西昌市堡城河泥石流發(fā)育特征及成因機(jī)制分析

郭 劍

(攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，四川攀枝花617000)

堡城河為安寧河宋家院一帶的支流，地理位置處于四川省西昌市佑君鎮(zhèn)一帶。1998年7月6日，堡城河流域普降暴雨，引發(fā)大規(guī)模泥石流災(zāi)害。溝域內(nèi)多條支溝同時(shí)爆發(fā)泥石流，這些支溝泥石流匯集于主溝內(nèi)，向下游傾瀉而下，將佑君鎮(zhèn)街道木橋沖毀淤塞河道，致使泥石流回淤抬高而翻越兩側(cè)土堤，泥石流挾帶大量泥沙沖入街區(qū)、村莊。已淤毀街區(qū)房屋29間，在殘留民房斷壁上留下1.1 m高的泥痕。泥沙淤埋高產(chǎn)農(nóng)田約35 hm2，淤積泥沙厚度40～120 cm，沿河溝、灌渠兩岸的大部分農(nóng)田難以復(fù)耕，嚴(yán)重威脅佑君鎮(zhèn)街區(qū)及沿河4個(gè)村670村民的人身安全。據(jù)野外調(diào)查，1998年泥石流為稀性泥石流，歷時(shí)約20 min，受溝域形態(tài)及支溝樹枝狀分布的控制，泥石流具有多峰的特點(diǎn)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形地貌

堡城河溝域地形總體上屬高山峽谷區(qū)，溝域內(nèi)地形陡峻，地形臨空條件發(fā)育，為溝域內(nèi)工程活動(dòng)棄渣，崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育以及泥石流松散固體物源的匯集提供了有利條件。

堡城河為安寧河的支流，地形西高東低。安寧河河岸高程1 480 m，泥石流形成區(qū)后緣山頂處高程2 490 m，相對(duì)高差1 010 m。溝域面積54.8 km2，北支主溝站溝長(zhǎng)度約8.2 km，南支主溝頭道河溝長(zhǎng)度約10.2 km(圖1)。

溝域岸坡以陡坡地貌為主，坡度35°～45°，岸坡植被發(fā)育，喬、灌、草均有生長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境較好。但由于人類工程活動(dòng)頻繁，岸坡堆放大量棄渣，同時(shí)引發(fā)崩滑不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流的發(fā)育提供了大量松散固體物源。

堡城河總體上為V型谷地貌，特別是上游溝段和各支溝，通常溝谷較為狹窄，縱坡較陡，水流湍急，且動(dòng)態(tài)變化較大，具陡漲陡落的山溪溝谷特征。堡城河中、下游段寬度略大，母豬龍溝以下溝段谷寬40～100 m，下游入河(安寧河)處，谷寬可達(dá)200 m。

圖1 堡城河溝域衛(wèi)星遙感影像

1.2 地層巖性

區(qū)內(nèi)主要出露花崗巖和第四系地層(Q)。

第四系地層主要為泥石流堆積物和沖洪積物，沿堡城河及支溝溝谷分布，另有少量殘坡積物沿斜坡坡腳地帶分布。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要為安寧河斷陷褶皺帶，沿安寧河河谷有兩條很陡的深大隱伏斷裂，使安寧河河谷形成相對(duì)沉降的地塹，邛海就是著名的斷陷湖。西昌-邛海沉陷區(qū)沉積第四系厚度達(dá)200～1 000 m。

1.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水賦存條件、含水介質(zhì)特征等，研究區(qū)地下水劃分松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水。

孔隙水賦存于沖溝中第四系崩坡積、沖洪積等松散堆積層中，以潛水為主，水位埋深變化較大，沿沖溝狹長(zhǎng)分布，水力坡度陡；受季節(jié)性影響明顯，含水條件和水力聯(lián)系好，滲透性強(qiáng)，與溪溝地表水有密切的水力聯(lián)系，表現(xiàn)為互補(bǔ)關(guān)系。

基巖裂隙水主要賦存于花崗巖中，由于地下水的賦存條件和巖石裂隙發(fā)育程度的差異，各地層中的富水性很不均一，該類型水主要埋藏于各類巖石裂隙中，以大氣降水補(bǔ)給為主。

2 泥石流發(fā)育特征

2.1 泥石流各區(qū)段沖淤特征

2.1.1 清水區(qū)沖淤特征

堡城河北支主溝站溝上游及各支溝上游清水區(qū)普遍坡度較大(多在30°～35°)，溝谷縱坡較陡(普遍在300‰以上)，清水區(qū)的沖淤特征應(yīng)表現(xiàn)為以沖為主的特征。但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，這些地段并未表現(xiàn)出顯著的沖刷跡象。主要原因有兩個(gè)方面，一是這些溝段主要位于溝谷上游地區(qū)，雖縱比降較大，但匯水面積較小，因此尚不形成強(qiáng)烈沖刷所需的水動(dòng)力條件，二是這些溝段普遍松散層較薄，有的為基巖裸露，且上游溝源地帶普遍森林植被非常發(fā)育，溝床抗沖刷能力較強(qiáng)，綜合上述因素，該區(qū)溝床大多表現(xiàn)為沖淤平衡的特點(diǎn)。

