劉春玲　祁生文　童立強　張世殊　鄒　宇④

(①中國國土資源航空物探遙感中心　北京　100083)(②中國科學院地質與地球物理研究所中國科學院頁巖氣與地質工程重點實驗室　北京　100029)(③中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司　成都　610072)(④中國科學院大學　北京　100049)

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喜馬拉雅山地區(qū)泥石流發(fā)育特征研究*

劉春玲①祁生文②童立強①張世殊③鄒宇②④

(①中國國土資源航空物探遙感中心北京100083)(②中國科學院地質與地球物理研究所中國科學院頁巖氣與地質工程重點實驗室北京100029)(③中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司成都610072)(④中國科學院大學北京100049)

喜馬拉雅山地區(qū)是世界上最高大的也是最年輕的山脈，這里地處兩大板塊的碰撞帶，地質構造復雜，新構造運動強烈，山地災害發(fā)育，泥石流異?；钴S，經(jīng)常給生命線工程和當?shù)厝嗣裆敭a造成威脅。但是由于高寒缺氧，加之技術手段所限，研究程度一直很低。本文在對該區(qū)大型、巨型泥石流進行了遙感研究和實地調查資料基礎上，發(fā)現(xiàn)該區(qū)泥石流存在16個泥石流較集中分布區(qū)，并且北坡比南坡更為發(fā)育。在此基礎上，對其發(fā)育規(guī)律進行細致分析，發(fā)現(xiàn)：(1)喜馬拉雅山地區(qū)泥石流的活動目前正處于活躍期； (2)研究區(qū)泥石流溝口主要分布在兩個高程段，一個是2800～3400m范圍，另一個是4200～4900m范圍； (3)研究區(qū)衰敗期泥石流溝道比降大都小于100‰，而發(fā)育期的泥石流溝道比降一般比較大，大都大于300‰，旺盛期的泥石流溝道比降則介于100‰～300‰之間。另一方面，我們發(fā)現(xiàn)本區(qū)冰雪融水與雨水型泥石流的溝道比降幾乎相同，其動力條件相差不大。這對于該區(qū)泥石流災害的防治、判斷泥石流的活動性具有重要意義。

喜馬拉雅山地質災害泥石流坡降規(guī)律

0　引　言

喜馬拉雅山是世界上最高大、最年輕的山脈，近似東西向，由許多平行的山脈組成，全長2400km，寬約200～300km，平均海拔6000m以上，世界第一高峰珠穆朗瑪峰就矗立在這里(童立強等， 2007)，高達8844.43m。這里是世界上隆升最快的地方，地質構造復雜，地震活動頻發(fā)，新構造運動強烈，內外動力地質作用異常活躍，山地災害嚴重，泥石流災害突出制約了該區(qū)經(jīng)濟的正常發(fā)展。艱苦的自然地理條件導致該區(qū)大部分地區(qū)研究程度極低。中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所、西藏自治區(qū)交通科學研究所著兩本專著《川藏公路典型山地災害研究》(中國科學院-水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，西藏自治區(qū)交通廳科學研究所， 1999a)和《西藏泥石流與環(huán)境》(中國科學院-水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，西藏自治區(qū)交通廳科學研究所， 1999b)對喜馬拉雅山部分地區(qū)的個體泥石流災害有過論述，但是由于當時研究手段的局限，無法對該區(qū)泥石流的整體分布特征及發(fā)育規(guī)律做出分析。中國國土資源航空物探遙感中心、中國科學院地質與地球物理研究所著《喜馬拉雅山地區(qū)重大地質災害遙感調查研究》詳細地對該區(qū)的地質災害特別是泥石流進行了細致的遙感調查研究，積累了大量的第一手資料，并對泥石流進行了較為細致的分類，研究了其分布特征，分析了其主要影響因素(童立強等， 2012)。本文以我們在《喜馬拉雅山地區(qū)重大地質災害遙感調查研究》一書中調查資料為基礎，結合前人的研究(崔鵬等， 2003； 劉偉， 2006； 劉春玲等， 2010)，進一步深入分析了該區(qū)不同類型泥石流的發(fā)育特征及其與主要因素的關系，這對于該區(qū)泥石流的防治具有重要意義。

