宋 志，陈泽硕

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都 610081；2.西南交通大学，四川成都 610031)

西南山区泥石流堵河分布规律与形成特征

宋 志1，2，陈泽硕2

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都 610081；2.西南交通大学，四川成都 610031)

对泥石流堵河数据进行汇总、梳理、分析，对典型案例集中发育区进行遥感解译和踏勘调查，开展西南山区泥石流堵河分布规律与形成特征初步研究。以泥石流堵河典型案例为基础数据，开展规律性探索：在空间分布上，受地质环境孕灾背景控制，西南山区可分为4个易发区，分别为：I西藏波密易发区；II雅砻-金沙江下游易发区；III大渡河中段易发区；IV岷江上游易发区。空间分布表现出不均匀性、流域集中发育、个别事件孤立性的特征；在时间分布上，西南山区泥石流堵河事件存在2～5年的周期性，在每个小周期内的堵河频次呈增加趋势，周期增长率约为20%～30%。年内月际爆发泥石流堵河集中在7、8月份；从泥石流流域特征上，面积分布集中在三个尺度范围；相对高程对泥石流堵河影响呈单峰抛物线，在2500～3000m范围内达到峰值；沟道主沟纵坡集中于100‰～300‰；泥石流动力学参数特征上，流量集中在500～1000m3/s；流速主要集中在7～11m/s，超过11m/s流速很少见；容重绝大部分都为超过2.0t/m3的高浓度粘性泥石流；溃决历时与堰塞体规模视具体沟道呈不同的变化。

西南山区；泥石流堵河；分布规律；特征

0 引言

西南山区地质灾害广泛发育，灾种全，类型多样。受极端气候及频发地震的影响，泥石流灾害已进入了频发期，而泥石流堵断主河形成的次生灾害链已成为当前地质灾害防治的重点和新领域。当泥石流支沟横穿主河，堵断或堵塞主河水流，将形成堵河堰塞坝体，在堰塞坝上游形成堰塞湖。堰塞坝结构性差、强度低，随上游水位上涨坝体容易溃决而引发洪水等一系列次生灾害。本文在前人文献、调查资料的基础上，对泥石流堵河数据进行汇总、梳理、分析，辅以典型案例集中发育区进行遥感解译和踏勘调查，从时空分布、沟道流域、动力学特征对西南山区泥石流堵河分布规律与形成特征进行初探，为泥石流堵河防治与地方减灾防灾提供理论依据与实践方法。

1 空间分布

我国泥石流堵河事件大多数分布在西藏、四川、云南、甘肃等省份，四川、云南、甘肃多是雨水泥石流，而青藏高原则多是冰雪泥石流。从地形上看，主要分布在青藏高原与次一级的高原与盆地之间的接触带上，也就是由青藏高原向四川盆地过渡地形急变带。该地带山高沟深，地形陡峻，沟床纵坡降大，流程形状便于水流汇集；地质构造复杂、断裂褶皱发育，新构造活动强烈，地震烈度较高，地表岩石破碎，崩塌、错落、滑坡等不良地质现象发育；气候湿润、降水量大为泥石流的激发条件和搬运介质。在泥石流入汇主河的多场耦合作用和主控因素(主支沟交汇角、流量比、主河边界条件等)的影响下，易发生泥石流堵河事件，见图1。

泥石流堵河事件在西南山区普遍发育，分布较不均匀，受主河动力条件影响，集中分布在大渡河等大江大河的支沟或主河上，该区域河流急剧下切，泥石流堵河事件密集分布，甚至成群、成带出现。从空间上，泥石流堵河典型区域分布规律分为4个易发区，分别为：I西藏波密易发区；II雅砻-金沙江下游易发区；III大渡河中段易发区；IV岷江上游易发区。泥石流堵河易发区的空间分布与地质背景条件联系紧密，例如大渡河流域中段由于花岗岩物源补给量大、沟道高陡、降雨量大等因素，易发生泥石流堵河事件，而大渡河流域上游段地势平缓、物源量小，以崩塌和小型泥石流为主；大渡河下游段地势开阔平缓，发育昔格达地层，以滑坡为主，因而泥石流堵河事件在大渡河流域中以中段区域集中发育，受地质背景条件控制作用明显。西南山区泥石流堵河易发区特征见表1。

图1 西南山区泥石流堵河位置分布图Fig.1 The distribution map of river-blocking due to debris flow in southwest mountainous areas

表1 西南山区泥石流堵河易发区特征Tab.1 The characteristics of river-blocking due to debris flow in hazard-prone areas of southwest mountainous areas

