黑龍江省綏芬河市大嶺下屯泥石流特征分析

高 博，黃 偉，張洪文，王 剛，曲 林，劉建宇

中國地質調查局 牡丹江自然資源綜合調查中心，黑龍江 牡丹江 157000

0 引言

當前，國內外地質災害頻繁發生。我國東北地區潛在地質災害雖然不及南方地區發生頻率高、規模大，影響范圍廣，但仍需進行系統的地質災害調查，減少不必要的人員、財產損失。本次調查依托“東北邊境琿春—東寧綜合地質調查”項目，結合前人在此區域進行的地質調查成果以及其他地區泥石流災害的調查方法，針對調查區潛在地質災害進行詳細勘察，測出調查區大嶺下屯泥石流各項基礎數據。通過對大嶺下屯泥石流數據分析，確定大嶺下屯泥石流屬性以及影響范圍，為下一步該區域泥石流治理提供有力依據。

1 調查區概況

調查區地勢為中低山淺切割地形區，北部為太平嶺，西南部為老爺嶺延伸山脈，中部為綏芬河河谷盆地。整個山地環境呈三面高山環抱中間低的馬蹄形，山體多為植被覆蓋，基巖出露較差。海拔一般在300～1 000 m，地貌類型以中低山為主，山間谷地為輔，河流沿岸常呈陡崖或陡坡，坡降較大[1]。

調查區泥石流位于建新村大嶺下屯，溝口坐標44°20′10.21″N，131°4′36.20″E，流動方向為158°(圖1)。地勢南低北高，最高海拔為578.31 m，最低海拔為387.45 m，相對高差約為190.86 m，流域面積為3.5 km2，主溝長度約1.65 km，溝床平均縱坡降為115.6‰，局部地段坡降超過200‰，為泥石流的發生提供勢能和動力條件。泥石流沖溝出露地層為新生界第四系全新統(Qhalp，Qhal)碎石、角礫和少量塊石，并部分為砂土、黏土充填，多沿河谷及溝谷方向呈條帶狀展布；裸露基巖為中生界三疊系上統羅圈站組(T3l)巖性多為灰黑色安山巖、流紋巖，中酸性含角礫凝灰巖、酸性含角礫晶屑巖屑凝灰巖及中生界侏羅系下統綏芬河組(J1s)安山巖、灰紫色基性—中基性熔巖[2]。新生界第四系全新統(Qhalp，Qhal)分布在溝口堆積扇(洪積扇)及溝道內的寬緩停淤區。

圖1 大嶺下屯泥石流交通位置圖

2 泥石流形成條件

2.1 動力條件

調查區位于北半球中緯度地帶，受季風環流支配，氣候屬中溫帶大陸性季風與海洋性氣候交疊部位，年平均氣溫4.9 ℃左右，冬季平均氣溫-14.6 ℃，夏季平均氣溫21.5 ℃，年溫差變化較大。年平均降水量530 mm，月度最低降水量21.6 mm，最高降水量252.1 mm，七、八月份為調查區主要降水期[1]。根據研究：降雨侵蝕力與降雨量在一定程度上呈正相關[3]。根據調查分析，調查區雨季降雨為泥石流的發生提供充足的水源和動力條件。根據非飽和土理論，固體松散物質處于非飽和狀態且在降雨作用的強烈影響作用下，含水量及孔隙水壓力逐步增大，抗剪強度降低，為促使泥石流暴發的主要誘因。經過實地調查分析，大嶺下屯泥石流溝已具備泥石流可能發生的基本條件[4]。

2.2 物源條件

泥石流物源的多少和匯集速度對其頻率、規模、流速等有非常明顯的影響[4-8]。大嶺下屯泥石流所處地理位置構造活動強烈、風化作用顯著，致使巖體破碎；近年來，當地居民在該區域開鑿溝渠、大量開荒種植農作物，導致水土嚴重松散，松散碎屑物質豐富，為泥石流的形成提供了充足的物源。

