王付軍,左正金
(河南省地礦局第五地質(zhì)勘查院,河南鄭州450001)
該河道位于河南省泌陽(yáng)縣銅山鄉(xiāng)白云山風(fēng)景旅游景區(qū)內(nèi),歷史上多次發(fā)生,尤其是2002年6月22日暴雨造成該溝暴發(fā)泥石流,沖毀耕地300畝、損壞房屋900間。目前,該河道仍有發(fā)生泥石流的可能,威脅6個(gè)村組居民共161戶、525人的生命及1800萬(wàn)元的財(cái)產(chǎn)。因此,需對(duì)該泥石流溝形成條件、發(fā)育特征及成因機(jī)制進(jìn)行分析研究,以便采取相應(yīng)的防治措施。
石頭河溝道屬于低山區(qū),流域面積13.41 km2,地勢(shì)北高南低,北部最高處高程983m,出口處約220m,絕對(duì)高差763m。主溝長(zhǎng)5.74 km,平均縱坡降129.44‰。流域內(nèi)溝谷上游窄、中游稍寬,下游較窄,形成不規(guī)則的簸箕狀。受構(gòu)造侵蝕及風(fēng)化剝蝕等地質(zhì)作用,沖溝較多且切割較深,一般切割深度為100~300m,支溝谷坡較陡,坡度約13°~30°。植被覆蓋率約30%~50%,主要分布松木、楊樹(shù)、柏樹(shù)、櫟木及草等喬灌木。
區(qū)內(nèi)泥石流主要具有坡面侵蝕、斜坡崩滑堆積物及溝床沖侵蝕等,這些均為泥石流爆發(fā)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。主要物質(zhì)來(lái)源如下:
1.2.1 巖體破碎與崩滑
該區(qū)基巖為新元古界二長(zhǎng)花崗巖,受白云山斷裂影響,形成了多組節(jié)理,縱橫交錯(cuò)的節(jié)理把巖石切割成大小不等形態(tài)各異的塊體,破壞了巖體的完整性,致使風(fēng)化較強(qiáng)。目前,風(fēng)化層厚度一般約0.5~2.0m,最大處大于10m;山體斜坡上堆積的諸多塊石;溝谷的中上游山坡腳尚有數(shù)處風(fēng)化崩解與小型滑坡形成的堆積物。
1.2.2 殘坡積物失穩(wěn)
山體中下部沉積有1.0~5.0m的殘坡積物,其巖性為碎石類土,該類土體在自然狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度較高,遇水后抗剪強(qiáng)度迅速變小。另外,在山體坡腳處多因人類工程活動(dòng)影響形成陡坎,陡坎高度3~5m,改變了原始斜坡地貌和工程地質(zhì)條件,造成斜坡失穩(wěn),形成松散堆積體坍塌,為泥石流提供充足物源;
1.2.3 斜坡侵蝕
居民在山體斜坡上開(kāi)荒耕種,植被破壞嚴(yán)重,在降水作用下發(fā)生雨滴濺蝕和面流侵蝕造成部分區(qū)段水土流失嚴(yán)重。
1.2.4 溝道沖積松散洪積物側(cè)蝕或侵蝕再搬運(yùn)
該區(qū)溝道兩側(cè)在歷史時(shí)期沉積有沖、洪積物質(zhì),厚度不等,一般1.0~3.0m,最大厚度約5.0m,這些物質(zhì)在強(qiáng)降水下產(chǎn)生高速度的洪水徑流沖刷,引起溝道松散物質(zhì)啟動(dòng)搬運(yùn)為泥石流提供物源。
經(jīng)計(jì)算,可參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為68.2×104m3。
工作區(qū)位于河南省降水中心地區(qū),泌陽(yáng)縣多年平均降水量890.5 mm。降水主要集中于雨夏季,6—9月份降水量占全年的64.3%左右。實(shí)測(cè)最大年降水量為1440.8 mm,24小時(shí)最大降水量373.3 mm,6小時(shí)最大降水量199.9 mm,小時(shí)最大降水量116.4 mm,10分鐘最大降水量32.5 mm,豐富的降雨量為泥石流形成提供充足的水源。另外,強(qiáng)降雨對(duì)山體坡面造成強(qiáng)大濺蝕沖刷作用,同時(shí),因溝道較陡,強(qiáng)降水易導(dǎo)致徑流加快,為泥石流形成提供巨大的動(dòng)能。
