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白路沟稀性泥石流发育特征及其发展趋势分析

2018-02-17郑芳文黄远金马静静

江西水利科技 2018年2期
关键词:堆积物沟域支沟

郑芳文,黄远金,杨 涛,马静静,方 正,吴 超

(1.海南鹏越勘测设计研究有限公司,海南 海口 570100;2.南昌工程学院水利与生态工程学院,江西 南昌330099;3.江西省水利规划设计研究院,江西 南昌 330029;4.海南有色工程勘察设计院,海南 海口 570100)

1 泥石流形成区概况

白路沟位于四川省雅安市石棉县蟹螺乡,大渡河一级支流松林河右岸。沟口是新乐村农户较集中居住区,泥石流灾害对沟口居民存在重大安全威胁。白路沟地处山区,地形起伏高差大,沟底落差达2 639 m,由13.0 km沟长和3.9 km平均沟谷宽度为沟域提供了35.0 km2汇水面积。沟域属中纬度亚热带季风气候为基带的山地气候。受地形影响,气候有明显垂直分带,多年平均气温为17.1 ℃。地区降雨量在时空上分布不均匀,降雨主要集中在夏季七八月份,占全年降水量的80%以上。

1.1 地形地貌

白路沟沟域位于成都平原与川西高原过渡地段,沟域形态近似不规则矩形,两岸共发育七条支流。沟域内岸坡以陡坡与陡坎为主,一般坡度大于45°,岸坡植被发育,但由于坡岸陡峭,滑坡、崩塌等地质灾害极易发生;虽在地震前地质灾害较少,但经“5.12”及“4.20”两次大地震后,沟域内次生灾害隐患点增多,并新生多处不良地质灾害点,堆积了大量松散固体颗粒[1]。

1.2 地层岩性

区域内出露地层主要有第四系残坡积物、冲洪积物、崩滑堆积物、泥石流堆积物等,其中,残坡积层主要分布在两岸斜坡坡脚地带;冲洪积物主要分布在泥石流沟底及沟口堆积扇地区;崩滑堆积层分布于泥石流堆积区上游和物源流通区沟道两侧。三叠系分布西油房至溜沙坡一带,主要为绢云母透闪石片岩等变质岩。二叠系下统在令牌山、地宝硐、田湾、草科一带出露,上统主要分布于石棉县的南部,主要为碳酸盐岩、变质碎屑岩—泥质砂岩、基性火山岩—玄武岩等。泥盆系主要为标水岩组片岩夹薄层大理岩及火木山组大理岩及片岩、珍珠岩、粗面斑岩。震旦系灯影组上部为条带状白云质灰岩、硅质白云岩,下部为白云岩及白云质灰岩,含少量硅质灰岩夹层,分布于沟谷形成区和流通区左岸斜坡[2]。

1.3 地质构造

石棉县位于川滇经向构造带北部,与青藏滇缅印尼板块交接,形成巨型“歹”字型构造;同时受华夏系在龙门山构造带南端部分残余的影响,形成以江官山为顶点的帚状构造,构造形迹复杂,形成大多以南北向和北北西向为主的断层、褶皱,节理和表层风化裂隙发育,岩体破碎。

1.4 水文地质条件

白路沟流域内植被繁茂,基岩节理发育,为基岩裂隙水的入渗、储存和运动提供了有利条件,一般以泉水形式补给沟水[3,4]。岩溶水储存和运移在三叠系中下统大理岩,多以溶隙水形式排泄于沟谷。孔隙水埋藏于第四系松散堆积层中,由于松散堆积物多由块碎石土组成,透水性好,利于大气降雨入渗和基岩裂隙水补给,坡脚和谷底松散堆积层孔隙水较丰富,且也向沟谷排泄。

2 泥石流的形成条件

2.1 地形条件

白路沟受断层和褶皱等地质构造及地形条件控制,沟道两岸山坡宽窄发育不对称,右岸较宽,左岸稍窄。沟内常年有水,且沟内水量具有明显的季节性,溪流由南向北汇入松林河。沟道左岸岸坡狭窄且较陡,坡度60°左右,局部近直立;右岸较缓,坡度35°~50°。

