塔什库尔干县其如克同村泥石流发育特征及形成条件分析

赵海军

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

研究区位于新疆塔什库尔干县库科西鲁格乡其如克同村，地处祖国西部边陲。行政区划属喀什地区塔什库尔干县库科西鲁格乡管辖，从喀什出发沿中巴公路314国道向西南行驶300 km到塔什库尔干县，从县城出发沿简易公路向东南行驶65 km可到库科西鲁格乡其如克同村，交通条件较差。由于该泥石流灾害威胁下游通讯基站、自来水站、村委会、幼儿园与附件居民，威胁财产约600万元。因此，本文在参考相关研究成果的基础上[1-5]，对塔什库尔干县其如克同村泥石流发育特征及形成条件进行了分析。

1 孕灾环境条件分析

1.1 气象水文

研究区位于帕米尔高原高寒地区，属于典型的温带高原大陆性干旱气候，冬季漫长、寒冷，盛夏如春，一年分冷暖两季，暖季在0°以上的时间为228 d，冷季0°以下的时间为137 d。区内气候干旱，降雨稀少，蒸发量大，空气干旱稀薄，气压低，且多风沙。

根据塔什库尔干气象站资料：年平均气温3.6℃，年最高气温32℃，年最低气温-39.1℃。无霜期仅有112 d，年平均大地冻结时间为256 d，最大冻土深度为1.77 m。年平均降水量68.3 mm，年最大降水量101.9 mm，降水主要集中于5-9月，约占全年降水量的80%。年最大降雪10 cm。多年平均蒸发量2 300 mm。年平均风速达1.8～2.1 m/s，风向北西或北，风力7～8级，最大风力达12级。

研究区北侧的塔什库尔干河为叶尔羌河支流之一，为常年性河流，发源于昆仑山北坡，由西向东纵贯全区，主要接受冰雪融水及降水补给。研究区内无地表水系，暴雨条件下冲沟内汇聚地表汇水、形成季节性洪流。

1.2 地形地貌

研究区区域地貌单元为帕米尔高原喀喇昆仑山中高山区，地貌类型包括高山和谷地，发育的微地貌有阶地、漫滩，山势陡峭，海拔高程2 620～4 860 m，相对高差2 240 m。整个研究区地形呈“箕”形，北、西、东部三面为山体环绕，泥石流沟朝南开口，沟口堆积有大量较完整的扇形松散堆积物，主沟在“箕”形当中大致呈北西-南东向延伸。主沟沟道呈“V”型，宽度在1 100～3 100 m，主沟道总长6 580 m。由于受地理条件的限制，库科西鲁格乡其如克同村村委会、幼儿园、通讯基站、自来水站等建于泥石流洪积扇前缘上，时刻遭受泥石流灾害的威胁。

1.3 地层岩性

研究区出露的地层主要有:下元古界和第四系。

1.3.1 下元古界

下元古界分布于研究区南部及其周边较高山体，常构成陡坡和陡崖，地层岩性以黑云母斜长片麻岩为主，透辉石斜长变粒岩、大理岩、透辉石方柱石(矽卡)岩等也广泛分布。

1.3.2 第四系

第四系在研究区内广泛分布，主要分布于洪流沟谷、坡脚及山坡坡面，为第四系上更新统洪积物、中下更新统冰碛物和全新统坡积物。

(1)第四系上更新统洪积物：分布于研究区山坡坡顶、谷地以及库科西力克河两侧阶地之上，表层为厚度0.5 m左右的含砾亚砂土，下部为卵砾石、砂砾石，其结构松散，大小混杂，分选性差，磨圆度低，一般为次圆状及次棱角状，层理不发育。

(2)第四系中下更新统冰碛物：主要分布于研究区坡面及沟谷，岩性为漂砾、角砾等，直径一般为0.3～0.5 m，最大可达1.5 m，皆由碎屑物组成，其结构松散，大小混杂，缺乏分选性。

(3)第四系全新统坡积物：主要分布于坡脚及山坡表层，岩性为含砾亚砂土、碎石等，结构松散，大小混杂，分选极差。

1.4 地质构造

区域上一级构造单元为喀喇昆仑山褶皱系，二级构造单元为公格尔-桑株塔格隆起，三级构造单元为恰尔隆复背斜。本次研究区内岩层裂隙节理发育，裂隙类型以风化裂隙为主，次为构造裂隙。