2.1.2 物源區(qū)沖淤特征

堡城河主溝及支溝物源區(qū)的沖淤特征視不同溝段和主、支溝條件的差異而表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，另外，因降雨量及其分布的不同、溝道內(nèi)洪水(或泥石流)流量的差異，其沖淤現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)一定的差異，總體上看，主溝上段沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)，主溝下段沖淤特征表現(xiàn)為以淤為主的特點(diǎn)，而各支溝普遍表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)。

堡城河北支主溝站溝在站溝中上上游段由于溝谷縱比較相對(duì)較大(平均400‰)，溝床相對(duì)狹窄(一般為5～20 m，局部地段溝道寬度僅5～10 m)，局部地段可見(jiàn)基巖溝床。這些特點(diǎn)決定，在具備較強(qiáng)的水動(dòng)力條件時(shí)，泥石流下蝕作用通常大于堆積作用，其沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)。但在溝道拐向局部地段也可能出現(xiàn)小規(guī)模的淤積，形成泥石流的淤積段；在站溝中下段(馬家溝以下至堡城河出口)，由于溝谷縱比降較緩(一般60%～100‰)，且溝床寬度較大(一般20～50 m，局部可達(dá)80 m)，這種特征決定其泥石流沖刷能力相對(duì)較弱，沖刷深度較小，在小規(guī)模暴雨洪水或泥石流條件下，其淤積的速度大于侵蝕的速度，其沖淤特征表現(xiàn)為以淤為主的特點(diǎn)，但在發(fā)生大規(guī)模暴雨洪水或泥石流的條件下，則可能轉(zhuǎn)化為沖刷侵蝕，但其沖刷深度相對(duì)較小；各支溝物源區(qū)主要分布于支溝上段，其縱坡也普遍較大(普遍在300‰以上)，且溝道往往較為狹窄(一般僅5～20 m)，這種條件決定其沖刷下蝕作用往往較為強(qiáng)烈。因此，支溝泥石流物源區(qū)表現(xiàn)出以沖為主的特點(diǎn)。

堡城河南支主溝頭道河溝在中上游段由于溝谷縱比較相對(duì)較大(平均450‰)，溝床相對(duì)狹窄(一般為5～20 m，局部地段溝道寬度僅3～8 m)，局部地段可見(jiàn)基巖溝床。這些特點(diǎn)決定，在具備較強(qiáng)的水動(dòng)力條件時(shí)，泥石流下蝕作用通常大于堆積作用，其沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)。但在溝道拐向局部地段也可能出現(xiàn)規(guī)模不小的淤積，形成泥石流的淤積段；在中下段(紙房村以下至堡城河出口)，由于溝谷縱比降較緩(一般50%～110‰)，且溝床寬度較大(一般20～40 m，局部可達(dá)60 m)，這種特征決定其泥石流沖刷能力相對(duì)較弱，沖刷深度較小，在小規(guī)模暴雨洪水或泥石流條件下，其淤積的速度大于侵蝕的速度，其沖淤特征表現(xiàn)為以淤為主的特點(diǎn)，但在發(fā)生大規(guī)模暴雨洪水或泥石流的條件下，則可能轉(zhuǎn)化為沖刷侵蝕，但其沖刷深度相對(duì)較小；各支溝物源區(qū)主要分布于支溝上段，其縱坡也普遍較大(普遍在300‰以上)，且溝道往往較為狹窄(一般僅3～12 m)，這種條件決定其沖刷下蝕作用往往較為強(qiáng)烈，因此，支溝泥石流物源區(qū)表現(xiàn)出以沖為主的特點(diǎn)。

2.1.3 流通堆積區(qū)沖淤特征

流通堆積區(qū)分布于站溝出山口的站溝村段及頭道河溝出山口的油碾村段以下的溝段，由于其溝道坡降為50‰～70‰，較平緩，而溝道寬度則更大，泥石流的勢(shì)能降低，這種條件決定該溝段沖淤特征仍為以淤為主的特點(diǎn)，形成堡城河泥石流堆積物源。

