喜德縣波振溝泥石流形成條件及動力特征

陳波

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喜德縣波振溝泥石流形成條件及動力特征

陳波

（四川省地質礦產勘查開發局403地質隊，四川峨眉山 614200）

波振溝位于四川省涼山州喜德縣境內孫水河左岸，屬于川南紅層地區典型溝谷型泥石流溝。通過工程地質調查與遙感影像解譯，研究了該泥石流形成條件和機理，獲取了泥石流動靜力學參數。調查研究表明：①波振溝流域地貌正處于壯年期發育階段；②泥石流容重1.64g/cm３，屬于過渡（偏稀）性泥石流；③波振溝流域內還存在大量崩滑體及溝道松散堆積體，松散物源近4×105m3，在強降雨作用下容易啟動泥石流，建議加強綜合防治。該研究對砂泥巖互層地區泥石流形成機理的認識有一定幫助，對波振溝泥石流防治具有參考價值。

泥石流；形成條件；動力特征；波振溝

1 泥石流概況

波振溝泥石流位于四川省涼山彝族自治州喜德縣兩河口鎮境內孫水河左岸（圖1），溝口坐標為東經102°31′08″，北緯28°12′45″。波振溝流域面積3.14km2，地貌類型屬于安寧河流域典型的中低山河谷與中山地貌，根據區域資料，波振溝處于孫水河斷陷褶皺帶以西的大德里向斜西翼，新構造運動活躍，地震活動頻繁，據中國地震動參數區劃，波振溝流域地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度0.20g。流域內主要出露有新生界第四系全新統和中生界侏羅系上統飛天山組地層，其中，中生界侏羅系上統飛天山組地層由紫紅色中層狀—厚層狀之細粒砂巖及紫紅色泥巖組成（圖2），具有川南紅層地區砂泥巖互層典型的地質特征。

圖1 波振溝泥石流流域圖

波振溝泥石流暴發頻繁，先后曾于1998年、2005年、2008年、2012年發生泥石流，淤埋溝口公路和田地，擠壓、堵塞孫水河。2012年8月31日，孫水河降下百年一遇強降雨，日降雨量達到146.1mm，受2012年8月31日強降雨影響，波振溝流域內溝谷侵蝕嚴重，大量松散物質聚集。

2 波振溝地貌特征與泥石流發育階段

圖2 波振溝流域的面積-高程曲線

該曲線即為流域面積—高程曲線，如圖2所示，將其積分記為:

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。

據上述面積—高程曲線分析方法，以1∶50 000地形圖上為基礎，利用Mapgis軟件繪制了波振溝流域的面積-高程曲線（圖2）。擬合方程為：

擬合方程相關系數R=0.998 7。對曲線方程在[0，1]區間進行積分計算，計算獲得波振溝泥石流流域的面積—高程積分S為0.545。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，波振溝流域地貌正處于壯年期發育階段，松散物質聚集速度快，溝槽堆積嚴重，形成區將進一步擴大。據此可以判斷，波振溝泥石流溝正處于泥石流暴發的旺盛階段。

（左圖a：砂泥巖互層；右圖b：砂巖球狀風化現象）

3 泥石流形成機理

3.1 地質條件

調查表明，泥石流流域內主要出露有新生界第四系全新統和中生界侏羅系上統飛天山組地層。其中，第四系全新統堆積層廣布，主要成因類型包括殘坡積層、崩滑堆積層、泥石流和沖洪積層，主要由碎、塊石組成，土質松散—稍密；中生界侏羅系上統飛天山組地層由紫紅色中層狀—厚層狀之細粒砂巖及紫紅色泥巖組成（圖3a），強風化層厚度1.0~5.0m不等，但以2~3m為主，并呈現出球狀風化的特征（圖3b）。區內地層傾向一般為140°~162°，傾角32°~49°，主要發育兩組節理，間距不足1m，延伸長度可達十余米，發育密度5~9條/m3。節理裂隙將巖體切割成鑲嵌結構，穩定性較差，時常發生崩落和滑坡現象。

