淺析定西市漳縣石川鄉趙家莊灶爺溝泥石流災害成因

白革學 萬寶峰 劉蓓蕾 郁 文

（甘肅工程地質研究院，甘肅 蘭州 730050）

我國泥石流災害頻發，泥石流爆發迅猛、破壞力強，一旦發生將會造成不可挽回的生命財產損失[1]。以甘肅省為例，長期以來頻繁發生的泥石流地質災害給甘肅人民的生命財產安全和工農業建設帶來了嚴重威脅和危害[2-4]。極端降雨是泥石流地質災害發生的一個重要誘因[5-7]。研究泥石流地質災害形成機理逐漸形成了學術研究熱點問題[8-10]。由相關研究可知，泥石流是大量泥沙和石塊在水流和自身重力作用下沿溝谷流動的現象[11]。地震往往會爆發大量的泥石流災害，破壞性極大[12]。郭富赟等研究發現強降雨是爆發特大泥石流的控制性因素[13]。王生輝指出形成泥石流災害最主要的動力因素是短歷時強降水，特殊的地表地質特征是形成災害的物質基礎[14]。地震會通過破壞區域內的巖土體而引發泥石流災害[15]。在強降雨溝道徑流沖刷作用下，極易發生揭底起動而形成泥石流災害[16]。何元宵等將泥石流形成過程歸納為洪水下切、揭底、側蝕老泥石流堆積物，并裹挾松散物質形成泥石流[17]。除此之外，增加耕地和砍伐樹木等人類活動也為泥石流提供了必要的發生條件[18]。

選取漳縣蒲麻河流域內的灶爺溝泥石流作為研究對象，地理坐標E104°19′04″，N34°36′51″。主要勘查了泥石流溝的完整流域，面積11.9km2。在各種泥石流災害成因及其發生機理的研究上，結合筆者現場調查，分析其形成條件和爆發原因，探討其孕災機理，以期為后續的防治和監測預警提供參考。

1 區域內泥石流形成條件

灶爺溝位于漳縣東北部的蒲麻河流域內，是漳縣境內泥石流災害較為嚴重的泥石流溝之一。該區域內具有侵蝕構造中山地貌及多條活動斷裂，全年降雨量水平較高，容易造成泥石流災害。區域內2016 年6 月出現短時強暴雨天氣，地表水的匯集和地下水的徑流帶動大量松散物質快速流動，直接導致山體崩塌，進而引發了泥石流災害。

1.1 地質條件

灶爺溝流域內溝壑縱橫，溝坡陡峭，溝道縱比降較大，平面呈“桃葉”狀，泥石流形成區域大匯水面積、環流面積極窄的地形，短期內利于降水，并使坡面水流和支溝泥石流迅速積聚能量，侵蝕溝、坡和主溝內部物質，從而形成大規模泥石流，對溝道兩側及溝口堆積區的村民構成危害。

除此之外，勘查區附近新構造運動比較活躍，以差異性斷塊運動為主，特別是第四紀以來更加突出，發育了多條活動斷裂，主要有漳縣—車廠南，漳縣—康勿里和鹽井—孫家峽3 條正斷層和漳縣—馬坪和漳縣—碧峰兩條逆斷層，溝谷沿斷裂帶走向切割強烈，“V”型沖溝發育，為泥石流的形成提供了地形條件。

1.2 松散固體物質補給條件

松散固體物質作為泥石流災害發生的主要補給條件，是泥石流的主要組成部分，其儲量大小直接決定泥石流的性質及其規模。灶爺溝流域內松散固體物質儲量比較豐富，可分為坡面侵蝕、溝床堆積和溝岸崩塌三種補給來源。

1.2.1 坡面侵蝕物源

根據野外調查，流域內斜坡侵蝕物源主要為第四系坡積物和二疊系炭質板巖，殘坡積物結構疏松，粘結能力較差，炭質板巖表層全風化-強風化，局部已風化成土狀，膠結能力差，厚度一般為0.2～0.5 m，植被覆蓋率小于30%，降雨過程中易沿坡面滑塌，在水動力作用下匯入溝道，成為泥石流的主要物源之一，其各溝道殘坡堆積物總量可見表2。

表1 灶爺溝溝道綜合特征表

表2 灶爺溝流域內坡面殘坡積松散固體物質統計表

1.2.2 溝道松散固體堆積物補給

在灶爺溝區域內，由于流水長期沖刷侵蝕和泥石流間歇性搬運，河床地層結構松散。暴雨發生過程中，溝內集水后，沿程侵蝕溝體，容易攜帶沖出補給泥石流，本次計算溝道沖洪積物源，按主溝及各主要支溝單溝在1:10000地形圖上圈定出溝道松散固體堆積面積，再根據各區塊堆積物的平均厚度，結合勘探的沖刷深度經過估算見表3。

