王麗梅

(甘肅工程地質(zhì)研究院,甘肅 蘭州 730000)

泥石流爆發(fā)迅猛,危害嚴(yán)重,對(duì)影響區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了巨大威脅[1-2],在其形成的三要素中,物源條件往往顯著影響到泥石流的多個(gè)基礎(chǔ)參數(shù),比如暴發(fā)頻率、規(guī)模、容重等[3],因此,泥石流物源量是評(píng)價(jià)泥石流易發(fā)性的重要指標(biāo)。地震通常起到了放大泥石流災(zāi)害的作用。相關(guān)研究表明,汶川地震后,其地震影響范圍內(nèi)的泥石流活動(dòng)較震前大大增強(qiáng),主要表現(xiàn)在爆發(fā)頻率和爆發(fā)威力[4]。2017 年震后在九寨溝地區(qū)產(chǎn)生大量的地質(zhì)災(zāi)害,泥石流災(zāi)害愈加嚴(yán)重[5]。高海拔地區(qū)泥石流災(zāi)害形成有其獨(dú)特的成因,陳龍等對(duì)西藏天摩溝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,認(rèn)為雪崩的“匯集快融”和“集聚物源”效應(yīng),有利于泥石流發(fā)生[6]。普布次仁等對(duì)巴曲溝泥石流發(fā)育特征和防治開(kāi)展了研究,查明了泥石流基本特征[7]。

尼泊爾“4·25”地震對(duì)與其接壤的西藏自治區(qū)部分地區(qū)也影響深遠(yuǎn),加重了地質(zhì)災(zāi)害的危害,其中就包括仁布縣查巴鄉(xiāng)曲參村幫久溝泥石流。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,幫久溝泥石流每年雨季均發(fā)生不同規(guī)模的泥石流,對(duì)溝口堆積扇區(qū)仁布縣查巴鄉(xiāng)曲參村的40 戶居民305 人、60 畝耕地及公路上的行人和車輛造成較大威脅,潛在經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2000 萬(wàn)元[8]。

1 自然條件

仁布縣位于我國(guó)西藏南部,幫久溝泥石流研究區(qū)位于仁布縣查巴鄉(xiāng)曲參村,距離仁布縣縣城約35km,距離拉薩約130km,全程已修建有柏油路,交通較為便利。

1.1 氣象水文

研究區(qū)日照充足,年平均氣溫6.8℃,年日照2300 小時(shí),年無(wú)霜期135 天左右,區(qū)域氣候較干燥,年平均降雨量介于400-430mm。溝口河流主要通過(guò)雨水補(bǔ)給。

1.2 地形地貌

幫久溝泥石流最高點(diǎn)位于溝源,高程為5275m。最低點(diǎn)位于溝道與門曲河交匯處,高程為4050m,高差達(dá)到1224m,泥石流主要位于高山地貌區(qū),出山口后為臺(tái)地緩斜坡地貌。

1.3 地層巖性

研究區(qū)出露地層主要有：第四系和三疊系地層,具體描述如下：

1.3.1 三疊系上統(tǒng)修康組(T3x)

在研究區(qū)山脊部位及溝道中上游部分溝道及其兩側(cè)出露,巖性為硅質(zhì)板巖,顏色呈褐黃色、灰黑色和其他多種顏色,產(chǎn)狀多變,但傾角較大,多在70°以上,受構(gòu)造影響較大,層間小褶皺發(fā)育,巖體較破碎,部分地段巖體脫離母體成為泥石流固體物源。

1.3.2 第四系(Q)

研究區(qū)第四系巖層廣泛出露,按其形成原因可分為全新統(tǒng)沖洪積物(Q4al+pl),主要分布在溝口門曲河兩側(cè),碎石土,碎石含量占35%-55%,塊徑2-15cm,個(gè)別大于1m。殘坡積層(Q4el+dl),分布于斜坡上,碎石土,碎石含量占比20%-35%,塊徑多介于0.5-15cm。泥石流堆積層(Q4sef),主要分布在泥石流流域內(nèi)溝道處及溝口,巖性主要為碎石土。

1.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地震

調(diào)查區(qū)處于喜瑪拉雅隆起帶和雅魯藏布江縫合帶之間,地震基本烈度為Ⅶ、Ⅷ度,地震動(dòng)峰值加速度為0.15-0.2g。

1.5 水文地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。

1.6 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘查,研究區(qū)內(nèi)巖土體分為兩類：

1.6.1 松散巖土組

沖洪積物(Q4al+pl),碎石土,結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)松散狀,部分稍密,分布厚度約1.0m-2.5m 不等。坡積物(Q4el+dl),碎石土,分布于流域溝谷兩側(cè)坡體較緩處,厚度0.2-15m,力學(xué)性質(zhì)差異性大。泥石流堆積物(Q4sef),碎石土,溝口厚度大于1m。