1　喜馬拉雅山地區(qū)地質環(huán)境

研究區(qū)西起札達、葛爾縣，東抵雅魯藏布江，北起雅魯藏布江，南達國界，涵蓋縣城23座，總面積達168278.4km2(圖1)。該區(qū)地勢總體西高東低、北高南低。西部的阿里地區(qū)，河流切割微弱、高原面完整，多在海拔4600～4800m，分布有寬坦的盆地和谷地，現(xiàn)代冰川不發(fā)育，雪線5000～6200m； 年降水量150～300mm。而喜馬拉雅山脈中、東段南翼的中低山地，雪線較低，一般為4800～5000m，有海洋性現(xiàn)代冰川，谷地海拔多在2500m以下，年降水量800～4000mm。

區(qū)內主要有兩大水系，即雅魯藏布及朗欽藏布。此外還有孔雀河、吉隆藏布、波曲、澎曲、康布麻曲、洛扎雄曲、達旺河、卡門河以及蘇班西里河等水系。

研究區(qū)在大地構造位置上屬岡瓦納北緣特提斯構造域，晚古生代—中生代岡底斯-喜馬拉雅構造區(qū)?？傮w上帶內斷裂構造發(fā)育，巖石脆性變形強烈，是一個年輕的造山帶，經(jīng)歷了多期、多層次的構造變形(潘桂堂等， 2001， 2002a， 2002b， 2004)。

大面積出露前寒武系變質巖，發(fā)育從奧陶紀至新近紀基本連續(xù)的海相地層?？蓜澐值拖柴R拉雅區(qū)、高喜馬拉雅區(qū)、北喜馬拉雅南帶區(qū)、康馬—隆子區(qū)、雅魯藏布江區(qū)、拉薩—察隅區(qū)及岡科布斯坦—達拉克7個構造—地層分區(qū) (圖1)。

圖1　喜馬拉雅山地區(qū)構造地層-分區(qū)圖(童立強等， 2012)Fig. 1　Tectonic-lithology division of the Himalaya region(Tong et al.，2012)

巖漿巖活動在區(qū)內較強烈，侵入巖主要為花崗巖類，含火山巖的巖系廣泛分布。另外在區(qū)內還岀露了一些雅魯藏布江蛇綠混雜巖群(西藏自治區(qū)地質礦產局， 1994， 1997； 中國地質調查局成都地質礦產研究所， 2003)。

區(qū)內新構造運動發(fā)育(潘桂堂等， 2001， 2002a， 2002b， 2004)。受新構造運動影響，地震活躍，高原快速隆升，河流迅速下切，風化卸荷作用強烈，崩塌、滑坡、山洪、泥石流等地質災害多發(fā)。

根據(jù)國家地震局資料，區(qū)內地震動峰值加速度有 0.1g、0.15g、0.2g、0.3g及0.4g等5個級別。其中0.2g的地震動峰值加速度占總面積的近40%，主要分布在喜馬拉雅山東段和西部的普蘭縣； 0.15g的地震動峰值加速度占總面積的近30%，主要分布在喜馬拉雅山東段的洛扎縣、康馬縣、亞東縣，喜馬拉雅山東段的洛扎縣、康馬縣、亞東縣，喜馬拉雅山中段的吉隆縣，西部的札達縣； 0.1g的地震動峰值加速度分布面積占總面積的近21%，主要位于喜馬拉雅山中段的崗巴縣、定結縣、定日縣及仲巴縣，西部的札達縣南部； 0.3g及0.4g的地震動峰值加速度分布面積小，主要分布在喜馬拉雅山東段的墨脫縣和錯那縣。

