呼尔阿沟泥石流特征分析

梁世川 黄诗宇 张鹏飞

摘要：呼尔阿沟于2008年7月发生泥石流，给国家和人民造成了较大的危害。详细论述形成泥石流的物源条件、沟道条件、水源条件，分析研究泥石流沟道上、中、下游及支沟汇入主沟口等典型断面的过流特征，推算泥石流水文特征值，预测泥石流的发展趋势，为合理可行治理措施的提出，具有一定指导意义。

关键词：泥石流；水文特征值；分析；呼尔阿沟

The characteristics analysis of debris flow，Huera ditch

Liang shichuan Huang shiyu Zhang pengfei

Xinjiang geological environment monitoring institute，Urumqi，Xinjiang，830000

Abstract：The Huera ditch happened debris flow in July，2008，it caused great harm to the country and the people. Discuss the source condition，channel condition，water conditions of debris flow in detail，analyse and research the typical sections flow characteristics of the debris flow ditchs upstream，midstream，downstream and the main gully outlet where the branch import，calculate the debris flow hydrological characteristics value，and predict the development trend，it has certain guiding significance for putting forward reasonable and feasible control measures.

Key words：debris flow；hydrological characteristics value；analysis；Huera ditch

呼爾阿沟2008年7月发生泥石流，造成较大的经济损失，在泥石流出沟口后，与县乡公路相交部位，由于涵洞过水能力有限，受泥石流携带的物源堵塞，导致泥石流冲毁公路，进入南部的第二中学，对学校造成威胁，对呼尔阿沟泥石流特征进行分析，对泥石流灾害防治和治理措施的提出具有一定意义。

1地质环境特征分析

1.1 区域地质环境条件

1.1.1 地形地貌

呼尔阿沟位于青河县城东北约9千米处，属低山丘陵地貌，总体地势西高东低，沟谷东西最大相对高差达648米，两侧山体小冲沟发育，但总体来说，北侧较南侧发育，地形坡度15-20°，沟谷纵坡坡度3.22-6.7%。主沟谷呈“V-U”型，沟谷宽约10-75米，沟蚀作用明显，沟槽宽度5-15米，深度约为0.5-2米，沟槽比降10-15%，出山口后地形渐变平坦，比降2-5%。

1.1.2 地层特征

呼尔阿沟内主要有奥陶系下—中统（O1-2）和第四系全新统（Q4）。奥陶系下—中统喀拉乔拉群分布于低山区内，主要岩性上部为黑云母石英片岩、绢云母千枚岩、黑云变粒岩、二云石英片岩等；下部为黑云斜长片麻岩、二云石英片岩、斜长角闪片麻岩及渗透状、条带状、眼球状、条痕状混合岩不均匀互层，夹大理岩薄层。受沟谷水流冲刷，奥陶系下—中统（O1-2）不连续出露于沟底。

第四系地层主要有泥石流堆积层、残坡积层、洪积层。残坡积层分布于沟槽两侧山体坡脚处，为泥石流形成主要物源，岩性多为闪长岩、凝灰岩、砂岩，结构松散，厚度约0.4-3.6m，主沟与支沟汇流坡脚处堆积厚度相对沟槽两侧稍厚，厚度约为1.5-3.6m，与下伏奥陶系下—中统喀拉乔拉群岩组为不整合接触。洪积层分布于呼尔阿沟沟槽，岩性多为闪长岩、凝灰岩、砂岩，结构松散，磨圆度较差，多为次棱角状，粒径约2-15cm，分选性一般，地层厚度约为0-1.5m。

1.1.3 地质构造

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），无断裂构造发育，构造条件较为简单。新构造运动特征则以脉动式差异升降运动为主，山区上升，山前平原区则相对下降。

1.1.4 地震

根据中华人民共和国GB18306—2001《中国地震动峰值加速度区划图》，场地地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0. 20g，区域地壳稳定性分级为次不稳定区。

1.2 水文地质条件

依据区内地下水的含水介质组合、赋存条件、水动力条件等情况，研究区第四系厚度较薄，均为透水不含水层，区内地下水主要为基岩裂隙水。据区域水文地质调查报告，基岩裂隙不发育，且空间分布不均，单泉流量小于0.1l/s，富水性较差，主要接受大气降雨、冰雪融水入渗补给，沿地形由北西向南东径流，以侧向径流的方式排泄。

