西南山区典型低频泥石流沟谷特征与监测预警——以四川省泸定县兴隆沟为例

徐如阁，铁永波，巴仁基

(中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081)

西南山区典型低频泥石流沟谷特征与监测预警
——以四川省泸定县兴隆沟为例

徐如阁，铁永波，巴仁基

(中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081)

兴隆沟是一条典型的低频泥石流沟，其流域面积大，主沟长度长，沟床比降小，物源充足，植被覆盖率高，堆积扇下切深度大。通过分析兴隆沟沟谷特征、物源特征和植被特征，确立低频泥石流识别指标为主沟长度≥10 km，流域面积≥30 km2,主沟沟床比降≤200‰，流域植被覆盖率≥70%，老堆积扇下切深度≥4 m，流域形态为扇形，流域内岩体易破碎或易风化。兴隆沟沟口居民聚居，受泥石流威胁，由于无工程防治措施，在2011年安装多种监测设备进行监测预警；通过实践发现，除自动雨量计外，多数监测设备的使用寿命较短，因此建议低频泥石流以雨量监测为主。

泥石流；低频；监测预警；泸定县兴隆沟；四川省

低频泥石流是指暴发频率为20 a以上暴发一次的泥石流[1]。低频泥石流具有隐蔽性、突发性[2]，其潜在危害大，一旦发生往往规模大，破坏性强[3]。低频泥石流堆积扇较平坦，且多年无泥石流发生，容易使人们降低警惕性，从而在泥石流危险区生产和生活，而在西南山区，由于缺乏有利的居住地形，人们往往居住在低频泥石流堆积扇上。因此而发生了很多低频泥石流爆发造成的重大人员伤亡的惨剧，因此研究低频泥石流沟识别方法和监测预警方法具有重要的实际意义。王帅等[4]通过泥石流堆积区特征和野外调查访问进行识别低频泥石流，识别起来耗时耗力。本文通过对兴隆沟沟谷特征的分析，建立低频泥石流沟谷识别指标，通过量算沟谷指标即可初步识别低频泥石流沟，降低了识别工作量。

1 地质环境背景

兴隆沟位于二郎山西侧泸定县境内，流域内海拔最高点3 729 m；沟口海拔1 240 m，高差达2 489 m；沟床比降110.1‰。流域内水系总体呈树状分布，各支沟狭窄，多呈“V”型谷，沟床深切而陡峻，多跌坎；两岸陡峭，谷坡坡度25°～55°。盐水溪沟是兴隆沟最大的支沟，和渔进沟(兴隆沟中上段)在马桑坡村交汇，形成横“Y”型的水系。

兴隆沟流域属于亚热带季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，冬季干燥温暖，夏季温凉湿润，年平均无霜期较长，年均降雨量近664.4 mm，且随着海拔的升高降雨量逐渐增大。

兴隆沟流域内可见奥陶系、志留系、泥盆系、三叠系、侏罗系及第四系地层，岩性以砾岩、泥岩、砂岩、页岩、灰岩、残坡积土为主；岩浆岩在流域内分布面积较大，以γ2的花岗岩为主。

兴隆沟处于中部隆起区，三大断裂带在流域附近交汇，SN向的大渡河断裂带(属川滇南北向构造带)离沟口约3 km，NW向的金坪断裂(属北西向构造带)从该沟流域内通过，龙门山断裂带的尾部收敛于该沟沿大渡河向上约3 km的冷碛镇。金坪断裂从流域内穿过。

2 泥石流沟特征

2.1 沟谷基本特征

兴隆沟主沟长16.75 km，流域总面积约91.63 km2，海拔范围1 240～3 729 m，最大高差2 489 m，沟床比降为110.1‰。主沟下游呈“U”型谷，中上游以“V”型谷为主，中下游沟宽30～50 m，上游沟宽5～20 m。兴隆沟主沟较长，水系十分发育，呈树枝状分布，各支流与主沟主要呈锐角交汇，部分近直角交汇。渔进沟为兴隆沟主沟的中上段，主沟长11.65 km，流域总面积约38.39 km2，海拔范围1 510～3 320 m，最大高差 1 810 m，沟床纵比降为136.5‰。盐水溪沟为兴隆沟最大的一条支沟，主沟长9.75 km，流域总面积约31.94 km2，海拔范围1 510～3 729.4 m，最大高差2 219.4 m，沟床纵比降为193.8‰。