2　泥石流的地域分布及分類研究

由于研究區(qū)面積廣闊、地形起伏劇烈、高寒缺氧，常規(guī)的調查手段難以勝任。調查方法只能采用以遙感調查為主，地面調查驗證為輔的研究方法。遙感采用多源多時相影像數(shù)據(jù)，以ENVI為圖像處理的軟件平臺，以MAPGIS作為專題因子遙感解譯提取的軟件平臺。整個調查研究從宏觀到微觀，從小比例尺到中比例尺，逐步深化。遙感解譯采用多源遙感數(shù)據(jù)相結合、人機交互相結合、平面影像與立體影像相結合、室內綜合研究與實地調查相結合，通過直接解譯、對比、邏輯推理以及圖像處理(如拉伸、比值、合成等)等方法進行。

遙感信息的提取，首先要建立遙感解譯標志。根據(jù)我們的經(jīng)驗，本區(qū)泥石流的遙感標志可以歸納為以下兩個要點：(1)在遙感影像上整體上呈現(xiàn)不規(guī)則條帶狀、瓢狀、蝌蚪狀等，邊界多為不大光滑的齒狀，其前緣呈現(xiàn)舌狀，大多中間有比較明顯的、較直較窄的通道，溝口處堆積物呈現(xiàn)扇狀和錐狀(童立強等， 2012， 2013)(圖2a)，有比較強的浮雕般凸起感，表面有流水形成的網(wǎng)狀細溝(見圖2b)； (2)在影像上泥石流堆積扇雖然與基巖或者風化物色調比較接近，但由于它們在飽和度上和明度上有很大差異，因此也極易識別(童立強等， 2012， 2013)。

圖2　米林縣停歇期泥石流ETM影像圖(a)(童立強等， 2012)與聶拉木縣發(fā)育期泥石流ALOS影像圖(b)(童立強等， 2012)Fig. 2　ETM satellite image of one debris flow in Milin county(Tong et al.，2012)(a); ALOS satellite image of one debris flow in Nielamu county(Tong et al.，2012)(b)

圖3　喜馬拉雅山地區(qū)大型、巨型泥石流溝地域分布圖Fig. 3　Large and giant debris flow distribution histogram in the Himalaya region

調查資料顯示，喜馬拉雅山地區(qū)共存在大型、巨型泥石流溝361條(不含潰決型泥石流)，這其中巨型泥石流溝353條(圖3)。主要分布在札達、噶爾、仲巴、聶拉木、定日、定結、康馬、洛扎、隆子、米林等縣，其中札達縣22條，噶爾縣21條，普蘭縣13條，仲巴縣28條，薩嘎縣8條，吉隆縣11條，聶拉木縣22條，定日縣52條，定結縣19條，亞東縣2條，康馬縣53條，洛扎縣24條，隆子縣30條，錯那縣4條，朗縣10條，米林縣29條，林芝縣2條，墨脫縣1條。措美、加查尚未見到大型、巨型泥石流的發(fā)育。

根據(jù)遙感調查及實地考察結果，我們發(fā)現(xiàn)研究區(qū)泥石流具有明顯的聚集性分布特點，可粗略劃分為16個泥石流較集中分布區(qū)：雅魯藏布江米林段南岸，隆子脫機拉山區(qū)域，洛扎庫拉抗日北坡，涅如藏布東岸(康馬涅如堆鄉(xiāng))，康馬鎮(zhèn)、薩瑪達鄉(xiāng)的江日曲兩岸，江嘎、葉如藏布西岸(薩爾鄉(xiāng))，定日曲當鄉(xiāng)通門區(qū)域，定日扎果鄉(xiāng)及崗嘎鎮(zhèn)以東的中尼公路段，聶拉木門布以西的中尼公路段，聶拉木波曲聶拉木鎮(zhèn)—亞來段，吉隆扎隆溝以南的吉隆溝兩岸，仲巴亞熱鄉(xiāng)西邊緣，噶爾縣噶爾新村北西阿伊拉日山東坡。

