朱利輝 張新民

摘要：受強(qiáng)降水以及地震影響，鎮(zhèn)原縣金龍溝泥石流溝溝谷內(nèi)斜坡穩(wěn)定性降低，特別是鎮(zhèn)原縣，在強(qiáng)降水等條件下，金龍溝溝內(nèi)滑坡、滑塌頻發(fā)，形成泥石流的物源劇增，存在較嚴(yán)重的泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患。本文從鎮(zhèn)原縣的自然地理特征、巖石地層特征等方面入手，分析了金龍溝泥石流的發(fā)育特征及形成條件，為該處泥石流災(zāi)害的防治、預(yù)警和治理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：金龍溝；泥石流；發(fā)育特征；形成條件

Analysis of basin characteristics and formation conditions of debris flow in Jinlong Gully， Zhenyuan County， Gansu

ZHU-Li hui1，ZHANG-Xin min2

1. Geological Survey of Gansu Province，Lanzhou 730000 2. Qingyang Natural Resources Bureau， Gansu， Qingyang 745000

Abstract： under the influence of strong rainfall and earthquake， the stability of slope collapse， landslide and other geological hazards in the gully of debris flow gully in Jinlong Gully， Zhenyuan County， Gansu has been reduced. In addition， the rainfall in Qingyang， especially in Zhenyuan County， Gansu， has increased significantly in recent years， under the condition of heavy rainfall， the landslide and collapse developed in Jinlonggou Gully， and the material source of debris flow increased sharply. In this paper， the development characteristics and formation conditions of debris flow in Jinlong Gully are analyzed from the aspects of physical geography and rock stratum characteristics of Zhenyuan County， Gansu， which can provide basis for prevention， early warning and treatment of debris flow disasters.

Key Words： Jinlong Gully；Debris Flow；development characteristics；formation conditions

鎮(zhèn)原縣位于甘肅省東部隴東黃土高原區(qū)，金龍溝位于鎮(zhèn)原縣城關(guān)鎮(zhèn)金龍村，為茹河右岸一級支溝，為一泥流溝谷，溝口為鎮(zhèn)原縣金龍工業(yè)集中園。該溝歷史上曾多次發(fā)生泥流災(zāi)害，引起了慶陽市委及鎮(zhèn)原縣委、縣政府的高度重視。為了確保金龍溝周邊人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，維護(hù)當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)和生活秩序，本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理刻不容緩?；诖吮尘埃疚膹慕瘕垳夏嗍鞯陌l(fā)育特征以及形成條件等兩個方面進(jìn)行分析研究，為該泥石流溝的監(jiān)測預(yù)警和治理提供重要的參考依據(jù)。

1.自然地理環(huán)境概況

金龍溝位于鎮(zhèn)原縣金龍工業(yè)集中園區(qū)，地理坐標(biāo)北緯35°38′23″～35°40′02″，東經(jīng)107°12′01″～107°12′01″。鎮(zhèn)北路從工作區(qū)經(jīng)過，交通十分便利。

1.1氣象

鎮(zhèn)原縣屬溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫9.5℃，最高氣溫37.2℃，最低氣溫-23.3℃。鎮(zhèn)原縣多年平均降水量480mm，降水年內(nèi)分配不均，大部分集中在7、8、9三個月，其降水量占年降水總量的70%。年最大降水量為699.2mm（1990），最小降水量323.5mm（1997），日最大降水量106.9mm（1980年7月27日），最大小時降水量44.9mm（1980年8月18日）。鎮(zhèn)原縣境內(nèi)降水具有明顯的地區(qū)差異性，各地水量分布不均，南部多于北部，在縣南部的新城、平原、中原一帶多年平均降水可達(dá)520mm，而北部三岔以北只有450mm。

1.2水文

工作區(qū)內(nèi)的河流為茹河，茹河為蒲河一級支流。茹河發(fā)源于寧夏固原縣大灣、開城一帶，途經(jīng)鎮(zhèn)原武溝、開邊、城關(guān)、屯子、太平等鄉(xiāng)鎮(zhèn)東流注入蒲河，全長156km，流域面積3263km2，境內(nèi)流程60km，其特征與蒲河相似。1976年實(shí)測泥砂含量498kg/m3。茹河在7、8、9月為汛期，洪峰流量大、泥砂含量大，破壞性很強(qiáng)，使河床改道，沖刷耕地，淘蝕坡腳。11月至翌年3月為平水期，4月～6月為枯水期。

