基于野外调查的低频率泥石流识别——以泸定县潘沟泥石流为例

王帅，铁永波，江金涛

(1.中国地质大学，北京　100083；2.中国地质调查局成都地质调查中心(成都地质矿产研究所)，成都　610081；3.中国地质科学研究院，北京　100037)



基于野外调查的低频率泥石流识别
——以泸定县潘沟泥石流为例

王帅1，2，3，铁永波2，江金涛1，2，3

(1.中国地质大学，北京100083；2.中国地质调查局成都地质调查中心(成都地质矿产研究所)，成都610081；3.中国地质科学研究院，北京100037)

摘要：如何通过野外调查证据对隐蔽性强的低频泥石流进行早期识别对山区的防灾减灾具有实践意义。在对潘沟泥石流的物源特征、形成过程机制、堆积区特征及沟口树木特征调查访问的基础上，通过综合证据分析，认为潘沟泥石流的暴发频率较低，并在此基础上探讨了基于野外调查的低频泥石流的识别方法，预测了泥石流的发展趋势，可为类似孕灾背景的泥石流的防治提供依据。

关键词：低频泥石流；野外识别方法；堆积区植被；泸定县潘沟

西南山区是我国地质灾害的多发区，近年来低频泥石流具有频繁的趋势，对山区人民的生命财产及工程安全造成了严重的危害。低频泥石流多由暴雨引发，而暴雨出现的频率相对较低，故低频泥石流的重现周期相对较长，研究者通常把重现期超过30 a的泥石流称为低频泥石流[1]。低频率泥石流具有暴发周期长、规模大、危害严重等基本特点。据对世界各国现代泥石流灾害的分析和统计，造成重大人员伤亡的泥石流灾害绝大多数都是低频率泥石流灾害[1]。例如，1999年12月在委内瑞拉北部阿维拉山区加勒比海沿岸的8个州暴发的约300 a一遇的群发性泥石流，造成3万余人死亡，直接经济损失达100亿美元，可见低频泥石流危害极大[2]。

低频泥石流沟谷多沿江沿河分布，常在河流两侧形成泥石流堆积扇，这些堆积区地势较为平坦开阔，土地肥沃，灌溉便利，气候及交通条件相对较好，是山区城镇建设和进行农业生产的良好用地，也是公路、铁路等生命线工程的必经之地，然而这些堆积扇体本身就处于泥石流危及范围之内[3-4]。据统计，全国约有150个县级以上城镇受泥石流危害[5]。

低频泥石流因具有隐蔽性强、暴发周期长、规模大等特点，使得人民对他的警觉性低，往往对其堆积体进行后期的改造，破坏了泥石流堆积体的原始性，使得本就隐蔽的低频泥石流更难识别[6]。在我国西南的许多高海拔山区，泥石流形成区海拔高且长期被冰雪覆盖，由于在这些地区，人烟稀少，历史资料匮乏，沟口堆积扇上的植被恢复快，泥石流发生后的地貌标志常被植被所掩盖，野外调查和航片判断均有相当的难度[7-8]。因此，找出一种通过野外调查就能对低频率泥石流进行早期识别的方法就显得尤为重要，结果不但可以为政府部门的建设用地规划提供参考，亦可以为山区工程建设和当地居民的生产生活提供指导性，以期达到低频泥石流防灾减灾的目的。

1研究区

潘沟位于我国四川省甘孜州泸定县冷碛镇镇中心北侧，西侧紧邻大渡河。流域内最高点海拔3 313 m，主沟较为曲折，急弯多，于冷碛镇汇入大渡河，主要的支沟有两条：黑沟、金竹林沟(图1)。流域面积64.25 km2，呈现树枝状-羽状水系，流域地势东高西低，地形起伏大，山高坡陡，属于典型的高山峡谷地貌区。潘沟泥石流的形成区、流通区、堆积区清晰可见，为典型的沟谷型泥石流，河谷上部呈“U”形宽谷，中部呈“V”形峡谷，下部呈拓宽“U”形谷、“V”形谷，谷缘到谷底的相对高差较大，一般在500～700 m，最高达1 022 m。潘沟形成区大致以金竹林沟汇入点附近为界，海拔1 768～3 313 m，流域面积约11 km2，形似一不对称扇形，支沟发育，主沟长4.8 km，主沟纵坡降262‰，集水条件较好；流通区面积约32.75 km2，海拔1290～1 768 m，主沟长约6.6 km，主沟纵坡降约78.8‰，主沟呈“之”字形延伸，对泥石流起到了消能作用；堆积区面积20.5 km2，呈现明显的扇形，扇形较完整，从桐梓林桥一直延伸到大渡河处。据泸定县气象站资料统计，该地多年平均年蒸发量为1 526.9 mm，多年平均相对湿度为65.8%，年均流量0.82 m3/s，枯水量0.51 m3/s，历年最大日降水量为72.3 mm，多年平均年降水量为643.1 mm，且降水主要集中于每年6～9月，多为大雨或暴雨。潘沟具备了发育形成泥石流的基本条件，是一条历史上曾经发生过泥石流灾害的沟谷，降雨是潘沟泥石流灾害的主要诱发因素。

