(fā)育于該市北部吐古買提鄉(xiāng)科克塔木村的泥石流規(guī)模大、致災強、威脅廣，具有重要的研究意義。因此，以其為研究對象，對成災特性進行重點分析。

圖1 泥石流區(qū)域劃分示意圖

2.1 地形地貌特征

研究區(qū)整體屬中低山區(qū)，地勢北高南低，呈“箕”形，其中北、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”形當中大致呈北西-南東向延伸。地貌類型包括中山、構(gòu)造剝蝕丘陵、山前沖洪積傾斜平原等，最高點平均海拔1 871.6 m，最低點平均海拔1 630.8 m，主溝最長約2.81 km。科克塔木村泥石流流域總面積約為4.54 km2。溝谷整體呈樹杈狀，共5條支溝、1條主溝，溝谷平均縱坡約55.0‰，溝道寬2～140 m。其中一號、二號支溝呈“V”型，三號、四號、五號支溝及主溝呈寬“U”型，如圖1所示。

2.1.1 形成區(qū)

將最下游處的五號支溝與主溝交匯處以上的流域范圍劃分為泥石流的形成區(qū)，其溝谷流域面積約2.35 km2，發(fā)育支溝5條，各支溝縱坡坡率、溝道形態(tài)、物理地質(zhì)特征如表1所示。

形成區(qū)北部為陡峻山體，坡度一般35°～80°，坡體基巖裸露，無植被覆蓋，巖性主要為礫巖，微～中風化，由塊石、碎石和砂組成，鈣質(zhì)或泥鈣質(zhì)膠結(jié)；巖體堅硬，錘擊有回彈，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級～Ⅳ級偏強。工程地質(zhì)條件良好至一般。形成區(qū)東西兩側(cè)為強風化基巖，巖性主要為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r，大部基巖表層全風化成泥質(zhì)，厚度0.3～0.8 m，坡度一般25°～65°，植被極稀疏，基本喪失固土保水能力；該部分巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級偏弱～Ⅴ級，局部發(fā)育傾倒～墜落式崩塌，工程地質(zhì)條件較差。形成區(qū)的一號與二號支溝溝道狹窄且多急灣，呈“V”型，存在大量陡坎與跌水，溝內(nèi)堆積物主要為沖洪積形成的碎石、角礫，以及一些大粒徑的塊石、漂石，堵塞程度嚴重；三號～五號支溝寬敞，呈寬“U”型，溝道較短，溝內(nèi)堆積物較多，主要為沖洪積形成碎石、角礫，有零星植被；其中四號與五號支溝溝頭一帶存在大量崩塌堆積物，塊徑極大，但基本不參與泥石流形成。

綜上所述，該段區(qū)域內(nèi)陡峻的地形地貌有利于匯集周圍山坡上的水流，坡面松散固體物質(zhì)易在水流作用下啟動。

2.1.2 流通區(qū)

從五號支溝與主溝匯集處至泥石流溝口劃分為流通區(qū)，其溝谷流域面積約為0.56 km2，主溝平均縱坡約為45‰，溝道寬180～310 m，呈寬“U”形。

流通區(qū)溝谷兩側(cè)出露強風化粉砂巖、砂質(zhì)泥巖以及泥質(zhì)灰?guī)r，巖性變化過渡復雜，整體呈逆沖推覆體接觸，其中砂質(zhì)泥巖風化剝蝕嚴重，大部基巖表層全風化成泥質(zhì)，厚度0.3～0.6 m，坡度一般25°～55°，植被極稀疏，基本喪失固土保水能力；該部分巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級～Ⅴ級，東側(cè)山體于溝口位置發(fā)育傾倒式崩塌，工程地質(zhì)條件較差。流通區(qū)東側(cè)一帶可見殘留泥位，西側(cè)一帶可見沖擊侵蝕痕跡。

流通區(qū)溝道堆積物較多，主要為沖洪積形成的角礫層，含少量碎石、圓礫，骨架顆粒間以礫砂、中粗砂、少量粉土充填為主，中密～密實，干燥～稍濕，主要母巖成分為砂巖、凝灰?guī)r等。流通區(qū)溝道較順直，但縱坡較緩，易于泥石流固相物質(zhì)的沉淀，但由于區(qū)內(nèi)堵塞程度一般～輕微，水體流動暢通，因此可直泄下游，對堆積區(qū)的扇體產(chǎn)生較強的沖刷與掏蝕。

2.1.3 堆積區(qū)

從泥石流溝口至博古孜河西岸一側(cè)劃分為堆積區(qū)及其影響區(qū)，面積約1.63 km2，沖積扇長約900 m，寬約1 500 m，擴散角約100°，平均縱坡33‰。

泥石流堆積區(qū)為泥石流物質(zhì)的停積場所，位于山口外，地形較平緩。由于地形豁然開闊平坦，泥石流動能急劇變小，最終停積下來形成近似扇形的堆積體(洪積扇)。由于存在多次泥石流暴發(fā)堆積，溝口以南區(qū)域形成了巨厚堆積層，角礫層厚度大于80 m，扇形相對較完整，且沖淤變幅明顯。堆積區(qū)東西兩側(cè)發(fā)育多條沖溝，寬度0.8～2.0 m不等，深度0.3～0.6 m。堆積區(qū)地層主要為角礫，灰黃～雜色，分選性較差，級配良好，顆粒呈次棱角-次圓狀，含少量碎石，骨架顆粒間以礫砂、中粗砂、少量粉土充填為主，母巖成分主要為砂巖、凝灰?guī)r、灰?guī)r等，中密～密實，干燥～稍濕。

