冯 毅，刘 洋

（1.成都兴蜀勘察基础工程公司，成都610000；2.成都理工大学，成都610059）

0 引言

5.12 汶川里氏8.0级大地震，对四川造成了重大人员伤亡和财产损失，同时触发了大量的滑坡和崩塌等地质灾害，由于地震灾害链作用影响[1]，震后暴雨引发了大规模泥石流的爆发，并且呈现出爆发规模大、频率高、危害大的特点[2]，严重影响了灾后恢复重建，其中位于绵远河流域的文家沟就是典型的震后泥石流。

因此研究震后泥石流的特征对于今后西南山区震后泥石流的监测和防治具有现实意义和研究价值。其中泥石侵蚀特征作为研究泥石流的基础数据，对于今后分析泥石流的发育程度，预测其今后危害范围和对地形地貌影响都具有重要的价值。

泥石流对于沟道主要有沟床侵蚀、沟岸侵蚀和溯源侵蚀3种[3－4]，对于侵蚀特征的研究目前集中在试验研究和野外现象调查，对于利用泥石流发生前后的DEM进行对比分析的目前较少。本文主要是利用泥石流爆发前后的纵剖面、横剖面和区域侵蚀深度三方面进行分析，对于侵蚀特征的宏观分析具有实际意义。

1 研究区介绍

文家沟位于绵竹市绵远河左岸，距清平乡场镇约500m，沟口地理坐标 N31°33′4·7″、E104°06′58·5″，地貌属构造侵蚀中切割陡峻低—中山地貌，海拔高程883～2 402m，相对高差1 519m，最高峰位于东部的顶子崖，海拔2 402m。汶川地震触发了文家沟滑坡，滑坡体高速滑出与沟道碰撞转化为碎屑流高速运动到沟道口，为此后多次泥石流的爆发提供了丰富的物源[5－6]。

文家沟区域为季风性湿润气候区，属于四川盆地中亚热带。主要气候特点是：气候温和，降水充沛，四季分明，大陆性季风气候特点显著，年降雨量在1 500～1 700mm之间，年平均气温为14.4℃，多年平均降水量为1 086.4mm。

文家沟1 300m高程平台以上属于泥盆系上统观雾山组（D2g），上部为灰白色白云岩和灰岩，下部为砂页岩夹泥质灰岩、石英砂岩等，较坚硬；1 300m高程平台以下上部为灰色、灰薄层状长石云母石英粉砂岩及钙泥质粉砂岩，中部为暗紫色、暗灰绿色薄层状含磷钙质砂岩，下部由灰绿色含绿泥石的细粒状磷块岩、含磷泥灰岩等组成，属较硬—坚硬岩。

文家沟主沟与北西侧方向的龙门山中央断裂带（走马岭沟）的距离不到1km。区内岩层大多陡倾、直立甚至倒转，小断层、节理裂隙发育强烈，岩体破碎，这些地质构造条件有利于泥石流的发育。

2 文家沟侵蚀特征分析

5.12 地震后，造成大量的山体滑坡、崩塌和坡面泥石流，很多流域内物源丰富，由于暴雨的影响，泥石流爆发频繁，经实地调查发现，震后泥石流与以往泥石流具有不同的特点，其中对于沟道的侵蚀程度超过了以往对泥石流的认识，本文就是利用文家沟泥石流爆发前后的DEM对泥石流侵蚀特征进行分析。

文家沟内堆积的滑坡—碎屑流体很松散，泥石流发生时在堆积体内形成了深大的、陡峻的“拉槽”现象[3]。现在我们就通过对DEM数据来分析沟道侵蚀的特点，最后通过野外调查数据来验证分析方法的可靠性。

2.1 数据准备

泥石流发生区域内有2010年8月13日之前的1∶2000及2010年8月13日爆发之后的1∶2000的数字地形图各一份，利用ARCGIS平台将数据生成DEM数据，其中灾前地形图测量范围只覆盖主沟道，因此对于文家沟侵蚀特征研究也主要针对主沟道（图1）。

图1 8.13文家沟泥石流爆发后DEM，红色区域为灾前DEM的范围

2.2 沟道侵蚀分析过程

针对文家沟泥石流爆发的侵蚀特点，首先对灾前灾后DEM分别取纵剖面，对比纵剖面坡度变化及下切深度，得到泥石流沟各段坡度和沟道侵蚀变化规律；其次在主沟道上切出横剖面图，对比横剖面各段沟谷形态变化；最后将灾前灾后的DEM数据进行相减运算，得到主沟道的侵蚀深度分布图，利用GIS平台将不同侵蚀深度进行分类，利用公式（1）将不同侵蚀深度的面积Si除以总面积S得到加权值ai，可以利用公式（2）求出对于沟道的平均侵蚀深度，同时利用曲线可以分析侵蚀深度的特点。

2.2.1 主沟道的坡度及下切深度分析

首先，利用ARCGIS平台对主沟道灾前灾后DEM进行纵剖面绘制，如图2。

图2 （a）爆发前沟道纵剖面，（b）爆发后沟道纵剖面

通过对纵剖面图分析得出，主沟道坡度变化表（表1）。

表1 文家沟8.13泥石流灾前灾后主沟道坡度变化对比表

通过表1数据反映出，主沟道灾前灾后坡度和高程变化很大。其中灾前主沟道坡度以距沟口650m分界，650m下相对较缓坡度为18.2°，650m以上坡度为34.1°。泥石流灾害爆发以后，据沟口650m以下，比灾前变缓坡度为15.9°，高程也下降了将近20m；650～1 030m之间，相对于灾前变缓坡度为28.8°，并且此段高程也下降了30～40m；1 030～1 240m之间，较灾前变得陡峻坡度为50.1°，高程下降了20m左右；1 240～1 500m之间，相对变缓坡度为31.4°，高程有将近20m的变化。另外1300平台以上坡度较缓，自身稳定性好，不作为泥石流物源。

