阿圖什市城北泥石流災害形成機理與誘發因素分析

田遼東 徐偉平 巴建文

（甘肅省地質礦產勘查開發局水文地質工程地質勘察院，甘肅張掖 734000）

1 前言

阿圖什市位于新疆維吾爾自治區西南部，天山南麓塔里木盆地西緣，是新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的首府。城市北部低山丘陵區發育若干條溝谷，溝谷出山口距離阿圖什城區北部邊緣約300～500m，在極端天氣下引發和加劇泥石流災害的可能性較大。因此，深入分析泥石流形成機理和誘發因素，可以進一步為災情預報和科學防控提供科學依據。

2 阿圖什城北流域地質環境條件概述

2.1 氣象水文

阿圖什市地處中緯度歐亞大陸腹地，阿圖什市北部山區靠近托云——烏恰暴雨中心帶，局地性暴雨常見。與城北泥石流災害防治有關的河流主要是博古孜河和博孜塔格山山洪溝。根據對博谷孜河阿俄站歷年暴雨洪水資料分析，該站除了個別年份在4月和10 月發生暴雨洪水外，其余暴雨洪水均發生在5～9月。

2.2 地形地貌

阿圖什市城北泥石流分布區主要包括博孜塔格山低山丘陵區及山前沖洪積陡傾斜礫質堆積區。總體地勢北高南低，北部為低山丘陵區海拔1350～1650m，低山丘陵區發育若干條溝谷，均呈近南北走向，溝谷多呈樹枝狀，溝谷中植被不發育，基本處于裸露狀態。

2.3 地層巖性

泥石流分布區主要出露地層為新近系與第四系。新近系地層主要分布在低山丘陵區，巖性主要由礫巖、砂礫巖、泥巖、泥質砂巖組成。

2.4 地質構造

城北泥石流分布區地處西南天山與塔里木盆地的交界處，地質構造單元屬塔里木-華北板塊（Ⅰ級構造）的塔里木微板塊（Ⅱ級構造）鐵克里克地塊（Ⅲ構造），區內斷裂及褶皺不發育。受哈薩克斯坦-準噶爾板塊與塔里木-華北板塊之間的俯沖撞擊，本區域地震活動比較頻繁。

2.5 水文地質條件

區域地下水主要為碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。新生界碎屑巖類裂隙孔隙水分布在北部的低山丘陵區，該區為透水不含水區。山前平原區為第四系松散巖類孔隙水，主要接受雨洪補給，其次為基巖裂隙水側向補給，由北向南徑流，以地下徑流形式向平原下游排泄。

3 泥石流發育特征及類型

3.1 泥石流分布特征

西段主要分布有N1 和N2 泥石流，N1 泥石流由N1-1 和N1-2 兩條形成流通區相互間獨立泥石流溝谷組成。N2泥石流流域由N2-1、N2-2、N2-3等三條小型泥石流溝谷組成，規模較小。

N3 泥石流流域由N3-1、N3-2、N3-3、N3-4、N3-5、N3-6、N3-7等7條小型泥石流溝域組成，其中N3-1、N3-5 規模較大。N4 泥石流流域由N4-1 及N4-2、N4-3 等三條形成流通區相互獨立的泥石流溝域組成，其中N4-3 溝域規模較大。N3 泥石流與N4 泥石流位于北部低山丘陵區的中段。

東段主要分布有N5 和N6 泥石流，N5 泥石流流域有較大的N5-1 溝域和小型N5-2 溝域組成；N6 泥石流流域由較大的N6-1 溝域和小型N6-2 溝域組成。

3.2 物源類型及潛在物源計算

各泥石流溝域潛在物源量按可參與泥石流活動的溝槽中堆積物計算。以流域洪積扇下游二次啟動的泥石流物源按沖蝕部分計算。結果表明，阿圖什城區泥石流潛在物源量95.069×104m3，其中，低山丘陵區溝谷潛在物源量94.971×104m3，流域洪積扇下游二次啟動泥石流物源量0.98×104m3。

