甘肅省文縣燕兒溝泥石流形成條件研究

陳世昌

（1.甘肅省地下水工程及地?zé)豳Y源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730050；2.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050）

1 序言

甘肅省文縣燕兒溝所屬的橋頭鄉(xiāng)位于文縣東北部，北與文縣天池省級(jí)地質(zhì)公園毗鄰，南接臨江等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。燕兒溝溝口直對(duì)橋頭鄉(xiāng)政府所在地，是一條危害嚴(yán)重的泥石流溝谷，該溝多次發(fā)生過大規(guī)模泥石流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燕兒溝泥石流歷史上已造成17人死亡，近30人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)達(dá)3 600多萬元［1］。因此，研究燕兒溝地區(qū)泥石流的發(fā)育特征及形成條件，對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有重要意義。

2 自然地理概況

文縣屬北亞熱帶向北溫帶過渡區(qū)，為大陸腹地季風(fēng)性氣候，干、濕季節(jié)分明，冬春干燥，夏秋多雨［2］。歷年平均氣溫10.6℃。燕兒溝為洋湯河下游右岸一級(jí)支溝，為常年流水溝谷，經(jīng)實(shí)地調(diào)查，溝谷地表水流量為1～3 m3／s。燕兒溝流域受地質(zhì)、地貌、氣候、植被和人類生產(chǎn)活動(dòng)等綜合影響，土壤種類以棕壤為主，且大部處于陡坡地段，質(zhì)地較粗，砂礫含量高，松散，固結(jié)能力差，抗侵蝕能力弱，易被水流沖刷流失。

3 地質(zhì)環(huán)境概況

燕兒溝流域?qū)匐]南山地侵蝕中山區(qū)，流域平面形態(tài)呈羽狀，東西向展布，總面積33.65 km2，地勢總體西高東低，最高點(diǎn)為西部分水嶺松山頂，海拔2 975.9 m，最低點(diǎn)該溝入河口，海拔約1 010 m，流域最大相對(duì)高差1 966 m。研究區(qū)前第四系出露的地層主要有：中泥盆統(tǒng)三河口組、中下侏羅統(tǒng)泥巖、砂巖以及第四系松散堆積物。

4 泥石流的形成條件

4.1 地形條件

燕兒溝流域平面形態(tài)呈羽狀，東西長10.5 km，南北寬2.0～5.5 m，總面積33.65 km2，主溝總長9.8 km，最大相對(duì)高差1 966 m，平均比降9.5%。

主溝上游（磨壩溝）溝頭北部口子里一帶為清水匯集區(qū)，地形較為開闊，西部松山頂山勢突起，基巖斜坡陡峻，發(fā)育少量崩塌對(duì)泥石流形成補(bǔ)給；江坪滑坡段溝道則狹窄陡深，呈緊閉“V”形，兩岸沖蝕強(qiáng)烈，溝床寬一般3～7 m。

主溝中游（巖頭上—吃水溝溝口）溝道于全流域相對(duì)較為開闊，多呈“V”形，溝槽寬8～35 m，溝床縱比降5%～9%，兩側(cè)溝坡部分基巖裸露陡立。受下游滑坡堵塞溝道，中游段溝床由泥石流物質(zhì)回淤形成囊狀谷底，近年來的回淤速率為平均10～30 cm／a，造成溝床趨于開闊平坦。

主溝下游（吃水溝溝口以下）溝道兩岸滑坡發(fā)育，尤其是北岸圍頭滑坡與南岸劉家河滑坡的擁堵下，大部呈狹窄“V”形，谷底一般寬4～8 m，溝床縱比降一般7%～9%，表面起伏強(qiáng)烈，局部發(fā)育有小型跌水坎。

