屈永平，肖 進(jìn)

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000)

0 引言

目前對(duì)泥石流的分類主要基于泥石流的流域面積、溝道坡度、山體坡度流域相對(duì)高差等參數(shù)，其中根據(jù)泥石流溝地形地貌條件主要分為坡面型泥石流和溝谷型泥石流，二者特征見(jiàn)表1。

表1 坡面泥石流與溝谷泥石流形態(tài)特征

汶川強(qiáng)震區(qū)部分泥石流溝具有溝谷型泥石流的特征，與此同時(shí)也具有坡面型泥石流的特征。根據(jù)國(guó)內(nèi)研究可知，坡面泥石流多發(fā)育于30°以上的邊坡[1]。泥石流形成區(qū)發(fā)育在斜坡中、上部且有一定匯水條件的凹型坡面[2]，沒(méi)有明顯的流通區(qū)，由于坡面較長(zhǎng)[3-4]，山坡覆蓋層厚度一般為0.5～4 m，流域面積小(≤0.4 km2)。坡面泥石流是一種發(fā)生在有碎屑堆積物的陡坡上，由降雨引發(fā)的高濃度碎屑與水的混合物沿坡面運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象[5-6]。

溝谷型泥石流有明顯的匯水流域，泥石流流域可以分為形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)等。一般意義上：溝道泥石流的溝床縱坡降越大，越有利于泥石流的起動(dòng)，且溝道泥石流的縱比降在10%～30%(5°～17°)范圍時(shí)的暴發(fā)頻率最高，而在5%～10%(2.5°～5°)和30%～40%(17°～22°)范圍內(nèi)暴發(fā)頻率相對(duì)較低。其中，溝谷型泥石流和坡面型泥石流的形態(tài)對(duì)比見(jiàn)表2。

國(guó)內(nèi)外，對(duì)于此類同時(shí)具有坡面型泥石流和溝谷型泥石流的泥石流已有大量的研究[7-9]。坡面泥石流是由降雨誘發(fā)的高重度兩相流體，且泥石流的沖出距離短[10]。坡面泥石流形成過(guò)程主要包括：1)降雨條件下，斜坡滑坡失穩(wěn)[11]；2)滑坡體液化，形成高容重的兩相流體[12]。而對(duì)于小流域大比降的泥石流溝，具有泥石流流域匯流時(shí)間短，流速快等特點(diǎn)[13]。

溝谷型泥石流有明顯的匯水流域，泥石流流域基本上可以分為形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)等3個(gè)區(qū)，泥石流的誘發(fā)機(jī)制主要為降水匯流沖蝕起動(dòng)泥石流物源的過(guò)程。一般意義上來(lái)說(shuō)：溝道泥石流的溝床縱坡降越大，越有利于泥石流的發(fā)生。

坡面泥石流沒(méi)有明顯的匯水區(qū)域，且泥石流的地形陡峭，泥石流主要為降雨誘發(fā)的高重度兩相流體，泥石流的沖出距離短。坡面泥石流形成過(guò)程主要包括：1)降雨條件下，斜坡滑坡失穩(wěn)；2)滑坡體液化，形成高容重的兩相流體。對(duì)于小流域大比降的泥石流溝，具有泥石流流域匯流時(shí)間短、流速快等特點(diǎn)。

表2 坡面泥石流與溝谷泥石流形態(tài)特征

根據(jù)前人研究可知，一般意義上的溝谷型泥石流的主溝道的縱比降主要集中于15%～40%(8～22°)之間，流域面積在1 km2以上。溝谷型泥石流的流域面積較大，流域分區(qū)明顯。溝道泥石流的起動(dòng)模式與溝道坡度密切相關(guān)，即由于溝道坡度及其溝道物質(zhì)的堆積坡度，使得泥石流物源的失穩(wěn)破壞方式和泥石流起動(dòng)模式不同。

1 強(qiáng)震區(qū)泥石流特征

汶川強(qiáng)震區(qū)為中高山侵蝕地貌，泥石流溝道兩岸陡峭，泥石流溝道縱比降大，泥石流流域內(nèi)分布著大量的滑坡、崩塌堆積體，且泥石流流域有明顯的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)等分區(qū)。汶川強(qiáng)震區(qū)泥石流類型多樣復(fù)雜，根據(jù)地形條件，泥石流可以初步分為坡面型泥石流、溝谷型泥石流、狹陡型泥石流[14]，而汶川強(qiáng)震區(qū)還包括了一大部分具有流域面積小、溝道縱比降大、溝兩岸陡峭等特點(diǎn)的泥石流溝。汶川強(qiáng)震區(qū)泥石流流域的坡度分布特征如圖1所示。