分析可知，首先滑入沟道内的碎屑流十分松散、透水性强、堆积物胶结差；其次1300平台在强降雨条件下，汇集为地表径流，达到起动泥石流的流量，从而爆发对沟道造成严重侵蚀的黏性连续泥石流，容易对沟床造成剧烈侵蚀，主沟道纵剖面线高程平均下降达25m，其中流通区中部最大侵蚀深度达57m，另一个特点是朔源侵蚀非常剧烈造成1030到1240区域坡道达到50.1°。

2.2.2 沟谷形态分析

其次是对灾前灾后主沟道沟谷形态的分析，图3为灾前灾后的横剖面图，选取的是主沟道中上部典型区域。

图3 （a）爆发前沟道横剖面，（b）爆发后沟道横剖面

通过灾前灾后横剖面图的对比明显看出，灾前沟道呈V形谷，谷底狭窄，一侧有二级阶地，右岸坡度76°，左岸一级阶地以下坡度58.8°，一级阶地以上24.2°；灾后沟道呈对称的 V形谷，谷底将近20m，左岸坡度50°，右岸坡度52.5°，两侧坡度基本相同。对比发现，主沟道左岸被侵蚀下切，右岸堆积，沟谷形状变化剧烈，平均下切近30m。同时，沟道中部的宽度也由灾前的130m，增加到灾后的200m。泥石流沟岸侵蚀将文家沟沟谷形态和两岸岸坡进行了改造，对地貌影响剧烈。

以上数据可见，由于文家沟8.13泥石流沟内物源松散，泥石流在对沟道下切搬运侵蚀的同时，沟道两侧底部不断被侧蚀，顶部的物源不断垮塌进入沟道，被搬运到沟口。从横断面看，整个文家沟随着泥石流的爆发不断被拓宽，深度也不断加深，从而造成了文家沟泥石流，尤其是8.13泥石流爆发后造成了独特的深切拉槽现象。

2.2.3 区域侵蚀深度分析

利用灾前灾后主沟道DEM相减，得出区域侵蚀深度分布图（图4）。

图4 区域侵蚀深度分布图利用ARCGIS

对图4进行分析计算得到表2。

表2 主沟道侵蚀深度分布表

通过表2我们可以看出，侵蚀深度超过50m的区域占2%，侵蚀深度在1～3m之间占了22%，4～13m之间占了46.9%，14～49m之间占了28.9%，可以得出绝大部分区域侵蚀深度在4～13m之间。我们将侵蚀深度分布图内的侵蚀深度和各个区域的所占比重代入公式（2），可以得出主沟道整个区域内的平均侵蚀深度为12.6m。

由区域侵蚀数据可知，地震造成文家沟巨型滑坡及周围山体松动，暴雨导致沟内大量物源被冲出，文家沟主沟道及周围区域被严重地侵蚀搬运，虽然文家沟泥石流爆发了多次，但是仍有大量物源可转化为泥石流，文家沟流域存在进一步侵蚀下切的可能。

此外，利用沟道DEM数据对侵蚀特征分析比野外调查更具有宏观性，也减少了野外调查的工作量，对于从宏观层面认识侵蚀特点具有科学价值。

3 结语

（1）文家沟主沟道坡度分析发现，灾前主沟道坡度以距沟口650m分界，650m下相对较缓，650m以上比较陡。泥石流灾害爆发以后，沟道坡度变化较大，据沟口650m以下，坡度比灾前变缓，高程也下降了将近20m；650～1 030m之间，坡度相对于灾前变缓，并且此段高程也下降了30～40m；1 030～1 240m之间，坡度较灾前变得陡峻，高程下降了20m左右；1 240～1 500m之间，坡度相对变缓，高程有将近20m的变化，其中1300平台以上变化不大。

（2）通过对文家沟主沟道沟谷形态分析，灾前灾后横剖面图的对比明显看出，灾前沟道呈V形谷，谷底狭窄，一侧有二级阶地，右岸坡度76°，左岸一级阶地以下坡度58.8°，一级阶地以上24.2°；灾后沟道呈对称的V形谷，谷底将近20m，左岸坡度50°，右岸坡度52.5°，两侧坡度基本相同；对比发现，主沟道左岸被侵蚀下切，右岸堆积，沟谷形状变化剧烈，平均下切近30m。同时，沟道中部的宽度也由灾前的130m，增加到灾后的200m，对地貌影响剧烈。

（3）对文家沟主沟道侵蚀深度进行分析。分析得出侵蚀深度超过50m的区域很少，其中侵蚀深度在1～3m之间占了22%，4～13m之间占了46.9%，14～49m之间占了28.9%，可以得出绝大部分区域侵蚀深度在4～13m之间。我们将侵蚀深度分布图内的侵蚀深度和各个区域所占的比重代入公式，可以得出主沟道整个区域内的平均侵蚀深度为12.6m。

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