阿莊南溝泥石流形成條件及運動特征研究

摘要：文章通過對阿莊南溝的現(xiàn)場勘查掌握了流域的相應(yīng)地形地貌、物源等條件，通過收集當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料分析影響泥石流形成的降雨條件的基礎(chǔ)上分析了阿莊南溝泥石流的運動特征，并通過相應(yīng)公式計算泥石流的運動特征參數(shù)，分析泥石流的成災(zāi)能力及泥石流的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：泥石流；形成條件；運動特征；預(yù)測預(yù)報

中圖分類號：P642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0130-02

泥石流是山區(qū)溝谷由各種自然和人為因素綜合作用的產(chǎn)物。其暴發(fā)必需具備豐富的物源、陡峻的地形和高強(qiáng)度集中暴雨3個條件。泥石流形成機(jī)理十分復(fù)雜，多年來，國內(nèi)外學(xué)者從水力、土力和溝道條件影響等方面開展了大量的研究工作，提出了諸如黏性流啟動機(jī)理、突變機(jī)理、滲流啟動機(jī)理和振動軟化或局部軟化啟動機(jī)理等。本文基于泥石流的形成條件，對阿莊南溝流域的地形地貌特征、地質(zhì)條件及氣象水文條件等因素進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上揭示計算阿莊南溝泥石流的相關(guān)運動特征參數(shù)，為合理選擇泥石流治理方案提供依據(jù)。在綜合分析阿莊南溝泥石流形成條件的基礎(chǔ)上，分析該溝泥石流的發(fā)展趨勢，為準(zhǔn)確的泥石流預(yù)測預(yù)報服務(wù)。

1 流域概況

阿莊南溝為雅魯藏布江中游左岸河段的一級支流，主溝溝谷深切，溝谷呈“V”型，流域面積13.30km2，流域最高高程5645m，于高程3370m匯入雅魯藏布江，高差2275m，溝長6.2km，溝谷總體縱坡降366‰。支溝和主溝形成的樹枝狀水系，溝谷強(qiáng)烈侵蝕切割，山崖陡峭。該溝70年前曾經(jīng)爆發(fā)過較大規(guī)模泥石流，但近年來，由于地方注重封山育林、水土保持，溝域內(nèi)植被生長茂盛，泥石流暴發(fā)的規(guī)模及頻率均有所減小，但對水電工程的影響卻不容忽視。因此，查明泥石流的發(fā)育情況、分析其發(fā)展趨勢，并計算該溝泥石流的動力學(xué)特征，對該水電站的建設(shè)具有重要的工程意義。

2 泥石流形成的條件分析

2.1 地形地貌條件

該溝流域內(nèi)地形為寬谷段和峽谷段交替，寬谷段一般30～40m，坡度也相對較緩，溝床堆積有老的泥石流堆積物，兩壁為陡立基巖；峽谷段寬度一般15m左右，坡度相對較陡，一般為一側(cè)基巖另外一側(cè)崩坡積物覆蓋，為泥石流的發(fā)生提供了一定的物源及能量條件

2.2 物源條件

阿莊南溝松散固體物源較豐富，物源類型包括溝道堆積物、崩坡積物、坡面侵蝕以及人工棄渣等四類。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查并計算流域內(nèi)松散固體物源量共計503.21×104m3，流域單位面積松散固體物質(zhì)的量為0.38m3，而單位面積松散固體物質(zhì)的量大于0.1m3/m2時就具有暴發(fā)泥石流的可能。

2.3 水源條件

阿莊南溝的水源主要源于高海拔地區(qū)的冰雪融水，常年有水，加之溝內(nèi)匯水面積較大，谷坡地形陡峻，利于地表降水的徑流和匯集，雨季時存在誘發(fā)泥石流的必要條件。據(jù)溪溝測流，阿莊南溝枯期流量為0.5m3·s-1左右，而雨季則可達(dá)到2.0～3.0m3·s-1，這些因素為泥石流的形成提供了充足的水源條件。

