阿图什市城北泥石流灾害发育特征及影响因素分析

2017-05-19王晓贵

地下水 2017年2期

关键词：沟谷砾岩物源

王晓贵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

阿图什市城北泥石流灾害发育特征及影响因素分析

王晓贵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

在对阿图什城北泥石流地质灾害详细调查的基础上，对泥石流的地质环境条件、发育特征、以及影响因素等进行了分析和研究。研究结果表明：H5和H6滑体均由坡积角砾、砾砂、含砾粉土等组成，均为小型潜在滑坡隐患体；泥石流位于低山丘陵区发育若干条沟谷；N1和N3泥石流均为暴雨类-沟谷型-高频法-小规模-水石(砂)型；有利的地形、丰富的物源和强降雨是区内泥石流的主要形成条件。

阿图什市；泥石流；发育特征；影响因素

阿图什市位于新疆维吾尔自治区西南部，天山南麓塔里木盆地西缘，是新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州的首府。阿图什市距自治区首府乌鲁木齐市1 433 km，距喀什航空港30 km，314国道穿市而过，309省道与乌恰县贯通。本文以N1(N1-1、N1-2两条支沟)和N3(N3-1至N3-5泥石流沟)泥石流沟作为研究对象，在野外调查和室内资料整理分析的基础上，参考相关研究成果[1-5]，对区内地质环境条件、发育特征、以及影响因素等内容进行分析和评价，为当地泥石流地质灾害点的研究工程设计提供理论基础。

图1 区域下游地形地貌

1 区域地质概况

1.1 自然地理

阿图什市地处中纬度欧亚大陆腹地，远离海洋，属典型的暖温带大陆性干旱气候，城区年平均气温13.7℃，7月平均最高气温33.6℃，极端最高41.2℃，平均最低气温-5.3℃，极端最低气温-24.4℃，年最大降水量165.6 mm，最小降水量18.3 mm，多年平均降水量78.0 mm，年蒸发量达3 218.2 mm，多年平均日照时长2 785.6 h。阿图什市土地辽阔，境内河网密布，有大小河沟67条，其中较大河流水系有博古孜河(又称布谷孜河)和恰克玛克河。

1.2 地形地貌

研究区在低山丘陵区发育若干条沟谷，均呈近南北走向，较大的2条沟谷多呈树枝状，在沟谷上游多为深切的“V”型谷，下游呈宽泛的为“U”型谷，沟谷长度一般600～1 800 m左右，沟谷纵坡约97‰～181‰左右。山前平原区自北向南由陡倾斜的洪积砾石平原渐变为缓倾斜冲洪积细土平原，陡倾斜砾石平原沿山体呈北东东向展布，宽度一般250～550 m，坡度一般在85‰～110‰，缓倾斜细土平原坡降一般在5‰～10‰之间。

1.3 地层岩性

出露地层为新近系与第四系，各地层岩性组成各不相同。

1.3.1 新近系

主要分布在低山丘陵区，岩性主要由砾岩、砂砾岩、泥岩、泥质砂岩组成。

1.3.2 第四系

第四系地层成因类型包括洪积、残坡积堆积及冲洪积物等。

1)上更新统洪积物

主要分布在研究区北部山区沟谷及山前陡倾斜平原区。山区沟谷中堆积物岩性主要为砂砾卵石、砂砾石，厚度随沟谷规模不同有较大差异，一般2.0～7.5 m不等，沟域面积越大堆积物厚度也越大。山前陡倾斜平原区则以砂砾石为主，夹有中厚层砂砾卵石，据区域勘查资料，厚度大于30 m。

2)全新统残坡积堆积物

主要分布在研究区北部低山丘陵区的沟谷两侧谷坡坡脚，砾岩分布区岩性主要为砂砾石及砂砾砾卵石为主，泥岩分布区则以亚砂土及泥岩碎屑为主，厚度一般小于1.50 m。

3)全新统冲洪积物

主要分布在研究区南部阿图什市城区一带的细土平原区，地表岩性为亚砂土，厚度0.5～1.5 m，下覆为砂砾石。该区域是阿图什市主要的农业耕植区和人类活动区域。

1.4 地质构造及新构造运动

研究区地处西南天山与塔里木盆地的交界处，地质构造单元属塔里木-华北板块(Ⅰ级构造)的塔里木微板块(Ⅱ级构造)铁克里克地块(Ⅲ构造)，区内断裂及褶皱不发育。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》研究区地震动峰值加速度值在0.2～0.3 g，地震基本烈度为Ⅷ度，区域地壳稳定性属次不稳定区。

