葉城波龍7.20泥石流應(yīng)急調(diào)查及災(zāi)害鏈實時觀察

尚彥軍 帕爾哈?祖努 魏思宇

摘 ?要：針對葉城柯克亞鄉(xiāng)波龍7.20突發(fā)泥石流災(zāi)害，現(xiàn)場開展了應(yīng)急科學(xué)調(diào)查。對溝下游泥石流堆積區(qū)進(jìn)行量測，對上游突發(fā)小型滑坡-堰塞湖-泄流全過程開展實時觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：泥石流固體物質(zhì)主要是晚更新世風(fēng)積土滑坡和中元古變質(zhì)巖及碳酸鹽巖崩塌，水體來源主要是強降雨導(dǎo)致的上游洪水及堰塞湖潰決;溝谷上游以稀性泥石流為主，下游加入了崩塌塊體及河道砂礫石，粘度有所增大;堆積區(qū)呈塊石散落和淤積狀態(tài)。據(jù)現(xiàn)場多個老堰塞壩推測，波龍溝泥石流發(fā)生周期約15～20年。現(xiàn)有停車場位于溝口堆積區(qū)，需加大極端洪水及泥石流排泄空間，拓寬排導(dǎo)溝槽凈空。

關(guān)鍵詞：波龍溝;泥石流;災(zāi)害鏈;實時觀察

新疆年降水量不大，但日最大降水量或一次降水過程，與年降水之比的相對強度很大。這種降水集中特點與高寒山區(qū)脆弱的地質(zhì)環(huán)境因素常導(dǎo)致新疆暴雨型泥石流的發(fā)生?。在EW走向與NS走向山系轉(zhuǎn)折內(nèi)凹段的葉城縣，山體北坡大范圍分布晚更新世風(fēng)積土，為該區(qū)災(zāi)害性潰決型稀性泥石流發(fā)生的重要內(nèi)因[1]。水量突增是泥石流發(fā)生的必要條件。葉城縣降水量自平原向山區(qū)地勢每增高100 m降水量增加10 mm左右，昆侖山北坡年降水量約350～400 mm，是平原區(qū)的7～8倍[2]。2016年葉城縣柯克亞鄉(xiāng)6村的7.6泥石流災(zāi)害調(diào)查研究表明，泥石流形成過程為：降雨→土質(zhì)滑坡→滑坡壩→堰塞湖→堰塞壩潰決→泥石流[3]。按地貌類型，葉城縣169處泥石流災(zāi)害點在中高山（3 000 m≤海拔<4 000 m）地貌類型中點密度最大，約1.19條/100 km2;按地面高程分級成的5個區(qū)中，II區(qū)（海拔2 082～3 224 m）泥石流最發(fā)育，總計86處?。

2017年7月20日晚葉城縣柯克亞鄉(xiāng)波龍突發(fā)泥石流，溝口（索克曼）停車場2輛轎車被洪水沖走，所幸該區(qū)人員被及時轉(zhuǎn)移避免了傷亡。據(jù)當(dāng)?shù)啬撩癜⒉祭锩滋崞浣榻B，泥石流過程大致為（新疆時間）21∶00開始下暴雨，間夾玻璃球大小冰雹，停車場上游山里傳來很大聲響;22∶00發(fā)生洪水，水頭高出停車場地面約3～4 m;23∶00大塊石被搬運下來。7月26日，我們在現(xiàn)場對泥石流發(fā)生情況進(jìn)行調(diào)查，重點查明波龍溝泥石流發(fā)生的地質(zhì)條件，尤其是在索羅龍村溝谷上游現(xiàn)場親歷了滑坡→堰塞湖潰決→洪水的災(zāi)害鏈完整過程。分析得出高位薄層風(fēng)積土斜坡破壞的控制條件，揭示稀性泥石流為特征的災(zāi)害鏈發(fā)生機理。

1 ?地理和地質(zhì)條件

研究區(qū)位于葉城縣柯克亞鄉(xiāng)普薩村南部牧場，地理坐標(biāo)37°N、77.5°E，地處西昆侖山北麓。地勢南高北低，海拔4 500～2 700 m。南部為陡峻中高山區(qū)，北部為風(fēng)積土丘陵及沖洪積階地、溝壑區(qū)。發(fā)生泥石流的波龍溝屬柯克亞吾斯塘河支流。索克曼位于波龍溝口，索羅龍位于溝中部。出露地層從南向北由老變新，巖性主要為中元古界變質(zhì)巖、碳酸鹽巖。山區(qū)基巖斜坡上不完全覆蓋晚更新世風(fēng)積土[4]。地層巖性由新到老分述如下：

