舟曲三眼峪沟泥石流松散物质补给特征与稳定性探讨

魏 洁，胡向德，陈世昌

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

舟曲三眼峪沟泥石流松散物质补给特征与稳定性探讨

魏 洁，胡向德，陈世昌

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

基于对舟曲三眼峪沟流域固体松散物质的调查勘测，阐述该沟“8.8”特大泥石流形成过程中松散物质的补给特征，对沟内固体松散物质的稳定性及可转化数量进行分析评价。分析认为，三眼峪沟泥石流的形成具有以主沟冲蚀再搬运为主的显著特点，以崩塌及沟床松散物质补给为主。沟内极不稳定易转化为泥石流的固体松散物质540×104m3，不稳定的松散物质1 730×104m3，较不稳定的423×104m3，稳定而难以转化的松散物质1 450×104m3。泥石流的主要补给沟段集中于大眼峪沟的竹塔沟—罐子坪沟段、大峪口段，小眼峪沟的滴水崖—峪支沟沟段、小峪口段，控制了上述沟段固体松散物质，将有效控制该沟泥石流的形成。

三眼峪沟;泥石流;松散物质;补给特征;稳定性

在泥石流形成的三个基本条件中，地形条件的变化极其缓慢，降水条件受区域气候变化规律控制，固体松散物质条件在内外因素作用下处于不断变化之中，而且激发泥石流的雨量也因固体松散物质量的多少而改变。尽管泥石流谷中发育大量的固体松散物质，但这些物质向泥石流转化的过程是逐渐的、累进的［1］，并非所有的物质可以在一次或数次泥石流中全部转化为泥石流物质，其向泥石流的转化程度取决于本身的稳定性、或松散程度及发育部位。所有泥石流沟中固体松散物质的状态是控制泥石流重度、冲出量及其发展趋势的重要因素，预测泥石流沟内固体松散物质的稳定状态及补给特征，在泥石流防治中有着重要的意义。本文以舟曲三眼峪沟为例，基于该沟“8.8”泥石流过程中松散物质补给特征，对流域内固体松散物质稳定性、可转化数量及难易程度进行探讨，预测现状条件下，未来一段时期内该沟泥石流的主要补给区段及补给量，为泥石流灾害及防治工程研究提供借鉴。

1 三眼峪沟固体松散物质分布

1.1 流域概况

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24.1 km2。区域上该处为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［2］，整个流域处在两条北西走向的区域性断裂带所夹的断块之间，断裂两侧岩层破碎，褶曲强烈。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。流域下游，即出山口一带，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。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。

三眼峪沟流域由大眼峪沟、小眼峪沟呈“Y”形构成，大眼峪沟为主沟。大眼峪主沟长 5.3 km，沟床比降平均为272‰，两岸山坡坡度平均 50°;小眼峪主沟长5.1 km，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3 828 m，出山口海拔1 550 m，与白龙江的汇流点海拔1 340 m，最大相对高差2 488 m。流域内共有大小支沟59条，沟壑密度1.9条/km2。三眼峪沟属典型的标准型泥石流沟谷，大眼峪沟与小眼峪沟汇合点以上区域为泥石流形成区，呈现明显的勺状洼地地形，汇水条件极其良好，该区面积22.49 km2，占整个流域面积93%，沟床比降296‰;两条支沟交汇点至主沟峪门口为泥石流流通区，该段长0.43 km，占沟谷总长8%，沟床比降168‰;沟口堆积区呈扇形开阔的长条形，南北长约2 050 m，中前部宽437 m，平均比降为98‰，面积 0.87 km2。

1.2 固体松散物质分布及储量

三眼峪沟内松散物质丰富，泥石流的固体物质来源主要有五类:崩塌、滑坡、残坡积物、沟床堆积及危岩体［3］，其中，崩塌是该沟泥石流的主要补给物源。流域内发育大、小崩塌50多处，在主、支沟两侧呈倒石堆状成群分布，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，形成4道高80～280 m的天然堆石坝。规模最大的为罐子坪崩塌群，其总体积达612.4×104m3。崩塌堆积物以碎石、块石为主，整体稳定性状态较好，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。

流域内发育滑坡4处，分布于生地头坡、桥子梁等地，均为浅层堆积层滑坡，规模为中小型。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;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;而沟道内冲洪积物及早期泥石流在搬运过程中沿沟道停积，厚度一般为6～22 m，为后期泥石流发生提供了物质来源。此外，区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、小眼峪沟中下游地段，较大规模危岩体13处。这些危岩体在地震、强降雨作用下失稳，直接坠入沟道，也成为泥石流的补给物质。

根据现场调查测算，流域内固体松散物质储量4 142.4×104m3［3］，其中崩塌补给量 2 829.4 × 104m3，滑坡补给量94.9 ×104m3，沟道物质补给量 840.1 ×104m3，危岩体 64 ×104m3，坡面松散物质补给量315×104m3。