1.5 水文地质条件

地下水主要为碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水。新生界碎屑岩类裂隙孔隙水分布在该市北部的低山丘陵区，据区域水文地质勘查成果，该区为透水不含水区。山前平原区为第四系松散岩类孔隙水，主要接受雨洪补给，其次为基岩裂隙水侧向补给，由北向南径流，以地下径流形式向平原下游排泄。地下水埋藏深度大于30 m，单井涌水量一般500～1 000 m3/d，水化学类型为HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+或SO42-·HCO3--Ca2+·Mg2+。

1.6 工程地质条件

研究区内工程地质条件较简单，场地类别属一类场地，研究区内岩土体可划分为松散类土体和较坚硬类层状岩体两类。具体如下：

1.6.1 松散类土体

研究区出露的第四系松散类土体主要为第四系上更新坡积砂砾石，第四系全新统残坡积砂砾石及第四系全新统洪积砂砾石。坡积物出露于阿图什北部丘陵区与山前洪积平原接触部位，分布范围较小，残坡积物主要分布在低山丘陵区沟谷两侧谷坡中下部，洪积物分布于山前平原及低山丘陵区沟谷，是区内分布范围最广松散堆积物。

1)第四系全新统坡积圆砾单层土体

主要分布在丘陵区与山前洪积平原接触部位，最大揭露厚度约4.60 m，青灰色、中密～稍密，稍湿，母岩成分以砾岩、砂砾岩为主，一般粒径5～15 mm，最大粒径30 mm，偶见粒径大于100 mm卵石。地基土承载力特征值260～300 kPa，工程地质条件较好。

2)第四系全新统残坡积圆砾单层土体

主要分布在低山丘陵区沟谷两侧谷坡中下部，据探槽揭露厚度一般小于1.50m，青灰色、松散～稍密，稍湿，母岩成分以砾岩、砂砾岩为主，一般粒径5～15 mm，最大粒径可达100 mm。地基土承载力特征值200～250 kPa，工程地质条件较好。

3)第四系全新统洪积圆砾单层土体

分布于山前平原及低山丘陵区沟谷，尤以山前陡倾斜平原分布最为广泛。青灰色、稍密～中密，稍湿，母岩成分以砾岩、砂砾岩为主。砂砾石一般粒径5～15 mm，最大粒径30 mm，砂砾石天然密度一般在1.89～2.10 g/cm3。地基土承载力特征值260～300 kPa，工程地质条件较好。

1.6.2 软弱-较坚硬单层岩体

由新近系砾岩、砂砾岩组成、块状、结构较致密，抗风化能力较强，据以往勘察成果单轴抗压强度400～1 000 kPa。承载力特征值一般为3.0～4.5 MPa，岩石层理不发育，工程地质条件较好。

2 泥石流灾害发育特征分析

根据专项勘查报告，阿图什市城北泥石流(N1、N3)为暴雨类-沟谷型-高频法-小规模-水石(砂)型泥石流。

2.1 N1泥石流灾害特征

N1泥石流由N1-1和N1-2两条形成流通区相互间独立泥石流沟谷组成。

N1-1沟域清水汇集及泥石流形成流通区面积0.101 km2，沟谷总长度约600 m，沟谷高差64 m，沟谷纵坡度上游平均为172‰，下游平均为140‰，沟谷形态上游“V”形，谷坡坡度约60°，下游呈“U”形，谷坡坡度约35°～42°，上游其清水汇集区及形成、流通区基岩山体地层岩性为砾岩，潜在泥石流物源为分布在沟槽中的砂砾卵石。泥石流出山口后汇入N1-2。

N1-2流域面积0.422 km2，沟谷长度约1 800 m，沟谷高差165 m，泥石流形成流通区沟谷长度约1 200 m，沟谷纵坡度上游平均为153‰，下游平均为127‰，沟谷形态上游“V”形，谷坡坡度约50°～75°局部近于直立，下游呈宽阔的“U”形，谷坡坡度约35°～45°，清水汇集区及形成、流通区基岩山体地层岩性为砾岩，潜在泥石流物源为分布在沟槽中的砂砾卵石及砂砾石。

2.2 N3泥石流灾害特征

N3泥石流流域由N3-1、N3-2、N3-3、N3-4、N3-5等5条小型泥石流沟域组成，其中N3-1、N3-5规模较大。

N3-1沟域清水汇集及泥石流形成流通区面积0.427 km2，沟谷长度约1 640 m，其中清水汇集区610 m，沟谷高差226 m。泥石流形成、流通区沟谷长度约1 030 m。沟谷上游纵坡度为145‰，沟谷呈“V”形，切割深度70～120 m，谷坡坡度50°～75°，沟谷下游纵坡度为126‰，呈宽阔的“U”形，谷坡坡度约35°～50°，切割深度25～40 m。上游其清水汇集区及形成、流通区基岩山体地层岩性为砾岩，潜在泥石流物源为分布在沟槽中的砂砾卵石及砂砾石。

