呼爾阿溝泥石流特征分析

梁世川 黃詩宇 張鵬飛

摘要：呼爾阿溝于2008年7月發生泥石流，給國家和人民造成了較大的危害。詳細論述形成泥石流的物源條件、溝道條件、水源條件，分析研究泥石流溝道上、中、下游及支溝匯入主溝口等典型斷面的過流特征，推算泥石流水文特征值，預測泥石流的發展趨勢，為合理可行治理措施的提出，具有一定指導意義。

關鍵詞：泥石流；水文特征值；分析；呼爾阿溝

The characteristics analysis of debris flow，Huera ditch

Liang shichuan Huang shiyu Zhang pengfei

Xinjiang geological environment monitoring institute，Urumqi，Xinjiang，830000

Abstract：The Huera ditch happened debris flow in July，2008，it caused great harm to the country and the people. Discuss the source condition，channel condition，water conditions of debris flow in detail，analyse and research the typical sections flow characteristics of the debris flow ditchs upstream，midstream，downstream and the main gully outlet where the branch import，calculate the debris flow hydrological characteristics value，and predict the development trend，it has certain guiding significance for putting forward reasonable and feasible control measures.

Key words：debris flow；hydrological characteristics value；analysis；Huera ditch

呼爾阿溝2008年7月發生泥石流，造成較大的經濟損失，在泥石流出溝口后，與縣鄉公路相交部位，由于涵洞過水能力有限，受泥石流攜帶的物源堵塞，導致泥石流沖毀公路，進入南部的第二中學，對學校造成威脅，對呼爾阿溝泥石流特征進行分析，對泥石流災害防治和治理措施的提出具有一定意義。

1地質環境特征分析

1.1 區域地質環境條件

1.1.1 地形地貌

呼爾阿溝位于青河縣城東北約9千米處，屬低山丘陵地貌，總體地勢西高東低，溝谷東西最大相對高差達648米，兩側山體小沖溝發育，但總體來說，北側較南側發育，地形坡度15-20°，溝谷縱坡坡度3.22-6.7%。主溝谷呈“V-U”型，溝谷寬約10-75米，溝蝕作用明顯，溝槽寬度5-15米，深度約為0.5-2米，溝槽比降10-15%，出山口后地形漸變平坦，比降2-5%。

1.1.2 地層特征

呼爾阿溝內主要有奧陶系下—中統（O1-2）和第四系全新統（Q4）。奧陶系下—中統喀拉喬拉群分布于低山區內，主要巖性上部為黑云母石英片巖、絹云母千枚巖、黑云變粒巖、二云石英片巖等；下部為黑云斜長片麻巖、二云石英片巖、斜長角閃片麻巖及滲透狀、條帶狀、眼球狀、條痕狀混合巖不均勻互層，夾大理巖薄層。受溝谷水流沖刷，奧陶系下—中統（O1-2）不連續出露于溝底。

第四系地層主要有泥石流堆積層、殘坡積層、洪積層。殘坡積層分布于溝槽兩側山體坡腳處，為泥石流形成主要物源，巖性多為閃長巖、凝灰巖、砂巖，結構松散，厚度約0.4-3.6m，主溝與支溝匯流坡腳處堆積厚度相對溝槽兩側稍厚，厚度約為1.5-3.6m，與下伏奧陶系下—中統喀拉喬拉群巖組為不整合接觸。洪積層分布于呼爾阿溝溝槽，巖性多為閃長巖、凝灰巖、砂巖，結構松散，磨圓度較差，多為次棱角狀，粒徑約2-15cm，分選性一般，地層厚度約為0-1.5m。

1.1.3 地質構造

研究區位于阿爾泰地槽褶皺系（Ⅱ級構造單元）中的喀拉額爾齊斯褶皺帶內（Ⅲ級構造單元），無斷裂構造發育，構造條件較為簡單。新構造運動特征則以脈動式差異升降運動為主，山區上升，山前平原區則相對下降。

1.1.4 地震

根據中華人民共和國GB18306—2001《中國地震動峰值加速度區劃圖》，場地地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0. 20g，區域地殼穩定性分級為次不穩定區。

1.2 水文地質條件

依據區內地下水的含水介質組合、賦存條件、水動力條件等情況，研究區第四系厚度較薄，均為透水不含水層，區內地下水主要為基巖裂隙水。據區域水文地質調查報告，基巖裂隙不發育，且空間分布不均，單泉流量小于0.1l/s，富水性較差，主要接受大氣降雨、冰雪融水入滲補給，沿地形由北西向南東徑流，以側向徑流的方式排泄。

