白龙江与小江泥石流流域地貌演化比较分析

黄江成，欧国强，潘华利

(1.云南大学 亚洲国际河流中心，云南昆明 650091;2.中国科学院 山地灾害与地表过程重点实验室，四川成都 610041)

0 引言

地貌演化一直是地貌学领域内的重要研究课题之一。根据美国地貌学家W.M.Daivis1899年提出的“地理循环”学说，地貌演化是构造、时间和营力的函数，三个变量的不同组合变化，可把地形发育分为幼年期、壮年期和老年期。泥石流的发育和其它自然现象一样，有其发生、发展和消亡的过程。不同发育阶段的泥石流流域，其沟谷形态、活动强度和危害程度也不同。对于许多小流域，崩塌、滑坡产生的物质往往通过沟谷，以泥石流的形式输移到流域的外面，因此泥石流流域实际上是一个谷～坡耦合系统［1］。反映流域谷-坡系统的参数众多(包括切割密度、坡度、坡向、相对高差、主沟比降和坡面形态等)，由于主沟比降和坡面形态不但可以反映“谷”、“坡”的演化阶段，还能表征泥石流流域的稳定性与发展演化趋势，是侵蚀流域地貌演化阶段的一种外在表现形式，可选作泥石流的综合地貌指标［2］。

本文选取白龙江和小江流域的主要泥石流沟，运用Strahler提出的面积～高程曲线法，结合流域的主沟比降，分析两流域主要泥石流沟在地貌演化阶段的异同，正确判断泥石流流域所处的发展阶段对于泥石流防灾减灾工作具重要意义。

1 面积高程与地貌演化阶段

随着Daivis提出地貌演化理论，许多学者开始了地貌发育阶段的定量分析。1952年美国地貌学家A.N.Strahler提出的面积 ～高程曲线法［3］，对 Davis的地理循环各个阶段进行了定量划分，直观的反应了流域演化过程中“面”的变化，可作为流域三维整体的概化。国内一些学者运用该理论对地貌演化阶段进行了定量分析的相关研究［4-8］。通过一系列(xi，yi)，可得到流域面积～高程曲线的关系曲线:

式中:x，y——横纵坐标，x，y 取值范围［0，1］，x=a/A，y=h/H;a为每一条等高线以上的控制面积;A为泥石流流域面积;h每条等高线与流域最低点的相对高差;H为流域相对高差。

地形发育阶段函数I:

幼年期:I＞0.60;壮年期:0.35≤I≤0.60;老年期:I＜0.35。

I为曲线和x轴、y轴包含面积与整个方块的面积之比(图1)。当I＞0.6时，表示流域的地表物质被侵蚀＜40%，面积表示了流域的整体侵蚀状况，而曲线的形状则直观反映了流域不同部位的侵蚀特征，坡面形状是侵蚀流域地貌演化阶段的一种外在表现形式。

图1 面积～高程积分曲线划分地貌发育阶段示意图Fig.1 The geomorphologic evolution stage reflected by the integral curve of Area-Altitude

2 白龙江和小江泥石流发育概况

白龙江和小江流域地处我国西南地形急变带，由于地层破碎、新构造运动强烈、地形陡峻，植被稀少，加之多短历时强降雨，人为扰动强烈，极有利于泥石流的发育及活动［9］，成为长江上游泥石流灾害最为严重的区域［10］。白龙江位于川甘境内，自西北流向东南，主要受白龙江深大断裂的控制，流域相对高差超过4000m。干流河道平均坡降约为3.4‰，其中，舟曲以上平均比降超过10‰，碧口以下平均坡降约1.4‰(图2)。

图2 白龙江干流纵剖面图Fig.2 The longitudinal profile of Bailong river

小江流域位于金沙江中游右岸，地处在川、滇中山地区，以南北向发育的小江深大断裂为主控制线。流域内相对高差3500m，最低点为小江汇口，海拔695m，干流平均比降10.3‰(图3)。小江流域泥石流分布之广，类型之齐全、活动之频繁、规模之巨大以及危害之严重，均属国内罕见［11］，小江流域每年的土壤侵蚀量高达4200×104t，年土壤侵蚀量高达1.38×104t/km2(JACA，2005)。

图3 小江干流、块河纵剖面图Fig.3 The longitudinal profile of Xiaojiang river

调查表明白龙江干流共分布一定规模的泥石流沟250条，中上游地区是分布密度最大、暴发频率最高的地区，旺藏～碧口河段泥石流分布线密度为0.82条/km。小江流域的泥石流沟在功山以下的小江干流以及块河两岸密集分布，共发育泥石流沟122条，其中功山～小江口河段泥石流分布线密度为0.83条/km。