2 泥石流形成条件及基本特征

2.1 泥石流规模

根据对2008年发生泥石流的调查，堆积物在沟槽流通过程中堆积长度923.75m，宽5-7m，堆积高度约为0.5m，在第二中学校园内堆积高度约0.3m，校园受掩埋面积约0.015km2，泥石流总堆积量约7050m?。呼尔阿沟沟谷泥石流流向比降为115‰。按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）中泥石流等级划分规定，泥石流一次性暴发规模为小型，泥石流地质灾害危害性等级为小型。

2.2 泥石流沟形态特征

呼尔阿泥石流沟整体轮廓呈树枝状，由南北两侧多条小支沟及主沟构成，主沟总体呈北西-南东向展布，由北西向南东流入小青格里河，沟道总体顺直，多呈V-U字型，主沟总长约2.50km，汇水面积8.2km2，沟床平均纵比降3.22-6.7%。形成区、流通区分区不明显。

（1）形成-流通区：指的是沟谷所在的低山区，沟谷上游狭窄，侵蚀作用强烈，水流揭底冲刷，基底基岩出露，沟槽呈“V”型，宽约5m，形成的沟槽狭窄平直，使汇入主沟水流能量集中不易损失，为泥石流形成提供了充足水动力，将沟槽两侧坡角的松散堆积物带走，而且形成的泥石流能量不易扩散。中游水流对沟槽下切冲蚀为主，在主沟中部形成宽5-15m、深0.5-2m的沟槽，沟谷相对切割深度较大，利于泥石流迅猛直泻，流体呈紊流状，以侵蚀作用为主，通过过程中带走两侧原松散堆积物，并且集中冲刷、撞击磨蚀，尤其沿途不断侧蚀两岸的坡积物，造成沟槽边坡失稳垮塌，大量残坡积碎屑物质加入，成为泥石流物源。此外，由于坡降降低而沉积于沟谷中部的物质也将作为再次发育泥石流的物源，被攜带搬运走。

（2）堆积区：指的是沟谷出山口至小青格里河区，呈扇形，扇缘宽度400m，轴向110°，扩散角30°。沟谷出山口呈喇叭口状开口，逐渐变宽，纵坡逐渐变缓。沟槽两侧为第四系残坡积堆积形成的一级阶地，堆积高度大于2m，泥石流行进受阶地地形地势阻挡，均顺沟槽流动，未漫过一级阶地。2005年修筑的垂直于沟谷走向的县乡级公路，起着阻挡作用，导致2008年7月发生泥石流时，当泥石流行进至过水涵洞时，涵洞被泥石流携带的固体物质堵塞，泥石流受阻后一部分物源在沟槽两侧堆积，一部分物源漫过公路，冲入公路下方第二中学校园，其余泥石流顺沟谷下游天然基岩边坡下泄小青格里河。堆积区处最大一次淤积变幅厚度为0.50m。见图1-1。

2.3 物源特征

泥石流物源主要集中分布于形成-流通区。呼尔阿沟两侧山体坡度较缓，山坡汇水面积较小，风化破碎基岩块体较大，性质稳定，基岩山体处可随水流携带形成泥石流物源量少，故物源以第四系和奥陶系地质界线作为分解线，沟谷内分布的第四系松散块石、角砾、砂砾石及亚砂土层均为泥石流物源，包括第四系全新统洪积物及松散残坡积物，覆盖层厚度0.4-3.6m，洪积物平均覆盖厚度1.0m，残坡积物平均覆盖厚度1.5m，通过计算分析，物源总体积约为12.55万m?。

2.4 泥石流易发性特征

根据地质环境特征及泥石流基本特征参数，按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》附录G“泥石流沟的数量化综合评判及易发程度等级标准”，研究区泥石流易发程度综合评分为80分，根据规范中易发程度等级标准评判，研究区泥石流为轻度易发。

3 泥石流成因机制和引发因素

3.1 丰富的松散固体物质条件

呼尔阿沟沟谷两侧大量的的第四系全新统基岩风化残坡积层，沟槽底部及两侧的第四系全新统洪积物，易受水流的冲蚀、侧向掏蚀作用而被携带，在该沟的中上游地带可能参加泥石流活动的松散固体物质储量约12.55万m?，这为泥石流的发生提供了充足的物源。这给泥石流的形成创造了有利的物质来源。

3.2 适宜的地形条件

呼尔阿沟主流域上中游地形较陡，沟谷平均纵坡坡度3.22-6.7%，上游沟槽狭窄平直，汇入的水流能量集中且不易扩散，中游沟谷相对切割深度较大，利于泥石流迅猛直泻，且对两侧侧蚀，良好地地形条件为泥石流的形成提供了非常好的势能条件。

