甘肅省環縣虎洞鎮泥石流發育特征及形成條件研究

孫翔巍

(華北地質勘查局五一四地質大隊，河北 承德 067000)

近幾十年來，隨著人口的增長和經濟的發展，生態環境破壞日益嚴重，主要表現為植被綠化面積逐漸減少，亂挖、亂建和過度放牧、過度開墾導致水土保持能力普遍下降，山體失穩和泥石流災害頻繁發生，對災害區內的居民及其財產造成了巨大的損失[1]。針對上述問題，為了消除地質災害的威脅，必須進行泥石流的綜合治理。本文對甘肅省環縣虎洞鎮北山泥石流的發育特征及形成條件進行研究，可為該地區泥石流的治理提供依據。

1 地質環境概況

本區屬隴東黃土高原丘陵區，境內“山大溝深，地陡形奇”，山川塬兼有，多梁峁、崾峴、溝壑，伴有殘塬、溝臺。海拔為1 406～1 653 m，最大相對高差247 m。區內地貌可分為侵蝕黃土塬邊丘陵溝壑區及河谷沖洪積平原區。本區的區域地質背景為以中生代陸相沉積為主體的大型內陸拗陷盆地，區內大面積為黃土所覆蓋，主要有馬蘭黃土、殘坡積物、洪積層、重力堆積物、河流沖洪積物等。本區地震活動相對較弱，無震級大于4.7級的地震，地震動峰值加速度為0.15g，地震反應譜特征周期為0.45 s[2]。

2 泥石流的控制因素

2.1 地形地貌

虎洞鎮北山楊嶺溝流域南北長約2 200 m，東西寬120～250 m，流域面積0.76 km2，支溝較發育，主溝長度2.2 km。流域最高點海拔1 643 m，最低點入河口處僅1 435 m，相對高差208 m。溝道上游溝谷段較寬，谷底寬3～10 m，呈“V”形；中、下游溝谷段谷底寬5～15 m，谷型呈窄深“V”形(圖1)。

虎洞鎮朱峴掌拐溝流域平面形態呈“火炬”形，流域面積0.63 km2，主要發育兩條支溝，主溝長度1 400 m。流域最高點海拔1 620 m，最低點入河口處僅1 435 m，相對高差185 m。溝道上游溝谷段較寬，谷底寬3～9 m，呈“V”形；中、下游溝谷段谷底寬6～13 m，谷型呈窄深“V”形(圖1)。

圖1 泥石流發育區域影像

根據上述描述，楊嶺溝與朱峴掌拐溝具有泥石流發育的典型地貌特征。

2.2 物源條件

根據本次勘查，虎洞鎮北山楊嶺溝和朱峴掌拐溝泥石流溝兩岸坡度均為15°～45°，滑坡及不穩定斜坡發育。溝谷兩岸坡腳沖蝕切割明顯，坡度為60°～75°，固體松散物質補給源主要有滑坡堆積物、殘坡積物和溝道堆積物三類。

(1)滑坡堆積物。區內構造發育，在暴雨條件下，坡腳長期沖刷后形成規模大小不一的黃土滑坡，滑坡堆積物在溝道水沖蝕作用下匯入溝道，成為泥石流的主要物源之一。經調查，流域內有大小滑坡25處，松散物體積達49.74×104m3。

(2)殘坡積物。殘坡積物質呈面狀漫覆于黃土之上，分布面積較大，細粒物質多，易被水流沖蝕、搬運。這些殘坡積物被水流沖蝕，并匯入溝道，成為泥石流的主要物源之一。經調查估算，流域內溝坡殘坡積物儲量約52.20×104m3(表1)。

表1 虎洞鎮北山泥石流溝流域殘坡積物儲量表

(3)溝道堆積物。楊嶺溝、朱峴掌拐溝流域內早期泥石流物質在搬運過程中沿溝道相對較寬、比降較小處堆積，這些物質為后期泥石流形成提供了充足的物質來源，其主要分布在上游、下游等地段。根據調查，楊嶺溝、朱峴掌拐溝泥石流溝道物質堆積厚度超過3.5 m，體積約3.43×104m3。

2.3 水源條件

區域屬于大陸性溫帶氣候區，溫涼干燥，降雨偏少。多年平均降雨量434.9 mm，年變率大，年最大降雨量812.9 mm，年最小降雨量277.2 mm。據境內各雨量站資料統計，本區內日最大降雨量88.5 mm，1 h最大降雨量51.7 mm，具備泥石流形成的雨強條件。