1.6.2 堅(jiān)硬類巖組

三疊系上統(tǒng)修康組(T3x),在研究區(qū)山脊部位及溝道中上游部分溝道及其兩側(cè)出露,巖性為硅質(zhì)板巖,受構(gòu)造影響較大,層間小褶皺發(fā)育,巖體較破碎。

1.7 人類工程活動(dòng)

研究區(qū)人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈,包括道路修建、開(kāi)挖建房和開(kāi)墾農(nóng)田,其中溝域內(nèi)修建公路較多,因此開(kāi)挖量較大,開(kāi)挖后的余方堆積在溝道左右兩岸,且開(kāi)挖不久,因此對(duì)泥石流的形成影響最大,溝域內(nèi)有大量的居民耕地、及草場(chǎng),主要耕種青稞等。

2 泥石流形成條件分析

2.1 地形條件

幫久溝流域面積3.4km2,主溝長(zhǎng)約2.3km,高差1225,平均縱坡295.2‰,整個(gè)流域支溝不發(fā)育。溝域總體上地形陡峻,降水匯集時(shí)間短。流域內(nèi)水流沖刷,沖溝較發(fā)育,沖溝切割深度一般為1～3m,寬2～4m。溝岸巖體裸露,且較破碎,植被不發(fā)育。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,可將幫久溝泥石流流域分為清水區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)四個(gè)區(qū)域。

幫久溝泥石流清水區(qū)位于溝源至高程4485m 段,該段溝道人跡罕至,基巖裸露,多為基巖溝床,溝道兩側(cè)還發(fā)育冰斗等冰川地貌,峰頂高程約為5930m。該段溝道長(zhǎng)約2km,高差接近1.4km,溝道平均縱比降為全流域最大,達(dá)到近420‰。該區(qū)分布面積最大,為2.4km2。

形成區(qū)位于清水區(qū)下方溝段,高程介于4210-4485m之間,該段已經(jīng)開(kāi)始分布泥石流物源,物源主要為坡面侵蝕物源和溝道堆積物源,該段長(zhǎng)度僅次于清水區(qū),約1.5km,平均縱坡208.2‰。物源啟動(dòng)方式分為兩種,即溝底揭底沖刷和溝岸側(cè)蝕,且相互影響促進(jìn)。

流通區(qū)為高程4102-4210m 溝段,溝道內(nèi)為泥石流堆積物,物源豐富,物源啟動(dòng)方式與形成區(qū)相同,該段長(zhǎng)約450m,平均縱坡202.2‰。

堆積區(qū)位于溝道下游溝口附近,溝道左右兩岸分布曲參村居民區(qū),溝口有縣道穿過(guò)。該區(qū)段溝床高程介于4050m 和4053.6m 之間,地形較平坦開(kāi)闊。

2.2 物源條件

通過(guò)前期遙感解譯,物源主要分布在海拔4500m 以下,可分為坡面物源和溝道物源,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,確定了物源主要分布在泥石流形成區(qū)和流通區(qū)內(nèi),并對(duì)物源進(jìn)行了更加詳細(xì)的測(cè)量和計(jì)算,物源總量為26.3×104m3,可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為3.18×104m3,具體如表1 所示。

表1 幫久溝物源統(tǒng)計(jì)表

2.3 水源條件

通過(guò)調(diào)查,泥石流爆發(fā)期主要為夏季,短時(shí)強(qiáng)降雨是泥石流的主要水源條件。

研究區(qū)降水量集中在6～8 月,日最大降雨量達(dá)到44.3mm,通過(guò)計(jì)算,該降雨強(qiáng)度相當(dāng)于50 年一遇降雨,1h 最大降雨量達(dá)到12mm。6-8 月平均降水量達(dá)110～140mm,三個(gè)月總降雨量占全年降雨量的降水量占全年的94.6%。通過(guò)公式計(jì)算其暴雨強(qiáng)度指標(biāo)值R=4.338,因此暴雨是該泥石流的主要引發(fā)因素[9]。

3 泥石流基本特征

3.1 泥石流流體重度

采用現(xiàn)場(chǎng)配漿法初步確定泥石流狀態(tài),按公式(1)求出泥石流容重：

式中：γc- 泥石流流體狀態(tài)容重(kN/m3)；

W- 模擬試驗(yàn)配制流態(tài)樣品重量(kN)；

V- 模擬試驗(yàn)配制流態(tài)樣品體積(m3)。

通過(guò)多組配漿法確定幫久溝泥石流重度介于16.32～16.77kN/m3之間,其平均值為16.03kN/m3。

采用查表法確定泥石流重度,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和查表,幫久溝泥石流的易發(fā)程度評(píng)分最終為90 分,其易發(fā)程度屬中易發(fā),確定泥石流重度為16.11kN/m3[9]。