1.5 工程地质条件

按照岩土体类型，将各岩土体工程地质条件分别叙述如下。

1.5.1 岩体

研究区内分布的岩体为较坚硬-坚硬的块状黑云母斜长片麻岩、透辉石斜长变粒岩、大理岩、透辉石方柱石岩(矽卡)岩组。

1.5.2 土体

研究区内土体可以划分为单一结构土体和双层结构土体。

(1)双层结构土体：为碎石土与含砾粉土双层结构土体，呈带状分布于塔什库尔干河两侧阶地及河床，河流阶地处表层为厚度约0.5 m的含砾粉土，下部为卵砾石、砂砾石，大小混杂，分选较差，工程地质条件较好，承载力特征值fak为180～250 kPa。

(2)单一结构土体：为坡积、崩积碎石、块石，坡积碎石分布于坡脚及山坡表层，其厚度一般小于5 m，坡脚地带局部地段可达10 m以上，松散，无胶结，工程地质条件差，承载力特征值fak为150～200 kPa。

1.6 水文地质条件

研究区内赋存的地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水，以松散岩类孔隙潜水为主。

1.6.1 第四系松散岩类孔隙潜水

研究区内的第四系松散岩类孔隙潜水分布于塔什库尔干河河谷。地下水水位埋深在河谷地带小于1 m，由河谷向南北两侧增加，至南部坡脚地带水位埋深大于5 m。含水层岩性为漂卵石、卵砾石层，单井涌水量100～1 000 m3/d，矿化度0.1～0.5 g/L，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型或SO4·HCO3-Ca·Mg型，主要接受河洪水的入渗补给及上游的侧向径流补给，以蒸发蒸腾和向下游侧向径流排泄为主，人工开采量极少。

1.6.2 基岩裂隙水

分布在中高山区，含水层岩性为元古界、古生代深变质的各类片岩、砂岩、石灰岩组成，局部夹大理岩。基岩裂隙水富水性分布极不均匀，泉流量大于1升/秒的约占86%，泉流量为0.1～1 L/s的约占14%的，径流模数大于3 L/s·km2。泉水矿化度小于1 g/L，泉水水化学类型为HCO3·SO4-Ca型或SO4·HCO3-Na·Ca型水。主要以冰雪融化水、大气降水补给为主，在沟谷中以泉的方式排泄。

1.7 人类工程活动

研究区位于中高山区，生态环境十分脆弱。该区处在库科西鲁格乡其如克同村，在泥石流沟沟口下游区域的人类工程经济活动主要为少量的牧业、农业活动以及村委会、村幼儿园、乡村道路、房屋土建、电力设施、通讯设施的修建活动，无工业和其它较大的社会经济活动。农业活动主要集中在山谷底部的河流阶地上，以种植青稞、小麦、杏树、沙枣、白杨等为主，对地质环境影响不大；牧业活动不频繁，草场载畜量基本达到平衡状态，因此，牧业活动对地质环境影响不大；乡村道路、电力设施、通讯设施的修建活动，使部分地段坡脚形成了人工陡坎，但陡坎高度均小于1.5米，对地质环境影响不大。综上所述，人类工程经济活动对研究区内的地质环境影响小。

2 研究区泥石流发育特征分析

2.1 泥石流发育类型

研究区泥石流主要为雨水、冰雪融水沿沟谷汇水，携带沟谷两侧山体残破积物和沟底形成的松散堆积物共同移动而形成的泥石流，特点是砾含量相对较多，流动速度快，突发性强。

按照水源和物源成因分类，勘查区内的泥石流按水体供给划分为暴雨泥石流，按土体供给划分为混合型泥石流中的坡面型泥石流；按集水区地貌特征分类，划分为沟谷型泥石流；按重度、物质组成、流体属性、残留表现、沟槽坡度和分布地域分类，划分为水石型泥石流；按流体性质分类，划分为稀性泥石流)。

2.2 泥石流发育特征

2.2.1 地形地貌

研究区属中高山区，地势南东高北西低，海拔高程2 620～4 860 m，相对高差2 240 m。整个研究区地形呈“箕”形，北、西、东部三面为山体环绕，朝南开口，沟口堆积有大量较完整的扇形松散堆积物，主沟在“箕”形当中大致呈北西-南东向延伸。主沟沟道呈“V”型，宽度在1 100～3 100 m，主沟道总长6 580 m；沟谷两侧山体坡度在30°～65°左右，沟底平均纵坡约150‰左右。沟谷东西坡面基岩多裸露，表层覆盖有平均厚约0.5 m的残坡积物。主沟东西两侧支沟较发育，支沟宽40～100 m不等，支沟延伸较长，沟长约500～1 700 m，沟谷横断面多呈“V”型，沟床纵坡大，坡度达150‰～270‰，少数支沟沟口堆积有不完整的扇形松散堆积物。