根据地形和物源堆积分布情况,将沟道分为3段。上游段为沟底高程2 050.00 m(黄海高程,下同)以上沟段,沟道岸坡陡峻高差大,沟谷纵横,汇流面积较大,两岸植被茂密,水土保持良好,无明显崩滑、滑坡等地质灾害现象。中游段为高程2 050.00 m至下游电站沟段,主沟沟谷呈“V”字形,植被较好,左岸坡度较陡,右岸坡度相对缓些,大部基岩裸露,坡面崩滑堆积物极少,但沟道有零星小规模崩滑物堆积,而冲洪积物和泥石流停积物沿沟堆积较多,两岸有5条支沟汇入,支沟植被覆盖较好,但松散物源分布少,沟口基本无洪积物堆积;下游段为电站至白路沟沟口沟段,纵坡较缓,沟谷呈宽“V”或“U”字型,两岸坡度45°左右,局部稍缓,沟道较宽,达45.00~95.00 m,堆积较厚的洪冲积物。

2.2 物源条件

白路沟岩石受断裂破碎及风化剥蚀作用,尤其是遭受近代地震作用,为泥石流提供大量的物源。根据物源成因,可分为崩滑堆积物源和洪坡积物源两大类[5],主要分布于白路沟高程2 050.00 m至沟口沟段。

(1)崩滑堆积物源:岩石受断裂破碎、风化、雨水剥蚀、软化润滑和重力作用,而产生崩塌;残坡积物受雨水剥蚀、软化润滑和重力作用,而产生滑坡。崩塌产生的松散固体物质,多堆积于左岸坡脚,堆积体结构松散,呈碎块、碎屑状,一般块径10.00~40.00 cm,细粒物质含量低,块度相对较大,规模较小。滑坡产生的松散碎屑物,多堆积于右岸山坡,堆积体呈碎块、碎屑状,一般块径10.00~30.00 cm,大者50.00 cm。受2008年汶川大地震和2013年“4.20”地震影响,崩塌和滑坡将进一步恶化[4]。

(2)冲洪积物源:受水流作用,坡积物和崩滑堆积物随水流运移,并堆积于沟道。中游沟段物源丰富,颗粒较大,一般块径20.00~60.00 cm,堆积层厚约3.50 m;下游沟段物源更加丰富,颗粒相对较小,堆积厚度约6.50 m。冲洪积物是白路沟泥石流的主要物源类型。

2.3 水源条件

白路沟沟道及支沟均为季节性流水沟,具有山溪性水流陡涨陡落的特征。沟谷上游两岸边坡山高坡陡,各支沟纵坡大,有利于地表降水形成径流和汇集;但由于白路沟各支沟长度和沟域面积较大,各支沟降雨量的时空分配不均匀,支沟汇入主沟的时间会存在差异。所以白路沟洪水往往出现洪峰叠加且多峰的特点。大气降水是白路沟泥石流的主要水源。春季冰雪融水量小,沟域内地下水多为基岩裂隙水和岩溶水,水量均不丰富,因此,冰雪融水和地下水的流动惯量无法达到引发泥石流的条件。而沟域内长时间降雨,或强降雨,或集中暴雨是引发泥石流的主要水源,也是白路沟泥石流的主要激发因素[4-6]。

3 泥石流的冲淤特征

3.1 清水区冲淤特征

清水区位于白路沟上游段,两岸支沟发育,植被覆盖率大于90%,流水惯量较小,同时启动大量物源运移的能量不足,该区多表现为以冲为主的特点。

3.2 流通区冲淤特征

流通区位于白路沟中游段,边坡较陡,崩滑频发,物源丰富,水动力逐渐加强,基本属于物源-流通区。

在流通区上游沟道的高程2 050.00~1 710.00 m范围,沟道较顺直,沟谷纵坡降较小,沟道整体稍宽,一般25.00~50.00 m,利于泥石流松散固体物质停积。在较小洪水条件下,其淤积的速度大于冲蚀的速度,而表现为以淤为主的冲淤特征。在较大洪水条件下,或可能转变为以冲为主的冲淤特征。

在流通区下游沟道高程1 710.00~1 350.00 m范围,沟谷纵坡平均比降186.7‰,且沟道狭窄,一般沟宽13.00~25.00 m,洪水一般较大,冲刷能力相对较强,沟道多基岩出露,跌水坎发育,表现为以冲为主的特征。

