甘肅省合水縣姜家溝泥石流發(fā)育特征及形成條件研究

靳仲娥

(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000)

1 序言

姜家溝位于慶陽市合水縣。經(jīng)調(diào)查，合水縣泥石流爆發(fā)頻繁，68處泥石流按照物質(zhì)組成劃分，可分為泥流、泥石流兩種類型：泥石流30處，約占泥石流總數(shù)的44.12%；泥流38處，約占泥石流總數(shù)的55.88%。為了減少泥石流對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅，本文選擇固城鄉(xiāng)姜家溝泥石流流域作為研究對(duì)象，通過分析泥石流發(fā)育特征及形成條件，認(rèn)為陡峻的地形是形成泥石流的關(guān)鍵的地形地貌因素，豐富的松散固體物質(zhì)是形成泥石流的基本物質(zhì)，充沛的水源是泥石流形成的動(dòng)力來源。結(jié)合同類研究成果可為今后防治泥石流提供可靠的參考[1]。

2 地質(zhì)環(huán)境概況

合水縣姜家溝位于子午嶺—太白一帶，屬溫帶大陸性半干旱氣候，總的氣候特點(diǎn)是光照充足，少雨多風(fēng)。冬春干旱多風(fēng)，夏秋陰濕多雨，年降水量在500～600 mm。地貌形態(tài)總體呈溝梁相間的地形特征，由白堊系砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成基底格架，上部覆蓋黃土厚度50～120 m。地貌景觀主要為梁峁相間的黃土丘陵，海拔1 400～1 687 m，山坡坡度一般15°～25°，溝谷切割深度50～150 m不等，相對(duì)高差150～200 m。

3 姜家溝流域形態(tài)特征

姜家溝發(fā)源于固城河右岸黃土丘陵區(qū)，最終匯入固城河，為固城河右岸一級(jí)支溝。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該溝屬溝谷型泥流，流域呈“樹葉”形，其形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)特征明顯。該溝流域面積0.3 km2，主溝道總長(zhǎng)0.3 km，溝谷總體呈南北向展布，海拔1 130～1 330 m，相對(duì)高差200 m，溝床縱比降40‰(圖1)。

圖1 姜家溝泥石流流域分區(qū)示意圖

形成區(qū)面積約0.26 km2，溝谷斷面呈“V”字形，溝坡坡度35°～45°，溝床兩側(cè)坡體巖性主要以第四系全新統(tǒng)滑坡堆積物、崩塌堆積物為主，兩岸坡體植被較為發(fā)育，以野生雜草及零星生長(zhǎng)的灌木為主，覆蓋率約占30%。

流通區(qū)面積約0.02 km2，溝道長(zhǎng)0.5 km，谷坡坡度35°～40°，溝床比降40‰，溝道松散堆積物主要以第四系全新統(tǒng)洪積物為主，溝岸兩側(cè)小型潛在崩塌體居多，分布不連續(xù)，規(guī)模均為小型。由于后期侵蝕下切作用，以溝底再搬運(yùn)為主，最終將溝道松散堆積物攜帶至溝口處堆積。

堆積區(qū)面積約0.02 km2，洪積扇整體較為明顯，扇口擴(kuò)散角為83°，扇體坡度4°，扇長(zhǎng)130 m，扇前緣寬110 m，堆積區(qū)巖性主要以第四系全新統(tǒng)洪積粉質(zhì)黏土為主，洪積物疊加于固城河Ⅰ級(jí)階地上，扇體中部較厚，厚度可達(dá)4.5 m，兩側(cè)較薄，厚0～2.3 m，扇體兩側(cè)邊緣趨近于尖滅狀，扇體兩側(cè)已改造為耕地及居民區(qū)，扇體原有基本形態(tài)已不明顯。

形成區(qū)和流通區(qū)基本特征見表1。

表1 姜家溝泥石流形成區(qū)及流通區(qū)綜合特征表

4 泥石流形成條件

陡峻的地形、豐富的松散固體物質(zhì)和充沛的水源是泥石流形成的基本要素[2]。

(1)地形條件。姜家溝位于固城河河谷右岸黃土丘陵區(qū)，溝谷大致呈南北向展布。溝谷切割較深，兩側(cè)山體相對(duì)高差大，坡度陡；溝谷縱比降大，極利于降水在短時(shí)間內(nèi)匯集，坡面水流和支溝洪水短時(shí)間內(nèi)匯集在主溝道中，使溝道泥石流的規(guī)模和峰值快速升級(jí)，從而形成泥石流沖出溝外。而下游較開闊的溝谷地帶，為泥石流提供了沖出堆積場(chǎng)地。

(2)松散固體物質(zhì)補(bǔ)給條件。姜家溝泥石流溝流域內(nèi)松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量較豐富，分布廣泛，主要類型有滑坡、崩塌堆積物、坡面松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量和溝道堆積物等三類。