燕兒溝流域內(nèi)共發(fā)育支流溝系較多，共計(jì)大、小支溝48條，其中長度大于1 km的溝谷21條，小于1 km的溝谷27條。沖溝總長近78.5 km，平均溝壑密度2.3 km／km2。處于流域上游南部的羅家溝為燕兒溝最大支溝，該溝流域內(nèi)植被茂密，岸坡大部穩(wěn)定，發(fā)育少量小型崩滑體，為該流域提供部分松散物質(zhì)。

4.2 松散固體物質(zhì)補(bǔ)給條件

經(jīng)野外實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)燕兒溝內(nèi)松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量十分豐富且巨大，分布并不集中，固體物質(zhì)來源較為廣泛，形成松散固體物質(zhì)的主要類型有：滑坡、崩塌、坡面補(bǔ)給等三類，其中以滑坡補(bǔ)給為主，燕兒溝泥石流為典型的滑坡補(bǔ)給型泥石流。

4.2.1 滑坡

野外實(shí)地調(diào)查表明，燕兒溝流域內(nèi)發(fā)育大中型滑坡共11處，總面積12.6 km2，占流域總面積的37.4%，滑坡總體積達(dá)2.82×108m3。區(qū)域內(nèi)滑坡的形成主要受兩大因素影響——斷裂構(gòu)造及流水沖蝕。何家壩—黎坪斷裂為燕兒溝過溝斷裂，流域內(nèi)巨型、大型滑坡均為構(gòu)造類滑坡，其中構(gòu)造形成的圍頭滑坡體積達(dá)18 261.71×104m3，分布面積達(dá)6.7 km2，規(guī)模巨大，堆積體上發(fā)育的4條沖溝也均為泥石流溝谷，為主溝提供物質(zhì)來源。同時(shí)流域內(nèi)水源豐富，為常年流水溝道，水流對(duì)坡腳的沖刷侵蝕嚴(yán)重影響滑坡穩(wěn)定性，易于造成滑坡前緣失穩(wěn)，形成中小型滑坡，為泥石流提供充足的松散物質(zhì)?，F(xiàn)將流域內(nèi)比較典型的滑坡特征統(tǒng)計(jì)如下（表1）：

表1 流域內(nèi)典型滑坡特征統(tǒng)計(jì)表

4.2.2 崩塌

燕兒溝流域內(nèi)崩塌主要有兩類，即基巖崩塌和溝坡陡坡段碎石土崩塌，由于后者主要發(fā)生于滑坡前緣，為避免重復(fù)，這里主要指前者。

區(qū)域內(nèi)發(fā)育獨(dú)立的、規(guī)模較大的基巖崩塌一處，位于流域上游近溝腦處，崩塌呈倒石錐狀堆積于坡腳位置，堆積體長約60 m，寬約80 m，堆積高度50 m，堆積方量24×104m3，下游溝道均堆積崩塌產(chǎn)生的碎塊石，由于溝道狹窄，溝床比降大，加之崩塌體松散，除粒徑特別粗大的塊石外，溝岸兩側(cè)崩塌體幾乎全部可補(bǔ)給泥石流。

4.2.3 坡面松散堆積

經(jīng)調(diào)查估算，燕兒溝內(nèi)坡面松散物質(zhì)總量達(dá)360×104m3。通過對(duì)泥石流流域的調(diào)查、勘查工作，燕兒溝內(nèi)松散物質(zhì)總量較大，達(dá)28 632.2×104m3。由于流域內(nèi)實(shí)施了兩期治理工程，重點(diǎn)區(qū)域攔擋工程已淤滿并成功對(duì)上游滑坡坡腳進(jìn)行反壓，提高了流域的侵蝕基準(zhǔn)面。壩群工程的建設(shè)不僅對(duì)溝道內(nèi)松散物質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)固，同時(shí)也降低了泥石流的啟動(dòng)條件，減弱松散物質(zhì)轉(zhuǎn)化補(bǔ)給量。由于近年來退耕還林工作持的續(xù)開展，流域內(nèi)裸地、耕地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒉莸?，水土流失程度逐漸減弱，坡面松散物質(zhì)逐步穩(wěn)固，泥石流的補(bǔ)給量比之前明顯下降。

