甘肃省武威市康宁乡崖山沟泥石流发育特征及形成条件研究

2021-08-27魏莉莉

资源信息与工程 2021年4期

魏莉莉

（甘肃水文地质工程地质勘察院，甘肃兰州 730020）

1 序言

武威市凉州区康宁乡崖由于特殊的地理位置，地形整体西高东低，且西部为高山区降雨充沛，山区松散固体物质储量丰富，极易发生泥石流。近年来，崖山沟每年雨季均有不同程度的泥石流灾害发生，虽未造成人员伤亡，但均有不同程度的财产损失。一旦崖山沟发生大规模泥石流，直接威胁沟口及下游地带陈家垴耳庄、王家墩子村居民点，此地居民110户，900余人，农田约150亩。为了防止地质灾害对该地区造成更大的损失，维护人民生命和财产安全，开展对崖山沟泥石流形成发育机制的研究迫在眉睫［1－3］。

2 地质环境概况

勘查区地处祁连山北麓，地势由西南向北东倾斜，海拔1 850～2 010 m，相对高差30～60 m。区内受新构造运动形成了构造剥蚀低中山和山前倾斜平原地貌。

勘查区降水分布不均，西部高山区450 mm左右，东部沙漠区100 mm左右。年内降水量分配不均，雨季日最大降水量为89.9 mm，小时最大降水量43.2 mm，10 min最大降水量16.0 mm。汛期降水量大而集中，短时高强度降水往往形成泥石流、滑坡等灾害。

区域内1920年以来共发生5.0级以上地震456次，其中破坏性地震32次，包括8级地震1次，7级以上强震3次，6级以上强震11次。地震可直接松动、破坏岩体结构和斜坡稳定性，是本区滑坡、崩塌等地质灾害形成的因素之一。

3 泥石流的特征分析

根据崖山沟泥石流流域空间分布及泥石流的形成、运移、堆积特征，将崖山沟泥石流形成区、流通区和堆积区［4－5］。

形成区有清水补给区和固体物质补给区。清水补给区主要分布于主、支沟沟脑，两侧坡体中上部的广大流域。区内海拔均在1 930 m以上，坡面陡峻且相对完整，呈上缓下陡的折线型，沟谷形态多为“V”形，沟床比降5%～6%，植被覆盖率较好，植被类型主要为草丛，滞水性差，清水汇集条件良好，有利于季节性洪水迅速汇集。固体物质补给区主要分布于主、支沟的中下游流域内，海拔一般在1 900～1 930 m，沟壑发育，地形相对高差大，主、支沟沟谷形态呈“V～U”形，沟坡坡度多在20°～40°，植被覆盖率小于10%，坡面裸露地段风化强烈，岩土体物质较松散，沟岸坍塌、沟道堆积物及残坡积物储量较为丰富，固体松散物质储量占流域内总储量的90%以上，具备了较好的固体松散物质补给条件。

流通区位于主沟沟道下游地段，长约300 m，区内沟床相对较平坦，沟床宽度20～40 m不等，沟谷形态多呈浅“U”形，沟谷比降约4%，两侧山坡坡度多为30°～40°，目前在流通区沟道内堆淤有大量的松散固体物质，松散物质进入该区段后流速增大，致使沟床下蚀作用增强。

堆积区位于主沟沟口地带，地形较开阔，坡降约3%，沟口堆积扇特征不明显，且目前已不完整，大部地带被改造为林地、耕地及居民区。

4 泥石流形成条件分析

4.1 地形条件

地形是泥石流发生的必要条件，主要集中表现为在一定的流域面积内汇集的流体通过地形相对高差的变化发生能量转变，即由位能转变为动能，为泥石流的形成和流动提供必要的动力，并赋予它一定的规模和特征。

崖山沟泥石流流域平面形态呈“长条形”，流域面积0.59 km2，流域最高点位于沟脑山坡处，高程2 010 m，最低点位于崖山沟沟口处，高程1 875 m，相对高差135 m。崖山沟沟域内小支沟发育，支沟均短而浅，长度小于300 m，形态多呈浅“U”形，支沟沟谷切割深度一般为10～20 m（图1）。主沟沟谷走向近80°，主沟长度1.55 km，其中上游地段沟谷形态呈“V”形，沟道比降128‰，沟床宽度2.0～3.0 m，沟谷切割深度10～15 m，沟床岩性为砂砾石，局部地段基岩出露，沟岸两侧坡度40°～50°；中游地段沟谷形态呈“U”形，沟道比降77.9‰，沟床宽10～15 m，水流切割强烈，沟道下切深度1～2 m，两侧山坡坡度30°～40°；下游地段沟谷形态呈“U”形，沟道比降40.2‰，沟床宽20～30 m，水流切割强烈，沟道下切深度0.5～1.5 m，两侧山坡坡度20°～35°（图2）。此类地貌类型有利于泥石流的形成和运动。

图1 崖山沟泥石流上游沟谷特征

图2 崖山沟泥石流中游沟谷特征

4.2 固体松散物质条件

松散固体物质是形成泥石流最基本的条件之一，通过野外调查得知，流域内泥石流的松散固体物源补给方式主要为崩滑堆积体、沟道泥石流堆积物、坡面残坡积物（沟岸坍塌、坡面侵蚀）补给。

（1）崖山沟分布有2处滑坡、5处崩塌，发生滑坡、崩塌后扰动的松散体，主要为残坡积堆积层及砂岩灰风化形成的大小不等的颗粒，均有可能作为泥石流补给物质；现状稳定性均为较差⁃差，在暴雨工况下，滑坡、崩塌松散堆积层均会在水流的作用下进入沟道。

（2）沟道堆积物冲刷下切物源：在主沟中下游及支沟中下游段，沟道较宽阔，早期泥石流搬运的物质堆积于沟床中，为后期发生大规模泥石流提供了足够的固体松散物质。

（3）沟岸坍塌物源：在泥石流物源区及流通区沟岸两侧，由于坡体岩性主要为第四系松散堆积层及砂岩，且砂风化强烈、破碎，再加之沟岸大部呈近直立状，在暴雨和沟谷水流冲刷下切作用下形成的坍塌灾害体可直接进入沟道成为参与泥石流的松散固体物源。

（4）坡面侵蚀物源：崖山沟流域内岩体破碎、风化强烈，形成的残坡积物质在谷坡广泛分布且厚度较大，由于该物质结构松散，相互间黏结力差，碎屑成分含量高，极易被水流冲刷侵蚀。雨季松散物质被冲入主沟道或支沟，成为泥石流的物源之一。

4.3 降水条件

崖山沟为季节性流水沟谷，主要来源于大气降水及冰雪融水，雨洪是泥石流的主要水源。流域内平均降雨量165.4 mm，年最大降水量251.3 mm，年最小降水量91.0 mm，降水在年内分配不均，主要集中于每年的6—9月，占全年总降水量的72%。雨季高强降水可引发泥石流灾害。

5 泥石流的形成、径流及堆积特征

崖山沟流域泥石流的活动分为形成、径流和堆积3个过程（图3）。在充裕的固体物质补给条件下，暴雨期间在降水等内外动力作用下，早期泥石流在一定时间内汇集，能量急剧增大，在沟口形成大规模灾害性泥石流。崖山沟泥石流为稀性泥石流，流体为不连续性流动，为洪水—泥石流—洪水的演变过程。泥石流堆积区位于沟口地带，堆积扇特征不明显。