甘肃镇原县金龙沟泥石流的发育特征及形成条件分析

朱利辉 张新民

摘要：受强降水以及地震影响，镇原县金龙沟泥石流沟沟谷内斜坡稳定性降低，特别是镇原县，在强降水等条件下，金龙沟沟内滑坡、滑塌频发，形成泥石流的物源剧增，存在较严重的泥石流地质灾害隐患。本文从镇原县的自然地理特征、岩石地层特征等方面入手，分析了金龙沟泥石流的发育特征及形成条件，为该处泥石流灾害的防治、预警和治理提供依据。

关键词：金龙沟；泥石流；发育特征；形成条件

Analysis of basin characteristics and formation conditions of debris flow in Jinlong Gully， Zhenyuan County， Gansu

ZHU-Li hui1，ZHANG-Xin min2

1. Geological Survey of Gansu Province，Lanzhou 730000 2. Qingyang Natural Resources Bureau， Gansu， Qingyang 745000

Abstract： under the influence of strong rainfall and earthquake， the stability of slope collapse， landslide and other geological hazards in the gully of debris flow gully in Jinlong Gully， Zhenyuan County， Gansu has been reduced. In addition， the rainfall in Qingyang， especially in Zhenyuan County， Gansu， has increased significantly in recent years， under the condition of heavy rainfall， the landslide and collapse developed in Jinlonggou Gully， and the material source of debris flow increased sharply. In this paper， the development characteristics and formation conditions of debris flow in Jinlong Gully are analyzed from the aspects of physical geography and rock stratum characteristics of Zhenyuan County， Gansu， which can provide basis for prevention， early warning and treatment of debris flow disasters.

Key Words： Jinlong Gully；Debris Flow；development characteristics；formation conditions

鎮原县位于甘肃省东部陇东黄土高原区，金龙沟位于镇原县城关镇金龙村，为茹河右岸一级支沟，为一泥流沟谷，沟口为镇原县金龙工业集中园。该沟历史上曾多次发生泥流灾害，引起了庆阳市委及镇原县委、县政府的高度重视。为了确保金龙沟周边人民生命财产的安全，维护当地居民的正常生产和生活秩序，本区地质灾害治理刻不容缓。基于此背景，本文从金龙沟泥石流的发育特征以及形成条件等两个方面进行分析研究，为该泥石流沟的监测预警和治理提供重要的参考依据。

1.自然地理环境概况

金龙沟位于镇原县金龙工业集中园区，地理坐标北纬35°38′23″～35°40′02″，东经107°12′01″～107°12′01″。镇北路从工作区经过，交通十分便利。

1.1气象

镇原县属温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温9.5℃，最高气温37.2℃，最低气温-23.3℃。镇原县多年平均降水量480mm，降水年内分配不均，大部分集中在7、8、9三个月，其降水量占年降水总量的70%。年最大降水量为699.2mm（1990），最小降水量323.5mm（1997），日最大降水量106.9mm（1980年7月27日），最大小时降水量44.9mm（1980年8月18日）。镇原县境内降水具有明显的地区差异性，各地水量分布不均，南部多于北部，在县南部的新城、平原、中原一带多年平均降水可达520mm，而北部三岔以北只有450mm。

1.2水文

工作区内的河流为茹河，茹河为蒲河一级支流。茹河发源于宁夏固原县大湾、开城一带，途经镇原武沟、开边、城关、屯子、太平等乡镇东流注入蒲河，全长156km，流域面积3263km2，境内流程60km，其特征与蒲河相似。1976年实测泥砂含量498kg/m3。茹河在7、8、9月为汛期，洪峰流量大、泥砂含量大，破坏性很强，使河床改道，冲刷耕地，淘蚀坡脚。11月至翌年3月为平水期，4月～6月为枯水期。

1.3土壤、植被

镇原县土壤种类主要有黄绵土、红黏土两大类，黑垆土和砂土有少量分布。镇原县植被在水平带上系温带灌草植被带类型。境内植被稀疏，现状植被为仅存的少量经济林、人工水土保持乔木林、灌木林以及零星人工草地和天然草地，林草覆盖率为28%。主要为沟坡上的针茅、蒿类、胡枝子、地椒和长梁上本氏针茅、蒿类以及陡坡狼牙刺灌木，大部分覆盖率在10%左右。人工林树种以山杏、刺槐、沙棘、杨树为主，并有少量的榆树、柳树等，山杏经济林和苹果主要分布于邻近村庄避风向阳梁峁坡地上，杨树、榆树等乔木林主要分布于沟道和村庄周围，刺槐、沙棘林主要分布在梁峁顶和小流域中下游陡坡地上。人工草主要为紫花苜蓿，分布于靠近居民点缓坡地上。