野外調查發現該泥石流溝松散固體物源豐富，主要為溝道侵蝕堆積物源，分布于溝道流通區及左右兩側岸坡附近。物質組成主要為第四系殘坡積物，母巖類型大多為安山巖、流紋巖，中酸性含角礫凝灰巖及酸性含角礫晶屑巖屑凝灰巖，呈碎塊狀，塊石粒徑為2～20 cm，大者約為50 cm，個別約150 cm，棱角分明，呈中—微風化，體積分數約30%～50%，多是泥質填充，膠結程度一般，表現為高壓縮性，自穩性一般。流通區部分物源屬第四系(Qhalp)泥石流堆積，主要為無分選的碎塊石、砂土等雜亂堆積，母巖為花崗巖和石英閃長巖。調查發現該流域塊石、角礫分選較差、磨圓度較差，在流水作用下，溝道堆積物源受到流水的掏蝕、側蝕作用，溝道兩側斜坡失穩在溝道內逐步聚集物源，同時在溝道彎折處存在部分大塊石，使過水斷面變小，一定程度堵塞溝道，為泥石流暴發蓄積能量(圖2)。

圖2 大嶺下屯泥石流溝松散固體物源

2.3 地形條件

陡峻的地形不利于坡面物質的穩定，極易孕育崩塌、滑坡等不良地質體，松散固體物質在流水和強降雨等作用下匯入溝渠、河道，為泥石流的爆發提供豐富的物源；同時陡峻的地形也能為坡面地表徑流提供勢能、匯集水源，對坡面和溝道松散物質強烈沖刷，形成泥石流。大嶺下屯泥石流溝高差達190.86 m，溝床平均縱坡降為115.6‰，局部地段坡降超過200‰，溝道兩側斜坡隨海拔的升高平均坡度從15°逐漸過渡到40°左右，局部可達45°～50°。較大高差和溝床縱坡降使得大氣降雨快速而大量匯集于此流域，在流水作用下侵蝕地表，帶動、沖刷松散固體物質從而產生泥石流，同時泥石流在運動過程中還會出現側蝕和溝床揭底作用，把溝道及其兩側的松散固體物質攜帶，進一步形成更大規模的泥石流[9](圖3)。

3 泥石流溝易發程度

據實地調查研究分析，大嶺下屯泥石流自2017年之后，在雨季頻繁發生，根據《泥石流災害防治工程勘察規范》(試行)(T/CAGHP006-2018)制定大嶺下屯泥石流易發程度數量化評分表(表1)。

根據泥石流溝易發程度數量化綜合評判等級標準[10]確定大嶺下屯泥石流為中等易發泥石流。

圖3 大嶺下屯泥石流地形條件遙感影像示意圖

表1 泥石流溝易發程度數量化評分表

4 泥石流動力學特征

4.1 泥石流流速

根據《泥石流災害防治工程勘察規范》(試行)(T/CAGHP006-2018)確定大嶺下屯泥石流屬稀性泥石流，依據稀性泥石流流速計算公式：

式中：

Vc—泥石流平均流速(m/s)；

g—重力加速度，取值9.8 m/s2；

R—水力半徑(m)，可用平均水深代替，現場量取R=0.75 m；

Ic—縱坡降(‰)，取I=0.115 6。

計算可得Vc=3.93 m/s

4.2 泥石流沖擊力

大嶺下屯泥石流在強降雨等惡劣氣候條件下對周圍農作物及村民造成一定程度威脅(圖4)，根據相關規范[10]取泥石流溝易發程度數量化評分表評分(表1)對應相關容重值為1.648 t/m3，根據泥石流體整體沖壓力計算公式：

式中：

δ—泥石流體整體沖擊壓力(Pa)；

γc—泥石流容重(t/m3)，取γc=1.648

Vc—泥石流流速(m/s)，取Vc=3.93

Hc—泥石流泥深(m)，取△Hc=0.92

計算可得δ=2.39×104Pa

圖4 大嶺下屯泥石流流通區影響范圍

5 結論

(1)大嶺下屯泥石流形成條件主要為溝道侵蝕堆積物源，受到山高、坡陡、深溝的微地貌和活躍的構造影響，形成豐富的物源、及地形條件。該溝極易在地震、強降雨作用下暴發泥石流，加之目前坡頂人工灌溉，開鑿溝渠嚴重，且尚無攔擋和預警措施，存在較大安全隱患。

(2)利用調查數據綜合分析，得出大嶺下屯泥石流平均流速為3.93 m/s、整體沖壓力為2.39×104Pa。按《泥石流災害防治工程勘察規范》(試行)(T/CAGHP006-2018)確定大嶺下屯泥石流為小型中易發稀性泥石流并圈定其影響范圍，為今后該區域地質災害治理提供相關依據。