2.2.2 泥石流物源

研究区在沟谷底部堆积了较厚的松散堆积物，中上游的松散堆积物厚度在1～5 m之间，以碎石为主，为泥石流的形成提供了丰富的固体物源。

此外，沟谷上游两侧边坡大部分基岩出露，岩性为以黑云母斜长片麻岩为主，透辉石斜长变粒岩、大理岩、透辉石方柱石(矽卡)岩等也广泛分布，尤其在形成区由于地形高差较大，山坡陡峭，裸露基岩风化程度较高，易形成崩塌，因此崩塌堆积的碎屑物质具有强大的势能物源。

2.2.3 泥石流规模及易发程度

根据以往调查资料和本次踏勘估测，研究区泥石流最近一次堆积物小于1万 m3，按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220-2006)中泥石流等级划分，规模为小型泥石流；根据现场踏勘调查，堆积物以砾石、碎石为主，暴雨季节多呈现出较典型的沟谷型泥石流特征，根据泥石流易发程度打分表，研究区内的泥石流易发程度判定为中易发。

3 研究区泥石流形成条件分析

3.1 地形地貌

典型泥石流分为形成、流通、堆积等三个区，沟谷也相应呈现三种不同形态。上游形成区多三面环山、一面出口的漏斗状或树叶状，地势比较开阔，周围山高坡陡，有利于水和碎屑固体物质聚集；中游流通区的地形多为狭窄陡深的狭谷，沟床纵坡大，使泥石流能够迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或较宽阔的河谷，使碎屑固体物质有堆积场地。

沟床纵坡降是影响泥石流形成、运动特征的主要因素。一般来讲，沟床纵坡降越大，越有利于泥石流的发生，比降在100‰～300‰的发生频率最高，50‰～100‰和300‰～400‰的其次，其余发生频率较低。

泥石流多形成在集水面积较小的沟谷，面积为0.5～10 km2者最易产生，小于0.5 km2和10～50 km2其次，发生在汇水面积大于50 km2以上者较少。

3.2 物源条件

根据现场调查，泥石流沟松散固体物质来源主要由泥石流沟床、两侧山坡覆盖的薄层残坡积物等两大类固体物源组成。

3.2.1 泥石流沟床松散固体物源

该泥石流沟为“V”型谷，形成-流通区段的沟长约5.9 km，沟床宽度约30～80 m。沟床内遍布泥石流堆积的松散砾石层，厚度约1～5 m，该类固体物源在暴雨季节易成为泥石流固体物源。

3.2.2 山坡(顶)表层松散固体物源

沟床两侧山坡(顶)表层覆盖有薄层残坡积物，由于该区域广泛发育上第三系胶结程度差的砂泥岩和第四系早期的冲洪积堆积物，长期遭受地质风化作用，经雨水冲刷滚落于坡面及沟底，形成松散堆积物。该类固体物源在暴雨季节也易成为泥石流固体物源。

3.3 水源条件

研究区所处的塔什库尔干县多年平均降水量68.3 mm，年最大降水量101.9 mm，降水主要集中于5-9月，约占全年降水量的80%。由于降水量少，气温变化大，植被发育差，地表土壤几乎无法承载突如其来的降水。据塔什库尔干县气象局资料:多年来，每次暴雨或冰雪融水来临，就会形成泥石流灾害，经常给该地区带来损失。

研究区总流域面积约为18.2 km2，平面呈树叶状，三面环山，一面出口，致使频发的强暴雨能在短时间内形成较大的地表径流，裹挟松散碎屑物质运移而形成泥石流。

4 结语

(1)研究区属中高山区，地势南东高北西低，海拔高程2 620～4 860 m，相对高差2 240 m，总流域面积约为18.2 km2，整个研究区地形呈“箕”形，沟口堆积有大量较完整的扇形松散堆积物，主沟在“箕”形当中大致呈北西-南东向延伸，主沟沟道呈“V”型，宽度在1 100～3 100 m，主沟道总长6 580 m；沟谷两侧山体坡度在30°～65°左右，沟底平均纵坡约150‰左右。

(2)研究区泥石流沟松散固体物质来源主要由泥石流沟床、两侧山坡覆盖的薄层残坡积物等两大类固体物源组成。

(3)研究区多年平均降水量68.3 mm，年最大降水量101.9 mm，降水主要集中于5-9月，约占全年降水量的80%。因此，暴雨能够在短时间内为泥石流提供充足的水源，也是泥石流灾害形成的最主要诱发因素。