甘肃舟曲三眼峪沟泥石流的形成条件与发展趋势

胡向德，毕远宏，魏 洁

（甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050）

0 引言

2010年8月8日凌晨，舟曲县城北侧三眼峪沟和罗家峪沟同时暴发特大山洪泥石流，造成大片村民房屋和县城建筑被淤埋、摧毁。泥石流堆积物堵塞白龙江形成的堰塞湖使近三分之一的城区被淹，县城道路交通、供水、供电、通讯系统陷入瘫痪。三眼峪沟流域所处的地质环境和所在区域的降雨特征显示，该沟泥石流的形成极其独特。本文笔者实地调查、勘测，对形成三眼峪沟泥石流的形成条件和该沟泥石流发展趋势进行了深入分析。

1 区域地质环境概况

舟曲县位于甘肃省南部，地处西秦岭地质构造带南部陇南山地［1］，属嘉陵江上游白龙江流域。境内西秦岭与岷山山脉呈西北—东南向横贯全县，高山叠置，沟壑纵横，坡陡谷深，地势险峻。舟曲县城依白龙江而建，夹于南北两山之间，依山傍河，地域狭窄，主城区建于三眼峪沟、罗家峪沟、寨子沟、硝水沟等泥石流堆积扇上。

三眼峪沟流域位于舟曲县城北侧，属白龙江一级支流，流域面积24.1km2。整个流域处于西秦岭南带印支期冒地槽褶皱带西段白龙江复式背斜北翼［1］，处在两条北西走向的区域性挤压断裂带所夹的断块之间（图1），由北向南展布两条与区域性断裂带走向基本一致的正断层，错段山体而呈现阶梯状断块山特征，断裂两侧岩层破碎，褶曲强烈，角砾岩、破碎岩十分发育。流域内出露的前第四纪地层以二叠系为主，分布于流域中、上游，岩性主要为厚层块状灰岩、中到薄层硅质条带灰岩、白云质灰岩、大理岩化灰岩及白云岩化鲕状灰岩，岩层产状 192°～ 210°∠68°～72°。流域下游出露中泥盆统古道岭组，岩性为炭质板岩、千枚岩夹薄层灰岩及砂岩，岩层产状234°∠54°。流域内第四系广泛分布，其成因类型复杂，主要有风积黄土、残坡积、冲洪积及崩塌、滑坡等重力侵蚀堆积物质。

2 泥石流形成条件

三眼峪沟流域在地形、固体物质储备和降雨三个条件上具有极端性，是2010年8月8日爆发特大型泥石流灾害的根本原因。汶川地震造成沟坡山体失稳和稳定性降低，极大增加了三眼峪沟内的固体物质储备。

2.1 地形条件

三眼峪沟流域平面形态呈“勺”状，由大眼峪沟、小眼峪沟呈“Y”形构成。大眼峪主沟长5.3km，沟床比降平均为272‰，两岸山坡坡度平均50°；小眼峪主沟长5.1km，沟床比降平均为281‰，两岸山坡坡度平均54°。流域内最高点海拔为3828m，出山口海拔为1550m，与白龙江的汇流点海拔为1340m，最大相对高差2488m。流域内共有大小支沟59条，沟壑密度1.9条/km2。主沟、支沟呈树枝状交汇，各主要支沟沟床平均纵比降均大于400‰（表1）。沟口堆积区呈长条形，南北长约2050m，中前部宽437m，平均比降为98‰，面积0.87km2。

图1 区域地质构造图Fig.1 Simplified geological map of the Sanyanyu basin

表1 三眼峪沟流域内各沟谷地形要素统计表Table 1 Geometric parameters of branches of the Sanyanyu gulley

三眼峪沟的地形特征显示，“勺”状沟谷形态及密集发育的支沟对于短时间内汇集大量水流极为有利，陡峻的沟谷地形使泥石流的形成和流动具备强大的势能，沟口开阔扇形地为泥石流的剧烈冲击提供了宣泄场所。

2.2 固体松散物质储备

根据调查，三眼峪沟内储备的泥石流松散固体物质主要有：崩塌、滑坡、坡面残坡积物、沟道堆积物、危岩体等五类（图2）。

图2 三眼峪沟山洪泥石流发育背景条件图Fig.2 Map showing geological settings and morphological divisions of the Sanyansu basin