從宏觀上來說，我國境內的喜馬拉雅山脈主要在其北坡，南坡主要在東部墨脫縣、錯那縣境內。我國境內喜馬拉雅山的泥石流大部分向北流動，有144條，占總數(shù)的40%； 向西流動的泥石流溝為62條，占總數(shù)的17%； 向東和向南流動的泥石流溝分別為55條、53條，均占總數(shù)的15%； 向北東流動的泥石流溝為26條，占總數(shù)的7%； 其他3個方向流動的泥石流量少 (圖4)。

圖4　喜馬拉雅山泥石流流向雷達圖(童立強等， 2012)Fig. 4　The distribution of debris flows direction in the Himalaya region(Tong et al.，2012)

如果按照泥石流的水源特征，可將泥石流劃分為暴雨型泥石流、冰雪融水型泥石流以及水體潰決型泥石流(康志成等， 2004)。根據(jù)解譯資料及實地調查，本區(qū)共有冰雪融水型泥石流溝107條，占到總數(shù)的29.6%； 暴雨型泥石流254條，占到總數(shù)的70.4%。如果按照泥石流的流域特征，可將泥石流分為溝谷型泥石流和坡面型泥石流。坡面型泥石流由于規(guī)模所限，分布太多，我們沒有研究，而只重點關注了溝谷型泥石流。溝谷型泥石流我們進一步劃分為漏斗狀和長條狀兩種類型。根據(jù)研究，本區(qū)漏斗狀泥石流溝(即典型泥石流溝)有232條，占到64.3%，長條狀泥石流溝127條，占到35.7%。按照泥石流發(fā)育階段，可將泥石流劃分為發(fā)育期(幼年期)泥石流、旺盛期(壯年期)泥石流、衰敗期(老年期)泥石流(康志成等， 2004)。根據(jù)研究，本區(qū)旺盛期泥石流222條，占到絕大多數(shù)，處于發(fā)育期的泥石流52條，處于衰敗期的泥石流44條，另外，還有一些泥石流我們調查發(fā)現(xiàn)處于暫時停止活動狀態(tài)，我們劃分為停歇期，這樣的泥石流有43條，它們分別占到總數(shù)的61.5%， 14.4%， 12.2%以及11.9%。因此可以看出，喜馬拉雅山地區(qū)泥石流的發(fā)育正處于活躍期，這與全球環(huán)境變暖這一氣候條件有多少關系值得研究。

3　泥石流發(fā)育規(guī)律

我們在《喜馬拉雅山地區(qū)重大地質災害遙感調查研究》專著一書對本區(qū)泥石流的發(fā)育與各個因素的關系進行了深入研究，可以簡單歸結為以下4點：

(1)在各類工程巖組中，相對堅硬巖組地區(qū)泥石流較發(fā)育，這主要是由于相對堅硬巖組地形高陡，寒凍風化卸荷等外動力作用強烈，崩塌滑坡等物理地質作用為泥石流提供了大量松散物源。

(2)斷層帶特別是活動構造帶對泥石流發(fā)育影響顯著，特別是距斷層8km范圍內。在此范圍內，泥石流發(fā)育個數(shù)隨著距斷層帶距離的增大迅速減?。?當距斷層帶距離大于8km后，斷層帶影響甚微。

(3)地形粗糙程度與泥石流發(fā)育概率密切相關。根據(jù)1︰25萬DEM數(shù)據(jù)，以點間隔100m，分析網(wǎng)格1km×1km，把研究區(qū)地形粗糙度劃分為5級。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，地形粗糙度越大泥石流發(fā)育的概率越大。

(4)研究區(qū)北坡泥石流比南坡泥石流更發(fā)育。比如洛扎縣喜馬拉雅山脈主脊的庫拉抗日山北坡發(fā)育了近20條泥石流，但其南坡沒有泥石流； 離喜馬拉雅山脈主脊較遠的定日縣澎曲流域近85%的泥石流主要分布在北坡； 米林縣喜馬拉雅山脈主脊北坡發(fā)育了許多泥石流(早期，停歇期)，但其南坡泥石流極少。