全新統(tǒng) ?現(xiàn)代沖洪積礫石、砂土及風(fēng)成細(xì)砂土堆積，分布在河谷中及山間洼地。

中更新統(tǒng) ?沖洪積礫石、礫質(zhì)細(xì)砂土及風(fēng)積粉砂土堆積。前兩者主要構(gòu)成三級以上階地，后者主要分布在南部基巖山坡上。

中石炭統(tǒng)庫爾良群 ?灰-灰黑色細(xì)-中粒石英砂巖、細(xì)粒巖屑石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)粉砂巖、灰黑色頁巖、泥晶生物屑灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r。底部以厚度較大的灰綠-灰白色薄-中層細(xì)-中粒石英砂巖與下伏下石炭統(tǒng)分界。

上元古界青白口系蘇庫羅克組 ?下部紫紅色泥質(zhì)粉砂巖與灰?guī)r不等厚互層;中部為灰黑色、淺灰色薄層粉砂巖夾砂巖;上部為灰色硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)泥巖、雜砂巖，水平層理發(fā)育。

中元古界薊縣系蘇瑪蘭組 ?下部紫紅色疊層石灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層;中部褐紅色泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層;上部以雜色礫屑灰?guī)r或疊層石灰?guī)r與泥質(zhì)粉砂巖或鈣質(zhì)粉砂質(zhì)硅質(zhì)巖不均勻互層;頂部發(fā)育1 m厚鐵質(zhì)風(fēng)化殼。

中元古界薊縣系博查特塔格組 ?白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r等，底部為礫巖。產(chǎn)疊層石及微古植物。

中元古界長城系塞拉加茲塔格群 ?細(xì)碧巖、石英角斑巖、玄武巖、酸性熔結(jié)角礫巖，少量白云巖、砂巖。中上部角礫巖。

地質(zhì)構(gòu)造上，研究區(qū)位于鐵克里克斷裂帶和西昆侖北斷裂帶之間（圖1-a）[4-6]，近NS走向的溝谷與EW走向的區(qū)域斷裂近乎垂直。以鐵克里克斷裂帶為界，南部為鐵克里克臺隆，北部為塔西南前緣坳陷。該斷裂帶南側(cè)從西向東發(fā)育甫沙背斜、合什塔克背斜[6]。

波龍溝處于鐵克里克斷裂帶東部地區(qū)（圖1-b），切穿多條近EW走向斷裂及EW走向的中元古界。圖中虛線表示此次調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的斷層出露形跡，定性判斷為右行正斷層。該斷層控制了與波龍溝近垂直的直線型短陡支溝的發(fā)育及支溝內(nèi)滑坡的帶狀分布。

2 ?泥石流調(diào)查和災(zāi)害鏈觀察

從上游滑坡、堵溝成壩、堰塞湖、潰決、泥石流，到下游崩塌塊石加入，呈現(xiàn)一個完整災(zāi)害鏈過程。調(diào)查從下游停車場殘留亂石為主的堆積區(qū)、中游多個支流溝口沖洪積扇和5個老（這里“老”系指全新世以來發(fā)生，現(xiàn)在未活動）堰塞壩組成的主溝和支溝，到上游滑坡堵溝形成堰塞湖展開。借助衛(wèi)星影像測得溝口堆積區(qū)以上的波龍溝流域匯水面積22.5 km2，匯水范圍周界長20.5 km。波龍溝谷從溝頭（海拔4 446 m）到溝口（海拔2 926 m，點號100）水平長度8 930 m，地形高差1 520 m，縱向坡度170.21‰（相當(dāng)于地形坡度9°40'）。中游老堰塞壩（海拔3 124 m，點號104）以上匯水面積13.4 km2，匯水范圍周界長14 km，上游溝谷縱向水平長5 790 m，地形高差1 349 m，縱向坡度233‰;下游溝谷縱向水平長3 140 m，地形高差193 m，縱向坡度61.46‰（圖2），即波龍溝縱斷面上游窄陡、下游寬緩;平直支溝與東西向斷層近乎一致。

2.1 ?溝口堆積區(qū)