显然，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丰富，为泥石流形成提供良好的条件。2010年8月8日，在40 min降雨量达77.3 mm［4］的高强度降雨下形成特大泥石流。那么流域内固体松散物质储量中易转化为泥石流的松散物质数量有多少，其补给特征、转化方式及难易程度如何，是值得探讨的问题。

2 “8.8”特大泥石流的物质补给特征

三眼峪沟“8.8”特大泥石流也是一个“自然试验场”，给我们昭示了在强降雨激发下，该沟泥石流的形成与流动特征、泥砂输移、沟道冲淤变化及成灾特征，也反映了松散固体物质参与泥石流活动方式与补给特征，这也成为分析该沟固体松散物质稳定状态及物质转化难易程度的基础。

根据对三眼峪沟“8.8”特大泥石流的调查可以看出，该沟泥石流的形成具有以主沟冲蚀为主，支沟汇流为辅的显著特点［5］。其固体松散物源补给主要来之于大眼峪、小眼峪沟主沟道，而支沟内植被覆盖良好，乔灌木混交，充分起到了滞洪及封固表土的作用，流域内共12条支沟，除小眼峪沟的干岔沟、水泉湾沟形成明显的泥石流冲出沟外，其它支沟均以集雨汇流或少量泥砂汇入为主。而流域内补给泥石流的各类物源其补给特征各有不同:

崩塌是该沟泥石流固体物质的主要补给来源，其对泥石流的补给作用和强度与其堵塞沟道程度及发育处的沟道比降直接相关。崩塌补给地段集中于大眼峪沟的竹塔沟—罐子坪沟段、大峪口段，小眼峪沟的滴水崖—峪支沟沟段、小峪口段，上述沟段沟道狭窄，谷底宽一般在18～30 m，平均宽度约23 m，沟床纵比降大于180‰。沟道地表水流侧蚀及下切侵蚀强烈，两侧崖脚处的崩坡积倒石堆及堵塞沟道的崩塌物质被冲蚀搬运，成为泥石流的重要物源。特别是罐子坪、歪脖子、大峪口及小峪口等地段巨型崩塌堵塞沟道而形成宽度小于12 m的狭窄沟槽，自然成为泥石流冲蚀搬运的主要对象。目前，罐子坪等地段的崩塌形成的天然堆石坝被切开，形成深度15～43 m、宽4～18 m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，将不断补给泥石流。从“8.8”特大泥石流在形成区的活动特征来看，泥石流对过流沟槽宽度小于23m的沟段的底蚀、侧蚀作用剧烈，随着沟道宽度增加其侧蚀能力减弱，对超过泥石流流面展宽(大眼峪沟43 m、小眼峪沟58 m)外的松散物质基本无冲蚀，其外侧的崩塌松散物质未参与泥石流活动。本次三眼峪沟特大泥石流超过200年一遇［6］，其爆发频率罕见，从其活动特征可以预期，流域内一些崩塌如罐子坪崩塌地段的沟道宽度被冲蚀扩展至45 m之外，并形成现状自然稳定的堆积坡度(38°～43°)后，其崩塌物质将很少参与泥石流活动。

沟床堆积物是泥石流的重要补给源，其补给沟段集中于流域中上游大、小眼峪沟主沟道及干岔沟、水泉沟等支沟内，沿主沟槽的浅表层松散物质被“掀起”汇入泥石流，呈线状补给的特点。沟床堆积物补给泥石流的强度与沟床比降、沟道宽度及堆积物颗粒粒径大小密切相关。沟床比降越大底蚀作用越强烈，根据对“8.8”泥石流的调查，流域内沟床比降小于96‰的沟段基本以淤积为主;达到冲淤平衡沟段(如大眼峪沟崖脚里、小眼峪沟峪口里及峪门口等)的沟床比降一般为96‰～114‰，其冲蚀深度一般不足1.0 m;比降在114‰～158‰之间的冲蚀特征有一定差异性，在峡谷段(＜30 m)以冲蚀为主，在宽谷地段主流线以冲蚀为主，两侧多有淤积;沟床比降大于160‰的沟段冲蚀作用强烈。沟床堆积物颗粒大小也影响其补给强度，小眼峪沟内水泉沟以上主沟段沟床堆积物质粒径多小于20 cm，沟床比降大于210‰，泥石流底蚀作用强烈，切蚀深度一般在1.5～3.6 m之间，最大切蚀深度4.2 m(滴水崖);而大眼峪沟罐子坪以上主沟沟床比降达220‰，多漂石、块石，其沟床物质被掀底搬运深度多小于1.0 m。可以看出，未来沟床堆积物的主要补给地段集中于大于160‰的沟段，以及崩塌形成的天然堆石坝被切开后，不断溯源侵蚀早期淤积的沟床松散物质。对于比降较缓、个别基岩出露地段(罐子坪下游侧)及大量巨石堵塞沟道的沟段(下沟—千片沟主沟段，歪脖子段等)，其侵蚀强度及深度较弱。