1.3土壤、植被

鎮(zhèn)原縣土壤種類主要有黃綿土、紅黏土兩大類，黑壚土和砂土有少量分布。鎮(zhèn)原縣植被在水平帶上系溫帶灌草植被帶類型。境內(nèi)植被稀疏，現(xiàn)狀植被為僅存的少量經(jīng)濟(jì)林、人工水土保持喬木林、灌木林以及零星人工草地和天然草地，林草覆蓋率為28%。主要為溝坡上的針茅、蒿類、胡枝子、地椒和長梁上本氏針茅、蒿類以及陡坡狼牙刺灌木，大部分覆蓋率在10%左右。人工林樹種以山杏、刺槐、沙棘、楊樹為主，并有少量的榆樹、柳樹等，山杏經(jīng)濟(jì)林和蘋果主要分布于鄰近村莊避風(fēng)向陽梁峁坡地上，楊樹、榆樹等喬木林主要分布于溝道和村莊周圍，刺槐、沙棘林主要分布在梁峁頂和小流域中下游陡坡地上。人工草主要為紫花苜蓿，分布于靠近居民點(diǎn)緩坡地上。

2.地質(zhì)環(huán)境條件

2.1地形地貌

工作區(qū)位于鎮(zhèn)原縣主城區(qū)東南的金龍溝，工作區(qū)及周邊地貌類型主要為河谷地貌、黃土殘塬地貌和黃土丘陵溝壑地貌三類。工作區(qū)金龍溝流域?yàn)闇瞎鹊孛?。該溝塬區(qū)最高點(diǎn)海拔1422m，最低點(diǎn)為與茹河交匯處海拔1136m，相對高差286m，溝道總長3.0km，平均比降為50.6%，山坡平均長0.4km，平均坡度27°，20°～30°占52%，30°～40°占28%，大于40゜占10%，溝谷切割深度100m～250m。溝谷狹窄，溝床寬7m～20m，中上游呈V字形溝谷形態(tài)，下游呈U字形溝谷形態(tài)，溝口以下入茹河河谷，地形比較寬闊，階地形態(tài)被泥流形成的堆積扇所代替。

2.2地層巖性

工作區(qū)出露的地層按由新到老的順序分述如下：

第四系（Q）：沖洪積物（Q4al+pl）、泥石流堆積物（Q4sef）、重力堆積物（Q4del、Q4col）、坡積物（Q4dl）、黃土（Q1eol—Q3eol）。

新近系粉砂質(zhì)泥巖（N）：僅在溝道下游局部出露，為灰白色—灰褐色粉砂質(zhì)泥巖，成分以長石、云母和石英為主，薄層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀近水平，厚度僅2m～5m。該層巖體固結(jié)程度較差，易風(fēng)化。

下白堊系志丹群羅漢洞組（K1Lh）：僅在金龍溝主溝下游溝口附近零星出露，為棕紅色粉砂巖、薄層泥巖，巖性自上而下逐漸變粗，下部多為中粗及含細(xì)礫中粗砂巖，上部為粉砂巖及細(xì)砂巖。砂巖成分以石英、長石為主，暗色礦物次之，長石部分已風(fēng)化成白色高嶺土。砂巖以泥質(zhì)膠結(jié)為主，疏松易碎，顆粒分選中等，孔隙性較好，具大型斜交層理。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

鎮(zhèn)原縣境在構(gòu)造上位于祁呂賀蘭山字形構(gòu)造賀蘭褶皺帶南端以東伊陜盾地的西南部。新生代以來，隴西系旋卷構(gòu)造由于受賀蘭褶帶的阻擋，向盆地內(nèi)雖有波及，但規(guī)模較小，有六個小斷層，斷距小，零星分布，對下白堊系地層影響不大，屬局部范圍的小構(gòu)造。

2.4新構(gòu)造運(yùn)動與地震

新構(gòu)造運(yùn)動在縣內(nèi)有明顯反映，主要表現(xiàn)為中更新世末期以來地殼的抬升，由于地殼的抬升，塬體破碎，河流發(fā)育，從而使塬體邊緣及其下部溝谷流水深切，為現(xiàn)今地貌的形態(tài)奠定了基礎(chǔ)，也為滑坡、崩塌、泥流的形成提供了條件。

根據(jù)2015年出版的《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖（1∶400萬）》（GB18306—2015），工作區(qū)50年超概率為10%時的地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.10g，屬第二組，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

