天水市甘谷县孙家沟泥石流发育特征分析

张 元

(甘肃省地质调查院，甘肃 兰州 730000)

1 序言

研究区位于甘谷县城西南部，与遐迩闻名的大象山石窟相邻，横跨G316国道，交通十分便利。孙家沟流域内固体松散物质较为丰富，流域面积大，沟深坡陡，持续强降雨则有利于雨水迅速汇聚，汇集后水势凶猛，边流动、边携带流域内的松散物质，从而形成泥石流，发生泥石流地质灾害。因此，开展该地区泥石流的发育规律的研究，对该地区的防灾减灾工作具有重要意义。

2 自然地理概况

甘谷县属温带大陆性半干旱气候区，四季分明。据该县气象资料统计，年平均气温10.2 ℃，极端最高气温36.3 ℃，极端最低气温-19.2 ℃，年平均降水量为480.8 mm，年平均蒸发量为1 481.5 mm。渭河是流经本区最大的过境河流，横穿甘谷县中部。孙家沟属于渭河一级支流，属常年流水型，发源地为甘谷县白家湾乡斜坡山梁，流域面积为25.3 km2, 流经境内总长9.50 km，年平均降水总量1 385.14×104m3，年径流量158.33×104m3，区内滑坡、崩塌较为发育。

3 新构造运动

第四纪以来，由于地球内应力不平衡，使一些构造体系具继承性活动的特点，总体上区内新构造运动以不均匀间歇性升降为主，表现为河、沟谷深切和普遍发育的Ⅰ～Ⅲ级阶地等，都表明本区新构造运动比较频繁。

4 水文地质、工程地质条件

4.1 水文地质条件

(1) 松散岩类孔隙水：区内松散岩类孔隙水主要赋存于区内泥石流堆积和冲洪积层碎石土中，水位埋深较浅，水位埋深介于0.5～1.5 m之间，含水层富水性好，厚度1～6 m，主要接受大气降水、地表水入渗补给及基岩裂隙水侧向补给，排泄方式主要沿含水层向下游泾流，渗透系数90～120 m/d，属HCO3—Ca—Mg型水。

(2) 碎屑岩类孔隙裂隙水：区内碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于古近系地层中的含砾泥质砂岩与砂砾岩的孔隙裂隙中，以潜水为主[1]。主要接受大气降水补给，水量贫乏，泉流量一般在0.001～0.1 L/s，水质较差，矿化度大于1 000 mg/L，水化学类型以SO42-型和SO42-—Cl-型为主，主要接受大气降水入渗补给，以泉或地下潜流的形式向河谷排泄[2]。

4.2 岩土体工程地质特征

4.2.1 岩体工程地质类型及特征

古近系(E)砂(砾)岩：属于软质岩石、层状构造、砾状结构、泥质胶结，以接触胶结为主，抗风化能力弱，遇水极易软化崩解，产状350°∠20°，表层为强风化层，厚度一般0.5～1.0 m。岩体工程性能一般，承载力较高，单轴饱和抗压强度3～10 MPa，承载力特征值fak=450～600 kPa[3]。

4.2.2 土体工程地质类型及特征

冲洪积土(Q4al+pl)：岩性以圆砾为主，河漫滩及Ⅰ级阶地表层为粉土，圆砾呈湿～饱和，稍密～中密状态，骨架颗粒约占总质量的75%，其余为泥质和砂质充填，最大粒径约为80 cm，磨圆度一般，多呈棱角状，级配良好，分选性差，工程性能较好，承载力较高，承载力特征值fak=260～280 kPa，表层粉土结构松散，稍湿～湿，厚度小，工程性能差，物理力学性质一般。

残坡积土(Q4el+dl)：分布于山体表层及坡脚，岩性以砂岩、砂砾岩残积物为主，孔隙发育，结构松散，厚度小，工程性能差，物理力学性质差，承载力特征值fak=100～120 kPa。

泥石流堆积混合土(Q4sef)：主要分布在沟口一带，堆积混杂，主要以碎石为主，成分复杂，厚度变化大，工程性能差，物理力学性质差。

5 泥石流发育特征

5.1 泥石流形成条件

5.1.1 地形地貌条件

天水市甘谷县孙家沟泥石流流域平面形态近似呈"柳叶形"，整个流域内植被覆盖率差，流域山地以中山为主，左右两岸的支沟呈树枝状发育，属常年流水型沟谷，总流域面积25.3 km2，主沟长9.50 km，主沟纵坡降约63.7‰，流域内地势由南向北倾斜，最高点高程为南侧分水岭1 916 m，最低点为沟口处，高程1 311 m，沟岸山体坡度30°～50°，局部近似直立。由此可知，若发生强降雨，雨水易通过坡面及支沟汇合，加之地形坡度较大，坡面及主沟内的松散固体颗粒物质极易被携带进入泥石流沟内，因此形成泥石流的地形条件充分[4]。