2 泥石流形成條件及基本特征

2.1 泥石流規模

根據對2008年發生泥石流的調查，堆積物在溝槽流通過程中堆積長度923.75m，寬5-7m，堆積高度約為0.5m，在第二中學校園內堆積高度約0.3m，校園受掩埋面積約0.015km2，泥石流總堆積量約7050m?。呼爾阿溝溝谷泥石流流向比降為115‰。按照《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ/T0220-2006）中泥石流等級劃分規定，泥石流一次性暴發規模為小型，泥石流地質災害危害性等級為小型。

2.2 泥石流溝形態特征

呼爾阿泥石流溝整體輪廓呈樹枝狀，由南北兩側多條小支溝及主溝構成，主溝總體呈北西-南東向展布，由北西向南東流入小青格里河，溝道總體順直，多呈V-U字型，主溝總長約2.50km，匯水面積8.2km2，溝床平均縱比降3.22-6.7%。形成區、流通區分區不明顯。

（1）形成-流通區：指的是溝谷所在的低山區，溝谷上游狹窄，侵蝕作用強烈，水流揭底沖刷，基底基巖出露，溝槽呈“V”型，寬約5m，形成的溝槽狹窄平直，使匯入主溝水流能量集中不易損失，為泥石流形成提供了充足水動力，將溝槽兩側坡角的松散堆積物帶走，而且形成的泥石流能量不易擴散。中游水流對溝槽下切沖蝕為主，在主溝中部形成寬5-15m、深0.5-2m的溝槽，溝谷相對切割深度較大，利于泥石流迅猛直瀉，流體呈紊流狀，以侵蝕作用為主，通過過程中帶走兩側原松散堆積物，并且集中沖刷、撞擊磨蝕，尤其沿途不斷側蝕兩岸的坡積物，造成溝槽邊坡失穩垮塌，大量殘坡積碎屑物質加入，成為泥石流物源。此外，由于坡降降低而沉積于溝谷中部的物質也將作為再次發育泥石流的物源，被攜帶搬運走。

（2）堆積區：指的是溝谷出山口至小青格里河區，呈扇形，扇緣寬度400m，軸向110°，擴散角30°。溝谷出山口呈喇叭口狀開口，逐漸變寬，縱坡逐漸變緩。溝槽兩側為第四系殘坡積堆積形成的一級階地，堆積高度大于2m，泥石流行進受階地地形地勢阻擋，均順溝槽流動，未漫過一級階地。2005年修筑的垂直于溝谷走向的縣鄉級公路，起著阻擋作用，導致2008年7月發生泥石流時，當泥石流行進至過水涵洞時，涵洞被泥石流攜帶的固體物質堵塞，泥石流受阻后一部分物源在溝槽兩側堆積，一部分物源漫過公路，沖入公路下方第二中學校園，其余泥石流順溝谷下游天然基巖邊坡下泄小青格里河。堆積區處最大一次淤積變幅厚度為0.50m。見圖1-1。

2.3 物源特征

泥石流物源主要集中分布于形成-流通區。呼爾阿溝兩側山體坡度較緩，山坡匯水面積較小，風化破碎基巖塊體較大，性質穩定，基巖山體處可隨水流攜帶形成泥石流物源量少，故物源以第四系和奧陶系地質界線作為分解線，溝谷內分布的第四系松散塊石、角礫、砂礫石及亞砂土層均為泥石流物源，包括第四系全新統洪積物及松散殘坡積物，覆蓋層厚度0.4-3.6m，洪積物平均覆蓋厚度1.0m，殘坡積物平均覆蓋厚度1.5m，通過計算分析，物源總體積約為12.55萬m?。

2.4 泥石流易發性特征

根據地質環境特征及泥石流基本特征參數，按照《泥石流災害防治工程勘查規范》附錄G“泥石流溝的數量化綜合評判及易發程度等級標準”，研究區泥石流易發程度綜合評分為80分，根據規范中易發程度等級標準評判，研究區泥石流為輕度易發。

3 泥石流成因機制和引發因素

3.1 豐富的松散固體物質條件

呼爾阿溝溝谷兩側大量的的第四系全新統基巖風化殘坡積層，溝槽底部及兩側的第四系全新統洪積物，易受水流的沖蝕、側向掏蝕作用而被攜帶，在該溝的中上游地帶可能參加泥石流活動的松散固體物質儲量約12.55萬m?，這為泥石流的發生提供了充足的物源。這給泥石流的形成創造了有利的物質來源。