1.崩塌、滑坡及不稳定斜坡堆积体；2.沟道堆积体；3.人工堆积体；4.流向线；5.流域边界线；6.栅格坝图1　潘沟流域特征及物源分布特征

潘沟泥石流的物源主要分布于潘沟流域的中上游，主要可以分为三种类型，一种为潘沟上游的人工堆积体；另一种为位于潘沟沟谷两侧的崩塌、滑坡、不稳定斜坡等形成的堆积体；第三种为潘沟沟道内的堆积体。沟道内松散堆积体为潘沟的主要物源，滑坡和支沟泥石流为主沟提供物源补给。据统计每次滑坡体下滑方量小于0.05×104m3，然而潘沟内滑坡的孕灾条件成熟，潜在滑坡数量较多，滑坡就成为潘沟泥石流物源聚集的可靠途径。人工弃渣和崩塌亦提供了少量的物源，而面蚀作用对物源的补给量则较少。三种物源的方量统计如表1。

表1　潘沟流域主要物源量统计

潘沟流域内的的人工堆积体主要分布于二郎山隧道出口一带，海拔约2 806 m处，多为二郎山隧道修建时留下的人工弃渣，为碎石土，呈松散-稍密状。此外在潘沟中下游修建有石灰厂，石灰厂留下的废渣也是潘沟泥石流持续性的物源。潘沟流域内除发育极少的泥岩、页岩外，其他均为坚硬岩组。由于岩石较坚硬这就使得潘沟内仅有些方量较小的滑坡崩塌发生，这些不良地质现象主要发育于临沟斜坡段，物源类型以临沟浅层小型牵引式土质滑坡、不稳定斜坡前缘的垮塌为主。流域内的沟道堆积物岩性以砂岩、泥页岩、花岗岩为主，较小的颗粒由于长期水流的侵蚀作用下不复存在，仅存一些粒度较大块石，沟道堆积体对泥石流频率起作用的是坚硬岩石，只有当坚硬岩石被启动时，沟道内的物质才能被启动聚集[9-11]。

2潘沟泥石流暴发频率的野外识别

2.1来自沟口堆积区的证据

堆积区的特征主要受流域面积、沟床纵比降、主河宽度、主河能量、植被特征以及堆积空间的大小等限制[12]。潘沟堆积区紧邻大渡河，堆积扇总体上呈扇形，完整性达80%，扇长1 800 m，宽1 000 m，老堆积扇扩散角约30°，平均地形坡度3°，沟口高程1 258 m。堆积空间主要受大渡河的拦挡限制，潘沟汇水面积大，携带能力强，主沟纵坡适宜，泥石流的排泄较好。堆积体规模120×104m3，堆积扇颗粒以碎、块石土堆积为主，漂卵石最大直径约3 m左右。受河流侵蚀沟道下切约6 m，沟道有改道现象但不频繁。老堆积扇植被覆盖率达60%以上，以乔灌木为主，乔木一般高十几米，堆积扇部分被改造为农田，有大规模人类活动，是长期没有经受泥石流干扰的结果。泥石流的粗化层是指泥石流沟道堆积体后期被水流冲刷，堆积层表面的细颗粒大部分被水流带走，使表层粗化，留下的粗颗粒(砾石)呈无序堆积的层理结构。“粗化层”的存在为研究低频泥石流提供了重要的手段和依据。首先，“粗化层”为划分不同期次的泥石流堆积体提供了明显的界线，通过“粗化层”层数的统计可直接得出所研究的泥石流沟历史上暴发泥石流的次数和频率，其次，通过各期“粗化层”厚度的测量和分析比对，可准确地判定泥石流的发育特征和趋势[13]。潘沟堆积区泥石流粗化层具有明显的多期性，且每一期泥石流堆积体相距较长的时间，从厚度测量看潘沟泥石流具有减弱的趋势。