2.4 固體松散物質轉化為泥石流的方式

北山兩條泥石流流域內的固體松散物質轉化為泥石流的主要方式有[3]：(1)溝道中發育的多處滑坡體，在水流沖刷作用下形成泥石流物質來源；(2)坡面松散的殘坡積物在坡面徑流沖蝕作用下形成坡面泥石流，直接匯入溝谷內，成為泥石流的一部分。

3 泥石流的基本特征

根據虎洞鎮北山兩溝流域的形態、固體松散物質的分布規律，泥石流的形成、運移、堆積特征，可將該區劃分為形成區、流通區和堆積區三部分。各區面積大小、發育特征隨溝谷形態而異(表2)。

表2 虎洞鎮北山泥石流溝流域特征區統計表

3.1 泥石流發育特征

(1)楊嶺溝泥石流流域分區特征。楊嶺溝泥石流流域面積0.76 km2，兩岸谷坡多為20°～55°，匯流面積較大，產生泥石流的地形地貌條件和水動力條件優越。區域植被發育，覆蓋率在40%左右，固體松散物質較少，為水動力匯集區，面積0.33 km2；山坡中下部殘坡積物松散物質較豐富，為松散物質補給區，面積0.37 km2，坡面疏松，植被覆蓋率較上部低，坡面側蝕強烈。流通區面積0.026 km2，長800 m，溝道平均比降10.3‰，較形成區減緩。溝谷地形呈拓寬“V”形，寬15～30 m，溝道較為順直，兩岸坡度15°～30°。

(2)朱峴掌拐溝泥石流流域分區特征。朱峴掌拐溝泥石流流域面積0.63 km2，兩岸坡度20°～55°，匯流面積較大，產生泥石流的地形地貌條件和水動力條件優越。區域植被發育，覆蓋率80%左右，固體松散物質較少，為水動力匯集區，面積0.24 km2；山坡中下部殘坡積物松散物質較豐富，為松散物質補給區，面積0.31 km2，坡面疏松，植被覆蓋率較上部低，坡面側蝕強烈。流通區面積0.0416 km2，長500 m，溝道平均比降10.3‰，較形成區減緩。溝谷地形呈拓寬“V”形，寬15～30 m，溝道較為順直，兩岸坡度15°～30°。

3.2 堵塞特征

根據現場詳細調查，兩溝溝槽相對順直，溝段寬窄較均勻，陡坎、卡口不多，形成區不太集中，河床堵塞情況一般。綜合考慮楊嶺溝、朱峴掌拐溝泥石流的各方面因素，確定兩溝泥石流堵塞程度均屬輕微。

3.3 泥石流的規模及活動特征

(1)泥石流規模特征。根據本次現場勘查和物源儲量調查統計結果，結合溝內及溝口早期泥石流堆積特征，楊嶺溝一次泥石流總量為0.77×104～1.03×104m3，泥石流洪峰值流量為15.9～21.2 m3/s，綜合判斷楊嶺溝泥石流暴發規模為中型。朱峴掌拐溝一次泥石流總量為1×104～1.5×104m3，泥石流洪峰值流量為19.43～25.9 m3/s，綜合判斷規模類型也屬中型。

(2)泥石流活動特征。通過現場調查訪問，楊嶺溝、朱峴掌拐溝每年雨季期均會產生不同規模的泥石流，距今最近的一次規模較大的泥石流發生于1953年和1988年。近年來，由于溝道內滑坡等的產生，再次為泥石流災害提供了豐富物源，加劇了泥石流的暴發頻率和發生可能性。根據兩泥石流的發生歷史和形成條件判斷，楊嶺溝和朱峴掌拐溝泥石流活動頻率較高，其暴發頻率為5～20年1次，故按泥石流的暴發頻率劃分，兩溝泥石流為中頻泥石流。

4 結論

(1)區域屬隴東黃土高原丘陵區，區內地勢北高南低，最高點海拔近1 653 m，最低點海拔1 406 m，最大相對高差247 m。

(2)區域內松散固體物質儲量十分豐富，分布廣泛，松散物質補給源主要有滑坡堆積物、殘坡積物和溝道堆積物三類，物質儲量大，穩定性差，為最易形成泥石流的物質。

(3)溝域匯水面積大，流域形態利于降水在短期內匯集，為泥石流的形成提供了充足的水動力條件。

(4)綜合判斷泥石流暴發規模為中型，活動頻率屬中頻泥石流。