胡林，肖進，羅紹強，徐琳

(四川省地質礦產勘查開發(fā)局川西北地質隊，綿陽 621000)

泥石流是一種常見地質災害，近年來，在強降雨、地震等自然因素和工程活動的人為因素作用下，泥石流地質災害暴發(fā)愈發(fā)頻繁，我國每年因泥石流災害造成的損失均較為嚴重[1-3]。城關區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，是拉薩市泥石流分布密集區(qū)之一，區(qū)內泥石流活躍且多正處于發(fā)展期，暴發(fā)頻率高[4]，研究區(qū)具溫差大、干濕交替、高寒、高海拔的典型特征[5-6]，由于泥石流暴發(fā)突然、歷時短、成因復雜[7]，因此，系統(tǒng)研究區(qū)內泥石流成災機理，根據(jù)成災機理采取針對性的防治措施，對防災減災、保證人民生命財產具有重要意義。本文以城關區(qū)蔡公堂鄉(xiāng)格布溝泥石流為例，采取資料收集、遙感解譯、地面調查等手段，查明了格布溝泥石流形成條件及動力學特征，在此基礎上開展格布溝泥石流成災機理研究。

1 泥石流概況

格布溝泥石流位于拉薩市城關區(qū)蔡公堂鄉(xiāng)者郎溝東岸格布溝內，溝口地理坐標：東經91°15′16.18″、北緯29°38′40.22″，溝口距離城區(qū)約10 km，流域面積2.8 km2，主溝長約2.4 km，縱坡降208.33 ‰，流向由南東向北西(圖1)。溝域地形總體上屬構造侵蝕大起伏高山地形，坡體上部出露侏羅系下-中統(tǒng)葉巴組(J1-2y)火山巖、灰?guī)r；坡體中下部大部分被第四系殘坡積碎石土所覆蓋，厚0.4～2 m，土層結構極為松散，坡度大于30°；溝口堆積區(qū)地勢相對平緩，原扇面形狀變化不大，堆積區(qū)內堆積物由火山巖碎石、礫砂、中粗砂含少量細砂、粘土等混合堆積而成，平均堆積厚度約1.2 m。

1.全新統(tǒng)沖積物；2.全新統(tǒng)泥石流堆積物；3.全新統(tǒng)沖洪積物；4.全新統(tǒng)坡積物；5.全新統(tǒng)坡洪積物；6.更新統(tǒng)泥石流堆積物；7.更新統(tǒng)沖積物；8.侏羅系葉巴組；9.白堊世閃長巖；10.地質界線；11.泥石流威脅范圍；12.泥石流流域范圍；13.泥石流分區(qū)范圍；14.坡面物源及編號；15.滑坡物源及編號；16.溝道物源編號圖1 格布溝泥石流流域圖

據(jù)調查了解，格布溝泥石流每年雨季均會爆發(fā)，最近一次較嚴重的泥石流發(fā)生在2016年7月，歷時約10 min，損壞房屋3間，農田0.5 hm2，造成經濟損失約53萬元。如果該泥石流再次發(fā)生災害，將直接威脅溝口白定村9戶45人及過往車輛及行人的生命財產安全，潛在經濟損失約280萬元。

2 泥石流形成條件

2.1 地形條件

格布溝溝域面積2.8 km2，主溝道長2.4 km，最高點海拔4 230 m，溝口海拔3 730 m，相對高差500 m，主溝縱坡降208.33 ‰，溝谷呈“V”型，寬約15～40 m，谷坡自然坡度為30°～65°，主溝兩岸斜坡坡腳陡坎、陡崖地形發(fā)育，為堆積體形成滑坡、坍塌等不良現(xiàn)象提供臨空條件。

泥石流清水區(qū)溝道長約490 m，縱坡降286 ‰，兩岸坡度較陡，約30°～50°，植被發(fā)育一般，主要以雜草為主，溝道相對較窄；形成區(qū)長約1 900 m，縱坡200 ‰，支溝溝谷切割較淺，主溝溝谷切割較深，坡面小型沖溝較為發(fā)育，溝道上游斜坡頂部多基巖裸露，局部裂隙發(fā)育、物理風化較嚴重，斜坡中下部土層整體較厚，植被較發(fā)育，結構松散-稍密；流通區(qū)長約400 m，縱坡約150 ‰，溝道相對順直，無明顯堵點；堆積區(qū)長400 m，寬約280 m，縱坡降100‰，總面積約0.12 km2，堆積區(qū)西部為古泥石流堆積扇，在北東部順河溝為新堆積扇，河溝高約1.5 m，寬約5～10 m，扇前緣為公路、居民區(qū)，地勢較平緩。