3.2 適宜的地形條件

呼爾阿溝主流域上中游地形較陡，溝谷平均縱坡坡度3.22-6.7%，上游溝槽狹窄平直，匯入的水流能量集中且不易擴散，中游溝谷相對切割深度較大，利于泥石流迅猛直瀉，且對兩側側蝕，良好地地形條件為泥石流的形成提供了非常好的勢能條件。

3.3 水源條件

年均降雨量172.2mm，每年5-8月份季節性暴雨集中而且強度大，50 年一遇日最大降雨量為54mm；勘查區為低山區，屬大陸性寒溫帶寒冷干旱氣候，降水較多，匯水面積大，水源豐富，且植被覆蓋僅20-30%。這些條件為泥石流的爆發提供了充足的水源條件。

3.4 人類工程活動

垂直泥石流溝谷修建的柏油路下部布設的過水涵洞，涵洞橫斷面寬約4米，高約1.8米，涵洞長約5米，過流能力不足，泥石流發生時，泥石流攜帶的物源堵塞涵洞，導致涵洞過水能力有限，引發泥石流淹沒公路，將部分柏油路面完全沖毀，并順地勢沖入公路東南側的阿熱勒鄉第二中學。

4 泥石流特征值

4.1 泥石流流體重度及固體物質比重

根據現場配漿試驗結果，結合《泥石流災害防治工程勘查規范》表G.2數量化評分（N）與重度、（1+φ）關系對照表的經驗數值，確定泥石流流體重度（γC）為1.5t/m3，泥石流固體物質比重（γH）為2.6t/m3，根據泥石流流體稠度特征表，呼爾阿溝泥石流呈稠漿狀。

4.2 暴雨洪水設計流量及泥石流泥沙修正系數

通過對研究區六條水文計算剖面進行數據實測，采用曼寧公式推算最大暴雨洪峰流量，最大暴雨洪峰流量為23.97m3/s；泥石流為稠漿狀泥石流，結合《泥石流災害防治工程勘查規范》表G.2數量化評分（N）與重度、（1+φ）關系對照表的經驗數值，確定泥石流泥沙修正系數φ為0.455。

4.3 泥石流流量

本次泥石流流量計算采用雨洪法進行計算，計算公式為：

式中：Qw—頻率為w的暴雨洪水設計流量（m3/s）；

Qc—頻率為w的泥石流洪峰值流量（m3/s）；

φ—泥石流泥沙修正系數，為0.455；

Dc—為泥石流堵塞系數，根據規范取1。

在研究區選取6個斷面進行泥石流流量計算，最大流量34.88 m3/s，結果見表4-1。

4.4 一次泥石流過程的總量及固體沖出物總量

計算公式采用：

Q—一次泥石流總量（m3）；

QH—一次泥石流沖出固體物質總量（m3）；

T—泥石流歷時（s）（據調查，取0.5h=1800s）；

QC—泥石流最大流量（m3/s），為34.88m3/s；

—為泥石流流體重度（t/m3），為1.5t/m3；

—為清水容重（t/m3），為1t/m3；

—為泥石流中固體物質比重（t/m3），為2.6t/m3；

K的取值與流域面積有關，本次K取值為0.113。

通過計算得出，一次泥石流過程的總量Q=7094.60m?，固體物質總量 =2217.10 m?。

4.5 泥石流動力學特征值

經過計算，泥石流最大沖擊壓力為23.8KPa，最大沖起高度0.95m。

4.6 泥石流發展趨勢

雖研究區泥石流為輕度易發，但隨著洪積物及殘坡積物在溝內不斷堆積，當暴雨強度達到一定量時，該溝也可能暴發泥石流。另外，人類經濟活動對環境的改變，也會使得季節性洪水溝向泥石流溝轉化，如果人類不合理經濟活動加劇，將促使泥石流形成條件更加充分，泥石流的活動也將趨于嚴重。

5 結論

從區域地質環境條件、水文地質條件及調查實測數據著手，對呼爾阿溝泥石流的形成條件、基本特征、成因機制、引發因素進行分析，對泥石流特征值進行計算，包括泥石流流量、流體重度、一次泥石流固體物總量、動力學特征等，在此基礎上對泥石流發展趨勢進行分析，對泥石流災害防治和治理措施的提出具有一定意義。

參考文獻

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作者簡介：梁世川，（1986.12.8—），男，重慶市彭水縣人，工程師，2013年畢業于新疆大學地質與礦業工程學院，工學碩士學位，現工作于新疆維吾爾自治區地質環境監測院，主要從事水文地質、工程地質、環境地質等方面工作。

（作者單位：新疆維吾爾自治區地質環境監測院）