海螺溝景區典型泥石流流域地貌特征及災害防治*

倪化勇

(成都地質礦產研究所,成都610081)

海螺溝冰川森林公園景區位于貢嘎山東麓,瀘定縣縣城以西52 km處(圖1),流域面積約200 km2,溝口地理坐標東經 102°07′,北緯 29°38′。景區以大型低海拔現代冰川著稱于世,融原始森林、珍稀動植物、溫泉、瀑布于一溝,構成了壯麗奇特的景觀,具有知識性、趣味性、驚險性、娛樂性等特色。

景區處于川西高原與四川盆地的交接帶上,地勢總體呈東西兩側和北面高、中部和東南部低。區域內嶺谷高差一般1 500～3 000 m。區域內各支溝狹窄,多呈“V”型谷,溝床深切而陡峻,多跌坎;兩岸陡峭,谷坡坡度35°～55°,溝谷寬10～ 60 m;在支溝和主溝交匯處相對開闊,兩岸谷坡的坡度 25°～35°,河谷寬100～200 m。

該區出露地層由老至新分別為震旦系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、第四系,區內巖性主要為花崗質混合巖、花崗閃長巖、大理巖夾千枚巖、石英云母片巖,第四系崩坡積物、殘坡積物和沖洪積物等。

該區受磨西斷裂影響強烈。磨西斷裂屬鮮水河斷裂帶南延部分,活動性質為左旋走滑型,屬全新世活動斷裂,全長達150 km,主體呈NNW-SSE向延伸。斷裂西盤為震旦系、泥盆系、二疊系地層,東盤為晉寧-澄江期花崗巖和閃長巖。主斷帶多由構造透鏡體、千枚巖、糜棱巖、斷層泥等組成,片理發育,斷面光滑,多具擦痕。該區同時也是受地震影響較為嚴重的地區。根據地震資料統計,海螺溝景區所在的瀘定縣外圍300 km范圍內自公元1216年以來,共記載7.0～7.9級地震7次;6.0～6.9級地震21次;5.0～5.9級地震71次。近場區25～50 km范圍內記載到7.0～7.9級地震2次;6級地震2次;5級地震1次。

該區氣候屬于大陸性季風高原型氣候。根據對中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站1 600 m臺地氣象站(1991年 7月至2005年12月)及3 000 m臺地氣象站(1988年1月至2005年10月)降水資料[1]的統計分析表明,該區降水區域差異性、季節差異性和垂直地帶差異性明顯,降水主要集中在6-9月。海螺溝景區降雨量特征值見表1。

圖1 海螺溝景區地理位置示意圖

表1 海螺溝風景區降雨量特征值 mm

1 泥石流概況

受上述地形地貌、地層巖性、地質構造及氣象降水特征的影響,海螺溝兩岸泥石流溝發育廣泛。其中,近期暴發頻繁且對當地居民、游客、景區公路、旅游設施等構成威脅的典型泥石流溝有10條,分別為二臺子溝、小河溝、一號營地溝、紅崩溜鉤、三號營地溝、黃崩溜溝、熱水溝、馬場溝、歐家大槽溝和無名溝。這10條典型泥石流溝的分布見圖2。

從分布岸別上來看,主要分布在海螺溝的左岸;從成因上來看,除位于海螺溝上游的三號營地溝、紅崩溜溝、無名溝泥石流屬于暴雨-冰雪融水混合型外,其他多屬于暴雨型泥石流;從威脅對象上來看,主要威脅包括游客在內的生命安全以及景區公路、索道、酒店和溫泉等旅游設施的財產安全;從暴發時間來看,景區泥石流的暴發存在一定的準周期性,如1989年、1995年、2003年曾是景區泥石流群發年份(表2),間隔時間約6～8 a。

圖2 海螺溝風景區泥石流災害分布圖

表2 海螺溝景區典型泥石流災害

2 景區泥石流流域地貌特征

2.1 流域地貌要素

關于泥石流發生的地形地貌條件,前人已經作了大量的研究,泥石流發生在特定的流域面積、流域長度和流域高差或比降范圍內已成定論,但不同的地區范圍可能不同。在實地量測和1∶50 000地形圖判讀基礎上,得到海螺溝景區典型泥石流溝流域地貌要素特征值(表3)。從表3可以看出,海螺溝景區泥石流流域面積均在20 km2以下,主溝長度在10 km以下,而主溝縱坡比降一般較大。

