蔡達溝泥石流形成條件及特征研究

楊 鵬 彭振斌

(中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖南長沙 410083)

0 引言

泥石流災(zāi)害具有發(fā)生突然、歷時短暫、來勢兇猛、沖淤大、破壞力強的特點，目前對單溝泥石流危險性的評價研究主要依靠進行區(qū)域統(tǒng)計分析，我國主要以劉希林的“泥石流危險度判定的研究”為代表，評價方法是根據(jù)因子權(quán)重及定量打分計算實現(xiàn)［1-3］，受客觀條件的限制，其評價因子的選取和權(quán)重確定仍然是個焦點問題，有必要針對性的對某一地區(qū)典型泥石流進行分析研究。

烏東德水電站位于云南省昆明市祿勸縣和四川省會東縣交界的金沙江干流上，蔡達溝位于烏東德水電站的上段，直接與金沙江相連，調(diào)查表明，該溝歷史上曾經(jīng)暴發(fā)過泥石流活動，因此該泥石流溝現(xiàn)狀情況，存在暴發(fā)較大規(guī)模泥石流活動的可能性等，都會對水電站的建設(shè)和維護產(chǎn)生重要影響。因此，對該泥石流溝進行有關(guān)泥石流的性質(zhì)、特征、形成條件調(diào)查是有必要的。

1 蔡達溝泥石流形成條件

1．1 降水條件及其雨強特征

區(qū)內(nèi)由于該區(qū)受地形影響所致形成多雷陣雨和夜雨氣候的特征［4］。同時，大量的觀察資料表明，泥石流發(fā)生的可能性以及其規(guī)模大小是由前期降雨量所決定，其中不同時間的降雨強度尤其是10 min和1 h降雨雨強所起的作用比較大，因此對所屬的會東縣不同時段的暴雨雨強特征值進行了統(tǒng)計。結(jié)果顯示，近20余年來，區(qū)內(nèi) 10 min雨強為 10．1 mm ～18．8 mm，最小值為8．5 mm，最大值為21．7 mm，平均14．2 mm;1 h 雨強一般為23 mm ～49．8 mm，最小為15．2 mm，最大為 77．2 mm，平均 35．1 mm;這些高強度的暴雨為泥石流的直接激發(fā)因素，其使得松散堆積物充分飽和而減少其內(nèi)摩擦角，降低使其起動的動能要求，同時強度大的降水直接為泥石流形成提供松散物質(zhì)起動的動力條件。

1．2 地質(zhì)條件及其新構(gòu)造運動作用

蔡達溝區(qū)域處于金沙江—紅河斷裂、鮮水河斷裂、則木河斷裂及小江斷裂等深大斷裂帶所圍限的川滇菱形斷塊內(nèi)東南部的西昌—楚雄次級斷塊內(nèi)。沿斷裂帶上軟弱構(gòu)造面發(fā)育，巖石破碎，形成了糜棱巖，巖性脆弱地帶等區(qū)域地質(zhì)背景對泥石流的產(chǎn)生具有控制性的作用。

區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動總體表現(xiàn)為大面積整體間歇性抬升為主，以及深、大斷裂為邊界的斷塊間的差異運動。此外，還有塊體間的滑移和順時針轉(zhuǎn)動。這種新構(gòu)造運動為泥石流的形成提供了地形條件和重力能量，并控制了該區(qū)域水文網(wǎng)的發(fā)育，其差異升降區(qū)升降幅度大，造成源區(qū)松散物質(zhì)堆積發(fā)育，為泥石流的發(fā)展提供了重要條件。

1．3 地形地貌條件

蔡達溝總的地勢表現(xiàn)為西北高，東南低，其最高點為塔布溝溝源，流域最大高差為1 614 m。由于受巖性、構(gòu)造的影響，溝谷寬度、延伸方向變化較大，為典型的V形谷。

蔡達溝的主溝整段、各支溝溝床比降，除小水井支溝外，都在100‰～300‰?yún)^(qū)間內(nèi)。與我國西部150條泥石流溝溝床比降的統(tǒng)計分析的比較［6］，可以發(fā)現(xiàn)泥石流溝平均溝床比降多在50‰～400‰，尤以100‰～300‰的溝床比降居多，這與攀西地區(qū)泥石流發(fā)育的溝床比降特征一致。因此，其具有發(fā)生山洪泥石流的溝床比降條件，即該泥石流溝溝床比降對泥石流形成和運動有利［6］。

蔡達溝山洪泥石流的活動具有典型的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)，從高程1 407 m至溝源分水嶺為形成區(qū)，長度為5 912 m，面積約12．53 km2，主溝坡降變化不大，坡比降為 106．1‰ ～191‰，總體坡比降為188‰(見圖1)，而分布在該區(qū)菜大溝、紅花溝，其溝床相對較緩，平均比降分別為227．9‰，137．4‰。