流域内残破积物质分布较广，但其补给量和补给地段明显受地形及植被的影响。流域内补给“8.8”泥石流的残坡积物质主要分布于流域上游，该区为高山草甸区，植被类型为草被及少量灌木，覆盖率小于30%，坡度大于30°。受强降雨冲蚀，坡面形成长条状细沟，切蚀深度达十余厘米至一米多，面状冲蚀区约0.65 km2。而在流域中游乔灌木混交林(覆盖率大于60%)覆盖下的残破积层，抗侵蚀能力强，仅有少量泥砂随坡面径流汇入主沟。

流域内滑坡数量少且整体稳定，受乔灌木覆盖，坡面侵蚀较弱，仅前缘物质受地表径流侧蚀补给泥石流，但在地震及强降雨作用下，前缘陡坡段物质可能失稳而进入沟道。沟内危岩体参与“8.8”泥石流的数量少，仅个别陡崖处危岩、孤石受坡面径流冲蚀进入沟道。

3 固体松散物质稳定性分类与评价

3.1 固体松散物质的稳定性分类

根据对该沟“8.8”特大泥石流补给特征的分析，结合流域内松散物质的分布、稳定性及补给方式等，对固体松散物质的稳定性进行分类。以在不同条件下，各种固体松散物质可转化为泥石流的难易程度，划分泥石流沟内固体松散物质的稳定性。据此，将三眼峪沟流域固体松散物质分为四类:

Ⅰ类:极不稳定。在激发泥石流的暴雨条件下，可被泥石流直接起动、搬运的固体松散物质。

Ⅱ类:不稳定。受不断的侧蚀、底蚀、面蚀及重力侵蚀作用，可以逐步转化，或补给Ⅰ类的固体松散物质。

Ⅲ类:较不稳定。在地震作用下，可直接转化，或补给Ⅰ类、Ⅱ类的固体松散物质。

Ⅳ类:稳定。上述条件下，均难以转化为泥石流的固体松散物质。

3.2 稳定性及可转化数量评价

据实际调查，对三眼峪沟流域各类固体松散物质的稳定性及其可转化性进行分类:

3.2.1 Ⅰ类物质

Ⅰ类物质的主要组成部分为:

(1)主、支沟沟床堆积物表层物质。与沟床比降、沟道宽度及堆积物颗粒粒径大小等相关，根据“8.8”泥石流切蚀程度，一般小于4.5 m;

(2)狭窄沟道(小于23 m)两侧松散的崩坡积倒石锥、坍塌体;

(3)崩塌堵塞沟道而形成窄深主沟槽，沿沟边发育的滑坡、坍塌及其坡面松动体，如罐子坪、大峪口、歪脖子崩塌等处;

(4)陡坡面(＞30°)上残坡积物、沟口黄土堆积及崩塌、滑坡的表层松散物质;

经实际测量估算，三眼峪沟可转化为泥石流的固体松散物质数量为2 693×104m3，占流域固体松散物质总量的65%。而其中极易转化为泥石流的Ⅰ类物质数量约540×104m3(表1)，占可转化为泥石流松散物质数量的20%，其主要组成物质为阻塞沟道的崩塌体及主沟沟床堆积物质。

表1 三眼峪沟各类固体松散物质稳定性分类统计表

3.2.2 Ⅱ类物质

Ⅱ类物质主要有以下组成:

(1)堵塞沟道的崩塌体可被地表水流不断侧蚀的部分;

(2)比降较大(＞114‰)的中、浅层沟床堆积物;崩塌形成的堆石坝上游淤积的沟床堆积物;

(3)一些崩塌(峪门口、峪口里等地段)、滑坡的前缘部分;

(4)沟道凹岸及部分狭窄沟段堆积的沟台地、崩塌及坡积物等松散物质;

(5)较陡坡面(25°～30°)和(＞30°)及陡坡面上的残坡积物。坡面残、坡积物稳定程度，按不同坡度条件下水土流失的难易程度考虑。

Ⅱ类物质总方量约为1 730×104m3。目前流域内可补给总量中的64﹪属Ⅱ类物质，它们是三眼峪沟泥石流不断发育的根本基础。其组成物质仍以阻塞沟道的崩塌体及主、支沟沟床堆积物质为主，其中崩塌补给以罐子坪、大峪口、歪脖子及小峪口崩塌为主，数量近1 072×104m3，占Ⅱ类物质中崩塌补给量的83%;沟床堆积物集中于大眼峪沟罐子坪—竹塔沟沟口段及小眼峪沟水泉沟以上主沟段，数量近221×104m3，占Ⅱ类物质中沟床堆积补给量的74%以上。可见，控制上述地段的固体松散物源将有效控制该沟泥石流的形成。