（1）崩塌

崩塌是该流域内泥石流的主要补给物源。流域内共分布大、小崩塌50余处，崩塌面积1.302km2，总体积2829.4×104m3。崩塌在主、支沟两侧呈倒石堆状分布，形成线状坡积裙。部分沟段，如大峪口、小峪口、罐子坪及歪脖子等处崩塌堵塞沟道（图3），形成4道高80～280m的天然堆石坝，规模最大的为大眼峪沟罐子坪崩塌群，该处崩塌总体积达612.4×104m3。崩塌形成的天然堆石坝由于规模大，块石粒径大（1～13m），在一般条件下（地震除外）稳定性状态较好，水流难以搬运，但在强降雨形成的地表径流冲蚀下，成为直接补给泥石流的主要物源之一。

（2）滑坡

图3 罐子坪崩塌实测剖面图Fig.3 Cross section of rock fall deposits at Guanziping

三眼峪沟流域内滑坡分布较少，共有4个，总面积0.11km2，总体积94.9×104m3。主要分布在生地头坡、桥子梁等地，均为堆积层滑坡，规模为中小型。所有滑坡整体稳定，坡面植被覆盖良好，在沟谷地表径流的冲蚀下，滑坡前缘多形成坍、滑、塌而进入沟道，成为泥石流的补给物质。

（3）沟道堆积物

三眼峪沟流域内一些较开阔沟段，如大眼峪口、峪口里、罐子坪、滴水崖及一些支沟沟口，早期泥石流物质在搬运过程中沿沟道停积，为后期泥石流发生提供了物质来源。根据坑探揭露及地震物探解译结果显示，沟道堆积物厚度一般为6～22m，沟道堆积物总量840×104m3。

（4）坡面残坡积物

本区构造断裂发育，岩体破碎，残坡积物质广布，厚度较大，结构松散，粘结力较差，细粒物质丰富，易被水流冲蚀、搬运，为泥石流提供细粒物质，增加了泥石流的泥沙量。流域内坡面残坡积物储量约315×104m3。

（5）危岩体

三眼峪沟流域内构造裂隙及卸荷裂隙发育，沿沟道两侧岩壁分布有大量危岩松动体，尤其集中分布于三眼峪沟主沟、小眼峪沟中下游及大眼峪沟中游地段。较大规模危岩体 13处，总体积 64.1×104m3。这些危岩体在如地震、强降雨作用下失稳，直接坠入沟道，也成泥石流的补给物质。

根据三眼峪沟流域内松散物质的堆积位置、发育特征、稳定程度、向泥石流的转化方式以及沟坡侵蚀强度及沟坡植被覆盖率估算，流域内泥石流固体松散物质储备量达4143.52×104m3，其中可转化为泥石流的固体物质总量为2693.84×104m3，域内单位面积可补给量达111.78×104m3。流域内固体物质总储量及其可转化为泥石流的物质总量之丰富，非常罕见。流域内各类固体物质储量及其可转化为泥石流的总量如图4所示。从图中可以看出，崩塌堆积物是三眼峪沟泥石流固体物质的最主要来源，其余依次为沟道堆积物、坡面松散覆盖层、滑坡堆积物、危岩体。

图4 三眼峪沟流域内泥石流固体松散物质储量及可补给量Fig.4 Types of source materials for the debris flow at Sanyanyu Gulley

2.3 水源条件

舟曲县所在区域的气候属北亚热带向北温带的过渡区，气候垂直变化明显。随海拔升高，山地暴雨雨量增高。区内多年平均降雨量为435.8mm，年最大降雨量579.1mm，年最小降雨量253mm。年内降水分配不均，主要分布在5～9月份，具有降雨集中，暴雨多，局地性降雨强度大的特点。自20世纪70年代以来，三眼峪沟发生泥石流的降雨资料［2］显示，激发三眼峪沟泥石流1h雨强多在30mm以上（图5）。

图5 近几十年来三眼峪沟泥石流发生时间及降雨特征Fig.5 Rainning types and time for the debris flow at Sanyan yu Gulley nearly ten’s years

