堆龙德庆区比西沟泥石流特征及成因机制分析

徐琳，达娃，罗绍强，胡林，肖进，赵海华，官辉

堆龙德庆区比西沟泥石流特征及成因机制分析

徐琳1，达娃2，罗绍强1，胡林1，肖进1，赵海华2，官辉2

（1.四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川 绵阳 621000；2.西藏自治区地质矿产勘查开发局地热地质大队，拉萨，850032）

堆龙德庆区比西沟于2019年7月10日暴发泥石流，造成沟口某部队、驾校和公路等被损毁。通过调查发现比西沟具有沟域面积大，主沟纵坡降大的有利地形条件和极端降雨条件；沟域内物源丰富，包括滑塌堆积物源、沟道堆积物源、坡面侵蚀物源，松散物静储量约152.52×104m3，可参与泥石流运动的动储量为11.64×104ｍ3。比西沟再一次爆发泥石流的可能性较大，建议尽快采取工程治理防治措施。

堆龙德庆区；泥石流；发育特征；成因机制

青藏高原特殊的地质、地理和地貌特点，导致滑坡、泥石流等地质灾害频发，不少学者利用多种方法对地质灾害的类型、成因等进行了研究（刘刚等，2017；孟晖等，2004；彭建兵等，2004；李永化等，2002；黄永高等，2019）。2019年笔者参加了西藏自治区自然资源厅组织的1∶5万地质灾害详细调查项目，对堆龙德庆区地质灾害进行了详细调查，部分灾害点开展了勘查工作。

2019年7月10日拉萨市堆龙德庆区西侧乃琼街道乃琼村比西沟发生山洪泥石流，造成沟口某部队和宇拓驾校被淹没（图1），场地内积水0.7～1.2m，泥砂堆积30～50cm，冲毁围墙55m，8辆教练车损坏，7辆电瓶车损毁，无人员伤亡，造成直接经济损失约20万。目前泥石流主要威胁沟口乃琼村二、六、七、八组居民及某部队营区、驾校、公路、铁路等，潜在经济损失达5 000万。本文笔者通过实地调查，对形成比西沟泥石流的形成条件和成因进行了深入分析。

图1 比西沟泥石流掩埋驾校及公路

1 区域地质环境概况

堆龙德庆区位于西藏自治区南部，雅鲁藏布江缝合带北侧的拉萨地块中部，属雅鲁藏布江拉萨河流域，区内有堆龙曲至北向南贯穿全境。堆龙德庆区北西侧即为著名的羊八井-当雄地堑，工作区位于地堑的南东翼，相当于地垒稳定抬升区。区内北部地区新构造抬升运动强烈，山体下切明显，河谷深切割，山坡坡度陡，第四系河谷阶地发育（吴中海，2004），地质灾害十分发育，向南部抬升相对减弱，地质灾害发育程度也减弱。区内以大面积发育岩浆岩为特征，主要以古近系火山岩、白垩纪中酸性侵入岩为主，其次为侏罗系、白垩系及第四系等。区内北部地区断裂、褶皱构造较发育，以近东西向断裂构造为主。

比西沟泥石流位于堆龙德庆区西南部，属于堆龙曲一级支沟，流域面积约23.3km2。沟域内发育两条断裂构造，F1为近东西向展布，造就了主沟负地形地貌，断裂带内岩石极为破碎，呈碎裂状，破碎带宽一般3～5m。总体上断面南倾，反映为南倾的逆冲断层。F2发育于沟域上部，呈北北东向延伸，断层通过处，负地形明显，在山脊处形成垭口，断层破碎带发育，带内岩石极为破碎，偶见断层泥砾，断层性质不明（图2）。

沟域内主要出露白垩系下统楚木龙组（K1）薄-中层状石英砂岩、含砾石英砂岩、粉砂岩；塔克那组（K1）砂岩、页岩、泥岩夹灰岩等；侏罗-白垩系林布宗组（J3K1）灰黑色板岩、粉砂岩夹灰白色石英砂岩及古近纪二长花岗岩等。第四系松散层主要包括冲积、冲洪积、残坡积等成因类型。

