甘肃省环县虎洞镇泥石流发育特征及形成条件研究

2022-07-05孙翔巍

资源信息与工程 2022年3期

孙翔巍

(华北地质勘查局五一四地质大队，河北承德 067000)

近几十年来，随着人口的增长和经济的发展，生态环境破坏日益严重，主要表现为植被绿化面积逐渐减少，乱挖、乱建和过度放牧、过度开垦导致水土保持能力普遍下降，山体失稳和泥石流灾害频繁发生，对灾害区内的居民及其财产造成了巨大的损失[1]。针对上述问题，为了消除地质灾害的威胁，必须进行泥石流的综合治理。本文对甘肃省环县虎洞镇北山泥石流的发育特征及形成条件进行研究，可为该地区泥石流的治理提供依据。

1 地质环境概况

本区属陇东黄土高原丘陵区，境内“山大沟深，地陡形奇”，山川塬兼有，多梁峁、崾岘、沟壑，伴有残塬、沟台。海拔为1 406～1 653 m，最大相对高差247 m。区内地貌可分为侵蚀黄土塬边丘陵沟壑区及河谷冲洪积平原区。本区的区域地质背景为以中生代陆相沉积为主体的大型内陆拗陷盆地，区内大面积为黄土所覆盖，主要有马兰黄土、残坡积物、洪积层、重力堆积物、河流冲洪积物等。本区地震活动相对较弱，无震级大于4.7级的地震，地震动峰值加速度为0.15g，地震反应谱特征周期为0.45 s[2]。

2 泥石流的控制因素

2.1 地形地貌

虎洞镇北山杨岭沟流域南北长约2 200 m，东西宽120～250 m，流域面积0.76 km2，支沟较发育，主沟长度2.2 km。流域最高点海拔1 643 m，最低点入河口处仅1 435 m，相对高差208 m。沟道上游沟谷段较宽，谷底宽3～10 m，呈“V”形；中、下游沟谷段谷底宽5～15 m，谷型呈窄深“V”形(图1)。

虎洞镇朱岘掌拐沟流域平面形态呈“火炬”形，流域面积0.63 km2，主要发育两条支沟，主沟长度1 400 m。流域最高点海拔1 620 m，最低点入河口处仅1 435 m，相对高差185 m。沟道上游沟谷段较宽，谷底宽3～9 m，呈“V”形；中、下游沟谷段谷底宽6～13 m，谷型呈窄深“V”形(图1)。

图1 泥石流发育区域影像

根据上述描述，杨岭沟与朱岘掌拐沟具有泥石流发育的典型地貌特征。

2.2 物源条件

根据本次勘查，虎洞镇北山杨岭沟和朱岘掌拐沟泥石流沟两岸坡度均为15°～45°，滑坡及不稳定斜坡发育。沟谷两岸坡脚冲蚀切割明显，坡度为60°～75°，固体松散物质补给源主要有滑坡堆积物、残坡积物和沟道堆积物三类。

(1)滑坡堆积物。区内构造发育，在暴雨条件下，坡脚长期冲刷后形成规模大小不一的黄土滑坡，滑坡堆积物在沟道水冲蚀作用下汇入沟道，成为泥石流的主要物源之一。经调查，流域内有大小滑坡25处，松散物体积达49.74×104m3。

(2)残坡积物。残坡积物质呈面状漫覆于黄土之上，分布面积较大，细粒物质多，易被水流冲蚀、搬运。这些残坡积物被水流冲蚀，并汇入沟道，成为泥石流的主要物源之一。经调查估算，流域内沟坡残坡积物储量约52.20×104m3(表1)。

表1 虎洞镇北山泥石流沟流域残坡积物储量表

(3)沟道堆积物。杨岭沟、朱岘掌拐沟流域内早期泥石流物质在搬运过程中沿沟道相对较宽、比降较小处堆积，这些物质为后期泥石流形成提供了充足的物质来源，其主要分布在上游、下游等地段。根据调查，杨岭沟、朱岘掌拐沟泥石流沟道物质堆积厚度超过3.5 m，体积约3.43×104m3。