气象观测数据显示，2010年8月 8日当地强降雨持续约40 min，降雨量超过77.3mm［3］，最大降雨量出现在舟曲县城东南10km的东山镇，降雨量96.3mm，舟曲县西北方向上游的迭部县代古寺为93.8 mm［4］。据此推断，三眼峪上游地区与这两个地区地处同一降雨带，降雨量与东山镇、代古寺相当，是舟曲县建站以来的最大降雨强度。这次大强度暴雨有别于一般性暴雨，其降雨强度大，历时较长，远远大于历史上激发三眼峪沟泥石流的小时雨强。这场罕见的超强降雨在三眼峪沟汇集后，导致这次特大型泥石流的发生。

2.4 汶川地震对三眼峪沟泥石流的影响

舟曲县作为汶川地震的重灾区，强地震的波及直接松动沟内岩土体，加大了坡面冲蚀强度和范围，使松散物质累积速率不断增高，由此也为泥石流形成创造了条件。根据本次调查并结合前期资料［3］对比分析，汶川地震降低了流域内已有危岩松动体的稳定性，造成大量岩块、碎石崩落于沟内，其崩落面清晰。同时地震后，沟内新增9处危岩体，使流域内可补给泥石流的危岩松动体数量达到60×104m3以上。本次大强度降雨冲蚀后，陡壁地段稳定性差的危岩体崩塌进入沟道，直接增加了泥石流固体物质。地震对流域内已有的崩塌、滑坡堆积体及岩坡表层土体的影响尚难以用数量表示，但上游高山草甸区（植被覆盖率25％ ～50％，坡度小于35°）、主沟两侧陡坡段一些灌丛密布的残坡积层及崩塌堆积体表层被冲蚀强烈，细沟发育，切蚀深度达十余厘米至一米多，除强降雨的直接影响外，与汶川地震作用也有直接的关联性。

2.5 生态环境破坏对三眼峪沟泥石流的影响

历史上三眼峪沟内林木茂盛，植被良好，是舟曲县重要木材区之一。20世纪50年代以后，以县城为中心的人类破坏生态环境的现象日益严重，伐木毁林、陡坡耕植、开山炸石、挖沙取土等工程活动导致流域内植被覆盖面积不断减少，生态环境不断恶化，水土流失不断加剧和泥石流活动频繁。由于不断采伐，泥石流堆积扇上钻探揭示，泥石流堆积体下部堆积物质以碎石、漂石为主，泥沙含量很少，渗透性强，至上部细粒物质含量逐步增高。由此推测，三眼峪沟流域内大量植被砍伐后，致使该沟输沙量不断增加，泥质含量不断增高。

3 泥石流发展趋势

三眼峪沟易于汇水、坡陡谷深、沟床纵比降的地形条件、内仍然储备的大量松散固体物质、未来可能增加的固体物质、以及区内频发的极端降雨条件显示，该沟泥石流活动仍将处于活跃期。

“8.8”特大泥石流的发生，很大程度上改变了流域内固体松散物质补给泥石流的方式，降低了沟道两侧原有崩塌堆积体的稳定性，因而，进一步加大了可补给泥石流的松散物质量。但是，大眼峪沟和小眼峪沟未来泥石流可以启动的固体物质类型可能有所不同。本次泥石流发生后，小眼峪沟流域内大量残坡积物质、原沟道两侧崩塌、滑坡物质被冲蚀进入沟道，在水泉流沟和峪支沟交汇处上游沟段内大量停积，极大的增大了沟道堆积物质，形成垄岗状沟床地形，部分地段沟床被抬高达3～8m，其堆积物质松散，阻碍水流，极易被沟道地表径流直接冲蚀、搬运，成为泥石流再次发生的主要固体物质来源。大眼峪沟经过“8.8”泥石流冲蚀，沟道两侧原有的崩塌、滑坡堆积体前缘物质被冲蚀带走，其稳定性显著降低。特别是罐子坪地段的巨型崩塌形成的天然堆石坝被切开，形成切深15～43m、宽4～18m的沟槽地形，崩塌堆积体失去侧向支撑，稳定性降低，在地表径流的冲蚀下，其松散物质将不断进入沟道，牵引后部物质不断向沟内滑移。目前，罐子坪下游侧右岸崩塌堆积沟段已形成长120m、宽1～3m的弧线裂缝带，发生滑坡堵断沟道势成必然（图6）。该地段经“8.8”泥石流冲蚀后，其地形条件、固体松散物质稳定状态已发生明显变化，原有稳定的、基本不参与泥石流活动的崩塌体，将成为易补给泥石流的松散物质，从而使大眼峪沟内可补给泥石流的物质大幅度增高。