圖4 溯源侵蝕與物源補給

波振溝流域地質條件有利于泥石流物源的聚集，根據勘查報告，波振溝流域內松散物源量近40萬m3。調查研究表明，波振溝泥石流松散物源分布及其補給方式呈現出顯著的區域性特點，物源補給方式多樣。流域上游淺溝或沖溝殘坡積物以侵蝕方式補給泥石流（圖4）、中上游溝床質沖洪積物或早期泥石流堆積以揭底方式補給泥石流（圖5）、中下游松散碎塊石土構成的岸坡以崩滑方式補給泥石流（圖6）。

圖5 溝床揭底與物源補給

3.2 地形與匯水條件

波振溝流域屬于中低山河谷與中山地貌，流域面積3.14km2，流域地勢開闊，西高東低，流域形態呈漏斗狀。流域分水嶺最高標高為2 877m，最低點為波振溝與孫水河的交匯處，海拔2 005m，相對高差872m，平均溝床比降208.2‰。波振溝泥石流屬于典型的溝谷型泥石流，可清楚的分為形成區、流通區和堆積區。形成區位于海拔2 165m以上地區，地形陡峻，溝床比降260‰以上，斜坡坡度一般20°~50°。形成區形態呈近圓形的環谷狀，水系呈放射狀，發育8條溝谷。海拔2 165m以下至溝口段流域寬度急劇減小，轉為流通段，長度1.2km，平均溝床比降128.7%。流通段溝寬一般20~30m，深度8~25m，谷坡坡度40°~70°，流通段支溝不發育，僅可見短小沖溝。但受河流或泥石流侵蝕影響，谷坡滑塌現象嚴重。

波振溝流域的陡峻地形除為泥石流啟動提供良好的勢能和動力條件外，漏斗狀地形提供了優越的匯水條件，上游形成區匯流量可占全流域95%以上。波振溝所處地區屬亞熱帶季風氣候，降雨季節性明顯。據當地氣象資料統計，多年平均降雨1 013.5mm，其中6~9月降雨量占全年的76%，雨型多為暴雨。根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》，波振溝流域百年一遇的10min雨強、1h雨強和24h降雨量分別為32.34mm、87.66mm、156.1mm。在百年一遇降雨條件下，波振溝流域內可迅速形成流量47.8m3/s的洪流。

4 泥石流運動及鏈式成災特征

4.1 泥石流沿程沖淤變化與動力特征

波振溝流域上游溝窄坡陡，泥石流表現出了較強的下切侵蝕，中游溝床多處出現基巖，沿程沖淤變化不大，而在主支溝交匯處由于泥石流擠壓或頂托作用導致交匯處下游段出現不同程度淤積，另外溝道轉彎處的凹岸普遍遭受侵蝕，而凸岸普遍淤積抬高。下游河道變寬，寬約13~15m，溝床比降變緩，現一般6°~8°，溝道淤積主要位于高程2 805m（坐標28°12′42.2″，102°30′52.9″）以下至孫水河交匯段。溝道內可見保存完好的泥石流堆積側積壟，呈現出明顯的粘滯性和整體堆積特征。堆積物混雜，塊度20cm以上的漂石約占30%。

圖6 溝岸崩滑與物源補給

溝口泥石流新老堆積扇演化特征明顯，古堆積扇堆積厚度5m以上，高出現洪水位或泥位線，已被開發利用。現河道切古泥石流堆積扇，剖面顯示古泥石流已經具有一定膠結，且含泥量較高，推測古泥石流性質以粘性為主。在古泥石流堆積與孫水河之間可見三次泥石流堆積的特征，由于扇面疊置和后期洪流改造三次泥石流規模難以判斷，總體以最后一次泥石流規模最大，覆蓋范圍最廣。現扇面堆積大量漂礫石，最大塊度4~5m，表明泥石流的強大搬運能力。需要提及的是波振溝泥石流堆積漂礫石磨圓度相對較好，以次棱角狀—次磨圓狀為主，這種現象的出現與砂巖風化的球狀風化特點密切相關。

