河南泌阳石头河泥石流发育特征及成因分析

2013-08-15王付军左正金

地下水 2013年6期

王付军，左正金

(河南省地矿局第五地质勘查院，河南郑州450001)

该河道位于河南省泌阳县铜山乡白云山风景旅游景区内，历史上多次发生，尤其是2002年6月22日暴雨造成该沟暴发泥石流，冲毁耕地300亩、损坏房屋900间。目前，该河道仍有发生泥石流的可能，威胁6个村组居民共161户、525人的生命及1800万元的财产。因此，需对该泥石流沟形成条件、发育特征及成因机制进行分析研究，以便采取相应的防治措施。

1 泥石流形成条件

1.1 地形地貌条件

石头河沟道属于低山区，流域面积13.41 km2，地势北高南低，北部最高处高程983m，出口处约220m，绝对高差763m。主沟长5.74 km，平均纵坡降129.44‰。流域内沟谷上游窄、中游稍宽，下游较窄，形成不规则的簸箕状。受构造侵蚀及风化剥蚀等地质作用，冲沟较多且切割较深，一般切割深度为100～300m，支沟谷坡较陡，坡度约13°～30°。植被覆盖率约30%～50%，主要分布松木、杨树、柏树、栎木及草等乔灌木。

1.2 物源条件

区内泥石流主要具有坡面侵蚀、斜坡崩滑堆积物及沟床冲侵蚀等，这些均为泥石流爆发提供了物质基础。主要物质来源如下:

1.2.1 岩体破碎与崩滑

该区基岩为新元古界二长花岗岩，受白云山断裂影响，形成了多组节理，纵横交错的节理把岩石切割成大小不等形态各异的块体，破坏了岩体的完整性，致使风化较强。目前，风化层厚度一般约0.5～2.0m，最大处大于10m;山体斜坡上堆积的诸多块石;沟谷的中上游山坡脚尚有数处风化崩解与小型滑坡形成的堆积物。

1.2.2 残坡积物失稳

山体中下部沉积有1.0～5.0m的残坡积物，其岩性为碎石类土，该类土体在自然状态下抗剪强度较高，遇水后抗剪强度迅速变小。另外，在山体坡脚处多因人类工程活动影响形成陡坎，陡坎高度3～5m，改变了原始斜坡地貌和工程地质条件，造成斜坡失稳，形成松散堆积体坍塌，为泥石流提供充足物源;

1.2.3 斜坡侵蚀

居民在山体斜坡上开荒耕种，植被破坏严重，在降水作用下发生雨滴溅蚀和面流侵蚀造成部分区段水土流失严重。

1.2.4 沟道冲积松散洪积物侧蚀或侵蚀再搬运

该区沟道两侧在历史时期沉积有冲、洪积物质，厚度不等，一般1.0～3.0m，最大厚度约5.0m，这些物质在强降水下产生高速度的洪水径流冲刷，引起沟道松散物质启动搬运为泥石流提供物源。

经计算，可参与泥石流活动的动储量为68.2×104m3。

1.3 水动力条件

工作区位于河南省降水中心地区，泌阳县多年平均降水量890.5 mm。降水主要集中于雨夏季，6—9月份降水量占全年的64.3%左右。实测最大年降水量为1440.8 mm，24小时最大降水量373.3 mm，6小时最大降水量199.9 mm，小时最大降水量116.4 mm，10分钟最大降水量32.5 mm，丰富的降雨量为泥石流形成提供充足的水源。另外，强降雨对山体坡面造成强大溅蚀冲刷作用，同时，因沟道较陡，强降水易导致径流加快，为泥石流形成提供巨大的动能。

2 泥石流发育特征

2.1 历史活动特征

据当地居民介绍，该沟于2002年6月22日，泥石流发生前连续出现连续降雨，强大的洪水引发山体滑坡，滑坡体参与洪水形成更大的洪峰流量，侵蚀冲刷沟道松散物质启动发生规模较大的泥石流，泥石流灾害造成耕地和房屋损坏，幸无人员伤亡。但造成600人无家可归。据访问，历史上该沟曾于1955年、1975年、1984年发生规模不等的泥石流灾害。