2.5水文地質(zhì)條件

工作區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)屬陜甘黃土高原半干旱氣候水文地質(zhì)區(qū)（Ⅱ1區(qū)）。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為碎屑巖類孔隙裂隙水和第四系松散巖類孔隙裂隙水。

碎屑巖類孔隙裂隙水徑流模數(shù)多小于51m3/s·km2，單泉豐水期流量多小于31m3/s，水質(zhì)一般良好，供人畜飲用。

第四系松散巖類孔隙裂隙水：分為河谷區(qū)松散巖類孔隙潛水和黃土孔隙裂隙潛水兩個亞類。①河谷區(qū)松散巖類孔隙水含水層巖性為礫石層和砂礫卵石層。該類地下水礦化度一般小于0.5g/L，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。②黃土孔隙裂隙潛水含水層為離石黃土，水質(zhì)一般較好，礦化度在0.3g/L～1.0g/L之間。大氣降水是黃土孔隙裂隙潛水唯一補(bǔ)給來源。

2.6巖土體類型及工程地質(zhì)特征

2.6.1巖體類型及工程地質(zhì)特征

工作區(qū)巖體主要為下白堊系志丹群羅漢洞組粉砂巖，色棕紅，成分以石英、長石為主，暗色礦物次之，厚層狀產(chǎn)出，層理近水平，上部強(qiáng)風(fēng)化層厚度約1m～2m，全風(fēng)化后呈砂土狀，屬較軟巖類。其物理力學(xué)指標(biāo)如下：干容重2.20g/cm3～2.71g/cm3，干抗壓強(qiáng)度21.5MPa～60MPa，軟化系數(shù)0.50～0.96，內(nèi)聚力0.1MPa～2.2MPa，摩擦系數(shù)0.5～1.10。

2.6.2土體類型及工程地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)土體根據(jù)其成因、粒度成分和土體結(jié)構(gòu)可分為一般土和特殊土兩大類型。

一般土：①砂性土、黏性土：分布在金龍溝溝道及兩岸，分兩類。泥石流堆積物天然密度1.6g/cm3～1.8g/cm3，稍密，中低壓縮性，允許承載力120kPa～140kPa。滑坡、崩塌區(qū)堆積物天然密度1.5g/cm3～1.7g/cm3，稍密，硬塑—可塑，中等壓縮性，允許承載力105kPa～120kPa。②卵礫類土：主要分布于茹河兩岸，構(gòu)成Ⅰ、Ⅱ級階地，巖性以卵礫石為主，分選、磨圓均較好，具二元或多元結(jié)構(gòu)，膠結(jié)較差，壓縮性低。

特殊土：①黃土：風(fēng)積成因，包括馬蘭黃土、離石黃土和午城黃土。馬蘭黃土疏松，透水性強(qiáng)，具濕陷性；離石黃土和午城黃土致密，透水性弱，無濕陷性，地基承載力可取180KPa。②素填土：沿省道S303外側(cè)路基分布在黑洼溝左岸及溝腦、金龍溝主溝溝腦一帶，土質(zhì)松散，工程性能差，具較強(qiáng)濕陷性和高壓縮性。

3.泥石流的發(fā)育特征

金龍溝為茹河右岸一級支溝，為一泥流溝谷，流域面積3.40km2，相對高差約289m，主溝長約3.0km，呈近南北向展布，溝床平均縱比降50.6‰。溝谷狹窄，溝坡陡峻，坡度20°～35°，植被覆蓋率為20%。溝口地形開闊平緩，早期泥流堆積于茹河Ⅱ級階地之上，扇面大部分被人為改造，目前為鎮(zhèn)原縣工業(yè)集中園區(qū)。

根據(jù)泥流發(fā)育情況，可將金龍溝流域劃分出清水匯流區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)[1]。

清水匯流區(qū)：位于吊溝—玉子溝一線以南，該區(qū)位于流域中、上游，溝床縱比降20‰～30‰，谷坡較緩，一般坡度為20°～35°，坡面侵蝕和溝床下切侵蝕程度相對較弱，該區(qū)匯水面積較大，約2.1km2，溝內(nèi)植被發(fā)育較好，是降水向主溝匯集的區(qū)域，一般形成含砂洪水。

