邛海山洪泥石流淤积特征与趋势分析

何 杰 邓 虎 胡桂胜

（1.成都理工大学 旅游与城乡规划学院，成都610059；

2.中国科学院 水利部 成都山地灾害与环境研究所，成都610041）

中国有丰富的水利资源，江河纵横交错，湖泊星罗棋布。现有湖泊2 300多个，其中淡水湖泊约占45%。在西部云贵高原上的湖泊多为缘断裂发育的构造湖，这些湖泊在发育演化过程中具有一定的同一性。如沿红河断裂带发育的洱海、西湖、落碧湖、剑湖等，沿小江断裂带发育的车湖、阳宗海、抚仙湖，以及沿安宁河断裂和则木河断裂发育的邛海［1］。近些年来，由于森林植被的破坏和坡地开荒等原因，这些湖泊泥沙淤积、湖面缩小现象十分普遍。山洪泥石流的淤积作用已经成为了这些构造断陷湖泊不可忽视的环境问题［2］。邛海是四川省第二大淡水湖泊，是西昌市的“母亲湖”。它不仅担负着西昌城区及邛海湖盆区居民的水源供给，而且兼具旅游、灌溉、养殖、净化环境、调节气候等多种功能［3］。邛海流域内一些支沟上游不合理的人类活动致使流域内富集大量的松散固体物质，这些物质在降雨的激发下频繁地启动转化为山洪泥石流。山洪泥石流不仅破坏了区内的生态环境，给居民的生命财产造成严重的危害，其带来的泥沙也危害着西昌的“明珠”邛海的寿命。

1 区域位置及水系

邛海位于四川省凉山彝族自治州西昌市东南约4km处，东经102°15′～102°18′，北纬27°42～27°55′之间，属于高原淡水湖泊，流域面积307.67 km2。邛海流域地处青藏高原东南缘横断山纵谷区，东、北、南三面被高山环绕，西与安宁河谷相连，海拔高度在1 510～3 264m间。邛海属雅砻江安宁河水系，湖周有多条山溪和河沟入湖。流入邛海的较大的河流有8条，其中以官坝河流域面积最大，鹅掌河次之；次一级的有青河、高仓河、干沟河、踏沟河、龙沟河等。流出邛海的河流只有海河（图1）。邛海湖盆为断陷盆地，岩体破碎，地表侵蚀强烈，地表面蚀、沟蚀、泥石流均充分发育，侵蚀主要源于官坝河和鹅掌河等8条河流。

2 邛海泥沙淤积变化特征

2.1 1950年以来邛海泥沙淤积变化特征

近年来，由于暴雨异常，森林植被的破坏和坡地开荒等原因，邛海周围泥沙淤积问题严重，包括官坝河、青河、鹅掌河和高仓河等，每年向邛海推进10～100m不等，其中以官坝河最严重、最典型。邛海面积从1952年的31km2减少到2003年的27.4km2，按50a计算，则邛海平均每年约减少72 000m2，50a邛海面积萎缩11.6%；邛海的库容由1952年的0.32×109m3减少到2003年的0.293×109m3，最大水深和平均水深也由原来的34.0m和14.0m减少到2003年的18.32 m和10.95m。据实地调查与测量，2010年的邛海面积为27km2，从2003年到2010年按8a计算，则邛海平均每年约减少50 000m2（75.07亩），8a邛海面积萎缩1.45%（图2）。

图1 邛海流域水系图Fig.1 The water system of the Qionghai basin

图2 邛海面积及蓄水量随时间变化曲线图Fig.2 The changing curve of the Qionghai area and water storage with time

根据历史上测量较为精准的2组数据进行计算分析（表1）。由表1可知，1952年至2003年的51a间，邛海面积和库容变化率为0.16%，水深和平均水深变化率为0.9%和0.43%。邛海的面积、库容和水深变化都说明邛海正在不断地萎缩。根据面积和库容的变化量计算，过去的51a间邛海泥沙淤积达到529 400m3，平均每年淤积量为10 400m3。按此变化率计算，则邛海的寿命将只有600a左右。

表1 邛海流域典型年份淤积变化Table 1 The silt deposit changes of typical years in the Qionghai basin

