天水市甘谷縣孫家溝泥石流發(fā)育特征分析

張 元

(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000)

1 序言

研究區(qū)位于甘谷縣城西南部，與遐邇聞名的大象山石窟相鄰，橫跨G316國(guó)道，交通十分便利。孫家溝流域內(nèi)固體松散物質(zhì)較為豐富，流域面積大，溝深坡陡，持續(xù)強(qiáng)降雨則有利于雨水迅速匯聚，匯集后水勢(shì)兇猛，邊流動(dòng)、邊攜帶流域內(nèi)的松散物質(zhì)，從而形成泥石流，發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害。因此，開展該地區(qū)泥石流的發(fā)育規(guī)律的研究，對(duì)該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。

2 自然地理概況

甘谷縣屬溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，四季分明。據(jù)該縣氣象資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫10.2 ℃，極端最高氣溫36.3 ℃，極端最低氣溫-19.2 ℃，年平均降水量為480.8 mm，年平均蒸發(fā)量為1 481.5 mm。渭河是流經(jīng)本區(qū)最大的過境河流，橫穿甘谷縣中部。孫家溝屬于渭河一級(jí)支流，屬常年流水型，發(fā)源地為甘谷縣白家灣鄉(xiāng)斜坡山梁，流域面積為25.3 km2, 流經(jīng)境內(nèi)總長(zhǎng)9.50 km，年平均降水總量1 385.14×104m3，年徑流量158.33×104m3，區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌較為發(fā)育。

3 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

第四紀(jì)以來，由于地球內(nèi)應(yīng)力不平衡，使一些構(gòu)造體系具繼承性活動(dòng)的特點(diǎn)，總體上區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以不均勻間歇性升降為主，表現(xiàn)為河、溝谷深切和普遍發(fā)育的Ⅰ～Ⅲ級(jí)階地等，都表明本區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較頻繁。

4 水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件

4.1 水文地質(zhì)條件

(1) 松散巖類孔隙水：區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水主要賦存于區(qū)內(nèi)泥石流堆積和沖洪積層碎石土中，水位埋深較淺，水位埋深介于0.5～1.5 m之間，含水層富水性好，厚度1～6 m，主要接受大氣降水、地表水入滲補(bǔ)給及基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，排泄方式主要沿含水層向下游涇流，滲透系數(shù)90～120 m/d，屬HCO3—Ca—Mg型水。

(2) 碎屑巖類孔隙裂隙水：區(qū)內(nèi)碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存于古近系地層中的含礫泥質(zhì)砂巖與砂礫巖的孔隙裂隙中，以潛水為主[1]。主要接受大氣降水補(bǔ)給，水量貧乏，泉流量一般在0.001～0.1 L/s，水質(zhì)較差，礦化度大于1 000 mg/L，水化學(xué)類型以SO42-型和SO42-—Cl-型為主，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，以泉或地下潛流的形式向河谷排泄[2]。

4.2 巖土體工程地質(zhì)特征

4.2.1 巖體工程地質(zhì)類型及特征

古近系(E)砂(礫)巖：屬于軟質(zhì)巖石、層狀構(gòu)造、礫狀結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)膠結(jié)，以接觸膠結(jié)為主，抗風(fēng)化能力弱，遇水極易軟化崩解，產(chǎn)狀350°∠20°，表層為強(qiáng)風(fēng)化層，厚度一般0.5～1.0 m。巖體工程性能一般，承載力較高，單軸飽和抗壓強(qiáng)度3～10 MPa，承載力特征值fak=450～600 kPa[3]。