1.1 震區(qū)泥石流流域面積特征

根據(jù)震區(qū)泥石流溝地形條件的遙感分析和野外調(diào)查，泥石流溝的流域坡度大(平均溝道坡度>400‰)，其中震區(qū)的泥石流溝流域面積、溝道縱比降、泥石流形狀系數(shù)等參數(shù)如圖2～5所示，泥石流溝的地形坡度多在35°以上，泥石流溝形成區(qū)的溝道坡度在30°以上。

泥石流流域面積條件間接地反映了泥石流溝的匯水條件，汶川震區(qū)泥石流溝主要集中于1～8 km2，而泥石流溝的平均流域面積為10 km2，震區(qū)泥石流流域面積相對(duì)較小，汶川震區(qū)泥石流流域面積特征如圖2所示。

圖1 汶川地區(qū)泥石流坡度特征

圖2 震區(qū)泥石流流域面積

1.2 震區(qū)泥石流溝道縱比降特征

泥石流流域溝道縱比降直接反映了泥石流溝在匯流條件下的流速、沖擊力條件等，汶川地區(qū)的泥石流溝溝道縱比降主要集中于200‰～600‰之間，而泥石流溝道的平均縱比降為400‰(約為21°)，汶川震區(qū)泥石流溝道縱比降如圖3所示。

圖3 震區(qū)泥石流溝的溝道坡度

1.3 震區(qū)泥石流溝的形狀系數(shù)

形狀系數(shù)小于1時(shí)，集水區(qū)狹長(zhǎng)，但是此類泥石流溝的溝道兩岸坡度大，極易形成滑坡崩塌堆積[15]，汶川地區(qū)泥石流溝的形狀系數(shù)范圍主要集中于0.1～0.4之間，平均形狀系數(shù)值為0.26，其中汶川震區(qū)泥石流流域的形狀系數(shù)分布特征如圖4所示。

(F=A/L2；其中，A為流域面積/m2；L為泥石流溝長(zhǎng)度/m)圖4 震區(qū)泥石流溝的形狀系數(shù)

泥石流溝的形成區(qū)坡度和泥石流溝流域坡度等特征決定了降雨條件下的匯水時(shí)間，即形成區(qū)坡度越陡泥石流溝匯水時(shí)間越短，震區(qū)泥石流溝的形成區(qū)坡度主要集中于35°～40°之間，泥石流形成區(qū)的平均坡度為35.9°，而泥石流形成區(qū)坡度與泥石流主溝道的坡度差值反映了泥石流匯水過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換特征，即能量損失與坡度差呈正相關(guān)(坡度差越大導(dǎo)致能量損失越多)，泥石流溝的形成區(qū)坡度比其主溝道坡度大3°～27°不等(如圖5)。

圖5 震區(qū)泥石流主溝溝道坡度及其與形成區(qū)坡度關(guān)系特征

2 急陡溝道泥石流特征對(duì)比分析

根據(jù)汶川震區(qū)泥石流溝的幾何參數(shù)分析可知，泥石流溝流域平均面積為10 km2，泥石流溝道平均坡度400‰，泥石流溝的溝道平均長(zhǎng)度為5 742 m，泥石流溝的平均相對(duì)高差為1 843.6 m，泥石流溝形成區(qū)平均坡度為36°。震區(qū)泥石流溝的流域特征見(jiàn)表3。

表3 強(qiáng)震區(qū)泥石流溝流域特征值

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到了泥石流流域面積與泥石流溝道縱比降的關(guān)系為反函數(shù)關(guān)系(如圖6)，即泥石流的流域面積越小，其溝道泥石流的縱比降越大。

圖6 強(qiáng)震區(qū)泥石流縱比降與面積關(guān)系

根據(jù)急陡溝道泥石流描述可知，急陡溝道泥石流為溝道縱比降≥400‰的溝谷型泥石流溝，通過(guò)震區(qū)145條泥石流平均縱坡降篩選，得到了震區(qū)急陡溝道泥石流的流域特征見(jiàn)表4。