滑坡、崩塌堆積物是溝坡松散物質(zhì)直接向溝內(nèi)塌落或垮落形成，它是泥石流最直接、最易起動(dòng)的固體松散物質(zhì)。姜家溝泥石流形成區(qū)左右兩岸發(fā)育多處小型滑坡、崩塌，堆積體松散，易被沖刷，堆積物儲(chǔ)量約為100 × 104m3。

坡面松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量：溝內(nèi)兩側(cè)地形陡峻，出露巖性以馬蘭黃土、離石黃土和午城黃土為主，坡面松散物厚度較厚，在連續(xù)的強(qiáng)降雨下，表部松散物易沿坡面發(fā)生溜塌，極易被洪水沖刷、搬運(yùn)，成為泥石流的主要固體物質(zhì)補(bǔ)給物，其規(guī)模相對(duì)較小，坡面補(bǔ)給區(qū)面積約0.2 km2，補(bǔ)給厚度0.6 m，溝坡松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量約19.0 × 104m3。

溝道堆積物：溝道松散物質(zhì)是姜家溝泥石流的重要物源，主要為流域內(nèi)早期泥石流物質(zhì)在此搬運(yùn)形成，溝道長(zhǎng)0.5 km，平均寬20 m，平均厚度2.5 m，總儲(chǔ)量約2.5 × 104m3，為后期泥石流形成提供了豐富的物質(zhì)來源。

(3)降水條件。泥石流的形成與降水強(qiáng)度密切相關(guān)。據(jù)合水縣氣象站資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)降水量在年內(nèi)分配極不平衡，主要集中于7—9月，約占全年降水量的62%。多年平均降水量562.8 mm，年最大降水量794.7 mm(2003年)，年最小降水量309.9 mm(1995年)，日最大降雨量105.4 mm(2003年)，小時(shí)最大降雨量91.1 mm，瞬時(shí)降水強(qiáng)度較大，大于25 mm的頻率為5次/a，大于50 mm的頻率為0.9次/a，主要分布于4—10月，最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù)11天，降水量達(dá)240 mm。區(qū)內(nèi)高強(qiáng)度暴雨和連陰雨為泥石流的發(fā)生提供了充沛的水源。

5 泥石流發(fā)展趨勢(shì)分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并結(jié)合區(qū)域相關(guān)資料綜合分析，認(rèn)為姜家溝泥石流發(fā)展有較為明顯的逐步增強(qiáng)的趨勢(shì)，原因主要有以下幾個(gè)方面：

(1)從區(qū)域構(gòu)造來分析，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不斷隆升，導(dǎo)致溝谷不斷下切，水流侵蝕強(qiáng)烈，沿主溝道兩岸滑坡、崩塌、坍塌等不斷發(fā)生，形成的松散土體受溝谷地形條件的限制堆積于狹窄的溝道內(nèi)，從而為姜家溝泥石流提供了穩(wěn)定的物質(zhì)來源。

(2)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，在強(qiáng)降雨下，坡體水土流失趨勢(shì)越來越嚴(yán)重，坡面多形成沖溝槽，從而使得坡體上植被無法附著，降低了坡面的持水能力，導(dǎo)致積水流速加快，最終導(dǎo)致泥石流發(fā)生的頻率不斷提高。

(3)區(qū)內(nèi)年降水量較多，日最大降雨量105.4 mm(2003年)，小時(shí)最大降雨量91.1 mm，瞬時(shí)降水強(qiáng)度較大，雨量大是引發(fā)泥石流的原因之一。

6 結(jié)論

合水縣地質(zhì)環(huán)境脆弱，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，本文以典型的姜家溝泥石流作為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了該地區(qū)泥石流的形成條件及發(fā)展趨勢(shì)，得到以下結(jié)論：

(1)姜家溝流域內(nèi)松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量十分豐富，分布廣泛，松散物來源包括溝岸崩塌、滑坡物源、溝床堆積物源等，其穩(wěn)定性最差，為最易形成泥石流的物質(zhì)。

(2)姜家溝較陡峻的溝坡，溝腦和兩岸坡面發(fā)育多條支溝及沖溝，流域形態(tài)利于降水在短期內(nèi)匯集，沖蝕溝岸、坡面及主溝內(nèi)物質(zhì)，為泥石流的形成和流動(dòng)提供了足夠的水動(dòng)力能量。

(3)姜家溝泥石流呈不斷發(fā)展之勢(shì)，規(guī)模將趨于增大，頻率也會(huì)不斷增加。姜家溝流域下游溝道的不斷淤積抬升及泥石流活動(dòng)歷史和現(xiàn)狀也充分反映了處于發(fā)育期的泥石流發(fā)育特征。