4.2.2 土體工程地質(zhì)類型及特征

沖洪積土(Q4al+pl)：巖性以圓礫為主，河漫灘及Ⅰ級(jí)階地表層為粉土，圓礫呈濕～飽和，稍密～中密狀態(tài)，骨架顆粒約占總質(zhì)量的75%，其余為泥質(zhì)和砂質(zhì)充填，最大粒徑約為80 cm，磨圓度一般，多呈棱角狀，級(jí)配良好，分選性差，工程性能較好，承載力較高，承載力特征值fak=260～280 kPa，表層粉土結(jié)構(gòu)松散，稍濕～濕，厚度小，工程性能差，物理力學(xué)性質(zhì)一般。

殘坡積土(Q4el+dl)：分布于山體表層及坡腳，巖性以砂巖、砂礫巖殘積物為主，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，厚度小，工程性能差，物理力學(xué)性質(zhì)差，承載力特征值fak=100～120 kPa。

泥石流堆積混合土(Q4sef)：主要分布在溝口一帶，堆積混雜，主要以碎石為主，成分復(fù)雜，厚度變化大，工程性能差，物理力學(xué)性質(zhì)差。

5 泥石流發(fā)育特征

5.1 泥石流形成條件

5.1.1 地形地貌條件

天水市甘谷縣孫家溝泥石流流域平面形態(tài)近似呈"柳葉形"，整個(gè)流域內(nèi)植被覆蓋率差，流域山地以中山為主，左右兩岸的支溝呈樹枝狀發(fā)育，屬常年流水型溝谷，總流域面積25.3 km2，主溝長(zhǎng)9.50 km，主溝縱坡降約63.7‰，流域內(nèi)地勢(shì)由南向北傾斜，最高點(diǎn)高程為南側(cè)分水嶺1 916 m，最低點(diǎn)為溝口處，高程1 311 m，溝岸山體坡度30°～50°，局部近似直立。由此可知，若發(fā)生強(qiáng)降雨，雨水易通過坡面及支溝匯合，加之地形坡度較大，坡面及主溝內(nèi)的松散固體顆粒物質(zhì)極易被攜帶進(jìn)入泥石流溝內(nèi)，因此形成泥石流的地形條件充分[4]。

5.1.2 松散固體物質(zhì)補(bǔ)給條件

(1)溝道松散固體堆積物補(bǔ)給

孫家溝內(nèi)由于長(zhǎng)期流水侵蝕沖刷、泥石流間斷的搬運(yùn)及人工采砂，使河床內(nèi)地層結(jié)構(gòu)疏松，在強(qiáng)降雨工況下，溝道內(nèi)迅速匯水并沿程侵蝕，容易攜帶沖出。

(2)開挖隧道的棄土及堆積的砂石

孫家溝流域內(nèi)共4處砂廠及一處磚廠，據(jù)前期實(shí)地勘查，堆積砂石及棄渣總體積約14.26×104m3。在國(guó)土部門及相關(guān)責(zé)任部門的協(xié)調(diào)和監(jiān)督下，對(duì)溝道內(nèi)的砂廠及磚廠已經(jīng)關(guān)停。開采砂石料正在清理過程中，截至目前，約40%已被清除，剩余8.56 ×104m3正在清理中，建議在項(xiàng)目實(shí)施之前務(wù)必清理完畢。 孫家溝泥石流固體松散物質(zhì)儲(chǔ)量約為286.45×104m3，流域內(nèi)松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量豐富，為泥石流的形成發(fā)育提供了有利條件[5]。

(3)降水條件

本區(qū)降水量在年內(nèi)分配很不平衡，7—9三個(gè)月降水量為260.2 mm，占全年降水量54%。區(qū)內(nèi)具有降雨集中、雨強(qiáng)大的特點(diǎn)，中雨平均每年11.7次，大雨2.5次，暴雨為0.2次，大、暴雨集中在5—10月，而暴雨多出現(xiàn)在7月，一次連續(xù)最大降雨量205.8 mm，日最大降雨量93.5 mm(2006年8月27日)，小時(shí)最大降雨量40.0 mm，10 min最大降雨量25.4 mm。短歷時(shí)、高強(qiáng)度的降雨這種集中式、高強(qiáng)度降水為泥石流的形成提供了充沛的水源條件[6]。