2.2 物源條件

格布溝泥石流屬溝谷堆積特征明顯的泥石流，其松散固體物源較豐富，且物源分布較為集中，主要集中于形成區(qū)、流通區(qū)。經調查發(fā)現(xiàn)物源類型主要包括滑坡堆積物源、溝道堆積物源、坡面侵蝕物源3類(圖2)。其中滑坡堆積物源2處，坡面侵蝕物源4處，溝道物源3處，其物源堆積量見表1。

表1 格布溝泥石流物源估算統(tǒng)計表

圖2 格布溝泥石流物源特征

2.3 動力條件

城關區(qū)屬高原半濕潤氣候區(qū)，區(qū)內多年平均氣溫為9.48 ℃，年平均降水量495.70 mm，主要集中在6～9月，其降水量達到422.33 mm，占全年平均降雨量的85.20%，極端最大降水量637.80 mm(2014年)，極端最小降水量359.80 mm(2010年)；日最大降水量50.50 mm(2017年6月22日)[8]。根據(jù)表2、表3、表4計算可知，格布溝暴雨流量已具備泥石流可能發(fā)生的基本條件。

表2 格布溝設計雨量計算表

表3 格布溝暴雨清水流量計算表

表4 格布溝溝口各種頻率下泥石流峰值流量計算成果表

3 泥石流動力學特征

由于格布溝流域無有效監(jiān)測資料，只能通過配方法和查表法兩種方法來確定，而這兩種方法又各有其特點。配方法只能對已發(fā)生過，且有人目擊的泥石流進行測定，且測定結果只能代表當時的一次泥石流發(fā)生的結果。由于暴發(fā)泥石流時降雨量大，水量豐富，導致現(xiàn)場試驗的成果相對于實際情況有一定偏差。而查表法是在現(xiàn)狀調查基礎上帶預測性的重度值結果，可作為泥石流設計的依據(jù)。故本次勘查泥石流重度取值采用查表法。

按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)[9]附錄H填寫泥石流調查表并按附錄G.1進行易發(fā)程度評分，按表G.2查表確定格布溝泥石流重度和泥沙修正系數(shù)，計算出格布溝泥石流容重取值為17.03 kN/m3(γC=1.703,γH=2.65,1+φ=1.765)。

3.1 泥石流流速

由于無泥石流發(fā)生時的實際觀測數(shù)據(jù)，我們對泥石流溝的分析，主要根據(jù)查訪資料，類比利用目前泥石流運動特征及動力特征研究的成果進行分析。

根據(jù)以上的分析，我們選用了《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)[9]附錄I.15通用公式計算格布溝粘性泥石流流速計算公式：

平均水深Hc=2.0 m，粘性泥石流河床糙率用內插法由表1.5查得nc=0.067，泥石流水力坡度(‰)，用溝床縱坡代替，由于格布溝上陡下緩坡降依次降低，溝口處溝床坡降用流通區(qū)平均縱坡降代替Ic=110 ‰，計算得出格布溝溝口泥石流流速Vc=7.86 m/s。

3.2 一次泥石流總量和沖出固體物質總量

一次泥石流過流總量按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》(DT/T0220-2006)[9]附錄1.6提供的計算公式進行計算：Q=0.264 TQc(Q：一次泥石流過程總量，T：泥石流歷時(s)；Qc：泥石流最大流量(m3/s)；一次泥石流固體沖出物按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》(DT/T0220-2006)[9]附錄1.7提供的計算公式進行計算：

QH=Q(γc-γw)/(γH-γw)

式中，QH為一次泥石流沖出固體物質總量;Q為一次泥石流過程總量;γc為泥石流重度;γw為水的重度;γH為泥石流固體物質的重度。將已知參數(shù)帶入上式進行計算，結果見表5。

表5 格布溝泥石流一次泥石流總量和沖出固體物質總量計算表

3.3 泥石流爬高和最大沖起高度

泥石流爬高和最大沖起高度按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》(DT/T0220-2006)[9]附錄I提供的計算公式進行計算：

