青河县乔夏村泥石流灾害发育特征及影响因素分析

2017-05-19李永军

地下水 2017年2期

关键词：主沟支沟沟谷

李永军

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

青河县乔夏村泥石流灾害发育特征及影响因素分析

李永军

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

青河县乔夏村位于青河县城东北约10 km处的中低山区，随着近年来人类工程活动的加剧，严重威胁着当地居民生命财产的安全。在野外实地调查和资料收集综合分析整理的基础上，对研究区泥石流灾害的发育特征及影响因素进行了分析。研究结果表明：研究区位于青河县城东北约10 km处的中低山区，总体地势西高东低，为一个较完整的沟谷流域，整体呈近南北走向的“箕”状；该泥石流为稀性、沟谷型、高频中型泥石流，泥石流易发程度为易发；研究区泥石流可以划分为形成-流通区和堆积区。

泥石流；地质环境；发育特征；影响因素；青河县

泥石流是山区特有的一种地质灾害现象，具有突发性的特点[1]。青河县阿热勒乡乔夏村泥石流灾害研究区位于青河县城东北约10 km处，县城至研究区沿途部分地段为柏油路，部分地段砂石子路，交通较方便，研究区位于中低山区内，沟谷大部分地段车辆无法通行，交通条件较差。研究区东西以泥石流沟两侧的山脊(分水岭)为界、南侧以小青格里河为界、北至乔夏村泥石流沟(泥石流主沟)源头为界作为研究区范围，研究区南北长约10.24 km、东西宽0.9～4.4 km，总面积为34.87 km2。因此，本文在参考相关研究成果的基础上[2-5]，对青河县乔夏村泥石流灾害的发育特征以及影响因素进行了分析，通过对新疆青河县阿热勒乡乔夏村泥石流灾害的发育特征及影响因素的分析，可以对该泥石流的研究工程设计提供理论依据。

1 孕灾环境条件分析

1.1 气象水文

青河县阿热勒乡位于干旱、半干旱中低山区，属大陆性寒温带寒冷干旱气候。据青河县气象站实测资料统计，多年平均气温约0.4℃，年平均气温最高为1998年，2.5℃，年平均气温最低为1969年，-2.1℃。其中，极端最高气温34.3℃，极端最低气温-49.7℃，最热月出现在7月，平均气温为18.6℃，最低月出现在1月，月平均气温为-22.7℃。此外，研究区南侧紧邻小青格里河，该河发源于中蒙边界的阿斯嘎特哈尔乌拉山西侧，在乔什尕吐别克与大青河(大青格里河)汇合形成乌伦古河。

1.2 地形地貌

乔夏沟泥石流地处中低山区，上游地势相对高差较大，主沟沟谷两侧谷坡较陡，山坡坡度20°～50°。主沟纵坡坡度7.26%～26.3%，两侧支沟较发育，且支沟沟谷横断面呈“V”型，支沟宽度不大，多在5～20 m，在支沟两岸岸坡上可见厚度0.5～1.6 m的坡积物，主沟两侧坡积物相对较厚。中游宽度3.5～4.5 km，地势较上游区域相对高差较小，主沟横断面呈“U”型，沟谷宽约15～95 m，平均沟槽比降5.58%，两侧山体坡度15°～35°，基岩出露；支沟沟谷横断面呈“V”型。主沟两侧坡积物相对较厚。下游主要为泥石流堆积区及危害区，地形渐平坦。居民住房、乡村公路及人工引水渠及输电线路等广布。

1.3 地层岩性

研究区地层按时代由老至新划分为奥陶系和第四系全新统。第四系全新统按成因可划分为第四系全新统残坡积层和第四系全新统洪积层。

1.3.1 奥陶系

奥陶系：分布于研究区中低山区，为浅海相复理式建造。岩性主要为青灰、灰白色中深变质的混合岩、变质砂岩，厚度1 098 m。

山体表层基岩风化强烈，形成风化破碎的碎石土、碎石覆盖山体表层，风化破碎碎石呈片状，碎石粒径约为10～30 mm，由探井验证，第四系下伏为中等-弱风化基岩层，厚度约为5～20 mm，与完整新鲜基岩面接触。