據(jù)當(dāng)?shù)鼐用窠榻B,該溝于2002年6月22日,泥石流發(fā)生前連續(xù)出現(xiàn)連續(xù)降雨,強(qiáng)大的洪水引發(fā)山體滑坡,滑坡體參與洪水形成更大的洪峰流量,侵蝕沖刷溝道松散物質(zhì)啟動(dòng)發(fā)生規(guī)模較大的泥石流,泥石流災(zāi)害造成耕地和房屋損壞,幸無(wú)人員傷亡。但造成600人無(wú)家可歸。據(jù)訪問(wèn),歷史上該溝曾于1955年、1975年、1984年發(fā)生規(guī)模不等的泥石流災(zāi)害。
該溝進(jìn)入下游因地勢(shì)變緩,在泥石流活動(dòng)前期以流通側(cè)蝕為主,到后期即出現(xiàn)堆積,溝口則出現(xiàn)堆積扇。堆積體密實(shí),顆粒混雜,受降雨影響后期改造嚴(yán)重。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與探槽揭露分析,堆積扇從溝口至前緣及扇形中軸向兩翼呈規(guī)律變化,即顆粒從塊石夾碎石土過(guò)度到砂礫土。堆積物中有樹(shù)根夾雜其中,分選性不明顯。塊石為花崗巖,直徑0.2~0.5m,個(gè)別達(dá)0.6m,含量約占60%。
從該溝泥石流物源分布和溝道特征及泥石流形成分析,泥石流形成于流域中上游,主要支溝有7條。高程介于275~983m之間,高差708m,縱比降113‰左右。受風(fēng)化及構(gòu)造裂隙影響,兩側(cè)溝壁巖體較破碎,大量松散固體物質(zhì)堆積在溝谷兩側(cè)山坡上和溝道內(nèi),為泥石流的形成提供了有利條件;流通區(qū)則分布在中下游,高程在240~275m之間,相對(duì)高差35m。該溝段長(zhǎng)約1.5 km,平均縱坡23‰,溝兩岸岸坡陡峻,溝谷呈“U”型,溝道比較順直,寬度40~100m,有利于泥石流體的流通;堆積區(qū)在下游至溝口一帶,高程200~240m,相對(duì)高差40m,溝段長(zhǎng)約4.89 km,平均縱坡9‰,平均堆積厚度3.82m。該段地形相對(duì)寬緩,為泥石流堆積區(qū)。
通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)厝说脑L問(wèn),該溝自建國(guó)以來(lái)出現(xiàn)4次規(guī)模不等的泥石流,按《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(D/T 0220-2006)評(píng)判屬于低頻泥石流。
根據(jù)調(diào)查訪問(wèn)與計(jì)算驗(yàn)證,2002年該溝發(fā)生泥石流的一次堆積總量約10.28×104m3,屬于中型泥石流。
根據(jù)調(diào)查試驗(yàn)和依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》附錄G表2按量化評(píng)分值,該溝泥石流容重為1.56 t/m3。