2.2 流域形態指數

流域形狀對泥石流匯水區、形成區的匯水速度以及溝道中洪峰流量大小具有重要影響。流域形狀可用形態指數來定量計算:

式中:δ——形態指數;A——流域面積(km2);L——主溝長度(km)。

根據上式對海螺溝景區10條典型泥石流溝的流域形態指數分別進行計算,計算結果見表4。根據形態指數計算結果和1∶50 000地形圖,發現景區內泥石流溝流域形狀多為櫟葉形和桃葉形,這種形態均有利于泥石流的發生。進一步可以看出,景區內3號營地溝的流域形態指數最大,明顯高于其他泥石流溝流域的形態指數,而無名溝流域形態指數最小。據研究[2],δ值越大,反映溝道中洪峰流量越大。因此,可以初步判斷,景區內3號營地溝泥石流易發程度和頻度應大于其他泥石流溝。事實上,據調查訪問和文獻查閱[3]得知,自1976年以來,該溝已經發生6次泥石流事件,造成了嚴重的損失,其暴發頻率明顯高于其他泥石流溝。

表3 景區泥石流溝流域地貌要素特征值

表4 景區泥石流溝流域形態指數

圖3 景區泥石流溝流域面積和主溝長度關系圖

2.3 流域地貌演化模式

泥石流流域地貌演化過程中,由于溝床揭底、溯源侵蝕和側蝕,溝谷長度、流域面積和溝床比降等都發生變化。統計發現,海螺溝景區上述10條泥石流溝流域地貌演化過程中,溝谷長度和流域面積之間存在冪函數關系(圖3)。兩者之間的定量關系式為

式中:A——流域面積(km2);L——主溝長度(km),R2=0.9588。

該關系在一定程度上反映了景區內泥石流流域地貌演化的模式,根據該模式可以判斷泥石流溝今后的演化趨勢和活動程度。

2.4 流域面積-高程曲線

2.4.1 面積-高程曲線分析 面積-高程曲線分析越來越多地應用于河流地貌與泥石流流域地貌特征分析及其演化階段的定量判別[4-11]。設流域面積為A,該流域內某等高線以上的面積為a,該等高線與流域最低點的高差為h,流域最高點與最低點的高差為H。首先在地形圖上,確定某泥石流流域范圍,再量出每一條等高線以上流域的控制面積和每條等高線與流域最低點的高差。以 x=a/A,y=h/H分別為橫坐標和縱坐標,顯然x,y的值域為[0,1],根據一系列(ai,hi)值,就可在x,y坐標系上繪出曲線:

該曲線即為流域面積-高程曲線,如圖4所示,將其積分記為S:

根據Stranler理論,當0.6＜S＜1時,表示流域的地表物質被侵蝕小于40%,此時曲線形狀為上凸,地貌發育階段為幼年期;當0.35≤S≤0.6時,表明地表物質被侵蝕大于40%而小于65%,曲線接近直線,地貌發育階段為壯年期;當 0＜S＜0.35時,表明有65%以上的物質被侵蝕掉,曲線形狀為下凹,此時為老年期。

因此,根據曲線形狀與S值的大小,按照一定的劃分標準就可確定泥石流流域的發育階段,如圖5所示。

圖4 面積-高程曲線圖

2.4.2 景區泥石流流域面積-高程曲線及其發育階段 根據上述面積-高程曲線分析方法,在1∶50 000地形圖上分別繪制了海螺溝景區泥石流溝流域范圍,利用MapGis軟件進行地形圖矢量化并分別統計了不同高程(等高距約200 m)以上的控制面積。最后用 Excel進行相關處理,得出一系列(xi,yi),采用擬合的方式分別繪制出景區內各泥石流溝流域的面積-高程曲線。比較發現,三次多項式擬合效果最佳。擬合曲線和方程及相關系數分別見圖6和表5。