从空间分布规律上，西南山区泥石流堵河事件有以下特征：

(1)空间分布的不均匀性。受河流深切、构造运动等影响，西南山区泥石流堵河区域呈现较为明显的4个易发区。在4个易发区中，大渡河中段和岷江上游段发育最为密集，堵河案例最具典型性，占到历史上堵河事件数量80%以上，而西藏波密和雅砻-金沙江下游易发区数量少，分布分散。空间分布的不均匀性，给泥石流堵河事件的预测与早期识别带来一定偶然性。泥石流堵河事件的产生与发展，除了受到区域孕灾环境背景条件影响外，单条泥石流沟与主河交汇的主控因素耦合作用形式联系紧密，其主控因素主要包括主支沟交汇角、流量比、容重等，使得泥石流堵河往往成为独立的个体事件，为空间识别带来一定的困难。

(2)流域集中发育。泥石流堵河往往呈现群发性、沿河成带发育的特征，主要集中在大渡河、岷江、金沙江及其主干流上。一次强降雨发生后，在相同的孕灾背景和主河动力边界下常成片成群爆发泥石流堵断或堵塞主河事件。例如，2013年7月4日石棉强降雨引发了大渡河重要干流—楠桠河支沟广元堡后沟、马颈子沟、出路沟、竹马河、熊家沟等多条泥石流发生了堵河事件，堰塞湖沿主河成阶梯状分布，造成了严重的叠加次生灾害，见图2。

图2 2013年石棉县“7·4”暴雨群发性泥石流堵河Fig.2 River-blocking due to debris flow caused by rainstorms in Shimian，July 4，2013

(3)个别事件孤立性。除区域地质环境孕灾背景条件控制外，泥石流堵河事件的发生受具体某个单沟与主河交汇地形地貌等因素的影响，也会发生泥石流堵河，但数量甚少。这类泥石流堵河以孤立的散点分布于4个易发区范围之外，缺少泥石流堵河的普适性。

2 时间分布规律

2.1 年际分布特征

通过对1982年开始至今典型泥石流堵河案例的统计分析，发现西南山区泥石流堵河在年际时间分布上具有某一时期集中发育和准周期变化的特点。历史上，泥石流堵河的典型案例处于低谷期(未发生)为1986—1987年、1989—1994年、1997—1999年以及2004年，频次活跃期为1982—1984年、2000—2003年、2008—2013年，历史最高频次为2013年。从总体上看，受当前极端气候与地震频发控制作用，泥石流堵河呈逐年上升的趋势。地震诱发滑坡和泥石流，尤其是2008年汶川大地震以及2013年芦山地震后，山体松动为泥石流形成提供了丰富的物质来源，泥石流堵河事件发生的规模、泥石流流量、冲出的固体物质总量、造成的危害等都有较大的增长，呈现出群发性特征[2-3]，如图3所示。

图3 1982—2013年泥石流堵河年际频次变化图Fig.3 Inter-annual frequency of river-blocking due to debris flow from 1982 to 2013

据分析，西南山区泥石流堵河事件存在2～5年的周期性，在每个小周期内的堵河频次呈增加趋势，周期增长率约为20%～30%。

2.2 月际分布特征

泥石流堵河频次在年月际变化呈单抛物线，先升后降。充足的降雨量是泥石流发生的必备条件，同时降雨往往是造成失稳边坡形成崩塌、滑坡的主要触发因素，所以泥石流堵河事件绝大部分发生在7、8月份，共占据堵河事件总数的75%，其次是6月份。年初1～3月与年末10～12月份属于年际旱季，降雨达不到泥石流启动的临界强度，无泥石流堵河事件发生，这是与滑坡堵江的重要区别。泥石流堵河月季变化特征显然受降雨的影响，在降雨量大的6～9月份堵河发育频次最高[4]，见图4。

图4 1982—2013年泥石流堵河月际频次变化图Fig.4 Inter-monthly frequency of river-blocking due to debris flow in 1982—2013

3 泥石流流域特征

3.1 流域面积

流域是控制泥石流运移下垫面的孕灾地质环境背景，流域面积的大小决定了泥石流从启动到堆积的活动范围。通过对典型案例的统计分析，泥石流堵河的流域面积分布集中在三个尺度范围，分别为5～9 km2、25～44km2、50～90km2，共占到堵河总数的78.6%，其中，25～44km2流域面积最为突出，占总数的42.9%；在5～9km2流域面积范围内，典型案例为红椿沟[5]、文家沟[6]、雍家沟[7]、磨子沟[8]等；在25～44km2流域面积范围内，典型案例为扎木弄巴沟[9]、娃娃沟[10]、关家沟[11]等；在50～90km2流域面积范围内，典型案例为响水沟[12]、七盘沟[13]、出路沟[14]等。