根據(jù)不同方法計(jì)算的泥石流重度,綜合確定幫久溝泥石流流體重度為16.1kN/m3。

3.2 泥石流流速計(jì)算

通過(guò)該泥石流重度,可確定流體性質(zhì)為粘性泥石流,采用公式(2)進(jìn)行幫久溝泥石流流速計(jì)算[9]。

計(jì)算公式為：

式中Vc- 泥石流斷面平均流速(m/s)；Hc- 泥石流平均泥深(m)；Ic- 泥位縱坡率,以溝道縱坡率代替；nc- 粘性泥石流溝床糙率,根據(jù)泥石流流體特征和溝道特征按規(guī)范查表確定。

計(jì)算工況參數(shù)取值及詳細(xì)計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

表2 溝口泥石流流速計(jì)算表

3.3 泥石流峰值流量

采用雨洪法進(jìn)行幫久溝泥石流峰值流量計(jì)算。

參數(shù)通過(guò)查表和搜集相近工程區(qū)的實(shí)例確定,不同設(shè)計(jì)頻率的暴雨洪峰計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 暴雨洪水流量計(jì)算結(jié)果表

經(jīng)計(jì)算,在泥石流溝口,清水20 年一遇流量達(dá)到8.27m3/s,50 年一遇流量達(dá)到9.74m3/s。

3.3.2 泥石流峰值流量計(jì)算

在清水流量計(jì)算的基礎(chǔ)上,采用下式開(kāi)展泥石流峰值流量的計(jì)算：

泥石流峰值流量計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表4 泥石流峰值流量結(jié)果表

經(jīng)計(jì)算,該溝域溝口斷面20 年一遇(P=5%)泥石流峰值流量Qc=21.92m3/s。50 年一遇(P=2%)泥石流峰值流量Qc=25.82m3/s。

3.4 一次泥石流過(guò)流總量

一次泥石流過(guò)流總量計(jì)算公式[9]：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 一次泥石流過(guò)程總量計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,溝口位置,幫久溝20 年一遇一次泥石流沖出量為0.63 萬(wàn)m3,50 年一遇一次泥石流沖出量為0.69 萬(wàn)m3。

3.5 一次泥石流固體物質(zhì)沖出量

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 一次泥石流固體物質(zhì)沖出量計(jì)算表

根據(jù)表6 計(jì)算結(jié)果,幫久溝泥石流溝口位置,一次泥石流固體物質(zhì)20 年一遇為0.19 萬(wàn)m3,50 年一遇為0.23 萬(wàn)m3。

4 結(jié)論

4.1 根據(jù)遙感解譯和現(xiàn)場(chǎng)勘查,幫久溝泥石流流域內(nèi)松散固體物源分布范圍較廣泛,主要位于形成區(qū)和流通區(qū),總量達(dá)到26.3 萬(wàn)m3,其中估算可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量達(dá)到3.18 萬(wàn)m3。幫久溝溝物源以坡面侵蝕類物源為主,總計(jì)24.9 萬(wàn)m3,占總物源量94.7%,動(dòng)儲(chǔ)量2.42 萬(wàn)m3,占總動(dòng)儲(chǔ)量63.3%。溝道物源次之,總物源量1.4m3,占總量5.3%,動(dòng)儲(chǔ)量1.4 萬(wàn)m3,占總動(dòng)儲(chǔ)量36.7%。

4.2 根據(jù)幫久溝泥石流溝域特征,其流域分為清水區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)四個(gè)區(qū)。幫久溝泥石流堆積物特征是土石比較小,且由溝口向上呈現(xiàn)逐步減小的規(guī)律,說(shuō)明幫久溝溝域內(nèi)總體上水動(dòng)力條件較大,造成了大部分細(xì)小顆粒被洪水帶走,粗顆粒及塊體因質(zhì)量和體積原因滯留在溝道內(nèi),其表達(dá)的溝道內(nèi)水動(dòng)力條件差異變化與野外勘查結(jié)論相似。

4.3 幫久溝泥石流類型為屬暴雨溝谷型泥石流,其規(guī)模為小型,易發(fā)程度為中易發(fā)。泥石流流體重度經(jīng)最終確定為16.1kN/m3,50 年一遇(P=2%)泥石流溝口流速3.66m/s,峰值流量Qc=25.82m3/s, 一次泥石流沖出量為0.69 萬(wàn)m3,其中一次泥石流固體物質(zhì)為0.23 萬(wàn)m3。