兴隆沟清水区主要为主沟道和主要支沟的上游区域，呈不规则环状包围在兴隆沟的上游，主要是海拔2 600 m以上区域，该区的主要特点是山体植被茂密，地形坡度较大，松散堆积物很少，沟道纵坡较大，沟道狭窄，基本无崩塌、滑坡等不良地质现象。

兴隆沟泥石流的物源区主要为马桑树村以上的中上游区域，主要高程范围1 500～2 600 m，形成区沟道主要为“V”型谷，部分沟道呈“U”型，河道较平缓，沟床较宽，沟道比降为112.3‰，宽度10～40 m，两岸山坡较陡峭，一般在30°～60°，沟道块石堆积较多。物源区内松散堆积物较多，方量较大，崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害及不良地质现象十分发育，共计15条泥石流沟，15处较大规模的滑坡及不稳定斜坡。

兴隆沟泥石流流通区为主沟道的下游段，沟道高程范围1 305～1 510 m，主沟长3 940 m，沟道比降为52.0‰。沟道平缓宽阔，宽度一般大于50 m，上段比较曲折。沟岸左侧居民较多，分别为马桑坡村、银厂村及兴隆镇镇政府，在接近沟口处修建有水泥厂，该厂的修建挤压了河道，使该处河道发生弯曲且变得狭窄，宽仅10 m左右。该段左岸有3条支沟，曾爆发过泥石流，但规模较小；沟岸右侧岸坡陡峭，存在少量的岸坡垮塌；沟道内碎块石堆积较厚，局部可达2 m；整体上该段可提供泥石流物源较少。

兴隆沟泥石流堆积区位于主沟沟口位置，沟道高程范围1 240～1 305 m，长1 290 m，沟床比降为85.3‰，总体呈缓倾向下游的较完整扇形地，沟道为深切的“U”型谷，沟谷深4～7 m，谷底宽10～40 m，岸坡一般为30°～40°，堆积扇前缘宽1 555 m。该堆积扇为早期历次泥石流堆积形成，如今已成为居民聚居地和耕地。堆积扇的成分主要为碎石土，沟道内残存较多的块石及漂石，最大直径可达1.6 m。

2.2 物源补给特征

兴隆沟的水源主要是降雨补给，泥石流主要发育于各支沟，主沟内有较多的冲洪积堆积物，主沟内部分沟段存在泥石流发生的痕迹，主要是支沟泥石流的延续。兴隆沟下游沿岸及沟口有较多建筑物，遭受泥石流的威胁.

图1 兴隆沟工程地质平面图

调查发现，兴隆沟流域内地层岩组以泥岩、页岩、砂岩互层的半坚硬岩组为主，岩层易风化破碎，尤其是须家河组(T3x)含有碳质页岩，侏罗系(J2s、J1-2z)为泥岩、粉砂岩、砂岩、页岩，造成地质灾害及不良地质现象十分发育(图1)。同时，流域内岩浆岩分布也较多，岩浆岩表层风化，岩体完整性较好，但有采石、采矿等现象，形成大量弃渣。流域内共发育典型地质灾害点或隐患点42处，其中泥石流沟20条，滑坡12处，崩塌1处，不稳定斜坡9处。另外，兴隆沟两岸还广泛发育冲沟泥石流及岸坡垮塌，流域内公路沿线广泛产生岩石坠落等灾害。流域内松散物集中在主沟及各级支沟沿岸，支沟内松散物往往以泥石流的形式进入主沟道。

兴隆沟流域内松散堆积物的主要类型有残坡积物(Qhdel)、崩滑坡积物(Qhdp+col)、沟道冲洪与泥石流堆积(Qhapl+df)。泥石流固体物质的补给方式为崩塌、滑坡等重力侵蚀提供和支沟泥石流提供，