2.2 泥石流堆積特征分析

從堡城河泥石流堆積扇體的形態(tài)特征分析，堡城河泥石流為一老泥石流溝，溝口扇體為一老堆積扇。扇區(qū)范圍從油碾村段起至堡城河邊，總長(zhǎng)度約1 000 m，前緣寬度達(dá)500 m，堆積平均厚度達(dá)10 m以上，方量達(dá)500×104m3，而目前溝道主要由堆積扇體右側(cè)通過(guò)。這些現(xiàn)象表明，堡城河泥石流堆積扇體的形成經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)歷史變遷，其形成是多期次疊加的。從堆積扇體的形態(tài)看，堡城河泥石流至少經(jīng)歷過(guò)形成期—發(fā)展期的變化過(guò)程。堡城河泥石流曾經(jīng)暴發(fā)過(guò)大規(guī)模的泥石流活動(dòng)，在此次大規(guī)模泥石流活動(dòng)后，泥石流的活動(dòng)強(qiáng)度減弱，表現(xiàn)為后期泥石流堆積物覆蓋于前期的堆積扇上的后退式活動(dòng)；在后期泥石流活動(dòng)中，其溝道由老堆積扇右側(cè)通過(guò)，并在后期人類工程活動(dòng)的影響下，其溝道走向進(jìn)一步明晰，從而形成現(xiàn)有的形態(tài)。

3 泥石流的成因機(jī)制分析

堡城河泥石流為暴雨溝谷型泥石流。在泥石流形成過(guò)程中，溝域內(nèi)地形陡峻，溝谷上游和各支溝縱坡較大，為水源和泥沙的匯聚提供了有利的地形地貌條件；當(dāng)?shù)卮迕耖_(kāi)荒種地和修建公路對(duì)水土流失的加劇，支溝泥石流的發(fā)育和溝床內(nèi)的松散堆積物為泥石流的發(fā)生提供了豐富的松散固體物源，而暴雨則是泥石流形成的主要引發(fā)因素。

堡城河各支溝的泥石流主要為暴雨作用下大量匯集于溝道，在匯流過(guò)程中將坡面松散泥沙及坡面的各類松散堆積物源攜帶進(jìn)入溝道，并順溝而下，通過(guò)溝道揭底沖刷卷動(dòng)溝道內(nèi)的松散堆積物源，并將兩側(cè)溝岸松散固體物質(zhì)帶走，以滾雪球的方式下向游運(yùn)動(dòng)，從而暴發(fā)支溝泥石流災(zāi)害。

在暴雨作用下，各支溝的匯流大部分進(jìn)入主溝，因主溝的水流量遠(yuǎn)大于支溝，而支溝泥石流的固體物質(zhì)則部分停積于溝口平緩開(kāi)闊地段，部分匯入主溝，故支溝泥石流往往在匯入主溝后被大大稀釋，其重度降低，而流量則從上游向下游逐步增大，沖刷能力增強(qiáng)，并將主溝兩岸及溝底的松散固體物質(zhì)帶向下游。因此，主溝及支溝均為稀性泥石流或高夾沙洪水。

在泥石流形成過(guò)程中，溝域內(nèi)地形陡峻，溝谷縱坡大為水源和泥沙的匯聚提供了有利的地形地貌條件，堡城河中上游段兩岸及各支溝中上游地段公路棄渣現(xiàn)象和水土流失的強(qiáng)劇，以及溝道內(nèi)的溝道堆積物為泥石流的發(fā)生提供了豐富的松散固體物源，而暴雨則是泥石流形成的主要引發(fā)因素。由于溝谷流域面積大，地形陡峻，易于匯水，水源豐富，泥石流類型主要為稀性泥石流。

泥石流規(guī)模主要與溝域內(nèi)松散固體物源的累計(jì)和動(dòng)態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關(guān)。當(dāng)溝域內(nèi)松散固體物源累積較多，且遇到集中暴雨時(shí)，往往就會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。1998年泥石流后，溝域內(nèi)大部分可參與 泥石流的固體物源被泥石流帶走，經(jīng)過(guò)13年，溝域內(nèi)固體物源再次累積并遭遇了可激發(fā)泥石流的暴雨，再次將可參與泥石流活動(dòng)的松散固體物質(zhì)沖入堡城河。1998年后，當(dāng)?shù)卮迕耖_(kāi)荒種地現(xiàn)象增多及西鹽公路修建后堆棄大量石渣，可參與泥石流活動(dòng)的松散固體物源量也大大增加，在暴雨的作用下，發(fā)生大規(guī)模泥石流災(zāi)害的可能性較大。

4 結(jié)論

堡城河屬暴雨溝谷型泥石流，泥石流規(guī)模主要與溝域內(nèi)松散固體物源的累計(jì)和動(dòng)態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關(guān)，溝域內(nèi)松散固體物源累計(jì)較多，當(dāng)遇到集中暴雨時(shí)，可能就會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。從其堆積特征上看，堡城河歷史上曾發(fā)生過(guò)多期泥石流災(zāi)害，其中1998年暴雨激發(fā)泥石流危害最大。

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