阿图什市城北泥石流灾害形成机理与诱发因素分析

田辽东 徐伟平 巴建文

（甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，甘肃张掖 734000）

1 前言

阿图什市位于新疆维吾尔自治区西南部，天山南麓塔里木盆地西缘，是新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州的首府。城市北部低山丘陵区发育若干条沟谷，沟谷出山口距离阿图什城区北部边缘约300～500m，在极端天气下引发和加剧泥石流灾害的可能性较大。因此，深入分析泥石流形成机理和诱发因素，可以进一步为灾情预报和科学防控提供科学依据。

2 阿图什城北流域地质环境条件概述

2.1 气象水文

阿图什市地处中纬度欧亚大陆腹地，阿图什市北部山区靠近托云——乌恰暴雨中心带，局地性暴雨常见。与城北泥石流灾害防治有关的河流主要是博古孜河和博孜塔格山山洪沟。根据对博谷孜河阿俄站历年暴雨洪水资料分析，该站除了个别年份在4月和10 月发生暴雨洪水外，其余暴雨洪水均发生在5～9月。

2.2 地形地貌

阿图什市城北泥石流分布区主要包括博孜塔格山低山丘陵区及山前冲洪积陡倾斜砾质堆积区。总体地势北高南低，北部为低山丘陵区海拔1350～1650m，低山丘陵区发育若干条沟谷，均呈近南北走向，沟谷多呈树枝状，沟谷中植被不发育，基本处于裸露状态。

2.3 地层岩性

泥石流分布区主要出露地层为新近系与第四系。新近系地层主要分布在低山丘陵区，岩性主要由砾岩、砂砾岩、泥岩、泥质砂岩组成。

2.4 地质构造

城北泥石流分布区地处西南天山与塔里木盆地的交界处，地质构造单元属塔里木-华北板块（Ⅰ级构造）的塔里木微板块（Ⅱ级构造）铁克里克地块（Ⅲ构造），区内断裂及褶皱不发育。受哈萨克斯坦-准噶尔板块与塔里木-华北板块之间的俯冲撞击，本区域地震活动比较频繁。

2.5 水文地质条件

区域地下水主要为碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水。新生界碎屑岩类裂隙孔隙水分布在北部的低山丘陵区，该区为透水不含水区。山前平原区为第四系松散岩类孔隙水，主要接受雨洪补给，其次为基岩裂隙水侧向补给，由北向南径流，以地下径流形式向平原下游排泄。

3 泥石流发育特征及类型

3.1 泥石流分布特征

西段主要分布有N1 和N2 泥石流，N1 泥石流由N1-1 和N1-2 两条形成流通区相互间独立泥石流沟谷组成。N2泥石流流域由N2-1、N2-2、N2-3等三条小型泥石流沟谷组成，规模较小。

N3 泥石流流域由N3-1、N3-2、N3-3、N3-4、N3-5、N3-6、N3-7等7条小型泥石流沟域组成，其中N3-1、N3-5 规模较大。N4 泥石流流域由N4-1 及N4-2、N4-3 等三条形成流通区相互独立的泥石流沟域组成，其中N4-3 沟域规模较大。N3 泥石流与N4 泥石流位于北部低山丘陵区的中段。

东段主要分布有N5 和N6 泥石流，N5 泥石流流域有较大的N5-1 沟域和小型N5-2 沟域组成；N6 泥石流流域由较大的N6-1 沟域和小型N6-2 沟域组成。

3.2 物源类型及潜在物源计算

各泥石流沟域潜在物源量按可参与泥石流活动的沟槽中堆积物计算。以流域洪积扇下游二次启动的泥石流物源按冲蚀部分计算。结果表明，阿图什城区泥石流潜在物源量95.069×104m3，其中，低山丘陵区沟谷潜在物源量94.971×104m3，流域洪积扇下游二次启动泥石流物源量0.98×104m3。

3.3 泥石流类型划分

泥石流的类型可按泥石流形成的水源成因、物源成因、集水区地貌特征、爆发频率、泥石流物质组成、流体性质及一次性爆发规模等条件进行划分。

阿图什市城北泥石流属于暴雨类-沟谷型-高频发-水石（砂）型泥石流。

4 泥石流形成条件与诱发因素分析

4.1 形成条件

阿图什地区虽然属于降雨量少蒸发量大的地区，但是北部山区靠近托云——乌恰暴雨中心带，局地性暴雨常见。不论是平水年还是丰水年，低涡、冷锋低槽等都能造成小范围大暴雨，主要分布在5—9月，其特点是降水过程断断续续，强降雨是区内泥石流的主要形成条件之一。

4.2 泥石流特征值计算

4.2.1 固体物质颗粒级配

区内泥石流堆积物固体物质粒径差别较小，最大粒径达约120mm，最小为粘土小于2mm。根据洪积扇下游暴发泥石流形成的堆积物进行颗粒分析试验，泥石流规模较大时，堆积物以圆砾为主，不均匀系数16.33～162.65，曲率半径0.21～8.03；规模较小时，携带固体物质能力下降，堆积物主要为细砂。

4.2.2 流体重量及堆积物重度

针对阿图什市城北泥石流流域各沟谷的流体特征和运动状态是基本一致的，根据爆发时沟道洪水、泥石流的流体呈现稀浆状，携带较多的固体物质颗粒，判定泥石流重度为1.20～1.40t/m3。根据对16 组下游堆积物野外试验结果分析，泥石流堆积物重度为1.92 t/m3。

4.2.3 泥石流峰值流量

采用形态调查法和雨洪法分别计算。根据《泥石流设计规范》，形态调查法Qc=Wc.Vc 计算得出最大泥石流沟谷N5-2泥石流峰值流量67.06 m3/s。

雨洪法是假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，计算断面的暴雨洪水流量全部转化为泥石流流量的假设条件下建立的计算方法。

根据雨洪法计算公式，计算得出最大峰值流量是N5-2泥石流沟，最大峰值流量为20.65 m3/s。上述两种方法计算结果存在较大差异，分析对比调查结果，采用雨洪法计算结果更加符合实际。

4.3 诱发因素

阿图什城北低山丘陵区泥石流沟爆发最初仅为高含砂的洪水，在其流动过程中，不断有支沟水流的汇入，随着高砂洪水流量的不断增加，在具有较大总坡降的沟谷中，流速也随之增加，高砂洪水在快速流动中产生的动能克服了沟谷中松散堆积物颗粒之间的阻力，启动和携带固体颗粒随之移动。泥石流携带固体物质的能力取决于泥石流流体的流量和沟谷纵坡度，各支沟中物源通过多频次降雨洪流运移至大型支沟形成堆积区，当降雨量达到一定量引发山洪时，在坡降较大的沟谷容易爆发泥石流。故而区内泥石流的规模以及危害程度均取决于泥石流流量大小，也就是说，区内暴雨的降水量是诱发泥石流的唯一因素。

5 结论

阿图什城北区域地形地貌及地质条件较复杂，泥石流发育程度较高，泥石流的类型主要以暴雨类-沟谷型-高频发-水石（砂）型泥石流为主，最大规模的泥石流为N3 和N5 泥石流，泥石流潜在物源量约95.069×104m3，物源主要为强风化砂岩形成的坡积碎石土、砾岩、洪积形成的圆砾为主。根据测算，泥石流爆发最大峰值流量为20.65 m3/s。降水量和复杂的地质条件是该区泥石流形成和诱发的重要因素。持续监测和清理堆积区物源，疏通排洪通道，精准预报天气变化和降雨量，是预防该区泥石流灾害的重要措施。