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      洛浦縣阿其克河左岸泥石流發(fā)育特征及形成條件分析

      2022-12-30 04:22:08陳偉楠張?zhí)炝x
      地下水 2022年5期
      關(guān)鍵詞:沖溝第四系礫石

      陳偉楠,張?zhí)炝x

      (1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆 烏魯木齊 830091;2.中國(guó)地質(zhì)工程集團(tuán)有限公司,新疆 烏魯木齊 830018)

      研究區(qū)位于洛浦縣南部的阿其克鄉(xiāng)政府西側(cè)。研究區(qū)距洛浦縣縣城公路里程35 km,從洛浦縣城至研究區(qū)有鄉(xiāng)村道路相通,交通較為便利。根據(jù)泥石流發(fā)育特征、影響區(qū)域及危害程度,通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)阿其克鄉(xiāng)當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)查訪問,確定本次研究區(qū)范圍涵蓋坡面泥石流整個(gè)匯水流域范圍和受威脅區(qū)域,即南、北兩側(cè)以坡面自然分布的洪水沖溝外擴(kuò)300 m為界,西側(cè)以低山丘陵區(qū)山脊分水嶺為界,東側(cè)以阿其克河?xùn)|岸為界(包括受泥石流影響的阿其克鄉(xiāng)政府),研究區(qū)面積為13.74 km2。因此,本文在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-5],對(duì)洛浦縣阿其克河左岸泥石流發(fā)育特征及形成條件分析,通過對(duì)洛浦縣阿其克河左岸泥石流發(fā)育特征及形成條件分析,可以對(duì)該泥石流的工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

      1 孕災(zāi)環(huán)境條件分析

      1.1 氣象水文

      洛浦縣位于塔克拉瑪干大沙漠南緣,昆侖山北麓,處于歐亞大陸腹地,屬暖溫帶荒漠干旱氣候,南部山區(qū)為溫帶或寒帶氣候。研究區(qū)位于南部山區(qū),氣候干燥,晝夜溫差大,氣溫變化劇烈,日照長(zhǎng),降水量少,蒸發(fā)量大。根據(jù)收集到的洛浦縣氣象資料,洛浦縣年平均降水量35.2 mm,年蒸發(fā)量2 226.2 mm,最大凍土深度0.8 m。

      研究區(qū)內(nèi)主要河流為阿其克河,該河發(fā)源于昆侖山之木斯塔格的雪山之中,流域面積1 965 km2,全長(zhǎng)130 km左右,在高山區(qū)切割較強(qiáng)烈,一出高山便流入風(fēng)成亞砂土覆蓋的礫質(zhì)平原區(qū),切割變淺,到平原區(qū)河流縱坡變緩,在戈壁平原中發(fā)育有5-7級(jí)階地,多年平均徑流量為1.2億 m3/a。

      1.2 地形地貌

      研究區(qū)總體位于昆侖山北麓的低山丘陵區(qū),海拔高度1 763~2 330 m,總體地勢(shì)西高東低,泥石流呈東西向展布,形成流通區(qū)無明顯界線,向東開口堆積的地形。按照地貌成因和形態(tài)特征,研究區(qū)微地貌可劃分為低山丘陵區(qū)和河谷階地兩種地貌類型。

      1.3 地層巖性

      研究區(qū)主要出露地層為二疊系和第四系,現(xiàn)由老至新分述如下。

      1.3.1 二疊系

      普司格組:局部出露于研究區(qū)泥石流下游階坎陡坡處,為一套陸相碎屑巖加少許灰?guī)r,主要巖性為暗棕紅色砂巖,含礫粗砂巖等,該組下與塔哈奇組灰?guī)r平行不整合接觸,上與古近系喀什群、新近系烏恰群等角度不整合接觸,厚度大于100 m。

      1.3.2 第四系

      (1)更新統(tǒng)

      沖洪積層:大面積分布于研究區(qū)泥石流中游-上游區(qū)域及阿其克河河岸階地,由灰黃色松散狀砂、礫石、粉土等組成,至研究區(qū)西側(cè)上游分水嶺礫石明顯增多,礫石磨圓度較差,多呈次棱角狀、次圓狀,礫石大小混雜、無分選,礫石直徑2~20 cm。

      (2)全新統(tǒng)

      沖洪積層:主要分布于研究區(qū)阿其克河河床內(nèi),主要巖性為卵石組成,雜色,干燥,稍-中密,不均勻。夾圓礫透鏡體,骨架顆粒連續(xù),充填物以中細(xì)砂為主,含泥質(zhì)成分,礫石巖石成分以花崗巖、砂巖為主。

      泥石流堆積層:主要分布在研究區(qū)一級(jí)階地居民生活區(qū)。巖性主要以粉土為主,上部多植物根系,砂感明顯,厚度分布不均勻,一級(jí)階地后緣堆積最厚,為9 m左右,至河岸逐漸變薄,厚度一般0.5 m左右。