2.2 泥石流堆积特征

该沟进入下游因地势变缓，在泥石流活动前期以流通侧蚀为主，到后期即出现堆积，沟口则出现堆积扇。堆积体密实，颗粒混杂，受降雨影响后期改造严重。从现场调查与探槽揭露分析，堆积扇从沟口至前缘及扇形中轴向两翼呈规律变化，即颗粒从块石夹碎石土过度到砂砾土。堆积物中有树根夹杂其中，分选性不明显。块石为花岗岩，直径0.2～0.5m，个别达0.6m，含量约占60%。

2.3 泥石流活动特征

从该沟泥石流物源分布和沟道特征及泥石流形成分析，泥石流形成于流域中上游，主要支沟有7条。高程介于275～983m之间，高差708m，纵比降113‰左右。受风化及构造裂隙影响，两侧沟壁岩体较破碎，大量松散固体物质堆积在沟谷两侧山坡上和沟道内，为泥石流的形成提供了有利条件;流通区则分布在中下游，高程在240～275m之间，相对高差35m。该沟段长约1.5 km，平均纵坡23‰，沟两岸岸坡陡峻，沟谷呈“U”型，沟道比较顺直，宽度40～100m，有利于泥石流体的流通;堆积区在下游至沟口一带，高程200～240m，相对高差40m，沟段长约4.89 km，平均纵坡9‰，平均堆积厚度3.82m。该段地形相对宽缓，为泥石流堆积区。

3 泥石流沟类型

3.1 泥石流暴发频率

通过对当地人的访问，该沟自建国以来出现4次规模不等的泥石流，按《泥石流灾害防治工程勘查规范》(D/T 0220－2006)评判属于低频泥石流。

3.2 泥石流规模

根据调查访问与计算验证，2002年该沟发生泥石流的一次堆积总量约10.28×104m3，属于中型泥石流。

3.3 泥石流流体容重与流速

根据调查试验和依据《泥石流灾害防治工程勘查规范》附录G表2按量化评分值，该沟泥石流容重为1.56 t/m3。

4 泥石流沟成因分析

流域内地形陡峻，高差大，岩体裂隙发育，为崩塌提供有利条件;流域面积较大，降水量充足，沟床纵坡大，为泥石流形成提供了有利的汇水条件和势能条件;人工削坡改变土体平衡状态，为坡体提供了滑动空间;沟谷斜坡及沟道内储存丰富的松散物源。因此，在连续降雨条件下，斜坡岩土体饱度逐渐增加，力学强度逐渐降低;随着降雨继续及雨强加大，斜坡径流深度增加及径流加快，水流盖层使得土体内部产生孔压并短时间内无法正常消散，致使土颗粒间联结力弱化，浅表层土颗粒开始会因浮力与重力相当而发生悬浮并在冲刷拖拽侵蚀力作用下游离母体;随着降雨继续，降雨入渗补给地下水量增大，岩土体处于饱和或过饱和状态，此时不仅自重增加，力学强度降至最低值，而且孔隙水压力继续加大，土体内部因孔隙水压力急剧上升而造成土体平衡力失衡而发生滑坡，而岩体则因平衡条件破坏发生崩塌，崩滑体冲入沟道参与洪水形成泥石流。急速进入沟道的崩滑物对沟道堆积物造成巨大冲击，在冲击晃动沟中砂砾土之时，还会在瞬时升高饱和土体孔压，造成沟道堆积砂砾土松动悬浮与沟道强大洪水掺混形成泥石流体。另外河道的堆积物在强降雨造成的快速洪流侵蚀冲刷作用下，浅层物质逐层启动直至揭底亦会形成泥石流。

5 泥石流易发程度分析与评价

根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》附录G“泥石流沟的数量化综合评判及易发程度等级标准”的指标有“崩塌、滑坡及水土流失(自然和人为的)严重程度、泥沙沿程补给长度比、沟口泥石流堆积活动、河沟纵坡、区域构造影响程度、区域构造影响程度、流域植被覆盖率、河沟近期一次变幅、岩性影响、沿沟松散物贮量、沟岸山坡坡度、产沙区沟槽横断面、产沙区松散物平均厚度、流域面积、流域相对高差、河沟堵塞程度等15项指标。进行分析，确定分值，最终得出综合评分值为81，属轻度易发。

根据前述泥石流形成特征的分析，该区暴雨中心区域，降雨量大，且24 h、6 h及1 h雨量均较大，加之流域内松散固体物源丰富，在特殊降雨年份，仍会发生较大规模的泥石流灾害。