表3 流域內溝道松散固體物質儲量計算表

1.2.3 崩塌堆積物

灶爺溝主溝兩側岸坡有19 處潛在崩塌，結構松散，臨空陡峭。在降水和地震的作用下，極易坍塌，為泥石流提供固體物質。經統計匯總，勘查區崩塌體體積為34.7×104m3。

綜上所述，經勘查統計估算，灶爺溝內流域內固體松散物質儲量豐富，泥石流固體松散物質儲量約為372.63×104m3，溝道內總固體物質總量的約70%可轉化的泥石流物源量，為泥石流的形成發育提供了有利的條件，詳見表4。

表4 松散固體物質儲量匯總表

2 泥石流災害特征及過程分析

2.1 泥石流流域分區特征

根據灶爺溝泥石流的發育特征，將流域劃分為三個區，即形成區、流通區和堆積區。

2.1.1 形成區

位于流域的中上游，面積為11.3km2，占總面積的95.0%。主要由灶爺溝中、上游大部分區域內的主溝和兩側支溝溝腦構成，主溝道長3.9km，溝道縱坡降90%。該區溝道呈“U”字型，主溝底寬12～20m，溝道下切深度0.8～1.2m，溝岸坡度45°～65°，地形高差大，區內植被覆蓋率低于30%。上游出露地層的坡體上為二疊系灰巖和較薄的殘坡積碎石土，溝道內為沖洪積物。經調查發育17 處基巖崩塌和基巖—碎石土崩塌，溝道內的沖洪積物以漂礫、塊石及碎石土堆積為主。該區域匯流面積大，且地形地貌背景和水動力條件極易產生泥石流。形成區具備良好的松散固體物質補給條件，補給量占流域總補量的90%。

2.1.2 流通區

位于灶爺溝中下游，坡面多有大量的坡耕地。該段溝道長1.8km，溝道寬15～20m，面積為0.2km2，占總面積的1.7%。溝床受洪水沖蝕形成了固定溝道，溝床陡直，溝道縱坡降為60%，溝道與兩岸高差0.5～1.5m。溝岸坡度40°～50°，局部地段岸坡直立。岸坡上發育8 處殘坡積土崩塌體，可為泥石流提供豐富的松散固體物質。

2.1.3 堆積區

泥石流堆積區位于灶爺溝溝口，溝道長度300m，堆積區面積0.4km2，占總面積的3.3%。該溝溝口堆積扇形態明顯，扇軸長120m，扇形地中部寬280m，縱坡降60%。趙家莊村、趙家莊中學以及縣道X088 公路橫穿堆積扇。

2.2 泥石流形成過程及造成結果

勘察區年降水量分布不均，降水多集中在6-9 月，占全年的65%～70%，多為暴雨，降雨時間短且集中。灶爺溝泥石流形成的水動力條件主要來自大氣降水。

根據《泥石流災害防治工程勘察規范》提供的資料，該地區泥石流災害的降雨強度為25mm/d、15mm/h 或5mm/h1/6。根據勘察區近年來的統計數據，日最大降水量為112.3mm，小時最大降水量為98.6mm，十分鐘最大降水量為14.3mm。而降雨多以暴雨和連陰雨的形式出現，年平均暴雨天數達到2.6d，最長連陰雨11d，一般連陰雨天數為2～5d。暴雨和連陰雨集中在6-9 月，具有局部性和高強度的特點，其是泥石流、滑坡等災害的主要誘發因素。

2016 年6 月20 日8 時開始，漳縣境內連續發生降雨，灶爺溝范圍內降雨超過48 小時。6 月22 日10 時，灶爺溝范圍內降雨強度達到暴雨量級以上，并引發灶爺溝發生較大規模泥石流。依據灶爺溝泥石流的地質環境條件和泥石流發育特征，并結合6·22 泥石流的現場調查情況，對灶爺溝泥石流的形成過程進行簡要分析。