3.3 水源条件

年均降雨量172.2mm，每年5-8月份季节性暴雨集中而且强度大，50 年一遇日最大降雨量为54mm；勘查区为低山区，属大陆性寒温带寒冷干旱气候，降水较多，汇水面积大，水源丰富，且植被覆盖仅20-30%。这些条件为泥石流的爆发提供了充足的水源条件。

3.4 人类工程活动

垂直泥石流沟谷修建的柏油路下部布设的过水涵洞，涵洞横断面宽约4米，高约1.8米，涵洞长约5米，过流能力不足，泥石流发生时，泥石流携带的物源堵塞涵洞，导致涵洞过水能力有限，引发泥石流淹没公路，将部分柏油路面完全冲毁，并顺地势冲入公路东南侧的阿热勒乡第二中学。

4 泥石流特征值

4.1 泥石流流体重度及固体物质比重

根据现场配浆试验结果，结合《泥石流灾害防治工程勘查规范》表G.2数量化评分（N）与重度、（1+φ）关系对照表的经验数值，确定泥石流流体重度（γC）为1.5t/m3，泥石流固体物质比重（γH）为2.6t/m3，根据泥石流流体稠度特征表，呼尔阿沟泥石流呈稠浆状。

4.2 暴雨洪水设计流量及泥石流泥沙修正系数

通过对研究区六条水文计算剖面进行数据实测，采用曼宁公式推算最大暴雨洪峰流量，最大暴雨洪峰流量为23.97m3/s；泥石流为稠浆状泥石流，结合《泥石流灾害防治工程勘查规范》表G.2数量化评分（N）与重度、（1+φ）关系对照表的经验数值，确定泥石流泥沙修正系数φ为0.455。

4.3 泥石流流量

本次泥石流流量计算采用雨洪法进行计算，计算公式为：

式中：Qw—频率为w的暴雨洪水设计流量（m3/s）；

Qc—频率为w的泥石流洪峰值流量（m3/s）；

φ—泥石流泥沙修正系数，为0.455；

Dc—为泥石流堵塞系数，根据规范取1。

在研究区选取6个断面进行泥石流流量计算，最大流量34.88 m3/s，结果见表4-1。

4.4 一次泥石流过程的总量及固体冲出物总量

计算公式采用：

Q—一次泥石流总量（m3）；

QH—一次泥石流冲出固体物质总量（m3）；

T—泥石流历时（s）（据调查，取0.5h=1800s）；

QC—泥石流最大流量（m3/s），为34.88m3/s；

—为泥石流流体重度（t/m3），为1.5t/m3；

—为清水容重（t/m3），为1t/m3；

—为泥石流中固体物质比重（t/m3），为2.6t/m3；

K的取值与流域面积有关，本次K取值为0.113。

通过计算得出，一次泥石流过程的总量Q=7094.60m?，固体物质总量 =2217.10 m?。

4.5 泥石流动力学特征值

经过计算，泥石流最大冲击压力为23.8KPa，最大冲起高度0.95m。

4.6 泥石流发展趋势

虽研究区泥石流为轻度易发，但随着洪积物及残坡积物在沟内不断堆积，当暴雨強度达到一定量时，该沟也可能暴发泥石流。另外，人类经济活动对环境的改变，也会使得季节性洪水沟向泥石流沟转化，如果人类不合理经济活动加剧，将促使泥石流形成条件更加充分，泥石流的活动也将趋于严重。

5 结论

从区域地质环境条件、水文地质条件及调查实测数据着手，对呼尔阿沟泥石流的形成条件、基本特征、成因机制、引发因素进行分析，对泥石流特征值进行计算，包括泥石流流量、流体重度、一次泥石流固体物总量、动力学特征等，在此基础上对泥石流发展趋势进行分析，对泥石流灾害防治和治理措施的提出具有一定意义。

参考文献

[1] 王玉军，李光德，刘桂华.塘坊沟泥石流特征分析及防治措施研究[J]，西部探矿工程，2011，（2）：187-190.

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[4] DZ/ T0219- 2006 泥石流防治工程设计与施工技术规范[S].地质出版社，2006.

[5] 工程地质手册[M].4版.中国建筑工业出版社，2006.

作者简介：梁世川，（1986.12.8—），男，重庆市彭水县人，工程师，2013年毕业于新疆大学地质与矿业工程学院，工学硕士学位，现工作于新疆维吾尔自治区地质环境监测院，主要从事水文地质、工程地质、环境地质等方面工作。

（作者单位：新疆维吾尔自治区地质环境监测院）