3.3 泥石流類型劃分

泥石流的類型可按泥石流形成的水源成因、物源成因、集水區地貌特征、爆發頻率、泥石流物質組成、流體性質及一次性爆發規模等條件進行劃分。

阿圖什市城北泥石流屬于暴雨類-溝谷型-高頻發-水石（砂）型泥石流。

4 泥石流形成條件與誘發因素分析

4.1 形成條件

阿圖什地區雖然屬于降雨量少蒸發量大的地區，但是北部山區靠近托云——烏恰暴雨中心帶，局地性暴雨常見。不論是平水年還是豐水年，低渦、冷鋒低槽等都能造成小范圍大暴雨，主要分布在5—9月，其特點是降水過程斷斷續續，強降雨是區內泥石流的主要形成條件之一。

4.2 泥石流特征值計算

4.2.1 固體物質顆粒級配

區內泥石流堆積物固體物質粒徑差別較小，最大粒徑達約120mm，最小為粘土小于2mm。根據洪積扇下游暴發泥石流形成的堆積物進行顆粒分析試驗，泥石流規模較大時，堆積物以圓礫為主，不均勻系數16.33～162.65，曲率半徑0.21～8.03；規模較小時，攜帶固體物質能力下降，堆積物主要為細砂。

4.2.2 流體重量及堆積物重度

針對阿圖什市城北泥石流流域各溝谷的流體特征和運動狀態是基本一致的，根據爆發時溝道洪水、泥石流的流體呈現稀漿狀，攜帶較多的固體物質顆粒，判定泥石流重度為1.20～1.40t/m3。根據對16 組下游堆積物野外試驗結果分析，泥石流堆積物重度為1.92 t/m3。

4.2.3 泥石流峰值流量

采用形態調查法和雨洪法分別計算。根據《泥石流設計規范》，形態調查法Qc=Wc.Vc 計算得出最大泥石流溝谷N5-2泥石流峰值流量67.06 m3/s。

雨洪法是假設泥石流與暴雨同頻率、且同步發生，計算斷面的暴雨洪水流量全部轉化為泥石流流量的假設條件下建立的計算方法。

根據雨洪法計算公式，計算得出最大峰值流量是N5-2泥石流溝，最大峰值流量為20.65 m3/s。上述兩種方法計算結果存在較大差異，分析對比調查結果，采用雨洪法計算結果更加符合實際。

4.3 誘發因素

阿圖什城北低山丘陵區泥石流溝爆發最初僅為高含砂的洪水，在其流動過程中，不斷有支溝水流的匯入，隨著高砂洪水流量的不斷增加，在具有較大總坡降的溝谷中，流速也隨之增加，高砂洪水在快速流動中產生的動能克服了溝谷中松散堆積物顆粒之間的阻力，啟動和攜帶固體顆粒隨之移動。泥石流攜帶固體物質的能力取決于泥石流流體的流量和溝谷縱坡度，各支溝中物源通過多頻次降雨洪流運移至大型支溝形成堆積區，當降雨量達到一定量引發山洪時，在坡降較大的溝谷容易爆發泥石流。故而區內泥石流的規模以及危害程度均取決于泥石流流量大小，也就是說，區內暴雨的降水量是誘發泥石流的唯一因素。

5 結論

阿圖什城北區域地形地貌及地質條件較復雜，泥石流發育程度較高，泥石流的類型主要以暴雨類-溝谷型-高頻發-水石（砂）型泥石流為主，最大規模的泥石流為N3 和N5 泥石流，泥石流潛在物源量約95.069×104m3，物源主要為強風化砂巖形成的坡積碎石土、礫巖、洪積形成的圓礫為主。根據測算，泥石流爆發最大峰值流量為20.65 m3/s。降水量和復雜的地質條件是該區泥石流形成和誘發的重要因素。持續監測和清理堆積區物源，疏通排洪通道，精準預報天氣變化和降雨量，是預防該區泥石流災害的重要措施。