索克曼即現(xiàn)在的波龍停車場，為泥石流堆積區(qū)。淤積塊石及泥砂厚1.0～1.7 m，大塊石和松樹根呈面狀散布。停車場下游橋體已完全懸空（圖3-a）。堆積區(qū)靠溝口上游過水涵洞斷面東西長9 m，淤積后凈空高2 m（圖3-b），涵洞下游凈空高4 m，估計發(fā)生泥石流時實際過流面積約18 m2。估算泥石流流量約200 m3/s，不小于實際泄流能力的10倍。溝口向下游860 m以遠(yuǎn)河道左岸發(fā)現(xiàn)被波龍溝泥石流沖下的1輛轎車（點號106）（圖3-c）;向下游3 335 m過溝公路數(shù)根涵管被完全沖毀（圖2點號99）。

2017年7月20日晚，暴雨作用下風(fēng)積土斜坡破壞，連同下游支溝中沿斷層發(fā)生崩塌堆積的塊石，構(gòu)成溝谷中急瀉而下的稀性泥石流中的固體物質(zhì)。溝口右岸游客中心水泥擋墻上的泥痕高度為1.2 m，溝口寬度約70 m，沿溝縱向長約150 m。據(jù)此計算出泥石流堆積區(qū)面積10 500 m2，堆積體體積約12 600 m3。堆積區(qū)這些散落塊石來自河床底部堆積，及受近EW向斷層控制的下游支溝中大量崩塌堆積體。

2.2 ?溝內(nèi)斜坡變形破壞

在山坡中上部基巖上覆蓋的風(fēng)積土中生長著一般不超過1 m高的耐寒耐瘠的沙地柏（新疆圓柏），其根系一般深0.2～0.8 m，主要局限在斜坡高處淺表層厚1～5 m風(fēng)積黃土中。風(fēng)積土滑動破壞后沙地柏被連根一起帶下。部分風(fēng)積土邊坡雖沒有發(fā)展到滑坡，但坡體高處已現(xiàn)多道弧形拉張裂縫。坡體上部長期發(fā)育的大量弧形拉張裂縫（圖4），有利于降雨及融雪入滲致土體飽和，而后突發(fā)性強滲流作用下易產(chǎn)生淺層土質(zhì)滑坡。

2.3 ?溝中上游堰塞壩

波龍溝口向上游兩岸基巖以灰?guī)r為主，向溝上游變化為白云巖、灰綠色變質(zhì)巖。風(fēng)積土分布在山體凹處或基巖之間。在主溝3 km范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了從溝谷右（東）岸支溝或山坡來的5個老堰塞壩體，其中3個為體積1 000 m3以上的大型壩，多位于河道拐彎處或支溝口，推測若干年前（當(dāng)?shù)啬撩駬?jù)老堰塞壩生長灌木推測15～20年）曾產(chǎn)生過堰塞湖，滑坡或泥石流壩潰決形成泥石流，潰決后被擠壓的主河道被推擠向?qū)Π叮ìF(xiàn)場下游主溝主要為左岸，上游為右岸）而留下凸岸遺跡（圖1-b，圖4）。

2017年7月26日天氣晴朗波龍溝內(nèi)一個近EW走向的老堰塞壩上靠右岸有當(dāng)?shù)啬撩駧づ瘢c號104）。老堰塞壩東西長100 m，南北寬80 m，厚約 10 m，堆積體體積8×104 m3（圖5）。下游右岸板狀、層厚3 m綠色變質(zhì)巖巖體陡立，節(jié)理發(fā)育。其下游300 m范圍內(nèi)右岸發(fā)現(xiàn)3個中型滑坡。波龍溝床寬約100 m，離壩上游28 m的靠右岸河槽寬21～24 m，溝底溪流量小于0.001 m3/s。7月20號晚暴雨時該處邊坡滑動破壞，形成滑坡壩體積約1 500 m3，堵塞河道形成堰塞湖，后土壩潰壩而成潰決型泥石流。據(jù)牧民講，向上游溝谷中還有滑坡壩，暴雨時同樣發(fā)生潰決。