2.2 邛海不同区域的淤积特征

北片区（官坝河口）由于山洪、泥石流的原因，区域局部淤积严重。官坝河为邛海最大的支流，流域面积（A）达到137.24km2，多年平均径流量为1.696m3／s。官坝河的水沙进入邛海后，河流比降减小、流速减缓、水流挟沙能力减弱，粗粒径的泥沙相继淤积在河口段，使河床淤高。由于洪水和泥石流的作用，官坝河数次改道，从而形成了如今较大的淤积扇形面。

东片区 该区域泥沙淤积并不突出，区域内只有一条流域面积为6.375km2的青河。青河多年平均径流量为0.082m3／s，流域面积较小，流量较小，且已经有一些山洪泥石流防治工程，因此对邛海的泥沙淤积贡献并不突出。

南片区（鹅掌河口）该区域内主要受到鹅掌河山洪、泥石流的影响，淤积严重。该区域内分布有鹅掌河、塔沟河和龙沟河的河口。其中鹅掌河是邛海的第二大支流，流域面积达到50.14km2，多年平均径流量为0.7m3／s，长期以来有大量泥沙进入邛海；而其他几条支流流域面积和多年平均径流量都较小（都小于青河），对邛海的泥沙淤积贡献较小。总体上该区域泥沙淤积原因与官坝河属于同一类型。

西片区 该区域泥沙淤积不突出。虽然邛海的第四大支流大沟河的河口分布在该区域内，但是大沟河主要分布于泸山－邛海风景区内，长期以来上游植被覆盖率高，防治设施完整，水土流失并不严重。

中部片区 淤积厚度相对较小，基本上为历史久远的泥沙沉积区域，近期淤积不明显。邛海的最大水深就分布在此区域内。其中湖底存在的由南到北贯穿邛海湖心的2个水下堤，正对官坝河和鹅掌河入湖口，证明其为这2条河泥石流的浊流沉积所致［4］。

西北片区 是全湖淤积较严重的区域。其主要成因为历史上海河的回淤。

3 山洪泥石流的淤积特征

邛海泥沙的淤积和库容的减少，最主要是由于暴雨作用下山洪、泥石流侵蚀松散固体物质的结果。邛海流域受北西向则木河活动断裂与邛海断陷的影响，物源区岩层破碎、崩塌滑坡等不良地质作用发育，松散固体物质丰富。邛海流域每年均有形成灾害的天气过程，多年的气象资料和防汛记载资料表明，邛海流域平均每年都有4～6次可能形成山洪泥石流灾害［5］。根据现场调查，从流域面积和形成、流通、堆积特点以及暴发历史来看，该区域内的各条支流山洪泥石流的淤积特征具有相似性。对最为典型的官坝河山洪泥石流进行调查和研究［3］，进而说明邛海流域山洪泥石流的淤积特征。

3.1 山洪泥石流的堆积特性

官坝河多年平均径流量为1.696m3／s，河水挟带的泥沙量和泥沙径粒在暴发泥石流时最大。官坝河泥石流堆积物，一部分在泥石流暴发时淤积至邛海口，另一部分就地堆积在山前、坡脚及沟道内，在常年流水或山洪的冲刷下，大量细粒物质仍被携带至入湖口，造成邛海淤积。

通过试验可知，粒径＜2mm的细颗粒含量从上游到入海口逐渐增加，粒径＞2mm的粗颗粒则沿程含量逐渐减小，说明官坝河沿途细颗粒在水流作用下大多被输移到邛海，而粗颗粒沿途堆积（图3）。在下游沿程沟道内堆积的砾石粒径为5～600cm不等，主要为砖红色的泥质粉沙、浅黄色沙、粉砂和砾；靠近入湖口主要是粒径约2 mm的沙和粉沙。