2.3 植被特征

兴隆沟植被分布呈现以亚热带为基带的垂直自然带谱，自沟口起，由河谷稀树灌丛带递变为山地常绿阔叶林带与常绿阔叶落叶阔叶混交林带，亚高山针阔叶混交林带与针叶林带。1 500 m以下为亚热带半干旱河谷稀树灌丛带，1 500～2 300 m为山地亚热带常绿阔叶林带，2 300～2 500 m为山地亚热带常绿阔叶与落叶阔叶混交林带，2 500～2 900 m为山地暖温带针叶阔叶混交林带，2 900～3 800 m为亚高山寒温带暗针叶林带[5]。兴隆沟植被覆盖率为90%，其中森林覆盖率约占50%，草地及灌丛覆盖率约占40%。

3 泥石流历史

降水是泥石流发生的主要诱发和动力因素，一方面降水使得坡面的表层土体失稳，易产生滑坡、崩塌；另一方面，降水形成汇流后强烈冲刷沟道两岸的松散堆积体，使得沟道两岸的松散固体物质不断进入沟道，为泥石流提供物源。丰富的松散固体物质补给是泥石流发生的一个重要因素，其性状及储量大小决定着泥石流暴发的规模、流体性质及破坏强度等，而它的储量大小与当地的构造、岩性、土壤、人类活动及植被覆盖率等有着很密切的关系[6]。

兴隆沟主沟高差大，汇水面积大，支沟众多，为泥石流的形成提供良好的汇水条件。沟内松散物源总储量大，强活动性物源量较大，具备发生泥石流的物源补给条件。但沟床纵坡比降较小，泥石流启动的动力不足，泥石流多停淤在沟道内。

兴隆沟1975年8月曾暴发大规模泥石流，泥石流冲入大渡河，2010年暴发较小规模的泥石流。渔进沟1974年7月、1968年、1997年、2005年均有支沟暴发泥石流，冲入主沟道但未向下游流通，2010年多数支沟同时暴发，部分流通至兴隆沟下游；盐水溪沟的支沟在1975年、20世纪80年代、2010年和2011年均有泥石流暴发，但未冲出主沟道。

从泥石流的活动历史可知，兴隆沟泥石流暴发频率较低，2005年泸定县群发泥石流，但沟该未暴发；不过其较小的二级支沟和三级支沟泥石流活动较频繁，但规模均较小，多淤积在对应的主沟道内。

4 监测预警

兴隆沟是西南山区一条典型的低频泥石流沟，其沟内物源充足，沟口居民聚居，威胁较大，而该沟未采用任何工程措施来防治泥石流；为研究低频泥石流的形成机理和保障兴隆沟内人民财产与生命安全，2011年在中国地质调查局项目的依托下，对该沟开展多手段的监测预警。

兴隆沟流域内按照高程成立体式从上游至下游共布置有4个自动雨量计，对重要的支沟布置有泥位监测综合报警仪，并对流域内典型滑坡布置土体含水率自动采集装置，在兴隆沟主沟下游布置地声仪进行监测和预警(图2)。

图2 兴隆沟泥石流监测预警方案布置图

雨量监测主要是用确定的降雨临界值指标(阈值雨量)，预报特定降雨强度下可能会发生泥石流灾害[7]。泥位监测主要通过架于沟道上方的监测探头对沟道的水位变化情况进行监测，若沟道的水位上涨到设定的阈值，则会发出警报；泥石流物源区土体含水率监测主要获取泥石流物源启动前的含水量变化情况，通过分析含水量与降雨强度或降雨历时之间的关系，探索泥石流形成的机理和物源起动的临界值[8]；地声监测主要是利用埋设在沟道中的地声探头接受泥石流的特殊信号，再通过无线信号发射至监测人员处，发出警报以达到提前预警的目的。