表4 震區(qū)急陡溝道泥石流溝流域特征值

通過(guò)震區(qū)急陡溝道泥石流的調(diào)查可知，急陡溝道泥石流的流域面積在0.3～10 km2之間，而平均的流域面積在3 km2；急陡溝道泥石流溝的縱比降分布范圍為400‰～927‰，而平均溝道縱比降為554‰(≈30°)；急陡溝道泥石流的相對(duì)高差范圍值為896～2 586 m，其中平均相對(duì)高差為1 669 m。

根據(jù)急陡溝道泥石流的流域面積和溝道縱比降的統(tǒng)計(jì)分析可知，急陡溝道泥石流的流域面積與溝道縱比降之間的規(guī)律同震區(qū)泥石流的規(guī)律相同，即急陡溝道泥石流流域面積和溝道縱比降呈反函數(shù)關(guān)系。

3 典型急陡溝道泥石流溝特征分析

3.1 福堂溝泥石流特征

福堂溝的流域形態(tài)近似矩形，流域面積約為1.12 km2，主溝道長(zhǎng)度約為0.78 km，主溝縱比降約為625‰，受構(gòu)造控制，整個(gè)泥石流域分布不對(duì)稱。溝域的最高點(diǎn)位于溝谷山脊地帶。根據(jù)遙感分析，福堂泥石流溝道坡度在30°以上，泥石流形成區(qū)溝道坡度在30°以上，流通區(qū)兩岸坡度也在50°以上(圖7)。

圖7 福堂溝流域特征

3.2 燒房溝泥石流特征

燒房溝總體為深切割構(gòu)造侵蝕地形，溝域面積為0.61 km2，溝道長(zhǎng)度為1.58 km(何元宵等，2014)。燒房溝溝域形態(tài)成柳葉形，且泥石流的溝谷呈不對(duì)稱V形，兩岸坡度為30°～80°，平均縱坡降為464.97‰。根據(jù)遙感分析，燒房溝的溝道坡度在30°以上，而泥石流形成區(qū)坡度在30°以上，流通區(qū)坡度也在50°以上(圖8)。

圖8 映秀鎮(zhèn)燒房溝流域以及泥石流防治工程分布照片

3.3 小崗劍溝泥石流特征

小崗劍流域地勢(shì)總體呈北東高，南西低，流域頂部相對(duì)較平坦，主溝及兩岸地勢(shì)陡峭，主溝溝床坡降大，海拔1 500 m以上為清水區(qū)，溝道平均縱比降為361‰，匯水面積為0.61 km2；形成—流通區(qū)的溝道坡降為506‰。根據(jù)小崗劍泥石流溝的流域遙感分析，流域整體坡度平均坡度在30°以上，局部在50°以上。泥石流溝道坡度平均坡度在30°以上，泥石流流通區(qū)下游陡坎位置的坡度在50°以上(圖9)。

圖9 小崗劍泥石流溝遙感圖和野外照片

4 結(jié)語(yǔ)

震區(qū)泥石流的流域面積相對(duì)較小，泥石流的溝道縱比降大，物源主要分布于泥石流的溝道內(nèi)，在強(qiáng)降雨匯流條件下形成較大流速的地表徑流，沖蝕泥石流物源形成泥石流過(guò)程，泥石流的類型與泥石流的流域特征密切相關(guān)。震區(qū)泥石流特征為：

1)泥石流流域溝道縱比降直接反映了泥石流溝在匯流條件下的流速、沖擊力等條件，汶川地區(qū)的泥石流溝溝道縱比降主要集中于200‰～600‰，而泥石流溝道的平均縱比降為400‰(約為21°)。

2)泥石流流域面積條件間接地反映了泥石流溝匯水條件，汶川震區(qū)泥石流溝的主要集中于1～8 km2，而泥石流溝的平均流域面積為10 km2，震區(qū)泥石流流域面積相對(duì)較小。

3)通過(guò)震區(qū)急陡溝道泥石流的調(diào)查可知，急陡溝道泥石流的流域面積在0.3～10 km2之間，而平均的流域面積在3 km2；急陡溝道泥石流溝的縱比降分布范圍為400‰～927‰，而平均溝道縱比降為554‰(≈30°)；急陡溝道泥石流的相對(duì)高差范圍值為896～2 586 m，其中平均相對(duì)高差為1 669 m。