徐鵬飛

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093)

基于光美大箐泥石流潛在物源特征研究

徐鵬飛

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093)

云南省麗江永勝縣大安鄉(xiāng)是泥石流高發(fā)帶，區(qū)內(nèi)山高坡陡，坡度一般在35°～55°。地貌類型主要為山區(qū)剝蝕地貌，分布于整個(gè)流域，地形以斜坡為主，主溝兩岸主要為耕地，塌岸侵蝕較為強(qiáng)烈，水土流失嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)降水充沛，年均降水高達(dá)967 mm。雨季日降水量較大及單點(diǎn)暴雨多見等降水特征以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)易誘發(fā)區(qū)內(nèi)潛在滑坡、崩塌點(diǎn)發(fā)生。本文通過(guò)對(duì)研究區(qū)可能參與泥石流運(yùn)動(dòng)的潛在物源量進(jìn)行了計(jì)算,對(duì)區(qū)內(nèi)可能發(fā)生的泥石流進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出預(yù)防、治理措施。

泥石流；物源總儲(chǔ)量；物源動(dòng)儲(chǔ)量；物源特征

1 引言

泥石流是爆發(fā)于山區(qū)流域極具危險(xiǎn)性的地貌演化災(zāi)害過(guò)程，具有突發(fā)性、極強(qiáng)破壞性以及災(zāi)害鏈效應(yīng)等特征。鑒于泥石流巨大的破壞性，查明山區(qū)流域潛在泥石流形成條件、物源類型、堆積物分布范圍以及可轉(zhuǎn)化為泥石流的松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量特征等，可對(duì)減輕泥石流造成的損失、控制泥石流流域物源量以及災(zāi)后重建工作提供科學(xué)參考。

Bovis[1]等研究了泥石流爆發(fā)的頻率、規(guī)模與流域內(nèi)松散堆積物量的關(guān)系。文獻(xiàn)[2]采用多元回歸統(tǒng)計(jì)方法研究了臺(tái)灣某地44個(gè)潛在泥石流區(qū)的物源特征。常鳴等[3]通過(guò)對(duì)汶川地震后北川縣城區(qū)域內(nèi)泥石流堆積區(qū)7個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行分析，建立了堆積物方量估算模型，進(jìn)行了有效性驗(yàn)證?；庐a(chǎn)生的松散堆積物是泥石流爆發(fā)的重要物源，文獻(xiàn)[4]與文獻(xiàn)[5]研究表明，滑坡的體積與面積存在著冪函數(shù)的關(guān)系，這對(duì)于定量估算滑坡類物源對(duì)泥石流的貢獻(xiàn)提供了理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省麗江永勝縣大安鄉(xiāng)(北緯26°46′51″，東經(jīng)100°25′17″)大箐流域，流域?yàn)榻鹕辰蟀兑患?jí)支流(圖1)。流域面積約4.76 km2，兩岸坡谷陡立，坡度一般在35°～55°。受河流下切作用及其他地質(zhì)作用形成典型的“V”型河谷及部分“U”型河谷。主溝整體呈東南-西北向展布，主溝縱向溝長(zhǎng)5.78 km，平均縱向坡降252.3‰，流域最高點(diǎn)位于南側(cè)后緣山頂分水嶺，高程3 180 m，最低點(diǎn)位于光美大箐與金沙江的交匯處，高程1 260 m，相對(duì)高差1 920 m。據(jù)永勝縣氣象局2004～2009年降水量資料，流域年均降水量高達(dá)967.35 mm，年最大降水量1 144.7 mm，年最小降水量827.8 mm，屬典型濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)氣候。雨季集中于6～10月，占全年降水量80%以上，月最大降水量和日最大降水量一般在7月和8月，分別為373.4 mm和132.7 mm，區(qū)域內(nèi)呈雨季日降水量較大及單點(diǎn)暴雨多見等降水特征，為滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了有利的氣象條件。流域內(nèi)松散固體物源分布較多，水動(dòng)力條件較好。

現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)主要地層為：二疊系上統(tǒng)(P2h)石灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)(T1l)砂巖、三疊系中統(tǒng)下段(T2b1)泥灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)P2β2玄武巖，在坡面上覆蓋有殘坡積層(Q4dl+el)粘土，溝道內(nèi)及溝口位置有少量第四系泥石流堆積層(Q4sef)塊碎石土。

圖1 研究區(qū)流域影像圖

3 泥石流物源儲(chǔ)量計(jì)算分析

物源、地形、水動(dòng)力三要素是泥石流形成的3個(gè)必要條件。物源是其最基本要素，也是估計(jì)泥石流發(fā)生與發(fā)展的主要依據(jù)。松散堆積物的物質(zhì)儲(chǔ)量與供給是確定泥石流成因、制定泥石流防治方案、分析泥石流發(fā)展趨勢(shì)的重要參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)可為泥石流提供的物源的松散堆積物主要有3類，分別為崩滑堆積類物源、溝道堆積類物源以及坡面侵蝕類物源。