圖5 面積-高程曲線反映的地貌發育階段

從表5可以看出,擬合方程相關系數均在0.99以上,擬合精度高。據此,分別對曲線方程在[0,1]區間進行積分計算,計算出景區10條典型泥石流流域的面積-高程積分S。

圖6 景區泥石流溝面積-高程曲線

表5 景區泥石流溝流域-面積高程曲線方程、積分及發育階段

從表5進一步可以看出,景區內10條典型泥石流流域面積-高程曲線積分值S介于0.43～0.58之間,其中以位于景區三號營地下游500 m處的無名溝和位于海螺溝下游的歐家大槽溝S值相對較大,曲線近乎上凸,而位于海螺溝下游的二臺子溝和小河溝S值相對較小,曲線近乎下凹。根據A.N.Stanler地貌侵蝕循環理論對流域地貌發育階段的劃分,海螺溝景區內10條典型泥石流流域地貌全部處于壯年期發育階段,其中歐家大槽溝和無名溝泥石流流域地貌處于壯年偏幼期,山坡從凸形坡轉為凹形坡,松散物質聚集速度快,溝槽堆積嚴重,形成區將進一步擴大,流通區將進一步向上游延伸。據此可以判斷,這10條典型泥石流溝正處于泥石流暴發的旺盛階段。因此,在今后時間里,景區內仍然存在暴發泥石流的可能且暴發頻率較高,應加以防范。

3 泥石流防治措施

(1)在游覽線路圖和旅游門票設計上,標明風景區主要泥石流災害點,加簡要說明,讓人們了解景區內泥石流災害的分布;

(2)在游覽道路上和風景點受泥石流威脅的地段,豎立明顯的地質災害警示牌,并標明逃避路線;

(3)組織旅游區工作人員、導游、馬夫及酒店和溫泉場所工作人員進行地質災害科學預防知識與救災技能的培訓。

(4)二號營地和三號營地及其附近修建有索道站、酒店、溫泉等游客住宿、休閑和娛樂等場所,分別受到熱水溝和三號營地溝泥石流的威脅,建議在這兩條溝的下游修建排導槽或堡坎等工程以確保這些場所的安全。

(5)景區公路受到多條泥石流溝的威脅,如無名溝、紅崩溜溝、二臺子溝等。近年來,多次出現景區公路被泥石流沖毀而導致游客滯留的險情,如1989年、1995年及2005年等。對此,建議在泥石流溝溝口修建石拱高橋跨越或吊橋通過,或修建防沖低凹式過水路面通過,以確保在泥石流等地質災害發生的情況下,游客能夠迅速撤離。

4 結論

(1)受地形地貌、地層巖性、地質構造和氣候特征的影響,海螺溝景區泥石流災害分布廣泛。調查發現,近年來活動頻繁且對景區居民、游客以及景區公路、酒店、索道、溫泉等旅游景點和設施構成威脅的典型泥石流溝有10條。

(2)通過對景區內泥石流流域形態要素統計計算發現,景區內10條典型泥石流溝流域形態指數集中在0.15～0.50,流域形狀多為櫟葉形或桃葉形,有利于降水的迅速匯集和松散固體物質的啟動。

(3)景區內10條典型泥石流溝流域地貌演化過程中,溝谷長度和流域面積之間存在冪函數關系,該關系在一定程度上反映了景區內泥石流流域地貌演化的模式,據該模式,可以判斷泥石流溝今后的演化趨勢。

(4)通過對景區內10條典型泥石流流域進行面積-高程分析,發現曲線積分值S均介于0.43～0.58之間,說明這10條典型泥石流溝均處于壯年期或壯年偏幼期,山坡從凸形坡轉為凹形坡,松散物質聚集速度快,溝槽堆積嚴重,據此判斷這10條溝谷正處于泥石流暴發的旺盛階段,應加以防范。

(5)提出了景區泥石流防治的工程措施和非工程措施。

致謝:野外考察得到了瀘定縣國土局和海螺溝景區管理局的支持,參加野外考察的還有成都地質礦產研究所教授級高級工程師李宗亮、工程師巴仁基、劉宇杰,在此一并謝意。

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