2.2.1 降雨過程及觸發原因

為了分析灶爺溝6·22 泥石流形成過程與降雨的關系，對泥石流流域附近的降雨資料進行了收集，并對周圍村民進行了調查訪問，通過對這些資料的整理，可以從時間順序得出泥石流流域附近各個時段降雨情況。6月20 日8 時至6 月22 日8 時泥石流發生前期，共48 小時內，強降雨未出現在泥石流流域范圍內，降雨時斷時續，雨量較小，溝道中徑流有所增加，但未溢出已有溝道。6 月22 日8 時至12 時，降雨量突然增大，降雨強度達到暴雨量級以上，每小時最大雨強值超過30mm，4 個小時內總降雨量超過60mm。受當地氣候條件控制，降雨隨著海拔升高會有顯著的增加。根據6·22 泥石流發生過程中降雨量變化過程，可以看出，短歷時的強降雨及其迅速形成的強大徑流在泥石流啟動過程中起到了控制性作用（如圖1 所示）。

圖1 區域內泥石流發生時降雨量（趙家溝村）

2.2.2 物源補給及起動原因

通過實地調查和現場調查訪問，綜合泥石流溝的地質環境條件及相關的泥石流發育特征。可以初步判斷6·22泥石流為溝床侵蝕主導型泥石流。屬于典型水力類泥石流災害，又因為水力類泥石流爆發頻率低，間歇周期長，難以監測預警，所以一旦發生，就會造成無法挽回的重大損失[19]。

灶爺溝上游泥石流匯水區，溝道長3.9km，溝寬一般12～20m，溝道縱坡降90%。溝岸坡度45°～65°。雖然區內僅有少量松散物源，以揭底沖刷和側蝕的方式啟動并參與泥石流活動，但由于該區段地形較陡，溝谷狹窄，有利于地表水流的匯集，水動力條件強大，為泥石流發生提供了基礎條件。灶爺溝中下游泥石流啟動區，也是物源集中補給區，該段溝道長1.8km，該段溝道受泥石流揭底沖刷和側蝕作用影響，溝床普遍下切1.0～1.5m。該區段內大量的溝床質松散物源在強烈的地表徑流的沖刷侵蝕下，溝道內堆積物被迅速掀動，短時間內，流體攜帶的固體物質迅速增大，溝谷中大量的堆積物被迅速攜帶而走，形成較大規模的物源補給。溝道岸坡的側蝕的作用也非常明顯，側蝕寬度可達5～10m，高度1.5～2m。該段為6·22 泥石流的發生起到了關鍵作用，在下蝕及側蝕作用下，大量的殘坡積物垮塌并且作為泥石流的物源，持續補給泥石流，泥石流的規模不斷擴大，破壞力也不斷增強。

由于灶爺溝中下游有較多的松散物質堆積在溝道中，受短時強降雨，上游徑流短時間內增大的影響，溝道內泥石流災害發生最初是由于的松散土體的流動，隨著水流流動，攜帶土體的沙石成分，其含沙量逐漸增加，并在向下游運動過程中，持續沖蝕兩岸物質同時掏蝕溝床物質，最終發展成泥石流。

該次泥石流災害受降雨影響較大，溝床下切深度在1.0～1.5m 區間內，根據坡面殘坡積物源計算，該區域內物源補給量1.19×103～1.79×103。

根據現場調研可知，泥石流沖進溝口左岸的趙家莊二社居民區內，含泥砂洪水深度達0.6m，沖毀22 戶居民的房屋60 余間，沖走摩托車及農用機械20 多輛，沖走牲畜30 多頭，淹埋耕地超過40000m2，設在溝道內的泥石流監測設備也被沖毀。所幸當時地質災害預警比較及時，無人員傷亡事故發生。目前，該溝泥石流威脅范圍內已有趙家莊一、二社、王家莊社三個村莊，農戶320 戶，村民1100 人；中學1 所，教職員工及學生150 人，耕地超過26 萬m2，鄉級公路3000m，高壓線路2000m，電信基座塔一處，威脅財產達4000 萬元。

依據《泥石流防治工程勘查規范》（DZ/T0220-2006）泥石流潛在危險性分級表判定，6·22 灶爺溝泥石流潛在危險性等級為特大型。

3 結論

3.1 灶爺溝屬于稀性泥石流溝結構。6·22 泥石災害流屬于典型的溝床侵蝕主導型泥石流，該日區域內四小時總降雨量超過60mm，在雨水的沖刷下，溝床質松散物源受到地表徑流的沖刷侵蝕，隨著地表徑流的加大，流體密度越來越大，大量的物質在短時間內聚集，造成了此次泥石流災害。

3.2 6·22 灶爺溝泥石流災害屬特大型泥石流災害，對周圍的環境和群眾的財產和生命造成了極大的不利影響，需要采取一定的防護措施，必要時需建立監測站。