3.2.3 Ⅲ类物质

舟曲县属7度地震烈度区，历史上曾发生多次灾害性地震，现今正处于地震活跃期，小震频繁。所以地震是影响沟内固体物质稳定性的重要因素之一。Ⅲ类物质的主要组成为在地震条件下:

(1)陡坡段崩塌及沟岸松散物质滑向沟内的部分;(2)滑坡活动后滑向沟内的部分;

(3)岸坡危岩松动体进入主沟道部分。

初步估算沟内Ⅲ类物质方量423×104m3，约占沟内可补给总量的16﹪。

3.2.4 Ⅳ类物质

在上述条件下都处于稳定状态的崩塌、滑坡，早期沟道泥石流堆积及不易向沟内流失的残坡积物，组成Ⅳ类物质，总方量1 450×104m3。主要分布于大眼峪沟罐子坪、崖脚里，小眼峪沟峪口里及峪门口等地段。

4 结语

(1)三眼峪沟流域内固体松散物质 储量达 4 142.4 ×104m3，其中崩塌补给量 2 829.4 ×104m3，滑坡补给量94.9×104m3，沟道物质补给量 840.1×104m3，危岩体64×104m3，坡面松散物质补给量315×104m3。

(2)三眼峪沟泥石流的形成具有以主沟冲蚀再搬运为主的显著特点，以崩塌及沟床松散物质补给为主。崩塌对泥石流的补给强度与其堵塞沟道程度及发育处的沟道比降直接相关;沟床堆积物补给泥石流的强度与沟床比降、沟床宽度及堆积物颗粒粒径大小密切关联。而处于沟道泥石流流面宽度内的固体松散物质，是一次泥石流过程中主要物质补给来源。

(3)流域内可补给泥石流的固体松散物质数量2 693×104m3。以固体松散物质可转化为泥石流的难易程度，划分泥石流沟内固体松散物质的稳定性，其中极不稳定、极易转化为泥石流的固体松散物质540×104m3;不稳定的松散物质1 730×104m3;较不稳定的423×104m3;稳定而难以转化的松散物质1 450×104m3。

(4)未来泥石流的主要补给区段以罐子坪、大峪口、歪脖子及小峪口等处崩塌，以及大眼峪沟罐子坪上游、小眼峪沟水泉沟上游主沟沟床堆积物为主，控制了上述沟段固体松散物质，将有效控制该沟泥石流形成。

［1］周必凡，李德基，等.泥石流防治指南［M］.北京:科学出版社.1991.

［2］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.

［3］胡向德，李军，李瑞冬，等.甘肃省舟曲县三眼峪沟泥石流灾害勘查报告［R］.甘肃省地质环境监测院.2010.

［4］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.

［5］胡向德，黎志恒，魏洁，等.舟曲县三眼峪沟特大型泥石流的形成与活动特点［J］.水文地质工程地质.2011(4).

［6］朱立峰，等.基于三眼峪特大泥石流降水特征后的灾后重建工程设防标准的讨论［J］.西北地质.2011，44(3):122－126.

Discussion on Recharging Characteristics of the Loose Material and Its Stability by Debris Flow Supply in Zhouqu Sanyanyu Valley

WEI Jie，HU Xiang － de，CHEN Shi－ chang
(Gansu Provincial Geology Environment Monitoring Institute，Lanzhou 730050，Gansu)

Based on synthetical survey for solid loose materials of Sanyanyu gully of debrisflow，Zhouqu county，this paper expounds recharge characteristics of loose material and analysis its stability and convertible quantity in the process of“8.8”large debris flow.the analysis conclude that the formation characteristics of Sanyanyu debris flow is based mainly on the main gully erosion and handling，which is chiefly gotton from landfall and loose material in gully bed.the quantities of solid loose materials which is unstable and easy to be transformed is about 540 ×104m3，less stable is 423 ×104m3，which is stable and difficult to be transformed is about 1 450×104m3.The study also shows that the main source areas of debrisflow include zhutagou to guanzipinggou，dayukou area，dishuiya area of xiaoyanyugou to yuzhigou and xiaoyukou area，these areas control solid loose materials of Sanyanyu debrisflow，and control the formation of the debrisflow effectively.

Sanyanyu Valley;debris flow;loose material;supply characteristics;stability

P642.23

B

1004－1184(2015)04－0186－03

2015－05－04

魏洁(1984－)，女，陕西绥德人，助理工程师，主要从事地质灾害及矿山地质环境恢复治理工作。