图6 大眼峪沟罐子坪地段“8.8”泥石流冲蚀后崩塌剖面图Fig.6 Cross section of the eroded rock fall deposits by by“8.8”debris flow at Guziping

再之，本区处于地震高烈度区，周边地震活动频繁。如果周边再有地震活动，将导致沟内更多斜坡失稳，增大泥石流固体物质补给量。尽管“5.12”汶川地震直接导致沟内危岩体数量增多，但是，地震造成的大量“内伤”还尚未表现，这些内伤可能将加剧沟坡失稳，增大沟内固体物质储量。

近年来，从甘肃省内外气候变化特征来看，气候异常波动显著，区域性或局地性极端气候频繁出现，极度干旱和极端降雨相间发生。2010年甘肃东部和南部先期出现长时间、大范围干旱，7、8月份相继在陇东、舟曲、陇南、天水等地出现短历时、大强度降雨，局地降雨强度达到百年或两百年一遇，导致大范围的地质灾害。舟曲县正处于近期气候异常变化区域内，一旦再次出现降雨量大于30mm的降雨，三眼峪沟很可能再次发生泥石流灾害。另一方面，经过“8.8”泥石流后，大量松散泥沙、石块在三眼峪沟的主沟道集中，这些物质很容易被泥石流直接启动。据此推测，未来发生泥石流规模可能更大。

4 结论

（1）三眼峪沟流域在地形、固体物质储备和降雨三个条件上的极端性，是2010年8月8日爆发特大型泥石流灾害的根本原因。三眼峪沟流域山高坡陡，沟壑密集，沟床纵比降大，以崩塌为主的可补给泥石流的松散物质总量达2 693.84×104m3，为山洪泥石流形成提供良好的条件。2010年8月8日凌晨40分降雨量达77.3mm，极端降雨激发了三眼峪沟特大山洪泥石流。

（2）“8.8”特大泥石流很大程度上改变了三眼峪沟流域内固体松散物质参与泥石流的方式，降低了沟道两侧原有崩塌堆积体的稳定性，加大了可补给泥石流的松散物。加之前期汶川地震的深度影响及近年来气候呈现异常性波动，该沟很可能再次发生泥石流，并且规模和强度可能进一步增强。

［1］甘肃省地质矿产局.甘肃省区域地质志［M］.北京：地质出版社，1989.Gansu Geological Bureau.Regional geology of gansu［M］.Beijing：Geological Publishing House，1989.

［2］胡向德，余家懿，董抗甲.舟曲县三眼峪沟泥石流灾害勘查报告［R］.地矿部地质灾害防治工程勘查院西北分院，1996.HU Xiangde，YU Jiayi，DONG Kangjia.Investigation report of debris flow hazard in sanyanyu gulley［R］.Northwest Institute of Institute of Geological Hazard Investigation，Ministry of Geology and Mineral Resources，1996.

［3］赵玉春，崔春光.2010年8月8日舟曲特大泥石流暴雨天气过程成因分析［J］.暴雨灾害，2010，29（3）：289-295.ZHAO Yuchun，CUIChunguang，Weather and its change on August8.2010 for the debris flow disaster at sanyanyu gulley，Zhouqu County［J］.Rainstorm Disaster，2010，29（3）：289-295.

［4］胡凯衡，葛永刚，崔鹏.对甘肃舟曲特大泥石流灾害的初步认识［J］.山地学报，2010，28（5）：628—634.HU Kaiheng，GE Yonggang，CUI Peng.preliminary thoughts on the debris flow disaster at sanyanyu gulley，Zhouqu County［J］.Mountain Resarch，2010，28（5）：628-634.