5.2 泥石流基本特征

(1)形成區(qū)。形成區(qū)主要分布在流域內(nèi)的除北側(cè)以外的大部分區(qū)域，以近似環(huán)形進(jìn)行補(bǔ)給，面積23.03 km2，占流域總面積的93.03%，植被發(fā)育，植被覆蓋率約為10%，坡度30°～60°，局部近直立，強(qiáng)降雨過程中匯水迅速，來勢(shì)兇猛，通過坡面及支溝迅速匯入溝道中。

(2)流通區(qū)。主要分布于孫家溝主溝中上游區(qū)段，該區(qū)面積約為1.99 km2，占流域總面積的4.87%，溝床平均坡降較平緩。

(3)堆積區(qū)。主要分布于孫家溝主溝下游一帶，受河流沖刷及人工清理等原因，溝口泥石流沖洪積扇不十分明顯，形成了堆積-侵蝕循環(huán)過程，即在這次暴發(fā)泥石流時(shí)堆積的固體物質(zhì)，在下一次洪水過程中被沖入到渭河河道中。

5.3 泥石流的流動(dòng)特征

泥石流的流態(tài)、沖淤變化、流速及流量等受流域形態(tài)、溝道特征、固體松散物質(zhì)數(shù)量及補(bǔ)給特征、降雨強(qiáng)度等控制。孫家溝屬常年流水型溝谷，根據(jù)河谷地貌判斷該溝谷地貌發(fā)育已進(jìn)入老年期，主河河型基本穩(wěn)定，河谷不斷拓寬，以橫向切蝕為主，曲流發(fā)育，谷坡由低緩逐漸達(dá)到極限，溝岸側(cè)蝕現(xiàn)象發(fā)育，溝道變窄處尤為明顯，在彎道較大處有淤積現(xiàn)象，河道沖淤變化具有明顯的沿程補(bǔ)給沿程堆積特點(diǎn)。形成-堆積-侵蝕循環(huán)過程，即在這次暴發(fā)泥石流時(shí)堆積的固體物質(zhì)，在下一次洪水過程中被沖入主溝道中。當(dāng)水流量變小或洪流淹沒高河漫灘時(shí)，因溝道變寬，水動(dòng)力降低，水流挾砂能力減小，固體物質(zhì)大規(guī)模堆積。

5.4 堆積特征

區(qū)內(nèi)泥石流以溝道堆積為主，其次為溝口堆積，洪積物較為明顯，泥石流堆積物特征的變化主要表現(xiàn)在其堆積物粒度上。孫家溝中上游坡降比較大，泥石流流速較快，下游溝床相對(duì)較寬緩，坡降比相對(duì)較小，水動(dòng)力降低，固體物質(zhì)在下游段大量堆積，堆積厚度達(dá)到0.5～1.5 m。

5.5 泥石流堆積物粒度特征

孫家溝泥石流堆積物以圓礫為主，上游至溝口顆粒由大逐漸變小，一般粒徑介于2～40 mm之間，含量約占總質(zhì)量的55%，卵石含量約為15%，其余為泥質(zhì)和砂質(zhì)充填，表層可見零星分布的漂石，最大粒徑約300 mm，主要來源于基巖的風(fēng)化和崩解。

6 結(jié)論

近年來，隨著極端天氣的頻發(fā)，防災(zāi)減災(zāi)已經(jīng)是擺在地方政府面前的亟待解決問題，包括災(zāi)害的治理和隱患的排查工作，地方政府部門在這些方面也做了大量工作。基于此，本文選擇天水市甘谷縣一處比較有代表性的泥石流溝-孫家溝作為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了該地區(qū)泥石流的形成條件、基本特征、流動(dòng)特征、堆積物特征、堆積物粒度特征等方面的內(nèi)容，旨在為該地區(qū)的泥石流的治理和區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。