1.3.2 第四系全新统

1)第四系全新统残坡积层：广泛分布于研究区沟槽两侧山体坡脚处，为泥石流形成主要物源，岩性主要以灰、青灰色碎石土及土黄色砂土层为主。

2)第四系全新统洪积层：分布于研究区乔夏村泥石流沟沟槽，主要由灰白色、青灰色块石、砂砾石及土黄色砂层组成。

1.4 地质构造

青河县在地质构造上属于西伯利亚地台西南边缘造山带的天山—兴安—蒙古地槽褶皱系(Ⅰ级构造单元)西北段的一部分，并以额尔齐斯—玛因鄂博大断裂为界，分为二级两个构造单元，研究区位于阿尔泰地槽褶皱系(Ⅱ级构造单元)中的喀拉额尔齐斯褶皱带内(Ⅲ级构造单元)。研究区内无断裂构造发育，构造条件较为简单。

1.5 工程地质条件

根据研究区内地层的分布特征，岩土体分为岩体和土体两大类。按照岩石强度、结构以及土体的粒度成分及结构，岩体岩组为层状、块状坚硬—较坚硬变质岩为主岩组，土体包括碎石土单层土体和砂土单层土体两种。

1.5.1 岩体

分布于泥石流沟的两侧及上游北部中低山区(泥石流形成区及流通区)，出露面积较大。主要有中低山区变质砂岩及花岗岩组成坚硬—较坚硬岩组。

1.5.2 土体

1)碎石土单层土体

主要分布于研究区内的各个沟谷两侧及山坡坡脚处，岩性为碎石土，青灰色，结构松散-中密，干燥-潮湿，级配较差，多为尖棱状，厚度较均匀，在低阶地上表层常履盖有厚度不大的根植土。

2)砂土单层土体

主要分布于研究区内的各个沟谷底部、漫滩、堆积区及低阶地的局部地段，岩性为砾砂、粗、中砂等，厚度不均匀，结构松散，干燥-潮湿，工程地质条件较差。

1.6 水文地质条件

研究区地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。

1.6.1 基岩裂隙水

基岩裂隙水：研究区主要指奥陶系含水岩组。含水岩组岩性为混合岩、及变质砂岩。区内构造运动强烈，裂隙十分发育，泉水广泛出露，泉流量0.007 8～40 L/s，大于1L/s的泉流量占统计数的46%，大部分泉流量大于0.1 L/s，平均流量7.79 L/s，属富水性中等-大。

1.6.2 松散岩类孔隙水

含水岩组岩性为第四系砂砾石及砂，其富水性取决于补给来源及岩性。松散岩类孔隙水的补给来源，(1)为大气降水的垂直入渗，(2)为汛期河水的侧向补给。另外还有来自附近基岩地下水的侧向补给，地下水埋深0.7～3.5 m，水位随季节和地形变化明显。地下水径流缓慢，主要排泄方式一种为枯水期向附近沟谷或洼地呈散流状排泄，另一种是通过植物或湿地以蒸发的方式排泄。

2 泥石流发育特征分析

根据研究结果，乔夏村泥石流为稀性、沟谷型、高频中型泥石流，泥石流易发程度为易发。泥石流流域面积34.87 km2，由一条主沟和25条支沟组成，主沟道长10.24 km，主沟为“U”型谷，支沟沟谷呈“V”型谷。泥石流沟道内物源总方量为758 741.5 m3。

在野外实地调查的基础上，乔夏村泥石流主要发育于乔夏沟的沟谷内，沟谷整体轮廓呈树枝状，由东西两侧多条小支沟及主沟构成。本次设计中将泥石流主沟上游和中游划分为一般研究区，下游划分为重点研究区，上游地形相对高差较大，相对高差155.6～195.3 m，主沟纵坡坡度28.1%～7.4%，主要分别有11条支沟，支沟均为“V”型沟谷，植被发育较好，松散物源量较少，如图1所示；中游地形相对高差195.3～246.9 m，主沟纵坡坡度7.4%～3.7%，主要分别有14条支沟，支沟大部分为“V”型沟谷，少数部分支沟为“U”型沟谷，该区段植被发育一般，松散物源较多，如图2所示；下游主要由出山口至南侧小青格里河之间，地形相对高差小，相对高差22.5 m，主沟平均纵坡坡度2.8%，支沟不发育，地表植被发育较差，松散物源量较少。两侧山体坡度相对较平缓。

图1 泥石流沟道上游物源

图2 泥石流主沟道中游物源

泥石流流域北侧分水岭至泥石流出山口区段划分为形成-流通区，出山口外的流域范围划分为堆积区。

形成-流通区中游沟谷狭长，两侧支沟发育，沟床纵坡较大，利于水石流迅猛直泻，由于部分区段发育有坡积物，受洪水冲蚀形成陡坎，该区段泥石流在下泄过程中仍有物源及水源的不断补给，且在物源及水源的不断补给过程中，泥石流携带更多物源迅猛下泄。