2.3 水源条件

区域属于大陆性温带气候区，温凉干燥，降雨偏少。多年平均降雨量434.9 mm，年变率大，年最大降雨量812.9 mm，年最小降雨量277.2 mm。据境内各雨量站资料统计，本区内日最大降雨量88.5 mm，1 h最大降雨量51.7 mm，具备泥石流形成的雨强条件。

2.4 固体松散物质转化为泥石流的方式

北山两条泥石流流域内的固体松散物质转化为泥石流的主要方式有[3]：(1)沟道中发育的多处滑坡体，在水流冲刷作用下形成泥石流物质来源；(2)坡面松散的残坡积物在坡面径流冲蚀作用下形成坡面泥石流，直接汇入沟谷内，成为泥石流的一部分。

3 泥石流的基本特征

根据虎洞镇北山两沟流域的形态、固体松散物质的分布规律，泥石流的形成、运移、堆积特征，可将该区划分为形成区、流通区和堆积区三部分。各区面积大小、发育特征随沟谷形态而异(表2)。

表2 虎洞镇北山泥石流沟流域特征区统计表

3.1 泥石流发育特征

(1)杨岭沟泥石流流域分区特征。杨岭沟泥石流流域面积0.76 km2，两岸谷坡多为20°～55°，汇流面积较大，产生泥石流的地形地貌条件和水动力条件优越。区域植被发育，覆盖率在40%左右，固体松散物质较少，为水动力汇集区，面积0.33 km2；山坡中下部残坡积物松散物质较丰富，为松散物质补给区，面积0.37 km2，坡面疏松，植被覆盖率较上部低，坡面侧蚀强烈。流通区面积0.026 km2，长800 m，沟道平均比降10.3‰，较形成区减缓。沟谷地形呈拓宽“V”形，宽15～30 m，沟道较为顺直，两岸坡度15°～30°。

(2)朱岘掌拐沟泥石流流域分区特征。朱岘掌拐沟泥石流流域面积0.63 km2，两岸坡度20°～55°，汇流面积较大，产生泥石流的地形地貌条件和水动力条件优越。区域植被发育，覆盖率80%左右，固体松散物质较少，为水动力汇集区，面积0.24 km2；山坡中下部残坡积物松散物质较丰富，为松散物质补给区，面积0.31 km2，坡面疏松，植被覆盖率较上部低，坡面侧蚀强烈。流通区面积0.0416 km2，长500 m，沟道平均比降10.3‰，较形成区减缓。沟谷地形呈拓宽“V”形，宽15～30 m，沟道较为顺直，两岸坡度15°～30°。

3.2 堵塞特征

根据现场详细调查，两沟沟槽相对顺直，沟段宽窄较均匀，陡坎、卡口不多，形成区不太集中，河床堵塞情况一般。综合考虑杨岭沟、朱岘掌拐沟泥石流的各方面因素，确定两沟泥石流堵塞程度均属轻微。

3.3 泥石流的规模及活动特征

(1)泥石流规模特征。根据本次现场勘查和物源储量调查统计结果，结合沟内及沟口早期泥石流堆积特征，杨岭沟一次泥石流总量为0.77×104～1.03×104m3，泥石流洪峰值流量为15.9～21.2 m3/s，综合判断杨岭沟泥石流暴发规模为中型。朱岘掌拐沟一次泥石流总量为1×104～1.5×104m3，泥石流洪峰值流量为19.43～25.9 m3/s，综合判断规模类型也属中型。

(2)泥石流活动特征。通过现场调查访问，杨岭沟、朱岘掌拐沟每年雨季期均会产生不同规模的泥石流，距今最近的一次规模较大的泥石流发生于1953年和1988年。近年来，由于沟道内滑坡等的产生，再次为泥石流灾害提供了丰富物源，加剧了泥石流的暴发频率和发生可能性。根据两泥石流的发生历史和形成条件判断，杨岭沟和朱岘掌拐沟泥石流活动频率较高，其暴发频率为5～20年1次，故按泥石流的暴发频率划分，两沟泥石流为中频泥石流。