在7月26日調(diào)查過程中，我們親歷1次風(fēng)積土斜坡滑坡→堵溝成堰塞湖→滑坡壩部分潰決→泄流成洪水的災(zāi)害鏈過程：下午2∶56開始出現(xiàn)土體滑動，滑坡持續(xù)發(fā)生35 s堵溝成滑坡壩;湖水持續(xù)上漲42 s，至3∶38湖水上升至壩頂;壩上游湖水進(jìn)入壩體前緣低洼帶，25 s后下泄溢洪溝近乎貫通;4∶28開始明顯泄流;持續(xù)時間48分鐘后，湖水下泄開始變緩。從滑坡開始到下泄流量逐步變小，持續(xù)時間約2 h。當(dāng)時天氣晴朗，上游河谷來水量小，滑坡的發(fā)生應(yīng)是持續(xù)蠕變后坡腳遭受水流側(cè)蝕卸荷而突發(fā)破壞的結(jié)果。該右岸斜坡坡頂至溝底高差177 m，水平投影長370 m，坡度25°34'，中下部發(fā)育土質(zhì)滑坡。主滑方向297°，滑坡體南北寬18 m，斜高120 m，坡度44°，厚約1.5 m，滑坡體積約3 000 m3，屬小型淺層推移式土質(zhì)滑坡。溝谷中滑坡壩東西長12 m，南北寬48 m，壩體表面向?qū)Π镀露燃s15°，壩體軸向310°，體積約1 000 m3（圖6）。深3 m的堰塞湖水抬升至壩頂部時水體積漲至2 000 m3。后湖水沿滑坡壩頂前端低處寬1 m、深1 m的溢洪道潰決，流量最大時約7 m3/s。26日下午3∶29開始壩下游出現(xiàn)管涌式小股黃泥，持續(xù)9 s。至3∶38壩前緣明流開始下行，約25 s鐘后下泄通道貫通。

3 ?潰決型泥石流發(fā)生機理

在長期地震作用和凍融作用下，陡峻山體基巖斜坡表層覆蓋的一般厚度不過5 m的風(fēng)積土上部，發(fā)育大量弧形拉張裂縫（圖4）。6—7月強降雨作用下發(fā)生淺表層條帶狀滑動，形成快速滑塌式土質(zhì)滑坡，堵塞與其正交的溝谷槽溝，形成滑坡壩。

衛(wèi)星影像顯示2004年已出現(xiàn)來自左岸支溝的老堰塞壩，左岸近溝口多滑坡，波龍河道被推擠向右岸。2014年右岸開始發(fā)育滑坡，滑動土石裸露呈亮白色，風(fēng)積土連同其上的沙地柏一起滑下。隨時間發(fā)展右岸滑坡數(shù)量有所增多，滑坡壩體積不斷增大。同時可見斷層橫切波龍溝時，出現(xiàn)近EW走向與主溝近垂直的兩條對頭溝。7月26日天氣晴朗，溫度適中，無降雨，現(xiàn)場發(fā)生滑坡規(guī)模較小，形成堰塞湖及潰決泥石流（這里也可稱之為洪水，因為潰決口只有1 m寬）規(guī)模都較小，壩體潰決泄洪量不大于7 m3/s。據(jù)現(xiàn)場實測溝谷寬度等參數(shù)，得到波龍溝不同斷面處泥石流流速與流量（表1）。

現(xiàn)場調(diào)查泥石流堆積區(qū)周長約377 m，面積約9 788 m2。游客中心上部水泥擋墻上泥痕高度1.2 m，一般泥痕高度0.6～0.8 m。堆積區(qū)泥石流堆積體積約12 600 m3。理論公式和現(xiàn)場實測結(jié)果吻合不夠好，可見停車場不是最終堆積區(qū)，相當(dāng)部分泥石流繼續(xù)沖向下游，掏蝕深切波龍溝口，沖走停車場上轎車至3 km以外的河谷中（圖3）。

現(xiàn)場觀察波龍溝5個老堰塞壩，及點104下游右岸300 m范圍內(nèi)3個7月20日發(fā)生的新滑坡，每個體積都約上千方。在該段下游有3個較大的支溝，支溝口都有泥石流沖溝、泥痕及溝底散布樹根和樹干，受現(xiàn)場調(diào)查區(qū)段數(shù)和點數(shù)所限，以上估算斷面泥石流流量及流速結(jié)果，說明此區(qū)這種中小型（按流域面積、最大流量分類）[10]、低頻、暴雨、稀性溝谷型泥石流的分布和發(fā)育特點。這些同南疆鐵路11條泥石流溝調(diào)查發(fā)現(xiàn)的來勢猛、歷時短、突發(fā)性強的溝谷型泥石流發(fā)生和分布特點基本一致[11]。波龍溝地區(qū)斷層線密度大、地震點密度大1，成為影響該區(qū)泥石流形成區(qū)物源豐富、大量長期蠕變坡體發(fā)育的重要地質(zhì)因素。