堆积区相对来说面积较小，面积为1.02 km2。山口后，“U”型主沟沟床纵坡逐渐变缓，呈喇叭口状向南散开，形成开阔的碎屑固体物质的堆积区，呈发育较完整的扇形地。堆积区的堆积扇轴向102°，扩散角25°，堆积扇缘宽度180 m，扇长508 m，面积为0.056 km2，相对高差12 m，比降2.86%。堆积区堆积物以松散细颗粒物质为主，为砂土层携带角砾，并含有少量漂石。

3 泥石流影响因素分析

3.1 地形地貌

泥石流沟形成—流通区东、北、西三面环山，东西两侧山体共发育25条支沟，山坡坡度10°～50°，山体表层基岩出露，表层覆盖小于0.3 m厚风化破碎基岩，主要由碎石土层组成，碎石主要呈棱角状，坡度较缓山体易于降水滞留，植被较发育，故东、北、西三侧基岩山区性质稳定。而基岩山区总汇水面积34.87 km2，在持续突发暴雨时为泥石流形成提供水动力条件。

引发泥石流发育的物源主要来源于形成—流通区中沟谷沟槽两侧，为第四系全新统残坡积层及洪积层。主沟上游两侧的残坡积碎石土，在强大水动力条件下沟槽边岸冲蚀、侧向掏蚀现象严重，同时，东西两侧分布的25条支沟形成汇水对支沟与主沟交汇处残坡积物质进行冲刷携带，并最终与主沟泥石流汇合，形成破坏力极大的泥石流，顺流而下；主沟中游有1公里左右的范围沟床顺直、狭窄且陡急，常年洪流下切，使沟道两侧出露有厚度3～5.5 m的冲洪积层，沟底部分地段基岩出露，可使上游汇集的大股洪水迅速通过，同时也携带了大量来自两岸的松散物源迅猛而下，冲向山口。

沟谷出山口后，地势开阔，沟谷宽度渐宽，其东西两侧为高出沟槽约1～2 m的一级阶地，阶地上分布哈萨房屋、农田、据泥石流灾害史访问调查，泥石流顺流而下，未掩埋阶地，沟口处居住的部分牧民房屋、牛羊棚圈及牲畜遭受泥石流灾害威胁。泥石流顺沟谷沟槽行进，通过与垂直沟谷的乡间公路时，冲毁了部分路段及引水渠道，剩余泥石流顺沟汇入小青格里河，总之，根据泥石流沟的地形，乔夏村泥石流沟在平面图上好似“箕”形，四周一级阶地地势均较高，地势较低处为西南、东南侧的乔夏村，受到泥石流威胁最大。

3.2 物源条件

通过本次野外工作的调查，发现泥石流形成-流通区内的松散堆积物主要由两部分组成，其中，一部分是泥石流流域内各沟道冲洪积所形成的松散堆积物，另一方面，是主沟道两岸塌岸的松散堆积物。根据专项勘查报告，新疆青河县乔夏村沟泥石流形成-流通区松散堆积物总方量为758 741.5 m3。

3.3 水源条件

研究区水石流的水源主要是大气降水，在山区年降雨量可达120～268.4 mm，降雨多集中在5-8月，占全年降水量的60%～70%，多呈大雨或暴雨形式。暴雨能在短时间内形成强大的地表径流，而携带松散碎屑物质起动形成泥石流。乔夏泥石流地质灾害的诱发因素为暴雨及春季融雪水。

乔夏沟泥石流流域内沟谷相对切割深度较大，同时中上游沟谷纵坡坡度相对较大，利于泥石流迅猛直泻，流体呈紊流状，以两岸侵蚀作用为主，由于泥石流流通过程中集中冲刷、撞击磨蚀，尤其沿途不断侧蚀两岸的坡积物(研究区两岸坡体基岩裸露，坡面发育稀疏的低矮草本植被，坡体基岩风化破碎在坡脚形成角砾碎石，散落堆积)，造成沟槽边坡失稳垮塌，大量残坡积碎屑物质加入，泥石流含带大量物源迅猛下泄，自出山口后，地形陡然开阔，坡降减少，泥石流动能释放较大，泥石流流速减缓，大粒径的下泄物沉淀堆积在这一区域，形成堆积区，对该区域的建筑设施及生命财产安全造成威胁。