式中，ΔH為泥石流最大沖起高度(m)；ΔHc為泥石流爬高(m)；Vc為泥石流平均流速(m/s)；b為泥石流迎面坡度的函數(shù)。

計算結果，泥石流最大沖起高度為3.09 m，泥石流爬高為4.94 m。

4 泥石流成災機理研究

本文通過遙感解譯、野外調查等手段，綜合分析認為參與格布溝泥石流的物源主要為滑坡堆積物源、溝道堆積物源、坡面侵蝕物源，根據(jù)格布溝泥石流地形條件、物源分布特征等方面進行了分析，將格布溝泥石流成災機理歸納為“溝岸沖洪積物-滑坡、崩塌-泥石流型”。 早期，溝道中上游形成水石流、泥流、泥石流，由于水動力不足，固體物質主要堆積于支溝溝口、主溝中游及中下游處，順溝堆積抬高溝床，洪水下切堆積體重新形成自然溝道，在側蝕、揭底作用下，沖溝變深、變寬，兩岸形成高1～4 m 的臺坎(臺地)，兩岸臺坎 (臺地)在降雨入滲、洪水側蝕等作用下坍塌，并參與到泥石流活動中。

根據(jù)研究分析，格布溝泥石流具有如下特點：

(1) 格布溝流域內，溝岸分布的沖洪積堆積物呈臺坎(臺地)地形，據(jù)鉆探工程斷面揭露，一般可分為2～5層，弱膠結，近臨空面處裂縫發(fā)育，洪水側蝕、掏空坡腳后易發(fā)生坍塌。

(2) 泥石流形成初期，溝岸松散堆積體上游多以洪水或水石流為主，洪水或水石流側蝕滑坡及溝道物源、揭底溝岸物源，進而轉化為泥石流。

(3) 格布溝泥石流主溝流通區(qū)及堆積區(qū)縱坡降較小，縱坡降在100 ‰～150 ‰之間，為沖洪積物順溝堆積提供地形條件。

(4) 由于流通區(qū)、堆積區(qū)溝道縱坡降較小，水動力較小時，固體物質一般沿順溝堆積；當水動力較大時，固體物質參與泥石流并沖出溝口。

(5) 格布溝近年暴發(fā)的泥石流，其物源主要由分布于溝道中上游兩岸的老泥石流堆積物提供，物源啟動方式主要為在降雨、洪水作用下老泥石流堆積體形成滑坡、坍塌從而參與到泥石流活動中。

5 泥石流發(fā)展趨勢

根據(jù)泥石流發(fā)生頻率和發(fā)展階段的演化，以及堆積區(qū)泥石流堆積物的疊置關系和泥石流發(fā)生趨勢分析，該泥石流發(fā)生強度有逐次增強的趨勢。格布溝泥石流于2016年7月爆發(fā)一次較大規(guī)模泥石流，之后每年均有小規(guī)模泥石流發(fā)生。另外近年來天氣變化，強降雨增多，加之溝道及坡面松散物源較多，泥石流溝道順直，縱坡較大，兩岸岸坡陡直，在強降雨時物源啟動參加泥石流活動。雖然該流域面積較小，但山坡坡度較大，縱坡較陡，短時強降雨不能及時形成滲流，通過地表徑流形式快速匯集，沖刷坡面及溝道，加之坡面塊碎石結構松散，雨水沖刷后更不穩(wěn)定，更容易被侵蝕，參與泥石流活動。因此根據(jù)以上分析格布溝泥石流發(fā)展趨勢爆發(fā)泥石流的可能性會越來越頻繁，規(guī)模逐次增大，直到活動物源大部分剝蝕，達到穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結論

(1) 格布溝泥石流流域面積2.8 km2，主溝道長2.4 km，縱坡降208.33 ‰，兩岸物源豐富，參與泥石流活動物源主要為3類：滑坡堆積物源、溝道堆積物源、坡面侵蝕物源。溝道順直，岸坡陡直，區(qū)內降雨集中，已具備泥石流可能發(fā)生的基本條件，該溝在強降雨、地震作用下，再次暴發(fā)泥石流可能性較大。

(2) 通過計算得出格布溝泥石流流速為7.68 m/s，最大沖起高度為3.09 m，爬高為4.94 m，并計算出該泥石流在不同頻率下一次泥石流總量及沖出固體物質總量。

(3) 成災機理歸納為“溝岸沖洪積物-滑坡、崩塌-泥石流型”，其泥石流發(fā)展趨勢爆發(fā)泥石流的可能性會越來越頻繁，規(guī)模逐次增大，直到活動物源大部分剝蝕，達到穩(wěn)定狀態(tài)。