3.2 山洪泥石流对湖岸线的影响

图3 官坝河土样颗粒分析粒度曲线Fig.3 The grain size curve of soil samples from the Guanba river

在自然状况下，河流常年暴发的洪水多在扇面上散开，形成辫流；分流后因流量和流速较小，挟沙能力减弱，大量泥沙淤积在堆积扇上。官坝河下游为主要的人口集聚区，人类的生产活动改变了官坝河堆积扇的自然状况，堆积扇上无辫流存在，长时间只存在一条主河连接邛海。由于泥石流的作用，堆积扇上的官坝河曾两次改道。官坝河河道不仅在向邛海湖心推进，而且由于河流改道，堆积扇在平面上呈“鸭蹼”状，并有横向和纵向的扩张趋势（图4）。纵向扩张迫使湖岸线进一步向湖心推进，比较1958年与1997年的湖岸线发现，湖岸线平均被推进437m，推进速度为11.2 m／a；1997年至2006年，湖岸线平均被推进541 m，推进速度为60.1m／a；其中1998年由于泥石流的影响推进172m。2006年至2010年，湖岸线平均被推进124m，推进速度为31m／a。根据调查计算，在有泥石流发生的年份湖岸线向湖心的推进速度更快（如1998年）。横向扩张主要是因为泥石流导致官坝河改道而形成的。据图4可知，1950年以来官坝河河道曾两次改道，入湖口的改变在堆积扇上形成了几个突出部位，从而官坝河入湖口形成了特有的“鸭蹼”状，这种形态有可能在未来发生大规模泥石流的情况下再次改变。

图4 官坝河入湖口不同年份淤积范围对比Fig.4 The comparison of silt deposit ranges in different years on the Guanba river inlet

图5 官坝河入湖口纵断面图Fig.5 The vertical section of the Guanba river inlet

3.3 山洪泥石流对湖底形态的影响

当河水容重＞1.0g／cm3而湖水容重为1.0 g／cm3时就可能发生浊流［6］。浊流沉积在中国的构造断陷湖中普遍存在，如滇池、洱海和抚仙湖均有浊流沉积［7］。官坝河含沙量很高的洪水或泥石流潜入湖底，形成浊流在湖底继续运动，结果形成了湖底的水下堤。据2003年对邛海湖盆地形的调查显示，正对官坝河入湖口，有一条由北向南延伸1km，北部宽100m往南部增大至200m的水下堤。水下堤的存在说明官坝河频繁的山洪泥石流正改变着邛海的湖底形态。

根据以下公式对不同频率下官坝河泥石流的容重进行计算［8，9］：

式中：γc为泥石流的容重；x为泥石流中黏粒的含量；γ′c为不同频率泥石流的容重；γc为百年一遇泥石流容重；p′为暴发频率系数；T为泥石流暴发周期。根据调查计算官坝河入湖口泥石流的容重如表2。

表2 官坝河入湖口不同频率泥石流容重计算结果Table 2 The calculated results of debris flow capacities with different frequencies in the Guanba river inlet

表2说明，官坝河泥石流完全满足形成浊流的条件，官坝河若发生泥石流将继续改变邛海的湖底形态。

4 山洪泥石流的趋势分析

以官坝河为分析对象。每年汛期，官坝河的河道受洪水冲刷，大量泥沙随洪水冲入邛海，造成邛海水域面积逐年减少。1998年7月6日官坝河暴发几百年以来最大的一次泥石流，一次性推进了172m，推进面积0.089km2，淤积体积为689 700m3。自1998年官坝河的河床改道后到2009年，12a间，官坝河向邛海推移了655m，年平均推移55m；淤积邛海水面面积201 893m2，年均淤积16 824m2。其中，1999～2006年8a期间，泥沙共推进359m，推进面积0.102km2，淤积体积为994 500m3；2006～2010年泥沙共推进124m（包括水下淤积体），推进面积0.011km2，淤积体积为126 500m3（表3）。

a.地形地貌条件

泥石流的发生和发展的能量汇集过程受地形坡降的影响较大。官坝河流域面积137.24km2，平均比降64.4‰，沟道长24.12km，相对高差达1 489.7m。在官坝河上游，地形起伏较大，沟道弯曲、狭窄，沟岸坡度陡，主要以“V”字形沟谷为主，沟床纵比降较大，比降变化于83.33‰～463.88‰；在中游沟谷多为宽谷，河床弯曲，呈游荡型河流，坡度较缓，比降在59.78‰～83.33‰之间；下游到入湖处地势平坦，属于宽浅河流，比降达到13.56‰［10］。地形地貌条件有利于山洪泥石流的形成。