截止2017年6月，未监测到兴隆沟及其支沟有泥石流发生，仅有洪水出现；而监测仪器中除自动雨量计外，均已报废。

5 结论

(1) 兴隆沟是一条典型的低频泥石流沟，具有较大的流域面积、较长的主沟道、较低的沟床比降、较丰富的物源和较高的植被覆盖率，其特征具有一定的代表性，研究其参数对该类泥石流的识别和防灾减灾均具有重要的科学意义。

(2) 兴隆沟内物源充足，使多条支沟频繁暴发泥石流，泥石流出入主沟道并停淤在主沟道内。

(3) 根据兴隆沟的沟谷特征、物源特征和植被特征建立低频泥石流识别标准如下：主沟长度≥10 km，流域面积≥30 km2,主沟沟床比降≤200 ‰，流域植被覆盖率≥70%，老堆积扇下切深度≥4 m，流域形态为扇形，流域内岩体破碎或风化强烈。

(4) 对兴隆沟及其主要支沟开展了雨量、泥位监测预警，对主要滑坡进行土体含水量监测，在居民区布置地声仪进行预警。通过实践验证，考虑到各类监测仪器的使用寿命，建议低频泥石流沟的监测以降雨监测为主。

[1] 中华人民共和国国土资源部．泥石流灾害防治工程勘查规范[S]．北京：中国标准出版社，2006．

[2] 铁永波，周洪福，倪化勇.西南山区短时强降雨诱发型低频泥石流成因机制分析——以四川省宝兴县冷木沟泥石流为例[J].灾害学，2013,28(4):110-113.

[3] 倪化勇，吕学军，刘宇杰，等.低频泥石流特征及其预测初步探讨[J].工程地质学报,2007,15(5):612-620.

[4] 王帅，铁永波，江金涛.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[J].地质灾害与环境保护，2016,27(2):31-34.

[5] 陈富斌.贡嘎山旅游地学基本问题[J].火山地质与矿产，1997,18(3):221-231.

[6] 铁永波，唐川，苏小琴.四川省九龙县石头沟泥石流动力学特征及其危险性评价研究[J].水土保持研究，2008,15(5)：168-170.

[7] 高速，周平根，董颖，等.泥石流预测、预报技术方法的研究现状浅析[J].工程地质学报，2002,10(3):279-283.

[8] 徐如阁，铁永波，巴仁基．下游集中补给型泥石流动力学特征与防治对策——以四川省泸定县干沟泥石流为例[J]．灾害学，2013,28(3)：204-209.

ALLEYCHARACTERISTICSANDMONITORINGANDWARNINGOFTYPICALLOWFREQUENCYDEBRISFLOWINSOUTHWESTMOUNTAINOUSAREA——TAKEXINGLONGGULLYASANEXAMPLE

XU Ru-ge, TIE Yong-bo, BA Ren-ji

( Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu 610081，China)

Xinglong gully is a typical gully of low-frequency debris flow, which has a larger drainage area,a longer main channel, a smaller channel bed gradient, sufficient source of debris flow, higher vegetation coverage and a larger fan with a lower dinting depth. Based on the analysis of gully characteristics, source characteristics and vegetation characteristics, the identification index of low frequency debris flow is established, which are main channel length is larger than 10 km, the drainage area is larger than 30 km2, the main gully bed gradient is less than 200 per thousand, the vegetation coverage rate is more than 70%, the old fan dinting depth more than 4m, valley morphology is fan-shaped, rock mass is easily broken or weathered. Residents living in the downstream of Xinglong gully are threatened by the debris flow. Because of no engineering prevention measures, China Geological Survey installed a variety of monitoring equipment for monitoring and early warning in 2011. Through practice, it is found that the life of most monitoring equipments is short, so it is suggested that the monitoring of low frequency debris flow should be mainly based on rainfall monitoring.

debris flow; low frequency; monitoring and early warning; Xinglong gully in Luding county; Sichuan Province

1006-4362(2017)03-0010-04

2017-04-10改回日期2017-06-15

中国地质调查局项目(DD20160722)资助

X141;P642.23

A

徐如阁(1985- )，男，安徽阜阳人，硕士，工程师，主要从事地质灾害风险评价与防治工作。E-mail: xuruge@163.com