2.2来自堆积区生长树木的证据

植被的生长状况与泥石流活动息息相关，往往在泥石流发生数年后，其上才会有植被生长，潘沟沟口堆积区内植被覆盖率达60%以上。通过野外调查发现，潘沟沟口生长的主要桥木类型有桤木、榆树、核桃树、白杨树等等，调查路线为从桐梓林老桥(上游)沿潘沟河床向大渡河(下游)方向前进，所选树木遍及整个堆积区且在附近区域内具有一定的高度优势。通过对潘沟堆积区乔木的调查统计，发现所选桥木的高度都大于10 m，经过对当地人的询问得知这些桥木的年龄分布情况如下图(图2)，且这些树木之上未见有泥石流冲击留下的痕迹，说明泥石流在最近些年内未曾发生过。从图2可以看出，树木的年龄随着距离潘沟主沟距离的增加而逐渐增加，由起始的不到20 a增加到40 a以上。这就说明了泥石流发生的期次和每次的泥石流所遍及的范围大小，即波及整个堆积区的泥石流在近几十年内没发生过。从这些树木生长特征可以看出潘沟泥石流发生的频率较低。

图2　潘沟沟口堆积区主要植被年龄分布图

2.3来自当地居民的访问证据

通过对当地居民余昌明访问得知老人在潘沟沟口处的房屋已有二十七八年，房屋的楼梯扶手上还残留着当年泥石流发生时被冲毁的痕迹。据老人讲述，这里共经历了两次大型的泥石流灾害，分别是1945年的某晚上和1997年的某早晨。在1945年的泥石流灾害中，在现冷碛镇加油站附近淤埋有100～200 m的泥石流冲刷物质，冲走数户村舍。1997年的泥石流灾害由于桐梓林桥的格挡并未遍及整个植被堆积区，而是经主沟快速排泄，但仍冲走十几人，且泥石流的水流高出桐梓林老桥约1～2 m，桥上房屋外墙楼梯扶手高出地面1.8 m以上被冲毁，老人形象的说泥石流冲下来的巨石有2个冰箱体积大小。此外，此地还保存着前清藏族土司的住所，距离潘沟河床约十几米，已有200 a以上历史的老房子，房屋结构仍保存完整，住在此处的老人已有84岁。由1945年发生到1997年发生，再到现在未发生过可见潘沟泥石流为50 a一遇，频率较低。

3结论与讨论

(1) 潘沟为一条典型的低频泥石流沟，鉴于流域内仍有大量松散土体分布，该沟还具有再次暴发大规模泥石流的可能性。由于沟口分布有大量民房和公路等基础设施，泥石流灾害风险仍较高，需要在雨季加强对该沟泥石流的监测预警。

(2) 流域内早期冰川活动留下的冰碛物覆盖层也是潘沟泥石流形成的一个重要物源，这些物源虽然经过长时间的沉积作用后有较好的固结性，但由于规模较大，且多临沟分布，在径流的冲刷作用下仍易于崩塌进入沟道，从而成为泥石流的物源。

(3) 低频泥石流发生后会在野外留下地貌证据，通过对泥石流堆积区特征识别以及野外调查访问是可以对低频泥石流进行识别的，并且可以通过“粗化层”特征的识别，对泥石流发育的趋势和规模进行预测。

(4) 对于低频泥石流的识别多是采用野外调查访问与遥感相结合的方法，缺乏直接的判别标志，识别起来耗时耗力。此外，低频泥石流植被覆盖率较高，泥石流发生后的地貌学证据很快会被植被所覆盖，不易识别。建议从形成区、流通区、堆积区都建立起识别低频泥石流的关键判别标志，作为标准使用。

参考文献

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IDENTIFICATION OF DEBRIS FLOW WITH LOW RETURN PERIOD BASED ON FIELD SURVEY——TAKE PANGOU VALLEY IN LUDING COUNTY AS AN EXAMPLE

WANG Shuai1，2，3,TIE Yong-bo2,JIANG Jin-tao1，2，3

(1.China University of Geosciences Beijing,Beijing100083,China;2.Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu610081,China;3.Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China)

Abstract:How to identifying the debris flow with low return period by field survey is important for hazard prevention and mitigation. Based on the field survey of the source, forming process, alluvial fan, the trees live on alluvial fan and the interview to residents, this research shows that the Pangou is a low frequency debris flow gully. Moreover, the feasibility of the method for low frequency debris flow identification based on field survey is discussed in this paper, and the development trend of debris flow is predicted too, this research can provide evidence for debris flows who have the similar background.

Key words：Debris flow with low return period; field identification method; trees on alluvial fan; Pangou in Luding county

文章编号：1006-4362(2016)02-0031-04

收稿日期：2016-03-16改回日期：2016-04-26

基金项目：中国地质调查局公益性地调项目“乌蒙山区北部城镇地质灾害调查”(DD20160274)及科技部基础工作专项(2011FY110100-5)

中图分类号：P642.23

文献标识码：A

作者简介：王帅(1991-)，男(汉族)，山东枣庄人，硕士研究生，主要从事环境地质和灾害地貌方向研究。E-mail:631700378@qq.com