上述第4條發(fā)育規(guī)律與前人的陽坡地帶更發(fā)育泥石流的認識相左，究其原因可能與南坡植被比北坡植被茂盛，北坡更容易產生碎屑物。這一點也可以從泥石流發(fā)育與綠度的關系以及泥石流發(fā)育與土地利用特征的關系得到佐證。圖5 是泥石流發(fā)育與綠度的關系圖，可以看出，泥石流發(fā)育率(即在某一綠度區(qū)內泥石流流域面積與該綠度分布面積的比值)與綠度呈現(xiàn)明顯的負相關，綠度值越高，泥石流越不發(fā)育。圖6 是泥石流流域與土地利用類型的關系，可以看出，冰川及永久積雪區(qū)的泥石流發(fā)育率最高，其次為裸巖及裸土地、草地、荒草地。

圖6　泥石流流域內各地類面積及面積比對比柱狀圖Fig. 6　The area of varied land use and area ratio of the debris flow basin in the Himalaya region

在此基礎上，我們詳細地研究了本區(qū)353條巨型泥石流的發(fā)育規(guī)律，統(tǒng)計了它們發(fā)育的溝口高程，見圖7，發(fā)現(xiàn)它們的溝口高程有兩個臺階，一個是2800～3400m這個范圍，這主要是研究區(qū)東南泥石流，另一個是4200～4900m這個范圍。這實際上反映了本區(qū)地貌的兩個臺階，同時也可能喜馬拉雅山是一個間歇抬升的過程的佐證。

圖7　喜馬拉雅山地區(qū)泥石流溝口高程分布圖Fig. 7　The outlet elevation distribution of debris flows in Himalaya area

根據(jù)遙感解譯的統(tǒng)計分析，我們發(fā)現(xiàn)研究區(qū)38%以上泥石流溝比降集中在200‰～100‰范圍之間； 大約24%的泥石流溝道比降分布在300‰～200‰之間； 19%的泥石流溝道比降小于100‰； 比降在300‰以上的泥石流溝較少。這表明喜馬拉雅山地區(qū)當溝道比降在100‰～300‰時更有利于泥石流發(fā)育和活動。

為了進一步研究泥石流發(fā)育階段與溝坡比降的關系，我們對353條巨型泥石流進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)衰敗期泥石流溝道比降大都小于100‰，而發(fā)育期的泥石流溝道比降一般比較大，大都大于300‰，旺盛期的泥石流溝道比降則介于100‰～300‰之間。這也很好的反映了泥石流溝道演化發(fā)育的一般規(guī)律，即早期泥石流溝道小，比降大，隨著演化，其溝道比降逐漸變緩，到最后逐漸衰亡。很有意思的是，停歇期的泥石流和旺盛期的泥石流溝道具有類似的累積分布曲線，表明本區(qū)停歇期泥石流目前仍處于旺盛期，有再次爆發(fā)泥石流的可能 (圖8)。圖9是雨水和冰雪融水泥石流的累積分布曲線，發(fā)現(xiàn)兩者幾乎完全相同，這說明了雨水和冰雪融水型泥石流在溝道比降上幾乎沒有差別 (圖9)。

圖8　本區(qū)泥石流發(fā)育各個不同階段的溝道比降累積百分比圖Fig. 8　Percent passing map of different stages of the development of debris flow gully slope

圖9　本區(qū)冰雪融水型泥石流與雨水型泥石流溝道比降累積百分比對比圖Fig. 9　Percent passing map of gully slope for the ice melting type debris flow and rainfall debris flow

4　結論與討論

本文在喜馬拉雅山地區(qū)泥石流遙感調查以及野外調查基礎上，研究了泥石流分布的地域特征，并進行了較為詳細的分類研究，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：

(1)本區(qū)泥石流分布具有明顯的聚集性分布特點，可粗略劃分為16個泥石流較集中分布區(qū)。

(2)喜馬拉雅山地區(qū)目前泥石流的活動正處于活躍期，這可能與全球氣候變化有密切的關系，需要進一步深入研究。

(3)研究區(qū)北坡泥石流比南坡泥石流更發(fā)育，即陰坡地帶更發(fā)育泥石流。這可能主要受綠度以及土地利用特征的關系控制。北坡植被覆蓋差，碎屑物質豐富，而南坡植被茂盛。