考虑地理位置、流域面积、泥石流性质和历史灾害情况等因素，分别选取主要泥石流沟。白龙江干流各主要泥石流沟主要特征参数见表1，其中北峪河、火烧沟、泥湾沟、甘家沟和三眼峪沟，历史上或发生过重大灾害，或泥石流发生频率较高:小江干流各主要泥石流沟主要特征参数见表2，包括了流域中最为著名的蒋家沟、大白泥沟和小白泥沟，近几十年来几乎每年都暴发不同规模的泥石流。

根据表1、2可知，白龙江干流主要泥石流沟平均流域面积26.43 km2，小江干流为35.40 km2。流域山坡坡度方面，白龙江流域大部分地区坡度范围在15°～40°，小江流域则主要分布在10°～35°的范围内。

主沟比降反映了流域的沟道演化的状况，是表征泥石流沟谷水动力条件的重要参数，对泥石流活动度有一定影响。大量统计分析表明［12］，300‰左右沟床比降有利于泥石流的形成，沟床比降过大，与松散物质休止角相当，易发生坡面泥石流;沟床比降过小，则松散物质起动难度大。白龙江干流主要泥石流沟平均比降为271.20‰，小江干流主要泥石流沟平均比降为209.56‰，相对高差小江泥石流沟大于白龙江泥石流沟(图4)。

表1 白龙流域主要泥石流沟特征值一览表Table 1 The main debris flow gullies'characteristic values of Bailong river

表2 小江流域主要泥石流沟特征值一览表Table 2 The main debris flow gullies'characteristic values of Xiaojiang river

图4 白龙江小江主要泥石流沟纵剖面(浅色:小江流域，深色:白龙江流域)Fig.4 The longitudinal profile of main debris flow gullies of Bailong River and Xiaojiang river

3 白龙江和小江泥石流流域演化阶段分析

根据白龙江和小江1∶10万比例尺的地形图等高线，分别量算出 a、A、h、H，得出一系列的坐标对(xi，yi)，绘制出各泥石流流域的面积～高程曲线(图5、6)。通常计算流域发育阶段的方法为对面积～高程曲线进行拟合后积分计算得出，本文运用Arcmap强大的空间分析功能，利用相似比例原理，对面积高程曲线数字化后求出。

通过对两个流域主要泥石流沟发育阶段的计算，白龙江干流泥石流沟的发育阶段介于0.35～0.62之间，平均值0.48，按地貌发育阶段划分结果:22条为壮年期，仅硝水沟1条处在老年期，其面积高程曲线面积积分为0.62。小江流域主要泥石流流域面积～高程曲线积分在0.31～0.66之间，平均值为0.50，其中发育阶段为壮年期的为19条，占总数的82.6%;发育阶段为幼年期的有3条，分别为豆腐沟、红沙沟和黑水河;仅石羊沟为老年期。

进一步分析各泥石流流域面积～高程曲线发现，虽然大部分泥石流沟发育阶段属于壮年期，但面积～高程曲线表现4四种不同的类型:近直线型、上凸型、中凸型和下凸型。如燕湾沟为近直线型、豆腐沟为上凸型、蒋家沟为中凸形、石门沟为下凸型。流域面积～高程曲线代表流域不同部位受侵蚀的程度，上凸型表示上部侵蚀弱，下部侵蚀强烈，下凸型则相反，中凸型代表中部侵蚀较弱、近直线型则表示流域整体侵蚀状况相当。

图5 白龙江流域泥石流沟面积～高程曲线Fig.5 The Area-Altitude curve of debris flow gullies in Bailong river basin

根据泥石流流域不同部位的划分，上部为形成区，中部为流通区，下部为堆积区，即上凸型或中凸型的地貌演化阶段更有利于提供大量的松散物质。如蒋家沟、大白泥沟、小白泥沟、火烧沟和燕湾沟等都属于这两种类型。

4 结论

(1)白龙江代表性泥石流沟主沟平均比降271.20‰，小江干流主要泥石流沟平均比降为209.56‰，白龙江干流泥石流主沟比降高于小江流域泥石流沟，相对高差则小江泥石流沟大于白龙江泥石流沟。

图6 小江流域泥石流沟面积～高程曲线Fig.6 The Area-Altitude curve of Debris flow gullies in Xiaojiang river basin

(2)白龙江和小江流域的泥石流沟大多处在地貌演化的壮年期阶段，白龙江和小江分别为95.7%和82.6%，即在较长的时间内，两个流域的泥石流还将持续活动。

(3)流域间主要泥石流沟演化阶段比较结果显示，小江流域泥石流所处演化阶段略迟于白龙江流域，小江流域平均值为0.50，白龙江为0.48，小江有幼年期的泥石流沟3条，白龙江无幼年期泥石流沟。

(4)比较同一演化阶段不同线型的泥石流活动状况发现，上凸型和中凸型均有利于泥石流活动，下凸型的演化类型不利于泥石流的活动。

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