流域內(nèi)地形陡峻,高差大,巖體裂隙發(fā)育,為崩塌提供有利條件;流域面積較大,降水量充足,溝床縱坡大,為泥石流形成提供了有利的匯水條件和勢(shì)能條件;人工削坡改變土體平衡狀態(tài),為坡體提供了滑動(dòng)空間;溝谷斜坡及溝道內(nèi)儲(chǔ)存豐富的松散物源。因此,在連續(xù)降雨條件下,斜坡巖土體飽度逐漸增加,力學(xué)強(qiáng)度逐漸降低;隨著降雨繼續(xù)及雨強(qiáng)加大,斜坡徑流深度增加及徑流加快,水流蓋層使得土體內(nèi)部產(chǎn)生孔壓并短時(shí)間內(nèi)無(wú)法正常消散,致使土顆粒間聯(lián)結(jié)力弱化,淺表層土顆粒開(kāi)始會(huì)因浮力與重力相當(dāng)而發(fā)生懸浮并在沖刷拖拽侵蝕力作用下游離母體;隨著降雨繼續(xù),降雨入滲補(bǔ)給地下水量增大,巖土體處于飽和或過(guò)飽和狀態(tài),此時(shí)不僅自重增加,力學(xué)強(qiáng)度降至最低值,而且孔隙水壓力繼續(xù)加大,土體內(nèi)部因孔隙水壓力急劇上升而造成土體平衡力失衡而發(fā)生滑坡,而巖體則因平衡條件破壞發(fā)生崩塌,崩滑體沖入溝道參與洪水形成泥石流。急速進(jìn)入溝道的崩滑物對(duì)溝道堆積物造成巨大沖擊,在沖擊晃動(dòng)溝中砂礫土之時(shí),還會(huì)在瞬時(shí)升高飽和土體孔壓,造成溝道堆積砂礫土松動(dòng)懸浮與溝道強(qiáng)大洪水摻混形成泥石流體。另外河道的堆積物在強(qiáng)降雨造成的快速洪流侵蝕沖刷作用下,淺層物質(zhì)逐層啟動(dòng)直至揭底亦會(huì)形成泥石流。
根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》附錄G“泥石流溝的數(shù)量化綜合評(píng)判及易發(fā)程度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”的指標(biāo)有“崩塌、滑坡及水土流失(自然和人為的)嚴(yán)重程度、泥沙沿程補(bǔ)給長(zhǎng)度比、溝口泥石流堆積活動(dòng)、河溝縱坡、區(qū)域構(gòu)造影響程度、區(qū)域構(gòu)造影響程度、流域植被覆蓋率、河溝近期一次變幅、巖性影響、沿溝松散物貯量、溝岸山坡坡度、產(chǎn)沙區(qū)溝槽橫斷面、產(chǎn)沙區(qū)松散物平均厚度、流域面積、流域相對(duì)高差、河溝堵塞程度等15項(xiàng)指標(biāo)。進(jìn)行分析,確定分值,最終得出綜合評(píng)分值為81,屬輕度易發(fā)。
根據(jù)前述泥石流形成特征的分析,該區(qū)暴雨中心區(qū)域,降雨量大,且24 h、6 h及1 h雨量均較大,加之流域內(nèi)松散固體物源豐富,在特殊降雨年份,仍會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。
該河谷松散物質(zhì)在長(zhǎng)期降雨作用下,巖土體逐漸達(dá)到飽和甚至過(guò)飽和狀態(tài),自重增加、孔隙水壓力增大,力學(xué)強(qiáng)度降低,誘發(fā)山體發(fā)生崩滑參與洪水形成泥石流;而河道的堆積物在強(qiáng)降雨作用下,受快速洪流侵蝕沖刷引起淺層物質(zhì)逐層啟動(dòng)直至揭底或在崩滑物沖進(jìn)溝道誘發(fā)形成泥石流。
肖莊2002年發(fā)生的泥石流災(zāi)害屬于大型,易發(fā)程度為輕度易發(fā)。
從地形地貌、物源及降雨特征分析,該河溝仍會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害,對(duì)下游居民生存條件造成威脅。
介于該河道泥石流災(zāi)害發(fā)生時(shí)威脅人數(shù)眾多,財(cái)產(chǎn)損失較大,需修建排導(dǎo)工程和生物工程,減少松散物質(zhì)啟動(dòng)因素,疏導(dǎo)降雨洪水排放通道,使泥石流災(zāi)害損失降到最低,促進(jìn)旅游景區(qū)健康發(fā)展。
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