2.2 泥石流物源組成

科克塔木村泥石流的松散堆積物主要由兩部分組成：主要來源為流域范圍內(nèi)各溝道沖洪積所形成的堆積物，其他來源為溝道兩側(cè)山體直面上風化形成的殘積物、坡積物、少量崩積物及泥石流沖擊掏蝕坡腳產(chǎn)生的塌岸物質(zhì)。

對于形成、流通區(qū)山體坡面上風化形成的殘積物、坡積物、少量崩積物而言，降雨入滲后，松散殘坡積物吸水產(chǎn)生蠕變，并與水體充分摻混，強度衰減，誘發(fā)物質(zhì)啟動。物質(zhì)啟動后，一邊侵蝕不穩(wěn)定土層一邊滑行，最終匯入溝道成為物源。

對于溝道內(nèi)沖洪積所形成的松散堆積物而言，降雨匯集后裹攜大小粒徑石塊順坡降徑流，形成強烈紊動固液混合相紊流，龍頭聚集大顆粒卵石形如一座緩慢推進的石壩，沖刷力較強。在泥漿挾帶下部卵石運動中，卵石周圍的液相通過相對運動把能量傳遞給卵石顆粒，同時上部泥漿流借助于紊動擴散作用不斷把動能傳遞到下層，使下部液相物質(zhì)可維持不斷推動卵石運動，并持續(xù)地沖刷揭底溝床。當泥漿深度提升到一定程度后，高黏性遏制了紊動，加之泥石流運動至溝口一帶后，地形陡然開闊，流速迅速下降，紊流漸次轉(zhuǎn)化為層流，大顆粒固相物質(zhì)逐步停止并沉淀，龍頭消逝，僅剩下洪流及少量細顆粒固相物質(zhì)繼續(xù)向下游排泄，

綜上所述，科克塔木村泥石流物源以沖溝侵蝕為主、淺層坍塌為輔，動力學特征主要體現(xiàn)為水力作用導致的溝床起底掏蝕。在形成區(qū)與流通區(qū)上游，其流體性質(zhì)以稀性為主，在流通區(qū)中下游則黏性略有提高。

2.3 水源條件

2.3.1 植被條件

研究區(qū)內(nèi)基巖山體表層植被極稀疏，植被覆蓋率不足1%，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。泥石流溝道內(nèi)生長有零星植株，主要為一年生耐旱草本植物，多為梭梭柴，覆蓋率小于5%。因此，植被穩(wěn)固坡面松散物的能力十分有限，可忽略不計。

2.3.2 降雨影響

降雨具有構(gòu)成泥石流重要組成部分和搬運介質(zhì)雙重意義，特大暴雨是泥石流爆發(fā)的基本動力條件?？瓶怂敬迥嗍鳒瞎人诘闹猩郊皠兾g丘陵形成的匯水區(qū)域為泥石流的發(fā)育提供了水動力條件，同時也成為水流的流通通道。

如前所述，研究區(qū)主要接受大氣降水補給，大氣降水多集中在5～9月，尤以7～8月為甚，多呈連續(xù)數(shù)日的大雨或短時間的暴雨。降雨的集中出現(xiàn)形成強大的地表徑流，沖刷裹攜固體物質(zhì)形成泥石流。據(jù)走訪調(diào)查，最近一次較大規(guī)模的泥石流爆發(fā)于2012年7月。當時泥石流的沖起高度約0.4 m，泥砂淤積厚度0.1 m，對村內(nèi)新建牧民安居房造成了較大的危害。

3 結(jié)語

(1)通過闡明阿圖什市氣象水文條件、地形地貌條件、地層巖性條件、水文地質(zhì)條件，明確了阿圖什市泥石流類型主要為由暴雨誘發(fā)的坡面侵蝕溝谷型稀性泥石流，暴發(fā)頻率一般為中頻，暴發(fā)規(guī)模一般為中型。

(2)以吐古買提鄉(xiāng)科克塔木村泥石流災害為研究對象，通過分析其形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)的地形地貌特征，物源組成，水源條件等，基本厘清了泥石流災害的成災特性，為后續(xù)的泥石流防治對策研究奠定了理論基礎。

[1]吳積善，田連權(quán)，康志成，等. 泥石流及其綜合治理[M]. 北京：科學出版社.1993.

[2]崔鵬，韋方強，謝洪，等. 中國西部泥石流及其減災對策[M].第四紀研究.2003.23(2)：142-151.

[3]劉希林. 我國“地質(zhì)災害危險性評估技術(shù)要求”中的有關問題—以泥石流災害為例[M].中國地質(zhì)災害與防治學報.2013.24(2)：8-15.

[4]余斌. 根據(jù)泥石流沉積物計算泥石流容重的方法研究[J].沉積學報.2008.26(5)：789-796.

[5]余斌. 稀性泥石流容重計算的改進方法[J].山地學報.2009.27(1)：70-75.

2017-03-14

呂喬森(1986-)，男，福建古田人，工程師，主要從事地質(zhì)災害預測與防治方面的研究。

P642.23

B

1004-1184(2017)03-0217-03