2 泥石流形成条件

比西沟流域在地形、物源和降雨三个条件上具有极端性，是2019年7月10日爆发泥石流灾害的根本原因。

2.1 地形条件

沟域地势总体上西高东低，沟域内山地海拔高程一般都在4 000m以上，由南西向北东方向径流。比西沟泥石流沟域形态大体为“树枝”状，主沟长约7.1km，流域面积约23.3km2。泥石流沟口海拔3 729m，沟谷源头海拔5 249m，相对高差 1 520m，主沟纵坡降约214.1‰。比西沟泥石流沟主沟为“U”型谷，支沟多呈“V”型谷，主沟最宽处约91m，最窄处约2～5m，两岸陡缓相间；该泥石流沟域内支沟发育主要发育6条较大支沟，支沟沟谷深切。沟床总体呈上陡下缓，该沟有季节性流水，水源主要为地下水溢出、大气降水、融雪，该泥石流清水区位于沟顶一带，地势陡峭，基岩裸露为主。在海拔5 000m以上的地段，无植被发育，寒冻风化的坡面碎屑沿斜坡散落堆积。沟道中松散物堆积较少，以径流冲刷基岩为特征。形成区位于沟域中段，该段内有大量的松散物源，形成区中上游较陡，沟道坡度一般10°～20°，沟道宽约2～10m不等；中下游相对较缓，沟道坡度为5°～10°，沟道宽约5～35m。形成区上部沟道两侧岸坡受泥石流冲刷形成陡坎，陡坎高约2～5m不等，两岸坡体表面沟壑发育；形成区中下部，沟道下切第四系上更新统冲洪积层，形成深约3～5m的U型沟道，沟岸滑塌明显。流通区位于形成区与堆积区之间，长约650m左右，相对高差60m,平均纵坡降92.3‰。流通区沟道宽约85～91m不等，沟道中堆积有大量的松散砂、砾石及沙土等物质，厚度约10～15m不等，为泥石流的形成提供了大量的沟道堆积物源。堆积区堆积扇形地不发育，主要沿沟道堆积，位于沟口往北东一带开阔地段。

图2 比西沟泥石流沟域示意图

2.2 物源条件

比西沟泥石流属沟谷堆积特征明显的泥石流，其松散固体物源较丰富，且物源分布较为集中。物源类型主要包括滑塌堆积物源、沟道堆物源、坡面侵蚀物源三类（表1）。其中滑塌物源11处，坡面侵蚀物源7处，沟道物源3处。

表1 比西沟泥石流物源估算汇总统计表

（1）滑塌堆积物源

比西沟泥石流滑塌物源主要是由于沟道深切造成岸坡滑坡、崩塌而形成的物源。该类物源以沟域中游一带沟岸滑塌为主，主要为沟道两侧的第四系冲洪积层、残坡积层在沟道侵蚀斜坡前缘的情况下造成岸坡失稳而发生滑坡、崩塌，滑塌堆积物进入沟道为泥石流形成提供物源补给（图3A、B）。沟域内共有滑塌物源11处（表2），共计物源储量35.98×104m3，活动储量约1.1×104m3。该类物源松散物一般以砂土和少量的碎石为主，颗粒较小，利于水流搬运，可直接参与泥石流的形成，是比西沟泥石流的主要物源之一。

（2）沟道堆积物源

比西沟泥石流的沟道堆积物源主要分布在主沟及支沟中。沟道堆积物源参与泥石流活动的方式主要为沟床的揭底冲刷，其可参与泥石流活动的物源量主要为沟底拉槽下切可能掏蚀的部分及拉槽下切后两侧岸坡可能失稳进而参与泥石流活动的物源两部分组成。因而，其可参与泥石流活动的动储量主要取决于沟道冲刷深度和可能冲刷的宽度，而冲刷深度又由沟道形态特征、宽度、纵坡降、水力条件、堆积物颗粒级配及结构特征等决定。揭底深度按调查深度两侧动储量按碎石土自然休止角30°～35°计算确定。

比西沟泥石流主要包括3处沟道物源，为早期泥石流物质在搬运过程中沿沟道停积（图3C、D），为后期泥石流发生提供了物质来源。共计沟道物源储量23.78×104m3，活动储量约6.7×104m3。