2.地质环境条件

2.1地形地貌

工作区位于镇原县主城区东南的金龙沟，工作区及周边地貌类型主要为河谷地貌、黄土残塬地貌和黄土丘陵沟壑地貌三类。工作区金龙沟流域为沟谷地貌。该沟塬区最高点海拔1422m，最低点为与茹河交汇处海拔1136m，相对高差286m，沟道总长3.0km，平均比降为50.6%，山坡平均长0.4km，平均坡度27°，20°～30°占52%，30°～40°占28%，大于40゜占10%，沟谷切割深度100m～250m。沟谷狭窄，沟床宽7m～20m，中上游呈V字形沟谷形态，下游呈U字形沟谷形态，沟口以下入茹河河谷，地形比较宽阔，阶地形态被泥流形成的堆积扇所代替。

2.2地层岩性

工作区出露的地层按由新到老的顺序分述如下：

第四系（Q）：冲洪积物（Q4al+pl）、泥石流堆积物（Q4sef）、重力堆积物（Q4del、Q4col）、坡积物（Q4dl）、黄土（Q1eol—Q3eol）。

新近系粉砂质泥岩（N）：仅在沟道下游局部出露，为灰白色—灰褐色粉砂质泥岩，成分以长石、云母和石英为主，薄层状产出，产状近水平，厚度仅2m～5m。该层岩体固结程度较差，易风化。

下白垩系志丹群罗汉洞组（K1Lh）：仅在金龙沟主沟下游沟口附近零星出露，为棕红色粉砂岩、薄层泥岩，岩性自上而下逐渐变粗，下部多为中粗及含细砾中粗砂岩，上部为粉砂岩及细砂岩。砂岩成分以石英、长石为主，暗色矿物次之，长石部分已风化成白色高岭土。砂岩以泥质胶结为主，疏松易碎，颗粒分选中等，孔隙性较好，具大型斜交层理。

2.3地质构造

镇原县境在构造上位于祁吕贺兰山字形构造贺兰褶皱带南端以东伊陕盾地的西南部。新生代以来，陇西系旋卷构造由于受贺兰褶带的阻挡，向盆地内虽有波及，但规模较小，有六个小断层，断距小，零星分布，对下白垩系地层影响不大，属局部范围的小构造。

2.4新构造运动与地震

新构造运动在县内有明显反映，主要表现为中更新世末期以来地壳的抬升，由于地壳的抬升，塬体破碎，河流发育，从而使塬体边缘及其下部沟谷流水深切，为现今地貌的形态奠定了基础，也为滑坡、崩塌、泥流的形成提供了条件。

根据2015年出版的《中国地震动峰值加速度区划图（1∶400万）》（GB18306—2015），工作区50年超概率为10%时的地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.10g，属第二组，地震动反应谱特征周期为0.45s。

2.5水文地质条件

工作区水文地质分区属陕甘黄土高原半干旱气候水文地质区（Ⅱ1区）。区内地下水类型主要为碎屑岩类孔隙裂隙水和第四系松散岩类孔隙裂隙水。

碎屑岩类孔隙裂隙水径流模数多小于51m3/s·km2，单泉丰水期流量多小于31m3/s，水质一般良好，供人畜饮用。

第四系松散岩类孔隙裂隙水：分为河谷区松散岩类孔隙潜水和黄土孔隙裂隙潜水两个亚类。①河谷区松散岩类孔隙水含水层岩性为砾石层和砂砾卵石层。该类地下水矿化度一般小于0.5g/L，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型。②黄土孔隙裂隙潜水含水层为离石黄土，水质一般较好，矿化度在0.3g/L～1.0g/L之间。大气降水是黄土孔隙裂隙潜水唯一补给来源。

2.6岩土体类型及工程地质特征

2.6.1岩体类型及工程地质特征

工作区岩体主要为下白垩系志丹群罗汉洞组粉砂岩，色棕红，成分以石英、长石为主，暗色矿物次之，厚层状产出，层理近水平，上部强风化层厚度约1m～2m，全風化后呈砂土状，属较软岩类。其物理力学指标如下：干容重2.20g/cm3～2.71g/cm3，干抗压强度21.5MPa～60MPa，软化系数0.50～0.96，内聚力0.1MPa～2.2MPa，摩擦系数0.5～1.10。

2.6.2土体类型及工程地质特征

区内土体根据其成因、粒度成分和土体结构可分为一般土和特殊土两大类型。

一般土：①砂性土、黏性土：分布在金龙沟沟道及两岸，分两类。泥石流堆积物天然密度1.6g/cm3～1.8g/cm3，稍密，中低压缩性，允许承载力120kPa～140kPa。滑坡、崩塌区堆积物天然密度1.5g/cm3～1.7g/cm3，稍密，硬塑—可塑，中等压缩性，允许承载力105kPa～120kPa。②卵砾类土：主要分布于茹河两岸，构成Ⅰ、Ⅱ级阶地，岩性以卵砾石为主，分选、磨圆均较好，具二元或多元结构，胶结较差，压缩性低。

特殊土：①黄土：风积成因，包括马兰黄土、离石黄土和午城黄土。马兰黄土疏松，透水性强，具湿陷性；离石黄土和午城黄土致密，透水性弱，无湿陷性，地基承载力可取180KPa。②素填土：沿省道S303外侧路基分布在黑洼沟左岸及沟脑、金龙沟主沟沟脑一带，土质松散，工程性能差，具较强湿陷性和高压缩性。