b.土源条件

官坝河流域松散物源总量11.953 1×106m3，其中残坡积物和崩滑堆积物为1.165 3×106m3，沟道泥石流堆积物和冲－洪积物0.427 9×106m3，坡面侵蚀物为6.862 6×106m3，老泥石流堆积物3.497 3×106m3［10］。泥石流的侵蚀模数随着植被覆盖率的增加会逐步降低，松散堆积物的侵蚀量也会逐渐降低，尤其是近年来上游的水土保持工作的开展，物源将会减少。所以从物源和上游水土流失减少的趋势来看，该沟泥石流的规模和频率将会有所降低。

c.水源条件

本区的降雨量能满足泥石流发生发展的要求。从多年多次灾害降雨数据可以得出西昌可能引发山洪灾害的最小10min降雨量为4mm，1h最小降雨量为10mm，最小1d降雨量为25 mm［11］。1998年7月6日发生泥石流的 H24、H1和 H1／6降雨量分别为125.1mm、76.3mm、15.5 mm（数据来源：西昌市袁家山气象站），均大于该地区触发泥石流的临界降雨量。从降雨的历程来看，满足泥石流临界降雨量出现的频率较高，这说明泥石流还会继续发展。

d.已建防治工程

官坝河上游共有拦沙坝5座，尽管在短时间内这些拦沙坝确实发挥了一定的作用，但5座拦沙坝目前已经全部淤满［10］，因此，其对山洪泥石流已不能再发挥作用。

e.区域构造和地震条件

根据区域地质构造图，该流域共有3条逆断层分布，走向呈西北－东南向，倾向北东，倾角50°。这些断层造成岩体破碎，大量崩塌滑坡发育，给泥石流的发生提供了大量物源。在众多断裂等地质作用下，官坝河区域处于地震多发区，震级大且频繁。频繁的地震，加速了岩体结构破坏和岩层的风化速度，降低了流域内岩土体的强度，促进崩塌滑坡的发展，形成大量松散堆积物。由历史地震推测，本区强震周期为140a左右［12］。故未来该区域在地震的影响下，仍有发生泥石流的可能性，尤其是在地震和暴雨同时发生时。

综合以上各因素分析可知，邛海流域各支沟具备了山洪泥石流形成必须具备的三大条件：一定的松散固体物源、强大的水动力和适合的地形条件。从单因素分析可知，各支沟未来依然可暴发泥石流，在强地震和强降雨等多因素的偶然联合作用下，可能会发生大规模的山洪泥石流。由于官坝河流域的水土保持工作和植树造林工作取得了一定的成效，水土流失得到明显改善，山洪泥石流的规模和频率都会减小，进入邛海的泥沙量呈缓慢减少趋势。

5 结论

通过对邛海泥沙淤积的调查分析，结合邛海的最大支流—— 官坝河山洪泥石流对邛海泥沙淤积的研究分析，得出初步结论如下。

a.邛海的面积、库容和水深变化都说明邛海正在不断地萎缩。1950年以来，邛海面积和库容变化率为0.16%，水深和平均水深变化率为0.9%和0.43%，泥沙淤积达到0.52×106m3。

b.邛海泥沙淤积较为严重的区域是北片区官坝河入湖口、南片区鹅掌河入湖口以及西北片区海河回淤区。

c.邛海流域山洪泥石流携带的泥沙堆积特征为：粗颗粒（粒径≥2mm）沿途堆积，细颗粒（粒径＜2mm）在水流作用下大多被输移到邛海。

d.各支沟入湖口形成的堆积扇，在山洪泥石流的作用下，不断改变着邛海的湖岸线，其中官坝河因河道改道形成特有的鸭蹼状堆积扇。

e.邛海流域官坝河、鹅掌河山洪泥石流潜入邛海湖底，形成浊流在湖底继续运动，形成湖底水下堤及冲沟。

f.在强地震和强降雨等多因素的偶然联合作用下，邛海流域可能会发生大规模的山洪泥石流。随着西昌市山区植被恢复工程的实施，山洪泥石流减少，进入邛海的泥沙量呈缓慢减少趋势。

研究工作得到了西昌市邛海管理局、西昌市水利局的大力支持，作者特此表示感谢！

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