由于沒有泥石流現場觀測的容重值，因此，本文通過經驗法來確定，即通過訪問當地居民，較客觀地了解泥石流體中的固液兩相的體積比例，研究結果表明，波振溝泥石流容重1.64g/cm3，屬于過渡（偏稀）性泥石流的范疇。在溝道下游主流通順直段（E102°30′52.9″，N28 °12′42.2″），進行了泥石流過流斷面的測繪，該段主溝溝床寬度14m，縱比降155‰，泥石流泥位3.0m。根據鐵道科學研究院西南研究所改進的流速計算公式以及形態調查法[5]，對下游流通段泥石流流速、流量分別進行計算：

計算結果表明，波振溝泥石流流速為4.8m/s，按照對應過流斷面面積42m2，計算對應泥石流峰值流量201.6m3/s。

另外，根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》提供的暴雨資料，在百年一遇降雨條件下，波振溝流域內可迅速形成流量47.8m3/s的洪流。假設泥石流與暴雨同頻率、同步發生，計算斷面的暴雨洪水設計流量全部轉變為泥石流的流量。根據雨洪法計算百年一遇強降雨條件下波振溝泥石流流量：

式中，c為泥石流的流量（m3/s），φ為堵塞系數，根據波振溝溝道特征取值2.5，w為洪水流量（m3/s），取值47.8m3/s。根據雨洪法計算波振溝百年一遇泥石流流量196m3/s。同過流斷面實測計算結果表現出較強的一致性。

4.2 泥石流輸砂與鏈式成災特征

波振溝流域處于砂泥巖互層地區，每次泥石流的暴發都伴隨著大量砂石的輸移。除溝道下游至孫水河交匯處堆積外，波振溝山洪泥石流將大量礫砂輸入孫水河[6]。波振溝本處于孫水河凹岸，屬于侵蝕河段。但由于波振溝泥石流發生導致溝口處孫水河擠壓較為嚴重。實地測量表明，最近一次泥石流堆積體長125m，寬140m，堆積厚度2~3m，堆積幅角6°~8°，擴散角約31°。根據測量計算，最近一次泥石流發生后，保留堆積扇面積約4 230m2，堆積體體積約1.1×104m3。同堆積扇泥石流固體物質堆積對比發現，波振溝泥石流發生后56%的固體物質被孫水河洪水攜帶至主溝和下游，體現了強大的輸砂特性和鏈式成災特征。

5 結論與防治對策建議

1）波振溝屬于砂泥巖互層地區典型泥石流溝，流域地貌正處于壯年期發育階段，松散物質聚集速度快，近4×105m3松散物源分布在波振溝流域內。上游淺溝或沖溝殘坡積物以侵蝕方式補給泥石流、中上游溝床質沖洪積物或早期泥石流堆積以揭底方式補給泥石流、中下游松散碎塊石土構成的岸坡以崩滑方式補給泥石流。溯源侵蝕、溝床揭底、岸坡滑塌共同構成了波振溝泥石流形成機理。

2）波振溝泥石流容重1.64g/cm3，屬于過渡（偏稀）性泥石流的范疇。百年一遇泥石流流量196m3/s，峰值流量可達201.6m3/s，泥石流將大量砂石輸入孫水河，鏈式成災效應突出。

3）波振溝泥石流發生頻繁，對波振村小學、溝口田地及公路運行構成威脅。建議通過上游谷坊固床、中下游攔擋及溝口排導相結合的工程治理措施進行綜合防治。

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Genesis and Dynamics of the Bozhen’gou Debris Flow in Xide, Sichuan

CHEN Bo

(No. 403 Geological Team, BGEEMRSP, Emeishan, Sichuan 614200)

Bozhen Gully is located on the left bank of the Sunshui River in Xide County, Sichuan. It is a typical debris flow gully in the red bed area. This paper deals with genesis and mechanism of the debris flow. The study indicates that landform in the Bozhen Gully is in mature development stage with a debris flow density of 1.64g/cm３andloose accumulation of 4×106m3.

debris flow; formation condition; dynamic characteristic; interbeds of sandstone and siltston

P642.23

A

1006-0995（2017）03-0486-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.031

2017-04-20

國土資源調查項目（12120113010600）

陳波（1982-），男，湖北人，工程師，主要從事地質災害防治和研究