流域面积的大小不能直接反映泥石流的活动强度和堵河的判别。一般来说，流域面积越大，主河的堆积范围越宽，形成沟口集中爆发的几率较小，但是，流域面积越大，物源的补给越强，泥石流的活动强度更大；流域面积越小，泥石流物源的强势能集中补给更易形成堵河泥石流，但随着物源补给的有限，制约了泥石流的活动强度。通过典型案例的统计分析，在5～9km2、25～44km2，50～90km2范围内存在多种耦合作用的最优势流域面积分布，易发生堵河事件，其中，25～44 km2尤为集中，见表2。

表2 按不同流域面积划分泥石流堵河典型案例统计Tab.2 Statistical data of typical river-blocking cases in different basin areas

3.2 相对高程

泥石流主沟的相对高程是泥石流启动和启动之后的运动速度的重要影响因素。通过对泥石流典型案例统计分析，泥石流主沟相对高程对泥石流堵河影响呈单峰抛物线，在2500～3000m范围内达到峰值，见图5。

图5 高程分布范围与堵河次数统计图Fig.5 Statistical graph of the frequency of river-blocking due to debris flow in different altitudinal distribution ranges

相对高程反映了泥石流形成后活动强度，体现在运动速度和对沿程的破坏能力上。相对高程大，泥石流则具有较大的势能，在运动过程中速度逐步增大，同时泥石流对沿程物源侵蚀和携带作用增强，进一步增大泥石流的容重以及流量。

3.3 泥石流主沟纵坡

泥石流沟主沟平均纵坡相对主沟相对高程来说更能说明泥石流沟的地形条件，沟床纵坡可以具体的判断泥石流沟流域水动力条件，进而判断该流域是否有利于泥石流的发生。通过对典型泥石流堵河案例泥石流主沟坡降统计分析，大部分主沟纵坡都在100‰～300‰；最陡为汶川县磨子沟，达到了493‰[8]；最缓为磨西河[15]，只有51.3‰。

主沟纵坡的大小往往表现在泥石流的冲刷、输移、淤积、冲击、震动和磨蚀等动力作用的区别上，泥石流灾害大部分都是由于泥石流强烈的冲淤作用和强烈的冲击力所造成的。

4 泥石流动力学参数特征

4.1 泥石流流量

泥石流流量大小是泥石流的一个重要特征，反映出泥石流在单位时间内输出携带固体物质量的大小。根据典型案例已有数据的统计，能形成堵河的泥石流流量有大有小，小的近100m3/s，大的超过了8000m3/s。主要集中在500～1000m3/s，占已有数据总数的45%，典型案例有蒋家沟[16]、娃娃沟[10]、矮子沟[17]等。

泥石流流量大小不能直接反映其堵河能力大小。一般来说，流量越大，相同时间内注入到主河的物质越多，但是主河水流对泥石流固体物质的冲刷能力决定泥石流注入主河后能否快速淤积，所以只有当泥石流流量和主河水流流量存在某种耦合关系时，才容易发生泥石流堵河。

4.2 泥石流流速

泥石流的运动速度是泥石流的动力学参数中最重要的参数，也是对泥石流灾害评估和防治中最重要的参数。根据典型案例已有数据的统计，能形成堵河的泥石流流速范围分布较广，小的近4m/s，大的达到了27m/s。主要集中在7～11 m3/s，占已有数据总数的64.7%，典型案例有培龙沟[18]、红椿沟[5]、石头沟[19]等，流速超过11 m/s的非常少见。

泥石流流速大小不能直接反映其堵河能力大小。一般来说，流速越大，泥石流注入主河到达主河对岸的能力越强，更容易造成堵河，但是与主河水流特征以及泥石流流量必须达到某一关系时才能发生堵河。通过典型案例已有数据的统计分析，在7～11m3/s范围内存在多种耦合作用的最优势流速，易发生堵河事件。

4.3 泥石流容重

泥石流的容重是介于泥沙运动学与土力学研究的容重范畴之间，稀性泥石流具有水流紊乱挟砂特征，又称水力学型泥石流；粘性泥石流已具有非牛顿体粘塑性结构特性，又称土力型泥石流。通过对典型泥石流堵河案例容重实测或计算数据统计分析，绝大部分都是容重超过2.0t/m3的高浓度粘性泥石流，占总数的81%；其他为亚粘性或者稀性泥石流。高浓度粘性泥石流堵河典型案例为蒋家沟[16]、甘家沟[20]、竹包头沟[21]等；雍家沟[4]为典型亚粘性泥石流；米堆沟[22]和出路沟[14]为典型稀性泥石流，见表3。

表3 按不同容重划分泥石流堵河典型案例统计Tab.3 Statistical data of typical river-blocking cases at different bulk densities