形成區(qū)：位于溝谷中上游，面積相對于流通區(qū)、堆積區(qū)較大，溝谷總體呈“V”字形，溝床寬一般為3m～20m，彎道較多，支溝較發(fā)育，溝坡坡度一般為30°～50°，形成區(qū)兩岸植被覆蓋率較低，主溝縱坡比較大，各溝谷均互不相同，一般都在50‰～110‰，地層巖性主要為第四系黃土，切蝕作用強(qiáng)烈，形成高2m～8m不等的陡坎，殘坡積物結(jié)構(gòu)松散，在長期雨水下滲、重力、地震或溝道水動力作用下（側(cè)蝕、沖蝕）容易產(chǎn)生小型崩塌或滑塌，成為泥流固體補(bǔ)給物質(zhì)。

流通區(qū)：位于溝谷下游，面積相對較小，各單溝占其流域面積的1%～5%，流通區(qū)主溝長度占主溝總長度的3%。溝谷多呈“U”字形，溝床寬一般為5m～15m，溝床縱坡降較形成區(qū)略大，溝坡坡度一般為30°～50°，植被覆蓋率相對形成區(qū)較差，一般小于10%。流通區(qū)溝道切蝕作用相對較弱，溝谷侵蝕以溝底沖蝕搬運(yùn)為主。

堆積區(qū)：位于金龍溝出山口，根據(jù)調(diào)查訪問及開挖的探坑揭示，金龍溝出山口處泥流堆積厚度在0.5m～2.5m之間，泥流堆積物垂向變化基本一致，而對于泥流層與地層之間特征，在探坑中觀察不太明顯，很難確切的進(jìn)一步分層。目前該溝扇面區(qū)已改造為工業(yè)園區(qū)所在地。

4.泥石流的形成條件

4.1地形條件

金龍溝流域形態(tài)呈“芭蕉葉”型，主支溝組合形態(tài)為樹枝狀，中上游支溝發(fā)育，溝壑密度1.9條/km2，溝床平均比降50.3‰，兩側(cè)山坡呈折線型，下部陡立而上部較緩；山坡平均長0.3km，平均坡度28°，按面積比率計(jì)算：20°～30°占58%，30°～40°占31%，大于40°占11%。溝谷切割深度100m～ 200m，溝谷狹窄，溝床寬5m～20m，中上游呈V字形溝谷，流域最高處海拔1422m，溝頭起源于豐臺塬，溝道蜿蜒曲折，由于植被較差，水土流失嚴(yán)重，目前溝頭區(qū)仍處于發(fā)育狀態(tài)。

4.2固體松散物質(zhì)補(bǔ)給條件

金龍溝流域?yàn)榈谒南迭S土覆蓋，植被覆蓋率低，地表裸露，面狀松散物質(zhì)儲量相當(dāng)豐富。同時，由于溝谷陡峻，小型崩塌體和滑坡堆積體廣泛分布，加上溝谷兩側(cè)呈帶狀分布的坡殘積物，為泥流形成提供了豐富的固體松散物質(zhì)。根據(jù)調(diào)查，金龍溝內(nèi)固體松散物質(zhì)來源主要有滑坡與崩塌、公路填方、坡面松散堆積物和溝道堆積物4類。經(jīng)估算金龍溝流域內(nèi)可補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)儲量約42.4×104m3。

4.3水動力條件

泥流的形成與降水強(qiáng)度密切相關(guān)[2]。大、暴雨具有局域性、高強(qiáng)度的特征，是誘發(fā)泥流災(zāi)害發(fā)生的主要因素之一。根據(jù)調(diào)查訪問，金龍溝最近3次發(fā)生泥流災(zāi)害的時間均在8、9月份，都是因?yàn)橥唤荡?、暴雨造成短時間內(nèi)大量溝道匯流而引發(fā)泥流災(zāi)害，說明短時強(qiáng)降水對金龍溝泥流的爆發(fā)具有直接誘發(fā)作用。

5.結(jié)論

本文從自然地理狀況和地質(zhì)環(huán)境條件兩個方面入手，詳細(xì)分析了金龍溝泥石流的發(fā)育特征以及泥石流的形成條件。將金龍溝流域劃分出清水匯流區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)；該泥石流的形成條件，分別為地形條件、固體松散物質(zhì)補(bǔ)給條件以及水動力條件。

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[2]劉光旭，戴爾阜，吳紹洪，吳文祥.泥石流災(zāi)害風(fēng)險評估理論與方法研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展. 2012（03）：57-63.