      1.4 地質(zhì)構(gòu)造

      研究區(qū)所在的構(gòu)造單元屬昆侖山褶皺帶,前山褶皺帶為其次一級(jí)構(gòu)造單元。經(jīng)歷了多次構(gòu)造變動(dòng),構(gòu)造形跡支離破碎,殘缺不全。

      研究區(qū)北麓山峰劇烈上升,昆侖山北麓的塔里木沉降帶則相對(duì)下降。在這種強(qiáng)烈的上升與下降運(yùn)動(dòng)中,山體再次遭受巨大外營(yíng)力的剝蝕改造,大量的碎屑物質(zhì)傾斜到北部較低地區(qū)。綜上所述,研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的升降運(yùn)動(dòng),并具有對(duì)老構(gòu)造的繼承性,空間上的差異性,時(shí)間上間歇性特點(diǎn)。

      1.5 工程地質(zhì)條件

      根據(jù)研究區(qū)內(nèi)巖土體工程地質(zhì)特征將區(qū)內(nèi)巖體可分為軟弱-較軟弱層狀以粉砂巖為主的碎屑巖巖組,將土體劃分為第四系卵石單層土體,第四系全新統(tǒng)粉土、卵石雙層土體和第四系粉土、砂、礫石多層土體3種。

      1.5.1 巖體

      軟弱-較軟弱層狀以粉砂巖為主的碎屑巖巖組:分布于研究區(qū)東部斜坡,巖性以二疊系的粉砂巖為主。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞強(qiáng)烈,巖石表層風(fēng)化裂隙比較發(fā)育,遇水易變軟,其抗壓強(qiáng)度將大大降低,工程地質(zhì)條件較差,但其厚度小,氣候干燥,一般影響不大。

      1.5.2 土體

      (1)第四系卵石單層土體:主要分布于研究區(qū)阿其克河河谷區(qū)域,出露地層為第四系全新統(tǒng)沖、洪積物,巖性為卵礫石,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn),結(jié)果得出本層的物理力學(xué)指標(biāo)采用值為:fak=500 kPa;γ=21 kN/m3;Фk=45°;C=0 kPa,工程地質(zhì)條件較好。

      (2)第四系全新統(tǒng)粉土、砂礫石雙層土體:主要分布在研究區(qū)21鄉(xiāng)政府周邊生產(chǎn)生活區(qū),巖性主要由粉土、砂、礫石組成,粉土主要用于耕種,壓縮系數(shù)0.20~0.34 MPa-1,平均值0.27 MPa-1;壓縮模量ES范圍值5.52~9.33 MPa,平均值7.24 MPa;地基承載力特征值按照經(jīng)驗(yàn)為200 kPa,砂、礫石主要為河流沖洪積作用形成,中密狀,磨圓度好,工程地質(zhì)條件較好。

      (3)第四系粉土、砂、礫石多層土體:分布于研究區(qū)高原臺(tái)地地區(qū),巖性主要為粉土、礫石為主,表層土體結(jié)構(gòu)松散,溝道密布,垮塌體隨處可見,工程地質(zhì)條件較差。

      1.6 水文地質(zhì)條件

      根據(jù)研究區(qū)地下水及其賦存條件,水理性質(zhì)及水力特征,研究區(qū)主要為第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙孔隙水。

      1.6.1 第四系松散巖類孔隙水

      主要分布于研究區(qū)東側(cè)阿其克河谷區(qū)域。含水層巖性由第四系沖洪積物組成,厚度較大,水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na·Ca型,礦化度一般2 g/L左右。含水層巖性主要為卵石層,具分選性,礫石以亞圓狀為主,磨圓度較好,平均礫徑15 cm左右,填充物為細(xì)至粗砂;地下水補(bǔ)給主要來源為布藏河河水的側(cè)向補(bǔ)給,以及為大氣降水的垂直入滲。另外還有來自附近碎屑巖類裂隙孔隙水的側(cè)向補(bǔ)給,水力特征大多為潛水,下部含水層稍有承壓,水位埋深隨季節(jié)和地形變化明顯。地下水徑流緩慢,主要排泄方式為枯水期向附近溝谷或洼地排泄。

      1.6.2 基巖類裂隙水

      主要分布在研究區(qū)二疊系地層中,含水層巖性為夾在泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖中的礫巖、砂巖。由于在軟硬相間的地層,地層發(fā)生褶皺時(shí)在相對(duì)脆性的礫巖、砂巖中形成裂隙,所以礫巖、砂巖除具孔隙外同時(shí)存在裂隙。而泥灰?guī)r及砂質(zhì)泥巖等柔性巖石裂隙孔隙均不發(fā)育,具相對(duì)隔水作用。泉流量一般0.01-0.02 L/s,最大0.1 L/s。水質(zhì)較差,礦化度大于10 g/L,水化學(xué)類型為CI-Na型。