高浓度粘性泥石流在足够的泥深和坡降时，它能克服阻力损失而维持运动，故不存在一般意义上的挟沙能力问题。通过典型泥石流堵河案例分析，高浓度粘性泥石流更易发生堵河。

4.4 溃决历时

泥石流汇入主河轻则淤积河道，重则部分甚至完全堰塞河流。从堰塞坝体形成到坝体溃决，历时几分钟到几个小时不等；有的甚至长期堵塞，短时间内无法自行溃决，形成几十千米长的堰塞水库，蕴藏巨大危险，需要靠人工进行开挖疏导。稀性泥石流一般都只能短暂性堵河，堰塞坝体能在短时间内自行溃决；对于滑坡型和崩塌型泥石流，短时间将大量固体物质注入河道，形成巨大的堰塞体，可能长期堵塞河流。

4.5 堰塞体规模

泥石流汇入主河形成的堰塞坝体与泥石流输入河道的物质总量有关。形成的堰塞体规模有大有小，最小规模为娃娃沟[10]，长、宽、高分别为150m、50m、4m；最大规模为文家沟[6]，长、宽、高达到了1600m、300m、7m。大部分堰塞体长度在600m以下，宽度都在500m以下，高度在10m以下。

5 结论

西南山区泥石流堵河事件分布广泛、活动性强、频率高，已成为具有地质灾害代表性的灾种。本文以泥石流堵河典型案例为基础数据，从时空分布、沟道流域、动力学特征进行了规律性探索，得出普适性的认识，主要有以下几点：

(1)空间分布上，受地质环境孕灾背景控制，西南山区可分为4个易发区，分别为：I西藏波密易发区；II雅砻-金沙江下游易发区；III大渡河中段易发区；IV岷江上游易发区。空间分布表现出空间分布的不均匀性、流域集中发育、个别事件孤立性的特征。

(2)通过年月际统计，西南山区泥石流堵河事件存在2～5年的周期性，在每个小周期内的堵河频次呈增加趋势，周期增长率约为20%～30%。年内月际爆发泥石流堵河集中在7、8月份，旱季无泥石流堵河发生。

(3)从堵河型泥石流流域特征上，面积分布集中在三个尺度范围，分别为5～9km2、25～44km2，50～90km2；相对高程对泥石流堵河影响呈单峰抛物线，在2500～3000m范围内达到峰值；沟道主沟纵坡都在100‰～300‰。

(4)泥石流动力学参数特征上，流量集中在500～1000m3/s；流速主要集中在7～11m3/s，超过11m3/s流速很少见；容重绝大部分都为超过2.0t/m3的高浓度粘性泥石流；溃决历时与堰塞体规模视具体沟道呈不同的变化。

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Distribution Regularity and Formation Characteristics of River-blocking due to Debris Flow in Southwest Mountainous Areas

Song Zhi1，2，Chen Zeshuo2
(1.Chengdu Center of China Geological Survey，Chengdu 610081，China；2.Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)

River-blocking due to debris flow is a widely distributed occurrence in southwest mountainous areas of China.It features strong activity and high frequency and has become a representative geological hazard.We analyzed existing data and investigated on site to study the distribution regularity and formation characteristics of the riverblocking due to debris flow in the southwest mountainous areas.This paper explored the regularity of the hazard occurrence through case studies from four perspectives.First，in spatial distribution，the disaster background of the geological environment determined that the southwest mountainous areas could be divided into four hazard-prone areas：Bomi of Tibet，the lower Yalong-Jinsha River，the middle reaches of Dadu River and the upper reaches of Min River.The spatial distribution was characterized by inhomogeneity，centralized growth in basin and some individual solitary.Second，in time distribution，there was a periodic occurrence in every 2-5 years and in each occurrence cycle，river-blocking frequency tended to increase and the cyclic growth rate was about 20～30%.And riverblocking mainly occurred in July and August.Third，in the characteristics of the debris flow basin，the area distribution was concentrated in three scales.The influence of relative elevation upon river-blocking due to debris flow was shown in a single peak parabola which reached a peak in the range 2500～3000m.The main channel of longitudinal slope focused on 100～300‰.Fourth，in the characteristics of the debris flow kinetic parameters，flows concentrated in the range of 500～1000m3/s，the flow velocity concentrated in the range of 7～11m/s，a case over 11m/s is rare；most of the typical cases of debris flows are viscous debris flows of high concentration with a bulk density generally over 2.0t/m3.The damming scale and the time an outburst lasted varied according to different debris flow channels.Owing to limited data，this preliminary research on the distribution regularity and formation characteristics of river-blocking due to debris flow in the southwest mountainous areas of China is but a modest spur to induce further systematic studies.

southwest mountainous areas of china；river-blocking；distribution regularity；characteristics

P642.23

：A

：1673-8047(2015)04-0001-08

2015-08-19

成都地质矿产研究所青年基金项目(所控基[2014]-05)；地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金(SKLGP2014K020)；中国地质调查局地质调查项目(12120114069501)

宋志(1982—)，男，工程师，博士研究生，主要从事岩土工程与泥石流研究。