3.1 點(diǎn)狀堆積類物源

流域內(nèi)的崩塌堆積類點(diǎn)狀物源有2處，分別為BT1、BT2與H1～H6。在暴雨、洪水沖刷下欠穩(wěn)定坡體失穩(wěn)，堆積體被沖刷、裹挾而參與泥石流活動(dòng)，是泥石流活動(dòng)的主要物源部分。崩滑物源靜儲(chǔ)量計(jì)算采用公式1計(jì)算得到表1。

表1 流域溝道崩塌堆積類物源分布情況統(tǒng)計(jì)

圖2 崩滑物源靜儲(chǔ)量計(jì)算模型

(1)

式中，V為松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量(m3)；S為堆積體剖面面積(m2)，圖2中abc的面積；L為沿溝道方向長(zhǎng)度(m)。

圖3 研究區(qū)物源總量與動(dòng)儲(chǔ)量關(guān)系

圖3表明，研究區(qū)潛在崩塌體產(chǎn)生的泥石流物源總儲(chǔ)量為35.51×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量為13.73×104m3。動(dòng)儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的39%。線性擬合關(guān)系式為Y=0.325 6x+0.241(R2=0.727 6)，二者的相關(guān)系數(shù)為0.73，屬于較明顯的正相關(guān)。

3.2 線狀堆積類物源

研究區(qū)屬典型的“V”和“U”型河谷。流域內(nèi)溝道堆積類物源主要分布在中上游溝段，為上游后緣崩塌、滑坡類物源進(jìn)入溝道的部分，在暴雨的沖刷下，沿溝堆積分布(表2)。流域溝道主要呈“V”和“U”兩種截面形式(圖4)，其計(jì)算公式為：

圖4 線狀堆積類物源儲(chǔ)量計(jì)算模型

式中,V為各段溝道堆積物的體積(m3)；S為各段代表斷面的截面面積(m2)；l為不同截面溝道段的長(zhǎng)度(m)。

表2 溝道松散堆積類物源統(tǒng)計(jì)

3.3 面狀堆積類物源

坡面侵蝕物源主要指因暴雨形成的坡面水流對(duì)流域岸坡坡面土壤發(fā)生侵蝕的現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，光美大箐流域內(nèi)上游后緣分水嶺植被較好，中上游到下游多為坡耕地，坡面土體松散，坡面侵蝕較為強(qiáng)烈，水土流失嚴(yán)重。淺表層的松散土體在暴雨的沖刷浸泡作用下水土流失將加劇，參與泥石流活動(dòng)的可能性較大。本文關(guān)于面狀類物源量的計(jì)算采用三棱柱體法，其計(jì)算模型如圖5。

V固=1/2×h×CD×Lg固

(2)

式中，V固為松散物源量(m3)；h為斜坡高(m)；CD為堆積體沿斜坡分布的投影距離(m)；Lg固為堆積體沿溝道分布的長(zhǎng)度(m)。

圖5 面狀物源儲(chǔ)量計(jì)算方法

側(cè)蝕溝岸動(dòng)態(tài)物源可采用文獻(xiàn)[6]側(cè)緣侵蝕型泥石流動(dòng)儲(chǔ)量計(jì)算方法，見圖5(b)。

(3)

式中,θ為斜坡自然休止角；α為溝岸坡角；φ為崩積體與自然休止角夾角；c2o=l為實(shí)測(cè)坡面長(zhǎng)度。

動(dòng)儲(chǔ)量體積為：

V動(dòng)=Δc2od×Lg動(dòng)

(4)

式中，V動(dòng)為側(cè)緣侵蝕型動(dòng)儲(chǔ)量，m3；Lg動(dòng)為溝道堆積體長(zhǎng)度，m。

對(duì)于“V”型河谷，假設(shè)“V”型谷由于水的下切作用，由C點(diǎn)到O點(diǎn)形成泥石流物源，其中直角三角形Δcod是泥石流動(dòng)儲(chǔ)量的最大可能物源區(qū)(圖6)。該區(qū)的面積為：

(5)

式中,θ為斜坡自然休止角；co=h為原溝床深度。

動(dòng)儲(chǔ)量體積為：

Vo1=Δ1cod×L1

(6)

式中,Vo1為下切侵蝕型動(dòng)儲(chǔ)量；L1為溝床堆積體長(zhǎng)度。

圖6 下切侵蝕型泥石流儲(chǔ)量計(jì)算模型

本次按照以上依據(jù)并根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190-2007)[7]對(duì)坡面侵蝕源進(jìn)行劃分，劃分為強(qiáng)度侵蝕區(qū)、中等侵蝕區(qū)和輕度侵蝕區(qū)，并根據(jù)不同的侵蝕強(qiáng)度確定侵蝕模數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 流域坡面侵蝕類物源統(tǒng)計(jì)分析表