根據(jù)現(xiàn)狀條件，結(jié)合燕兒溝流域固體松散物質(zhì)的堆積位置、發(fā)育特征、轉(zhuǎn)化方式、溝坡侵蝕強(qiáng)度、溝坡植被覆蓋情況及人類作用影響等，經(jīng)計(jì)算分析，目前區(qū)內(nèi)可轉(zhuǎn)化為泥石流的固體松散物質(zhì)儲(chǔ)量為1 297.28×104m3，平均單位面積補(bǔ)給量為38.55×104m3／km2。其中滑坡體1 128.28×104m3，占總量的87%，崩塌11×104m3，占總量的1%；溝道堆積物34×104m3，占總量的2%；坡面松散堆積物124×104m3，占總量的10%。說明滑坡是該流域泥石流的主要補(bǔ)給源。

4.3 降水條件

燕兒溝流域內(nèi)導(dǎo)致泥石流的形成主要原因是短時(shí)間內(nèi)的集中降水，即泥石流的形成的主因?yàn)楸┯?。根?jù)武都區(qū)及附近的氣象資料，研究區(qū)多年平均降水量約為502 mm，該地降水時(shí)間較為集中，主要在每年的6—9月份，占全年降水量的76.2%，且多是以大雨、暴雨的形式出現(xiàn)，具有短時(shí)間內(nèi)降水特別集中，雨強(qiáng)特別大的特點(diǎn)，最大暴雨強(qiáng)度達(dá)87.6 mm／d，小時(shí)雨強(qiáng)最大達(dá)73 mm，10 min最大降雨量30 mm。

2017年8.7暴洪災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日，文縣出現(xiàn)明顯降水天氣，以小到中雨為主，全縣共有2個(gè)區(qū)域站點(diǎn)降水量大于50 mm。文縣的梨坪鎮(zhèn)110 mm，舍書鄉(xiāng)81.8 mm，天池鎮(zhèn)48.1 mm。梨坪鎮(zhèn)在6日23時(shí)到7日01時(shí)連續(xù)2 h出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，降水量分別為46.1 mm和37.1 mm，舍書鄉(xiāng)6日23時(shí)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，降水量為35.6 mm。該降雨過程造成黎坪、天池多條植被覆蓋較好且前期未發(fā)生泥石流的流域爆發(fā)泥石流災(zāi)害，說明區(qū)域內(nèi)降水條件對(duì)泥石流爆發(fā)的促進(jìn)作用。

5 結(jié)論

近年來，隴南市極端天氣頻發(fā)引起的地質(zhì)災(zāi)害造成了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)巨大損失。文縣是地質(zhì)災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，防災(zāi)減災(zāi)工作是地方黨委和政府的工作重點(diǎn)，基于此，本文選擇隴南市文縣比較有代表性的泥石流溝——燕兒溝作為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了該地區(qū)泥石流的形成因素，得出以下結(jié)論：

（1）燕兒溝流域內(nèi)溝谷及斜坡較為陡峻，溝道縱比降較大，該流域形態(tài)極有利于降水在短期內(nèi)匯集，特別是短時(shí)間的大雨、暴雨，沖蝕的溝岸、陡峻的坡面及主溝內(nèi)比重較大的固體物質(zhì)，為泥石流的形成和流動(dòng)提供了足夠的動(dòng)能。

（2）燕兒溝溝內(nèi)松散的固體物質(zhì)儲(chǔ)量十分豐富，且分布不集中，主要類型有：滑坡、崩塌、坡面補(bǔ)給等三類，其中以滑坡補(bǔ)給為主，使燕兒溝泥石流成為典型的滑坡補(bǔ)給型泥石流。

（3）燕兒溝流域內(nèi)泥石流的形成與暴雨密切相關(guān)，大雨、暴雨形成的短時(shí)間集中降水極大地促進(jìn)了泥石流爆發(fā)。