      2 研究區(qū)泥石流發(fā)育特征分析

      通過對(duì)研究區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及對(duì)阿其克鄉(xiāng)當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)查訪問,研究區(qū)發(fā)育有1處坡面泥石流災(zāi)害,流域南北兩側(cè)以自然洪水沖溝為界,西側(cè)以低山丘陵分水嶺為界,東側(cè)以Z723道路為界。流域內(nèi)整體地勢(shì)西南高東北低,泥石流無固定出山口,流域內(nèi)沖溝十分發(fā)育,無主溝道發(fā)育。

      坡面泥石流流域面積6.78 km2,流域內(nèi)無明顯主溝道,形成區(qū)及流通區(qū)界線劃分不明顯,因此將分水嶺至坡腳堆積區(qū)之間的部分劃分為形成流通區(qū),東西長(zhǎng)5 370 m,源頭最高海拔2 330 m,最低點(diǎn)1 770 m,高差560 m,呈“長(zhǎng)條”形,發(fā)源于西側(cè)丘陵山區(qū),因二級(jí)階地坡度較緩(小于5°),在二級(jí)階地上形成大量規(guī)模不一的沖溝,形成散流,因地層松散,在重力及雨水作用下向沖溝內(nèi)滑落,隨水流向下游泄流,水流掏蝕沖溝使兩岸出現(xiàn)大量垮塌。因整個(gè)流域內(nèi)細(xì)小沖溝十分發(fā)育,故泥石流形成-流通區(qū)面積占比大,包含泥石流上中下游。

      其中流域上游為地山丘陵區(qū),整體地勢(shì)西南高、東北低,地形起伏較大,山體坡度20°~30°,流域上游終止于西南側(cè)低山丘陵分水嶺,該區(qū)域內(nèi)沖溝多呈“V”型,溝道切割深度不大,沖溝深度多在0.3~1.5 m,溝道寬度1~2 m之間,坡面植被發(fā)育稀疏。

      流域中游位于二級(jí)階地上,整體地勢(shì)平坦開闊,坡面上形成大量寬度在1~3 m,深度0.5~2 m的順坡沖溝,其中最寬處約20 m,最深約20 m,溝到中-下游溝床相對(duì)較寬闊,溝道比較順直。溝道橫斷面呈“V”型,平均縱坡95‰,溝床寬度3~20 m,溝床內(nèi)堆積有大量的松散堆積物。溝岸平均坡度62°左右,出露地層為第四系沖洪積物,在下游局部可見基巖出露,巖性為二疊系砂巖、泥巖,泥巖風(fēng)化強(qiáng)烈,砂巖風(fēng)化較弱。因地勢(shì)平坦開闊,流域內(nèi)植被覆蓋較差,只有零星分布。

      在流域中下游二級(jí)階地與一級(jí)階地間斜坡坡度變大,坡面匯水散流形成20條呈現(xiàn)典型“梳狀”特征的沖溝,該段泥石流沖溝溝槽順直,長(zhǎng)度390 m左右,泥石流在該處形成的勢(shì)能最大,破壞力也最大,其中有8條沖溝在該處形成,具有溝道短(123~560 m),縱坡大(264.2‰~552.8‰)等特點(diǎn)。

      根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,坡面泥石流堆積區(qū)位于坡腳至Z723道路之間,堆積區(qū)面積0.1 km2,堆積區(qū)東西長(zhǎng)40~130 m,沿坡腳南北寬1 280 m,因人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈,修建有鄉(xiāng)政府、衛(wèi)生院、學(xué)校、貿(mào)易市場(chǎng)等,堆積區(qū)原始形態(tài)已被破壞,完整度不足10%,當(dāng)?shù)卣疄閿r截坡面雨水,在坡腳人為修建有一條自南向北的簡(jiǎn)易排水溝,溝道寬3 m、深2 m。

      3 研究區(qū)泥石流形成條件分析

      3.1 地形地貌

      研究區(qū)發(fā)育的坡面泥石流流域面積6.78 km2,無明顯主溝道,泥石流形成流通區(qū)東西長(zhǎng)5 370 m,源頭最高海拔2 330 m,最低點(diǎn)海拔1 763 m,高差567 m。

      坡面泥石流上游終止于西南側(cè)低山丘陵區(qū),該區(qū)域占整個(gè)流域面積的20%,丘陵區(qū)山體坡度20°~30°,地形起伏較大,坡面植被發(fā)育稀疏,該區(qū)域內(nèi)沖溝多呈“V”型,溝道切割深度不大,沖溝深度多在0.3~1.5 m,溝道寬度1~2 m之間。