表2 比西沟泥石流物源分布统计表

（3）坡面侵蚀物源

比西沟泥石流沟域内植被较发育，以高原草甸为主，其保持水土能力有限，暴雨侵蚀明显，沟道两边岸坡陡立，坡体结构松散，坡体受雨水冲刷及冰雪融化水影响，直接掉落沟道，受雨水冲刷沟壑发育，为泥石流的形成提供松散物源（图3E、F）。

坡面侵蚀物源区参与泥石流活动的方式主要为暴雨侵蚀，面蚀和沟蚀的情况均有，其可能参与泥石流活动的物源量主要受侵蚀强度控制，而侵蚀强度主要受降雨量、斜坡结构、斜坡表层岩土体结构特征、斜坡坡度、植被特征等因素控制，总体上这些坡面侵蚀物源区坡度均较大，雨水对坡体表层破坏较为强烈，由于该岸坡较陡，侵蚀厚度相对较厚，一般侵蚀深度约0.5m～2.0m左右，因下部直接为沟道，被侵蚀直接进入沟道，其可参与泥石流活动的物源量折减较小。按特大暴雨条件下侵蚀厚度5cm计参与泥石流活动的动储量。比西沟泥石流共计坡面侵蚀物源储量92.76×104m3，动储量3.84×104m3。

2.3 水源条件

堆龙德庆区城属高原温带季风半干旱气候，日照充足，气候温和，夏季雨水多、湿润，冬季降水稀少、干燥。区内多年平均降水量495.7mm，最大年降水量637.8mm，最大日降雨量50.5mm，日平均降雨量1.43mm，降雨季节分明，大雨或暴雨集中在6～9月，占年降水的95%。暴雨是引发比西沟泥石流最主要原因。

3 泥石流动力特征

3.1 泥石流容重

比西沟泥石流沟道堆积物在上、中游形成区以粗颗粒为主，自上游至下游块石含量逐渐减少，细颗粒物含量逐渐增加。根据现场配浆得到泥石流的容重为1.55～1.68t/m3，平均值为1.62t/m3。根据泥石流颗粒筛分结果，利用粗、细颗粒物的百分含量对沟道内的泥石流容重进行计算，计算公式为：

γD=P050.35P2γV+γX（1）

式中:γD为泥石流容重，t/m3;P05为粒径＜0.05mm的颗粒百分含量;P2为粒径＞2mm的颗粒百分含量;γV为黏性泥石流最小容重，本次取值2t/m3;γX为泥石流最小容重，本次取值1.4t/m3。最终计算得到泥石流的容重为1.673t/m3。

3.2 泥石流流速计算

比西沟泥石流容重取值1.673t/m3，为稀性泥石流，流速采用粘性泥石流通用公式进行计算：

VC=KHC2/3IC1/5（2）

式中Vc为泥石流断面平均流速（m/s）；Hc为泥石流平均泥深，本次取值0.7m；Ic为泥位纵坡率，本次取值0.22；K为粘性泥石流流速系数，根据查表确定取值10。比西沟泥石流流速计算结果为5.807m/s。

3.3 泥石流流量计算

泥石流流量计算采用形态调查法，以流速乘以过流断面面积得到。本次以流通区断面计算，断面面积32m2，计算得到泥石流断面峰值流量为185.86m3/s。

图3 比西沟泥石流物源照片

A、B-滑塌堆积物源，C、D-沟道堆积物源，E、F-坡面侵蚀物源

4 泥石流成因机制探讨

比西沟泥石流沟流域面积大，沟域内物源丰富，目前沟域内松散物源储量为152.52×104m3，可参与泥石流运动的各类物源动储量为11.64×104ｍ3，这些物源分布在主沟及各条支沟中。

比西沟各沟道两岸陡立，支沟泥石流、坡面泥石流、沟岸滑塌等物质在失稳后高速冲入沟道内，高势能转化为强大的动能，在沟道内产生底蚀、侧蚀，并携带物质向下游高速运动，同时造成沟道两岸的滑塌进一步发展，加入泥石流运动。当中上游支沟形成的泥石流高速运动至流通区时，部分直接以松散物质形式参与泥石流运动，另一部分则对泥石流形成瞬时堰塞效应，但终因泥石流来势凶猛，堰塞效应瞬间失效，松散物被挟裹着继续向下游运动，而且瞬时堰塞效应、底蚀、侧蚀造成流通区、沟底及两侧堆积体大量失稳，并参与泥石流运动，泥石流流体在此过程中呈滚雪球之势不断壮大（余斌，2009）。但泥石流爆发时仅能裹挟部分物源，在泥石流发生过程中，随着沟道纵比降和宽度的变化，以及组成物质出现水沙分离，部分固体物质在沟道宽缓处停淤，不会一次冲出泥石流沟（何伟，2019），又可作为下一次爆发泥石流的物质基础。