4 ?對策建議

對比歷史遙感影像可見，原溝口走向295°河道東西寬約20 m，垂直深約2 m?，F(xiàn)停車場地面下長方形涵洞系2016年修建，寬9 m，高2.4 m。調(diào)查時可見底部被淤埋厚0.7 m，上面所剩凈空高1.7 m，這樣過流斷面面積由原河道40 m2驟減為淤積后涵洞的17 m2。因此造成泥石流從停車場漫過，停積下礫徑長達(dá)1.4 m、寬0.6 m的散亂塊石。

（1） 工程措施和非工程措施并重。上游有大量滑坡，滑坡堵溝發(fā)生范圍和幾率都較大，預(yù)警或消息應(yīng)及時向中下游發(fā)布;中游行洪道狹窄處要防止堵塞或提前疏通以防出現(xiàn)堰塞湖;下游重要工程向高處避讓或后靠，切忌占用河漫灘或人為行洪道。密切關(guān)注強降雨時間和分布，做好防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案。

（2） 溝谷中突然斷流時，要注意中上游是否有滑坡壩堵塞溝谷，導(dǎo)致水流在壩上游開始蓄積而釀成潰決型泥石流。

（3） 河道急拐彎處要注意修筑鋼筋籠或丁字壩等護(hù)岸加固措施，防治水毀導(dǎo)致路基破壞，影響交通生命線的安全。

（4） 對潰決型泥石流采取快速開辟臨時便道等技術(shù)備案，有效疏導(dǎo)過溝涵洞或埋管。現(xiàn)有停車場位于波龍溝口堆積區(qū)，需加大極端洪水及泥石流排泄空間，適當(dāng)拓寬排導(dǎo)溝槽凈空。

5 ?結(jié)論

（1） 晚更新世風(fēng)積土處于斜坡高處，是山體淺層土質(zhì)滑坡的主要組成物質(zhì)。泥石流物質(zhì)組成以泥沙為主，沿溝谷兩岸或支溝口土質(zhì)滑坡提供了豐富物源，泥石流以稀性溝谷型為主。

（2） 強降雨作用下溝谷狹窄處滑坡堵塞成滑坡壩，進(jìn)而形成堰塞湖。水位抬升、壩體潰決形成風(fēng)積土裹夾石塊的暴雨-潰決型泥石流。

（3） 老堰塞壩和殘留的新滑坡壩，說明7.20溝谷中多個堰塞湖潰決可能是強降雨作用下泥石流突然爆發(fā)的重要原因，中型泥石流發(fā)生或重現(xiàn)周期15～20年，屬中-低頻。

（4） 停車場泄洪通道被工程硬化改造，或改擴(kuò)建工程部分?jǐn)D占河道，難以很好適應(yīng)強降雨條件下潰決低頻溝谷型泥石流鏈生災(zāi)害突增的泄流要求。

致謝：現(xiàn)場應(yīng)急考察得到中科院新疆分院、新疆工程學(xué)院、新疆國土廳、喀什行政專署、喀什公路管理局、葉城縣委、葉城縣政府、葉城縣柯克亞鄉(xiāng)政府等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與工作人員大力支持與幫助，得到坡隴森林公園管理處大力配合。謹(jǐn)致謝忱！

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Abstract：In response to the sudden debris flow disaster on July 20th in the Polong Valley of Yecheng County， an emergency scientific investigation was carried out on this site. The debris flow accumulation area downstream of the ditch was measured， and the whole process of the small landslide， blocked lake and discharge flow in the upstream were observed in real time. It is found that the solid materials of the debris flow are mainly the Late Pleistocene Aeolian landslide and the Mesoproterozoic metamorphic rocks and carbonate rock collapse. The water resource is mainly from the upstream flood and the outburst of the dammed lake caused by the heavy rainfall. The upper part of the valley is dominated by dilute debris flow， while the viscosity of the downstream debris flow is increased due to the addition of the collapsed rocks and the stream bed gravels. In the accumulation area， the block stones are scattered and deposited. According to several old landslide dams in the valley， the occurrence cycle of the debris flow in the Polong Valley is estimated to be 15～20ys. The parking site is located in the accumulation area， so it is necessary to increase the discharge space and widen the drainage culvert.

Keywords：Polong Valley;Debris flow; Geohazard chain; Real-time observation