3 泥石流基本特征值計算分析

3.1 泥石流流體重度

根據(jù)經(jīng)驗公式法與查表法所確定的泥石流容重相近，確定容重γc：1.467t·m-3，容重γc取值具有較高的可信度及準(zhǔn)確性，并且與地質(zhì)宏觀判斷相吻合。

據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》中規(guī)定稀性泥石流重度范圍：1.30t·m-3<γc<1.60t·m-3，故阿莊南溝泥石流為稀性泥石流。

3.2 泥石流流速

泥石流流速是泥石流運動特征的一個重要參數(shù)，不同溝段因溝床坡降的不同，糙率系數(shù)的不同，流速變化很大。依據(jù)稀性泥石流的流速計算公式計算該溝泥石流流速為1.62m·s-1。

3.3 泥石流流量、泥石流總量及一次固體物質(zhì)總量

通過形態(tài)調(diào)查法計算百年一遇、五十年一遇、二十年一遇及十年一遇泥石流的流量分別為74.02m3·s-1，63.61m3·s-1，50.91m3·s-1，40.48m3·s-1。

在泥石流流量的基礎(chǔ)上通過調(diào)查掌握泥石流暴發(fā)時的持續(xù)時間，可以計算泥石流的總量以一次固體物質(zhì)總量，經(jīng)計算，該溝百年一遇、五十年一遇、二十年一遇及十年一遇泥石流的總量分別為3.25×104m3，2.31×104m3，0.68×104m3，0.18×104m3，相應(yīng)的一次固體物質(zhì)總量為11.49×104m3，8.16×104m3，2.42×104m3及0.64×104m3。

3.4 泥石流整體沖擊力

泥石流的沖擊力包括泥石流的整體沖擊力以及攜帶大石塊的沖擊力，兩者在泥石流防治工程的設(shè)計中起著重要作用，經(jīng)計算，阿莊南溝泥石流的整體沖擊力及大石塊的沖擊力分別為：2.2KN，21.21tf。

4 泥石流發(fā)展趨勢分析

4.1 泥石流易發(fā)程度

泥石流形成需要陡峭的地形條件、豐富的松散固體物源和充足的水源。地質(zhì)現(xiàn)象各要素及其組合在泥石流形成過程中起著提供位勢能量、固體物質(zhì)和發(fā)生場所三大主要作用。依據(jù)阿莊南溝的地形、松散堆積物質(zhì)及水源特征，結(jié)合流域內(nèi)影響泥石流形成的諸因素，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）附錄G-泥石流溝的數(shù)量化評分及易發(fā)程度數(shù)量化綜合評判等級標(biāo)準(zhǔn)，對阿莊南溝易發(fā)程度進(jìn)行數(shù)量化評價（總得分68），其易發(fā)程度等級屬輕度易發(fā)。

4.2 泥石流危險性及暴發(fā)頻率

根據(jù)泥石流潛在活動強(qiáng)度控制條件評分結(jié)果，計算出阿莊南溝泥石流危險性指數(shù)ZW為2.21。按照危險性指數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)，阿莊南溝泥石流為危險性中等。按照《規(guī)范》，泥石流暴發(fā)的頻率分類可將泥石流分為高頻泥石流（>1次/5年）、中頻泥石流（1次/5～10年）和低頻泥石流（≤1次/10年）。通過調(diào)訪，阿莊南溝近50年均未暴發(fā)泥石流，據(jù)此確定阿莊南溝泥石流的屬于低頻泥石流溝。

5 結(jié)語

阿莊南溝松散固體物質(zhì)量豐富，可以為泥石流形成提供充足物源。阿莊南溝泥石流一次沖出的固體物質(zhì)方量、流速、撞擊力相對較小，工程影響較小。該溝為低頻稀性泥石流溝，泥石流活動危險性中等。

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作者簡介：孫興偉（1983—），男，華東勘測設(shè)計研究院工程師，研究方向：水電站建設(shè)管理。endprint