N3-2、N3-3、N3-4沟域清水汇集及泥石流形成流通区面积分别为0.097、0.061、0.059 km2，沟谷长度分布约为640、650、370 m，沟谷高差分别为103、110、62 m。N3-2沟谷纵坡度上游平均为156‰，下游平均为131‰；N3-3沟谷纵坡度上游平均为181‰，下游平均为151‰；N3-4沟谷纵坡度上游平均为186‰，下游平均为144‰。各沟谷泥石流形成流通堆积区下游呈“U”形，谷坡坡度约35°～45°，上游其清水汇集区及形成、流通区基岩山体地层岩性为砾岩，潜在泥石流物源为分布在沟槽中的砂砾卵石及砂砾石。

N3-5沟域清水汇集及泥石流形成流通区面积0.974 km2，沟谷总长度约1 790 m，沟谷高差203 m。清水汇集区沟谷纵坡度平均为132‰，泥石流形成、流通区沟谷纵坡度平均为97‰，沟谷形态上游“V”形，谷坡坡度约60°～75°，下游呈“U”形，近出山口呈宽阔的“U”形，谷坡坡度约35°～45°。其清水汇集区及形成、流通区基岩山体地层岩性为砾岩，潜在泥石流物源为分布在沟槽中的砂砾卵石及砂砾石。

3 泥石流灾害影响因素分析

3.1 地形地貌

研究区北部的低山丘陵区，海拔1 350～1 650 m，沟谷发育，均呈近南北走向。研究区泥石流沟谷多呈树枝状。沟谷在上游多为深切的“V”型谷，下游呈宽泛的为“U”型谷，沟道长度一般600～1 790 m左右，沟谷纵坡97‰～181‰左右。影响沟谷的坡降的主要因素是地层岩性，而地貌类型、流域高差则对地形坡度的影响不明显。研究区N1、N3泥石流沟均发育在抗风化能力相对较强的砾岩、砂砾岩区域，遭受风化后形成的残坡积物基本不含黏性颗粒，形成的泥石流为稀性泥石流，其携带搬运能力较低，沟谷中形成的松散堆积物较多。

3.2 物源条件

研究区泥石流的形成区为北部泥石流以洪水和泥沙混合形成，更多以洪水为主，主要是暴雨和洪水及泥沙形成的汇流水体对沟谷的下蚀作用为主，并伴有侧蚀现象。

N1、N3、泥石流形成流通区基岩山体主要由新近系砾岩、砂砾岩组成，偶尔夹有厚层状泥岩。

砾岩、砂砾岩以及泥岩均属于抗风化能力较弱的岩石，在强烈的风化作用下，在沟谷谷坡坡脚形成了残坡积堆积物，根据调查结果表明，厚度一般0.1～1.0 m。这些残坡积物表层结构松散，在降雨侵蚀和重力作用下，沿坡面进入沟谷，则成了泥石流的固体物源。其岩性以砂砾石、砂砾卵石为主，颗粒粒度自下游向上游有逐渐变粗。松散堆积物由于受泥石流的冲刷作用影响，颗粒较小的成分被带走，粒径较大的卵石残留在地表，厚度一般5～10 cm。

沟谷中由于泥石流的侧蚀作用，使近于直立的两侧谷坡底部局部地段被掏空，进而形成崩塌。但由于沟谷中崩塌体较少，参与泥石流的崩塌堆积物数量甚微。

研究区N1、N3泥石流主沟道上游，沟谷宽度一般5～20 m，愈往上游沟谷宽度逐渐变窄，接近清水汇流区一般2～5 m。上游沟谷内构成潜在物源的松散堆积物厚度一般小于3.0 m，下游沟谷内松散堆积物厚度均小于10 m，一般为3～7.0 m。N4、N5、N6泥石流主沟道宽度一般2～6 m，松散堆积物厚度一般小于3.0 m。发育在近山前地带的较小的次级泥石流沟形成区其形态轮廓多呈向南(流通区)的扇形，松散堆积物厚度一般小于5.0 m。

上述分析表明，研究区泥石流沟谷物源相对丰富。影响物源数量的主要因素是泥石流形成区的地层岩性。

3.3 水源条件

研究区靠近托云—乌恰暴雨中心带，局地性暴雨常见。不论是平水年还是丰水年，低涡、冷锋低槽等都能造成小范围大暴雨，强降雨是区内泥石流的主要形成条件之一。

研究区年最大降水量165.6 mm，最小降水量18.3 mm，多年平均降水量78.0 mm。暴雨主要分布在5-9月，占全年60%～70%，其特点是降水过程断断续续，降水强度时大时小，降水形态各有不同，暴雨能在短时间内形成强大的地表迳流，而携带松散碎屑物质起动形成泥石流。