圖1 蔡達溝溝床比降圖

流通區(qū)兩岸岸坡較陡，左岸坡度約40°，右岸坡度約為30°，谷底寬度一般為10 m～15 m，坡降為105．1‰～377．2‰，平均坡降278．6‰。該區(qū)分布的支溝小水井溝，呈V形溝谷，溝床比降較大，一般為293．1‰ ～624．9‰，平均坡比降為 403．6‰，兩岸岸坡坡度約為25°。流通區(qū)的坡度及其比降有利于流速的發(fā)展，使得沿程侵蝕能力的增強。堆積區(qū)主要由其內(nèi)溝口的堆積扇及內(nèi)的峽谷段組成，兩岸山體陡峭，坡度一般大于40°，最陡的地方接近60°。堆積扇平面上呈一不完整扇形，整體傾向金沙江下游，堆積區(qū)溝谷平均坡降為135．6‰，溝床坡度平均7°，這種平坦的地形地貌有利于泥石流的堆積。

1．4 松散固體物源條件

溝床及溝谷兩側(cè)岸坡的松散固體物源條件是泥石流形成的基本條件之一，蔡達溝的形成區(qū)內(nèi)主要松散物為溝床沖洪積物、兩側(cè)岸坡的崩、殘坡積物等，主要為含漂(卵)礫石堆積，崩坡積物以塊碎石及其風(fēng)化的碎塊為主，預(yù)計方量可達80萬m3，流通區(qū)內(nèi)出露的巖體風(fēng)化嚴重，崩塌、滑坡等物理地質(zhì)現(xiàn)象較發(fā)育。崩坡積物主要以大量塊碎石為主，成分主要為白云巖、千枚巖、砂巖等。滑坡積物為灰黑色塊碎石為主，預(yù)計方量達到20萬m3。

總的來說，蔡達溝內(nèi)松散固體物主要由坡積物、崩積、滑坡堆積物、溝床堆積物及溝口堆積物構(gòu)成，其總方量達300×104m3。其中坡崩積物占其主要部分，達到61%，主要集中在溝谷兩岸坡度較緩地帶及小水井溝溝口上游約450 m及主溝左岸。

2 堆積特征及其顆粒分析

蔡達溝泥石流形成區(qū)的泥石流堆積類型包括堆積扇、堆積錐和側(cè)積三類。堆積扇和堆積錐主要是支溝泥石流形成的，位于支溝溝口附近。流通區(qū)溝床較窄，泥石流堆積物較少，主溝溝床僅局部地帶殘有少量側(cè)積，堆積顆粒磨圓度差，顆粒主要巖性為白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r，堆積區(qū)泥石流堆積類型主要為堆積扇。

從上游到溝口不同部位對現(xiàn)代泥石流堆積物取了兩組試樣:1號位置為溝口位置，2號采樣于距離溝口1 000 m處，其中1號樣中大于2 mm的顆粒含量為86．04%;2號樣中大于2 mm的顆粒含量為56．21%，兩個樣品大于2 mm的顆粒含量平均值為71．13%，小于2 mm的顆粒含量為28．87%，說明蔡達溝泥石流堆積物中，粗顆粒含量相對較高。繪制的蔡達溝泥石流堆積物顆粒累積百分比含量如圖2所示。由圖2可以看出其曲線形態(tài)基本一致，得到表征顆粒粒度特征的一些指標，不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)如表1所示。可見其顆粒組成是不均勻的，構(gòu)成的固相物質(zhì)粒徑分布寬廣，含有較多的粗大顆粒，在這樣的顆粒分布下，粗大顆粒首先發(fā)生堆積，在粗大顆粒堆積物的阻擋下，較細粒物質(zhì)也隨之發(fā)生堆積，當堆積達到一定的規(guī)模，會發(fā)生改道和多處堆積，為孕育一場大的泥石流創(chuàng)造有利的堆積條件。

圖2 堆積物顆粒累積百分比含量圖

表1 蔡達溝泥石流不同部位堆積物粒度特征值

3 結(jié)語

1)該區(qū)處于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造縱橫交錯，近期活動強烈，升降差異明顯，加上起伏較大，使得溝內(nèi)巖層破碎，穩(wěn)定性差，是泥石流發(fā)育的控制性因素之一。

2)新構(gòu)造運動和地震釋放著地殼應(yīng)力和地殼應(yīng)變能量的同時，為泥石流形成提供了地形條件和重力勢能，并控制該區(qū)的水文網(wǎng)的發(fā)育。

3)通過對蔡達溝泥石流區(qū)域溝床比降及坡度與有關(guān)文獻統(tǒng)計的西部泥石流情況比較，發(fā)現(xiàn)其情況類似，這種比降和坡度直接影響著泥石流的規(guī)模和固體物質(zhì)的補給。

4)各區(qū)物源條件不同，形成區(qū)主要為溝床沖洪積物，兩側(cè)岸坡的崩、殘坡積物等;流通區(qū)物源主要為崩坡積，滑坡堆積物;堆積區(qū)堆積物主要類型為部分崩坡積、溝床堆積和溝口堆積。

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［6] 中國科學(xué)院水利部程度山地災(zāi)害與環(huán)境研究所．中國泥石流［M］．北京:商務(wù)印書館，2000．

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