(4)研究區(qū)泥石流溝口主要分布在兩個高程段，一個是2800～3400m，另一個是4200～4900m，兩個范圍可能主要反映了研究區(qū)兩個區(qū)域侵蝕基準面。

(5)研究區(qū)衰敗期泥石流溝道比降大都小于100‰，而發(fā)育期的泥石流溝道比降一般比較大，大都大于300‰，旺盛期的泥石流溝道比降則介于100‰～300‰之間。另一方面，我們發(fā)現(xiàn)本區(qū)冰雪融水與雨水型泥石流的溝道比降幾乎相同，其動力條件相差不大。這對于判斷泥石流的活動性具有重要意義。

(6)文中多就調查數(shù)據(jù)進行初步的統(tǒng)計和分析，但由于研究程度所限，未能就出現(xiàn)的統(tǒng)計特征，如發(fā)育溝道比降、泥石流溝口高程分布特征等，作出進一步的構造或動力學方面的分析，這也將是下一步研究的重點。

致謝作者們非常感謝審稿人中肯的意見，這些意見對作者們很大啟發(fā)，大大提升了文章質量!

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中國科學院-水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，西藏自治區(qū)交通廳科學研究所. 1999b. 西藏泥石流與環(huán)境[M]. 成都：成都科技大學出版社．

DEVELOPMENT CHARACTERISTICS OF DEBRIS FLOWS IN HIMA￣LAYAS USING REMOTE SENSING TECHNOLOGY

LIU Chunling①QI Shengwen②TONG Liqiang①ZHANG Shishu③ZOU Yu②④

(①China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources， Beijing100083)(②Key Laboratory of Engineering Geomechanics， Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences， Beijing100029)(③Chengdu Engineering Co. Ltd.， Power China， Chengdu610072)(④University of Chinese Academy of Sciences， Beijing100049)

The Himalayan region locates in the western border area of China. It is the highest and youngest mountain chain in the world. This region situates in the collision zone of two plates. It has complicated geological tectonics， powerful neotectonic movements， serious mountain disasters and extremely active debris flows. These disasters frequently endanger the lifeline engineering and life and possession of the local people. However， fewer exploratory efforts are made due to the high-cold， oxygen deficit and the limit of the technology. This article is based on remote sensing research and field survey data of the large-scale and giant debris flows. It reveals that 16 relative concentrated distribution areas are prensent in this region. The debris flows in the northern slope are more developed than those in the southern slope. On this basis， the development regularity is carefully analyzed. The results show that：(1)The activities of debris flows in the Himalayan region are in the active period.(2)The debris flow gully mouths in the research area are mainly distributed in two elevation sections. One is in the range of 2800～3400m and the another is in the range of 4200～4900m.(3)The gully slope of debris flows in old stage is usually little than 100‰，while that of debris flow in young stage is relatively larger and is usually larger than 300‰.Gully slope of debris flows in mature stage is between 100‰and 300‰.On the other hand， the ice-snow melting water mudflow and rain mudflow almost have the same gully slope and dynamic conditions. The findings can have significance to prevention and treatment of debris flow disasters and the judgement of debris flow activities in this area．

Himalaya Mountain， Geohazards， Debris flow， Gully slope， Regularity

10.13544/j.cnki.jeg.2016.03.013

2015-06-08;

2015-10-09.

中國地質調查局項目“青藏冰川變化與冰湖潰決災害遙感綜合調查”(編號：DD20160342)，中國科學院STS項目(編號：KFJ-EW-STS-094)， 國家自然科學優(yōu)秀青年基金(編號：41322020)資助.

劉春玲(1976-)， 女， 碩士， 高級工程師， 主要從事遙感環(huán)境地質、 水文地質及災害地質方面的研究. Email: 20517415@qq.com

P642.23

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