4 結(jié)果與分析

分析表明，研究區(qū)泥石流點(diǎn)狀堆積類物源類型主要包括崩滑所產(chǎn)生的松散堆積物。線狀堆積類物源主要有崩塌類物質(zhì)以及進(jìn)入溝道的塌岸類松散堆積物。面狀堆積類物源主要因土壤侵蝕、坡面土體松散產(chǎn)生的松散堆積物。計(jì)算結(jié)果表明(表4)，光美大箐物源總量為56.84×104m3，可移動(dòng)物源量為24.40×104m3。其中，崩滑堆積類物源總量為35.16×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量為13.61×104m3；坡面侵蝕類物源總儲(chǔ)量4.39×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量為0.68×104m3；溝道堆積類物源總儲(chǔ)量為0.69×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量為0.21×104m3。其中崩塌類物源總儲(chǔ)量占全部61.86%，坡面侵蝕類物源總儲(chǔ)量占全部7.72%，溝道堆積類物源占總儲(chǔ)量1.22%。

表4 泥石流各物源分布

注：崩滑類物源占61.86%，塌岸侵蝕物源占29.20%，坡面侵蝕類物源占7.72，溝道堆積物源占1.22%。

5 結(jié)論

本文依托麗江永勝縣泥石流多發(fā)區(qū)，綜合采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，通過(guò)與該地已發(fā)泥石流的對(duì)比研究得到以下結(jié)論：

光美大箐為暴雨溝谷型泥石流，流體性質(zhì)為稀性泥石流，流域內(nèi)分布的主要物源類型為崩滑堆積類物源、溝道堆積類物源以及坡面侵蝕類物源。光美大箐物源總量為56.84×104m3，可移動(dòng)物源量為24.40×104m3。通過(guò)對(duì)泥石流潛在松散堆積物物源的計(jì)算可知，研究區(qū)泥石流潛在物源點(diǎn)多面廣，潛在物源量大，對(duì)泥石流的貢獻(xiàn)顯著，在強(qiáng)降水的條件下極易誘發(fā)特大型泥石流造成巨大損失。鑒于以上研究建議采取綜合治理方案，包括穩(wěn)攔、防護(hù)、固床、生物工程等配合使用，綜合治理，以保證安全。

[1] Bovis M J，JakobM.The role of debris supply conditions in predicting debris flow activity[J].Earth Surface Pro-cesses and Landforms，1999，24(1)：1039-1054.

[2] Dong J J，Lee C T，Tung Y H，et al.The role of the sediment budget in understanding debris flow susceptibility[J].Earth Surf Process Landforms，2009，34(12)：1612-1624．

[3] 常鳴，唐川，夏添，等.強(qiáng)震區(qū)泥石流堆積物的演化特征與方量估算模型[J].水利學(xué)報(bào),2012,43(S2):117-121.

[4] Komp O . Effects of large deep-seated landslides on hillslope morphology，Western Southern Alps，New Zealand[J]. Journal of Geophysical Research，2006，11(2)：24-26.

[5] 丁軍.強(qiáng)震區(qū)泥石流活動(dòng)規(guī)模與最大堆積長(zhǎng)度預(yù)測(cè)研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2011.

[6] 喬建平，黃棟，楊宗佶，等.汶川地震極震區(qū)泥石流物源動(dòng)儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)方法討論[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2012,23(2):1-6.

[7] 中華人民共和國(guó)水利部水土保持司．土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SL190-2007)[S]．北京:中國(guó)水力水電出版社，1997.

STUDYONTHEPOTENTIALSOURCECHARACTERISTICSOFGUANGMEIDAQINGDEBRISFLOW

XU Peng-fei

(School of Land and Resources Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)

In Yongsheng County in Lijiang City, Yunnan Province, debris flow occurred extremely frequently and the zone characterized by high mountains with steep slope and the slope generally ranges between 35 ° and 55 °. The main types of landforms are eroded landforms in the mountains that were distributed in the whole basin, and the terrain is mainly shown as slope. On both sides of the main channel are mainly cultivated land and bank erosion is relatively intense, accompanied by serious soil erosion. The area is abundant in rainfall, with an average annual rainfall of 967 mm. The precipitation characteristics such as large daily precipitation in the rainy season and common single point of rain, and the tectonic movement are prone to induce potential landslide and collapse point. In this paper, the potential sources of debris flow that may involve the movement in the study area are calculated. Combined with the evaluation of potential debris flows in the area, we put forward preventive and control measures.

debris flow;materialsourcereserves;dynamic reserves;materialsource characteristics

1006-4362(2017)03-0014-05

2017-03-18改回日期2017-05-19

P642.23

A

徐鵬飛(1991- )，男，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害及災(zāi)害發(fā)生機(jī)理等方面的研究。E-mail:2524536645@qq.com