環縣虎洞鎮楊嶺溝、朱硯溝泥石流特征及危害程度分區

王 偉

（甘肅省核地質二一三大隊，甘肅天水741020）

楊嶺溝、朱峴溝泥石流位于環縣縣城西側約32km處，地勢總體北高南低，最高點的朱峴溝溝頭塬面海拔為1653m，最低點的斜溝溝道入川口處海拔為1406m，最大相對高差約247m。區內植被稀少，山體大部分裸露，侵蝕切割較為強烈，溝谷相對密集。建國以來有確切資料記載的大小泥石流災害就發生了多起。其中發生于1999年、2012年、2013年、2014年發生的4次泥石流災害影響較大，累計造成該區約1500萬元的財產損失。

1 地質環境條件

楊嶺溝、朱硯溝所處地形地貌主要有侵蝕的黃土塬邊丘陵溝壑區和河谷沖洪積平原區。地層主要為第四系，包括馬蘭黃土（Q3eol）、離石黃土（Q2eol）、午城黃土（Q1al）、殘坡積物（Q4dl+el）、洪積層（Q4pl）、重力堆積物（Q4del、Q4col）、河流沖洪積物（Q4al-pl）、泥石流堆積物（Q4sef）。區內抗震設防烈度為Ⅵ度，設計地震動峰值加速度為0.15g。構造發育，但未見到影響至黃土層的斷層及褶曲等構造形跡。

2 泥石流特征

2.1 地形地貌條件

楊嶺溝泥石流流域形態呈“柳葉”型，其流域面積為0.76km2。溝道南北長約2200m，東西寬約120～250m，主溝長度約2.2km，支溝較為發育。溝道上游溝谷段較寬，其中上游地段溝谷形態為“V”型，溝道比降為128‰，中游地段溝谷形態呈“U”型，溝道比降為87.9‰，下游地段溝谷形態呈“U”型，溝道比降為37.2‰。朱峴溝泥石流流域形態呈“火炬”型，其流域面積為0.63km2，主溝道長度約1400m，主要發育有兩條支溝。溝道上游段溝谷較寬，呈“V”型；溝道比降為156‰；中游地段溝谷形態呈“U”型，溝道比降為97.9‰，下游地段溝谷形態呈“U”型，溝道比降為40.2‰（如圖1所示）。

圖1 楊嶺溝、朱硯溝泥石流地形地貌圖

2.2 物源條件

泥石流形成的基本條件之一是充足的物源，而楊嶺溝、朱硯溝溝道內廣泛分布的坡面松散物質、滑坡崩塌堆積物及溝道堆積物等則組成了泥石流的重要物源。該流域第四系馬蘭黃土廣布于溝道，披覆于下伏地層，厚度大于20m，極易被流水沖蝕、深切形成溝道（如圖2所示）。在暴雨條件下，溝道兩側坡腳經長期沖刷后，形成規模不等的黃土滑坡 （如圖3所示）。經現場調查楊嶺溝發育滑坡共計13處，朱硯溝發育有滑坡共計12處。這些粘結力低、質地松散的堆積物在暴雨條件下隨溝道順流而下，在溝道較寬、比降較小處堆積，為泥石流的形成提供了充足的物源條件。經過計算，楊嶺溝、朱硯溝泥石流溝道內松散固體物質總量見表1。

圖2 楊嶺溝溝道切割嚴重

圖3 楊嶺溝溝道兩側滑坡

表1 楊嶺溝、朱硯溝松散固體物質儲量表

2.3 誘發因素

降雨與泥石流的活動關系密切。泥石流的發生與前期10min和1h短歷時強降雨有著十分密切的關系，它對泥石流的激發有重要的控制作用。楊嶺溝、朱硯溝可能發生泥石流的24h界限雨值區泥石流成災降雨強度分別為30mm/d、15mm/h和6m/h（1/6）。而本區最大降雨量則分別為88.5mm/d、51.7mm/h、32.3mm/h（1/6）。這些指標均超過了臨界值。因此，當楊嶺溝、朱峴溝流域內物源條件滿足時，就會暴發泥石流。此外，當地的修筑房屋、基礎設施及放牧致使水土流失嚴重，這些不合理的活動導致生態環境惡化，進一步加劇了泥石流災害的發生。

3 泥石流的流體特征

3.1 泥石流重度

環縣楊嶺溝、朱峴溝泥石流溝道及溝口堆積物以礫、卵石及亞粘土為主，泥石流的搬運介質主要是水，溝口堆積物呈扇狀分布，屬稀性泥石流，其重度為13.0～14.0kN/m3，根據經驗公式：

式中：AC為單位面積內可補給泥石流的固體松散物質（kN/m3）。經計算楊嶺溝、朱峴溝泥石流重度分別取13.91KN/m3和 13.96KN/m3。

3.2 泥石流流量

結合區內所處的地理位置及區內泥石流的發育特征分析，楊嶺溝、朱硯溝泥石流的清水流量采用本地區的暴雨洪峰流量簡易計算公式計算：

QP（1%）=0.278RIF

式中：R 為小時平均雨強（mm/h），取 45mm/h；I為產流系數，取 0.7；F 為流域匯水面積（km2）；QP(1%)為100年一遇洪峰流量（m3/s）；其中Qp2%=0.8Qp1%，Qp5%=0.7Qp2%。采用雨洪法計算不同頻率下泥石流流量見表2。

表2 泥石流流量計算表（雨洪法）

3.3 泥石流流速及一次沖出量

環縣楊嶺溝、朱峴溝泥石流為稀性泥石流，泥石流流速計算選用西北地區（鐵一院）經驗公式公式：

式中：λH為泥石流中固體物質比重（KN/m3）；Φ為泥石流泥砂修正系數；Hc為水力半徑（m）；Ic為泥石流水力坡度；Vc為泥石流斷面平均流速（m/s）。經計算楊嶺溝、朱硯溝泥石流流速分別為2.09m/s和2.11m/s。

楊嶺溝、朱硯溝泥石流一次過流總量可按下式進行計算：

Q=0.264TQc

式中：T為泥石流經過時間 （s）；Qc為泥石流的最大流量（m3/s）；為一次泥石流過程的總量（m3）。計算結果見表3。

表3 一次泥石流過流總量計算表

4 泥石流危害程度分區

根據楊嶺溝、朱硯溝泥石流溝道發育的特征、形成規模、堆積區的地形特征結合泥石流沖淤范圍等因素，可將楊嶺溝、朱硯溝泥石流危害區分為嚴重區、較嚴重區、一般區。危害嚴重區主要為泥石流堆積區范圍，危害對象主要為溝口的虎洞鎮影響范圍，其破壞方式主要以沖毀、淤埋和漫流為主；較嚴重區主要為泥石流的流通區，危害對象為虎洞鎮公共設施及耕地；一般區為泥石流的形成區，主要危害對象為楊嶺溝、朱硯溝流域范圍內的生態環境。

5 結論

楊嶺溝、朱硯溝泥石流位于環縣縣城西側約32km，其流域面積分別為0.76km2、0.63km2。根據現場調查及計算楊嶺溝、朱硯溝泥石流流速分別為2.09m/s和2.11m/s；一次沖出固體物質總量分別為0.32×104m3和0.27×104m。根據楊嶺溝、朱硯溝泥石流溝道發育的特征結合泥石流沖淤范圍等因素，可將楊嶺溝、朱硯溝泥石流危害區分為嚴重區、較嚴重區、一般區。