      流域中上游緩坡地段位于二級(jí)階地上,該區(qū)域在整個(gè)泥石流流域內(nèi)占比較大,占流域69.7%。該區(qū)域地勢(shì)平坦開闊,地形坡度4°~11°,坡向57°,坡面上存在大量寬度在1~3 m,深度0.5~2 m的順坡沖溝,水流切割強(qiáng)烈,溝道兩側(cè)近乎直立,其中最寬處約20 m,最深約20 m,溝道橫斷面呈“V”型,平均縱坡95‰,溝床寬度3~20 m,溝床內(nèi)堆積有大量的松散堆積物。

      在流域中下游二級(jí)階地與一級(jí)階地間斜坡坡度變大,坡度在10°~35°之間,坡面匯水散流形成20條呈現(xiàn)典型“梳狀”特征的沖溝,在該段坡面沖溝溝槽順直,長(zhǎng)度為390 m左右,泥石流在該處形成的勢(shì)能最大,其中有8條破壞力沖溝在該處形成,具有溝道短(123~560 m),縱坡大(264.2‰~552.8‰)等特點(diǎn),為泥石流的形成提供了良好的地形條件。

      泥石流下游堆積區(qū)位于阿其克河一級(jí)階地上,因坡腳南北寬1 280 m,坡面泥石流呈散流狀態(tài),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問,歷年發(fā)生的泥石流其堆積物未翻越至 Z723道路東側(cè),故該坡面泥石流堆積區(qū)位于坡腳至Z723道路之間,總體地形平坦,地形坡度3°~5°,地形高差7 m左右,該區(qū)域人類工程活動(dòng)較為頻繁,原始地貌多改造為住房和農(nóng)田。

      3.2 物源條件

      通過本次野外工作的調(diào)查,理清了阿其克鄉(xiāng)阿其克河左岸泥石流災(zāi)害的松散堆積物主要來源。研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型為坡面泥石流災(zāi)害,因流域內(nèi)覆蓋層松散,植被發(fā)育稀疏,在坡面上沖溝十分發(fā)育,在突發(fā)強(qiáng)降雨情況下形成地表徑流,極易將表層覆蓋物攜帶至沖溝內(nèi),形成坡面散流現(xiàn)狀,因此泥石流主要物源為坡面表層松散覆蓋物。其參與泥石流活動(dòng)的主要方式為水流沖刷攜帶至坡腳形成泥石流物源,在遭遇暴雨情況下,坡體水動(dòng)力條件提高后將坡體松散物沖蝕攜帶下泄,對(duì)坡體下的受威脅對(duì)象造成巨大危害。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,按坡面沖溝切割平均深度的粉土作為坡面泥石流的物源考慮,坡面沖溝深度多在0.3~2 m之間,平均深度0.5 m,故將流域內(nèi)表層0.5 m松散層均納入潛在物源范疇。流域面積6.78 km2,經(jīng)計(jì)算,泥石流形成-流通區(qū)松散堆積物總方量為339×104m3。

      3.3 水源條件

      水源是泥石流體的重要組成部分,又是泥石流的搬運(yùn)介質(zhì)。研究區(qū)主要接受大氣降水補(bǔ)給,根據(jù)收集到的洛浦縣國(guó)家氣象觀測(cè)站1979-2019年日降雨量資料,洛浦縣多年日最大降雨量31.4 mm,大氣降水多集中在5-8月,尤以7-8月為甚,多呈連續(xù)數(shù)日的大雨或短時(shí)間的暴雨。降雨的集中出現(xiàn)形成強(qiáng)大的地表徑流,沖刷裹攜固體物質(zhì)形成泥石流。

      4 結(jié)語(yǔ)

      (1)研究區(qū)泥石流位于洛浦縣南部的阿其克鄉(xiāng)政府西側(cè),地貌單元為昆侖山北麓的低山丘陵區(qū),為一坡面泥石流災(zāi)害,流域面積6.78 km2,流域內(nèi)無明顯主溝道,呈“長(zhǎng)條”形。

      (2)研究區(qū)泥石流可以劃分為形成-流通區(qū)和堆積區(qū)。其中形成-流通區(qū)東西長(zhǎng)5 370 m,高差560 m;堆積區(qū)位于阿其克河一級(jí)階地上,坡腳南北寬1 280 m,坡面泥石流呈散流狀態(tài),地形高差7 m左右,該區(qū)域人類工程活動(dòng)較為頻繁,原始地貌多改造為住房和農(nóng)田。

      (3)研究區(qū)有利的地形地貌特征、豐富的物源條件以及連續(xù)數(shù)日的大雨或短時(shí)間的暴雨為研究區(qū)泥石流的形成和發(fā)展提供了基礎(chǔ)。經(jīng)計(jì)算泥石流形成-流通區(qū)松散堆積物總方量為339×104m3。

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