比西沟泥石流为暴雨沟谷型泥石流，其发生频率较高，规模属于中型。物源条件、水源条件和地形条件都有利于泥石流的发生。在暴雨条件下，依据非饱和土强度理论（戚国庆和黄润秋，2003），短时间的具有一定强度的降雨使得固体松散物质中渗入的水量来不及排出，加上周围降雨汇流的作用，固体松散物质将启动，形成泥石流。目前比西沟内松散固体物源较丰富，堆积体较松散，在强降雨条件下再次发生泥石流的可能性较大。

5 结论

（1）比西沟泥石流沟域面积较大，相对高差大、主沟纵坡降较大，具有有利的地形地貌条件。沟域内物源丰富，主要包括滑塌堆积物源、沟道堆积区域和坡面侵蚀物源，沟域内松散物源静储量为152.52×104m3，可参与泥石流运动的动储量为11.64×104ｍ3。

（2）比西沟泥石流容重为1.673t/m3，呈稀粥状，流速为5.807m/s，断面峰值流量为185.86m3/s。

（3）目前比西沟内松散物源较丰富，在强降雨条件下再次发生泥石流的可能性较大。鉴于泥石流沟口威胁重大，建议尽快采取工程治理。

刘刚，燕云鹏，刘建宇．2017．青藏高原西部地质灾害分布特征及背景分析[J]．中国地质调查，4(3)：37-45．

孟晖，张岳桥，杨农．2004．青藏高原东缘中段地质灾害空间分布特征分析[J]．中国地质，31(2)：218-224．

彭建兵，马润勇，卢全中，李喜安，邵铁全．2004．青藏高原隆升的地质灾害效应[J]．地球科学进展，19(3)：456-466．

李永化，赵军，崔之久，高全洲．2002．青藏高原东缘和邻区晚新生代泥石流活动规律及其成因[J]．地理研究，21(5)：561-568．

黄永高，韩飞，周游，贾小川，杨学俊，严刚，杨青松．2019．西藏G562普当至南木林段地质灾害发育特征及防治[J]．四川地质学报，137(01) ：88-92．

吴中海．2004．西藏当雄-羊八井盆地及邻区第四纪地质演化与活动断裂研究[D]．北京，中国地质科学院

余斌．2009．稀性泥石流容重计算的改进方法[J]．山地学报，27(1)：70-75．

何伟．2019．芦山县洞峡子沟泥石流工程地质特征及成因机制分析[J]．地质灾害与环境保护，30(4)：3-8．

戚国庆，黄润秋．2003．泥石流成因机理的非饱和土力学理论研究[J]．中国地质灾害与防治学报，(4)：12-15．

Characteristics and Genetic Mechanism of the Bixigou Debris Flow in Doilungdêgên, Tibet

XU Lin1DA Wa2LUO Shao-qiang1HU Lin1XIAO Jin1ZHAO Hai-hua2GUAN Hui2

(1-Northwest Sichuan Geological Party, BGEEMRSP, Mianyang, Sichuan 621000; 2- Geothermal Geological Party, Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources of Tibet Autonomous Region, Lhasa 850032)

A debris flow occurred on July 10, 2019 in Bixigou Valley, Doilungdêgên, Tibet. It caused damage to a military barracks, driving school buildings and roads at mizoguchi. The Bixigou debris flow is characterized by great basin area, large longitudinal gradient of the main ditch and rich material resources with slide sediment source, channel sediment source, slope erosion sediment source and loose sediment of up to 152.52×104m3. There is a greater possibility of another debris flow in Bixigou Valley. It is suggested that preventive measures should be taken as soon as possible.

Doilungdêgên, Tibet; debris flow; Bixigou valley; development; genetic mechanism

P642.23

A

1006-0995（2021）03-0448-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.019

2020-09-16

徐琳（1986— ），男，四川绵阳人，高级工程师，硕士，从事区域地质、地质灾害调查工作