3.3 堆积区冲淤特征

堆积区位于白路沟下游段,沟道纵坡较缓,沟宽50.00 m以上,两岸坡缓,有利于泥石流松散固体物质的淤积,且堆积层较厚,因此堆积区表现为以淤积为主的冲淤特征。

3.4 泥石流易发程度

根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220-2006),根据地形、物源、水源三个泥石流形成条件,选择有代表性的15项因素进行调查,并进行数量化处理,对白路沟泥石流进行综合评判,评判结果N得分为92分,易发程度为易发[3]。

4 泥石流发展趋势分析

4.1 发生频率和发展阶段

白路沟曾于1994年和2013年发生泥石流灾害,频率约为1次/19年,属于中频泥石流[3]。从前期泥石流堆积的遗迹观察,堆积扇呈串珠状分布,依据堆积体层理和物质组成的差异分析,判断有新的堆积物覆盖在老的堆积物上,且有新泥石流侧蚀老泥石流堆积体并与老泥石流堆积体叠加的现象。这说明白路沟曾经历过多次强烈的泥石流活动。白路沟固体物质不具稠性,结构较松散,水流夹带的固体物质含量小于50%,石块等固体物质在泥石流中以滚动或跳跃的方式移动,故白路沟泥石流为稀性泥石流[7]。

4.2 发展趋势分析

白路沟泥石流域内分布大量的不稳定松散堆积体,部分已出现垮塌。根据调查和分析计算,在暴雨频率P=5%和P=2%时,泥石流单次固体物质总量分别为0.92×104m3和1.97×104m3,泥石流峰值流量分别为284.23 m3/s和346.74 m3/s[8]。按《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T 0220-2006)表1泥石流单次堆积总量为1~10×104m3,泥石流峰值流量>200 m3/s的标准判别,预测泥石流规模为特大型。按该规范泥石流活动性分级表判别,白路沟泥石流活动性分级为高级,活动强度为强。按24 h雨量(H24)等值线图分区,对暴雨资料的统计分析,并结合前述泥石流形成条件分析,综合评判白路沟泥石流活动量化结果为21分,属易活动区。

白路沟沟域内曾爆发过多次泥石流活动,属于复发型泥石流,在“5.12” “4.20”大地震后,崩滑等次生地质灾害使沟域内松散固体物质增加,坡岸岩体稳定性进一步降低,当遇到集中强降雨时发生泥石流灾害的可能性较大。目前白路沟泥石流处于发展期,当地居民应该提高警惕,发现异常应及时撤离[2]。

5 结 论

白路沟流域内山谷高差相对较大,山高坡陡,利于水源汇集合流,沟域内存在较多物源,在暴雨或强降雨作用下易形成泥石流,沟域内爆发过多次泥石流活动,特别是在“5.12” “4.20”大地震后,崩滑等次生地质灾害使沟域内松散固体物质增加,坡岸岩体稳定性进一步降低,当遇到集中强降雨时发生泥石流灾害的可能性较大。结合泥石流物源分布、成灾特征、动力学特征和防治目标等因素,可以通过主动稳固泥石流中下部沟道中的巨石群和较大孤石,在下游布设拦沙坝等建筑物,在沟口段进行排导槽防治工程分段优化设置,以能有效达到减防灾目的。

参考文献:

[1] 谢航,易加强,高攀.四川丹巴县卡垭沟泥石流发育特征及其发展趋势研究[J].西部探矿工程,2017(7):8~11.

[2] 孙瑜,李宏俊,曹树波,等.四川雷波碉楼沟泥石流特征及防治对策[J].地质灾害与环境保护,2017,28(1):1~6.

[3] 刘希林,吕学军,苏鹏程.四川汶川茶园沟泥石流灾害特征及危险度评价[J].自然灾害学报,2004,13(1):66~71.

[4] 王家柱,任光明,余天斌,等.四川芦山震区大叶龙沟泥石流发育特征及危险度评价[J].中国地质灾害与防治学报,2015,26(4):1~5.

[5] 张建楠,马煜,张慧慧,等.四川省都江堰市大干沟地震泥石流[J].山地学报,2010,28(5):624~627.

[6] 唐邦兴.中国泥石流[M].北京:商务印书馆,2000.

[7] 杜玉龙,方维萱.柳玉龙.东川铜矿区泥石流特征与成因分析[J].西北地质,2010,43(1):130~136.

[8] 孙瑜,李宏俊,蔡 鹏.四川省大瑞乡泥石流灾害特征及减灾对策.河北工程大学学报(自然科学版),2015,32(1):74~78.

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