5.1.2 松散固体物质补给条件

(1)沟道松散固体堆积物补给

孙家沟内由于长期流水侵蚀冲刷、泥石流间断的搬运及人工采砂，使河床内地层结构疏松，在强降雨工况下，沟道内迅速汇水并沿程侵蚀，容易携带冲出。

(2)开挖隧道的弃土及堆积的砂石

孙家沟流域内共4处砂厂及一处砖厂，据前期实地勘查，堆积砂石及弃渣总体积约14.26×104m3。在国土部门及相关责任部门的协调和监督下，对沟道内的砂厂及砖厂已经关停。开采砂石料正在清理过程中，截至目前，约40%已被清除，剩余8.56 ×104m3正在清理中，建议在项目实施之前务必清理完毕。 孙家沟泥石流固体松散物质储量约为286.45×104m3，流域内松散固体物质储量丰富，为泥石流的形成发育提供了有利条件[5]。

(3)降水条件

本区降水量在年内分配很不平衡，7—9三个月降水量为260.2 mm，占全年降水量54%。区内具有降雨集中、雨强大的特点，中雨平均每年11.7次，大雨2.5次，暴雨为0.2次，大、暴雨集中在5—10月，而暴雨多出现在7月，一次连续最大降雨量205.8 mm，日最大降雨量93.5 mm(2006年8月27日)，小时最大降雨量40.0 mm，10 min最大降雨量25.4 mm。短历时、高强度的降雨这种集中式、高强度降水为泥石流的形成提供了充沛的水源条件[6]。

5.2 泥石流基本特征

(1)形成区。形成区主要分布在流域内的除北侧以外的大部分区域，以近似环形进行补给，面积23.03 km2，占流域总面积的93.03%，植被发育，植被覆盖率约为10%，坡度30°～60°，局部近直立，强降雨过程中汇水迅速，来势凶猛，通过坡面及支沟迅速汇入沟道中。

(2)流通区。主要分布于孙家沟主沟中上游区段，该区面积约为1.99 km2，占流域总面积的4.87%，沟床平均坡降较平缓。

(3)堆积区。主要分布于孙家沟主沟下游一带，受河流冲刷及人工清理等原因，沟口泥石流冲洪积扇不十分明显，形成了堆积-侵蚀循环过程，即在这次暴发泥石流时堆积的固体物质，在下一次洪水过程中被冲入到渭河河道中。

5.3 泥石流的流动特征

泥石流的流态、冲淤变化、流速及流量等受流域形态、沟道特征、固体松散物质数量及补给特征、降雨强度等控制。孙家沟属常年流水型沟谷，根据河谷地貌判断该沟谷地貌发育已进入老年期，主河河型基本稳定，河谷不断拓宽，以横向切蚀为主，曲流发育，谷坡由低缓逐渐达到极限，沟岸侧蚀现象发育，沟道变窄处尤为明显，在弯道较大处有淤积现象，河道冲淤变化具有明显的沿程补给沿程堆积特点。形成-堆积-侵蚀循环过程，即在这次暴发泥石流时堆积的固体物质，在下一次洪水过程中被冲入主沟道中。当水流量变小或洪流淹没高河漫滩时，因沟道变宽，水动力降低，水流挟砂能力减小，固体物质大规模堆积。

5.4 堆积特征

区内泥石流以沟道堆积为主，其次为沟口堆积，洪积物较为明显，泥石流堆积物特征的变化主要表现在其堆积物粒度上。孙家沟中上游坡降比较大，泥石流流速较快，下游沟床相对较宽缓，坡降比相对较小，水动力降低，固体物质在下游段大量堆积，堆积厚度达到0.5～1.5 m。

5.5 泥石流堆积物粒度特征

孙家沟泥石流堆积物以圆砾为主，上游至沟口颗粒由大逐渐变小，一般粒径介于2～40 mm之间，含量约占总质量的55%，卵石含量约为15%，其余为泥质和砂质充填，表层可见零星分布的漂石，最大粒径约300 mm，主要来源于基岩的风化和崩解。

6 结论

近年来，随着极端天气的频发，防灾减灾已经是摆在地方政府面前的亟待解决问题，包括灾害的治理和隐患的排查工作，地方政府部门在这些方面也做了大量工作。基于此，本文选择天水市甘谷县一处比较有代表性的泥石流沟-孙家沟作为研究对象，重点研究了该地区泥石流的形成条件、基本特征、流动特征、堆积物特征、堆积物粒度特征等方面的内容，旨在为该地区的泥石流的治理和区域防灾减灾工作提供参考。