3.泥石流的发育特征

金龙沟为茹河右岸一级支沟，为一泥流沟谷，流域面积3.40km2，相对高差约289m，主沟长约3.0km，呈近南北向展布，沟床平均纵比降50.6‰。沟谷狭窄，沟坡陡峻，坡度20°～35°，植被覆盖率为20%。沟口地形开阔平缓，早期泥流堆积于茹河Ⅱ级阶地之上，扇面大部分被人为改造，目前为镇原县工业集中园区。

根据泥流发育情况，可将金龙沟流域划分出清水汇流区、形成区、流通区和堆积区[1]。

清水汇流区：位于吊沟—玉子沟一线以南，该区位于流域中、上游，沟床纵比降20‰～30‰，谷坡较缓，一般坡度为20°～35°，坡面侵蚀和沟床下切侵蚀程度相对较弱，该区汇水面积较大，约2.1km2，沟内植被发育较好，是降水向主沟汇集的区域，一般形成含砂洪水。

形成区：位于沟谷中上游，面积相对于流通区、堆积区较大，沟谷总体呈“V”字形，沟床宽一般为3m～20m，弯道较多，支沟较发育，沟坡坡度一般为30°～50°，形成区两岸植被覆盖率较低，主沟纵坡比较大，各沟谷均互不相同，一般都在50‰～110‰，地层岩性主要为第四系黄土，切蚀作用强烈，形成高2m～8m不等的陡坎，残坡积物结构松散，在长期雨水下渗、重力、地震或沟道水动力作用下（侧蚀、冲蚀）容易产生小型崩塌或滑塌，成为泥流固体补给物质。

流通区：位于沟谷下游，面积相对较小，各单沟占其流域面积的1%～5%，流通区主沟长度占主沟总长度的3%。沟谷多呈“U”字形，沟床宽一般为5m～15m，沟床纵坡降较形成区略大，沟坡坡度一般为30°～50°，植被覆盖率相对形成区较差，一般小于10%。流通区沟道切蚀作用相对较弱，沟谷侵蚀以沟底冲蚀搬运为主。

堆積区：位于金龙沟出山口，根据调查访问及开挖的探坑揭示，金龙沟出山口处泥流堆积厚度在0.5m～2.5m之间，泥流堆积物垂向变化基本一致，而对于泥流层与地层之间特征，在探坑中观察不太明显，很难确切的进一步分层。目前该沟扇面区已改造为工业园区所在地。

4.泥石流的形成条件

4.1地形条件

金龙沟流域形态呈“芭蕉叶”型，主支沟组合形态为树枝状，中上游支沟发育，沟壑密度1.9条/km2，沟床平均比降50.3‰，两侧山坡呈折线型，下部陡立而上部较缓；山坡平均长0.3km，平均坡度28°，按面积比率计算：20°～30°占58%，30°～40°占31%，大于40°占11%。沟谷切割深度100m～ 200m，沟谷狭窄，沟床宽5m～20m，中上游呈V字形沟谷，流域最高处海拔1422m，沟头起源于丰台塬，沟道蜿蜒曲折，由于植被较差，水土流失严重，目前沟头区仍处于发育状态。

4.2固体松散物质补给条件

金龙沟流域为第四系黄土覆盖，植被覆盖率低，地表裸露，面状松散物质储量相当丰富。同时，由于沟谷陡峻，小型崩塌体和滑坡堆积体广泛分布，加上沟谷两侧呈带状分布的坡残积物，为泥流形成提供了丰富的固体松散物质。根据调查，金龙沟内固体松散物质来源主要有滑坡与崩塌、公路填方、坡面松散堆积物和沟道堆积物4类。经估算金龙沟流域内可补给泥石流的松散物质储量约42.4×104m3。

4.3水动力条件

泥流的形成与降水强度密切相关[2]。大、暴雨具有局域性、高强度的特征，是诱发泥流灾害发生的主要因素之一。根据调查访问，金龙沟最近3次发生泥流灾害的时间均在8、9月份，都是因为突降大、暴雨造成短时间内大量沟道汇流而引发泥流灾害，说明短时强降水对金龙沟泥流的爆发具有直接诱发作用。

5.结论

本文从自然地理状况和地质环境条件两个方面入手，详细分析了金龙沟泥石流的发育特征以及泥石流的形成条件。将金龙沟流域划分出清水汇流区、形成区、流通区和堆积区；该泥石流的形成条件，分别为地形条件、固体松散物质补给条件以及水动力条件。

参考文献：

[1]李朝安，胡卸文，王良玮.泥石流源地降水渗透深度检测仪的研制及应用[J].水土保持通报. 2012（02）：36-42.

[2]刘光旭，戴尔阜，吴绍洪，吴文祥.泥石流灾害风险评估理论与方法研究[J].地理科学进展. 2012（03）：57-63.