贵州都匀马达岭滑坡碎屑流形成泥石流特征

亓 星，余 斌，朱 渊，王 涛，陈源井

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059)

0 引言

贵州省由于其特有的碳酸岩溶地貌，区域内泥石流灾害一般为低频泥石流。沟道多为非泥石流沟或低频泥石流沟，危害性较小，但在大暴雨、滑坡等特殊因素激发下则容易发生泥石流［1］。而流域内滑坡等地质灾害的发生则可能导致沟道暴发泥石流的形成条件的根本改变，特别是滑坡堆积物滑入沟道内形成碎屑流并转化为泥石流物源这类灾害链效应将导致沟道暴发泥石流的形成条件发生根本改变，如文家沟滑坡碎屑流［2-4］，关岭滑坡碎屑流［5］，沟道内聚集的大量碎屑堆积物使非泥石流沟直接转变为活跃型的泥石流沟，识别这类沟道对于泥石流的防治具有重要意义。

2006年5月18日，贵州省都匀市江州镇富溪村马达岭沟上游采煤区发生滑坡，部分滑坡体在沟道内碰撞形成碎屑流堆积在沟道内，同时，采空区内蓄积的老窑水被迅速释放卷携滑坡碎屑堆积物形成泥石流冲至沟道下游并冲出沟口约100m，淤埋约1.3hm2农田及沟口公路边的水沟，所幸无人员伤亡。本文通过现场调查，分析了马达岭沟泥石流的特征、成因以及未来的发展趋势，为这类碎屑流形成泥石流的防灾减灾提供依据。

1 马达岭沟自然环境概况

马达岭沟位于都匀市江州镇富溪村，沟口地理坐标为 26°10'18.9″N，107°17'23.4″E，沟道出口下游为富溪村耕地集中区，地层主要为石英砂岩、砂页岩夹炭质页岩及煤层互层，岩性为灰、浅灰色薄至厚层状细粒石英砂岩间夹暗灰色薄至中厚层状泥质粉砂岩、黑色炭质泥岩、含炭泥质粉砂岩，泥质岩中常见植物化石及细粒状黄铁矿不均匀分布。流域内岩层为典型的软质岩和硬质岩互层，地层走向近于水平，岩体风化较强烈。该区域岩性组合特征为石英砂岩与泥质粉砂岩及炭质泥岩互为消长关系，石英砂岩较为稳定，泥质岩多呈透镜状或似层状产出，其中间夹多层不等厚煤层，为煤矿分布区，主要分布在流域上游，因此，较早前该区域主要进行煤矿开采活动，山体内部有大量的煤矿采空区，导致山体形成较多裂缝。

马达岭沟流域面积0.7km2，主沟长1.42km，流域内无支沟，沟道由北往南，呈狭长型，沟道两侧山坡坡度一般为30°～45°，上游沟道较狭窄，以“V”型为主，下游较宽，沟道呈“U”型。流域内最高点为东北部山脊高程1570m，最低点为沟口高程1170m，相对高差400m，沟道平均纵比降为282‰，总体呈上陡下缓的特征(图1)。

马达岭流域属亚热带季风湿润气候，降雨主要集中在夏季，年平均降雨量1431.1mm，雨热同季。

图1 马达岭沟流域图Fig.1 Basin of madaling gully

2 泥石流成因分析

2.1 水源条件

2006年5月16日和17日两天，马达岭沟所在区域持续强降雨，直到18日凌晨基本停止，5月18日凌晨4时左右，马达岭沟上游发生滑坡并碰撞形成碎屑流堆积在沟道内，随后暴发泥石流。根据调查访问，5月18日发生滑坡时降雨已经停止，而发生泥石流的时间几乎与滑坡发生时间同步，整个滑坡—泥石流持续时间仅数分钟，因此马达岭沟下游堆积物很容易被误判为滑坡碎屑流沉积物，但沟道下游碎屑堆积物有明显的水参与痕迹，粗细颗粒混杂堆积，与沟道中部松散滑坡碎屑体有明显不同，属于典型的粘性泥石流沉积特征。

马达岭沟滑源区位于流域上游煤矿开采区附近，较早前该区域主要进行煤矿开采活动，山体内部有大量的煤矿采空区，导致山体形成较多裂缝。发生滑坡前两日的强降雨使采空区内蓄积大量的老窑水［6］，较大的内部水压导致产生滑坡，随即煤矿采空区内蓄积的老窑水被迅速释放出来诱发泥石流。附近村民描述滑坡发生后期煤洞内仍然有持续涌水，时间长达一周，可以印证老窑水为诱发此次滑坡并形成泥石流的主要原因，而前期降雨起了重要作用［7］，后期没有降雨的情况下由于老窑水的涌出形成泥石流，这与其他降雨直接引发的泥石流有明显区别。

2.2 物源条件

马达岭滑坡导致82×104m3滑坡体失稳滑动，大部分滑坡体堆积在滑源区下部坡度较缓区域，大量巨石混杂，由于坡度只有约7°，该区域堆积体较稳定;部分堆积物进入沟道并碰撞解体形成碎屑流，堆积在沟道中上游。碎屑堆积体在上游滑坡剪出口附近较厚，中部较薄，平均堆积厚度约8m，碎屑堆积物体积达16×104m3。滑坡碰撞解体进入沟道后大量巨石停淤在沟道中部，在沟内形成两处天然堰塞坝(图2)，坝高均为5m左右，最大块石直径3.5m，由于巨石堵塞沟道，主要碎屑堆积物被阻挡在沟道中上部。堰塞体上游淤满碎屑固体物质，超过坝高1.5m，并使坝后沟道坡度变缓。

图2 沟道中部巨石淤塞形成的跌水坎(a:1号堰塞坝，b:2号堰塞坝)Fig.2 Drop sill formed by knocker blocking in middle stream(a:first barrier dam，b:second barrier dam)

根据调查，2006年发生滑坡前，马达岭沟百年内未发生过泥石流，流域内植被发育良好，无导致形成泥石流的大量固体物质来源，属于非泥石流沟。而2006年的滑坡产生大量碎屑固体物质堆积在沟道内，成为泥石流暴发的直接物源，使泥石流形成条件发生了根本性的变化。碎屑堆积体主要堆积在滑坡体下游至沟道中部0.8km长的范围内，巨石与块石碎屑互相混杂，中间充填较多细颗粒，极其松散破碎，并堆积在沟道内，可以直接为泥石流提供物源。对于流域面积仅0.7km2的沟道，松散固体物质总量相对较大，在降雨作用下沟道内的碎屑固体物质可以迅速转化为泥石流物源。

2.3 地形条件

马达岭沟没有支沟，沟道上陡下缓，中游和上游为V型谷地貌，纵比降大于300‰，沟道比较顺直，利于碎屑物的流通和泥石流的形成，流通区跌水坎至沟口纵比降仅为142‰，较缓的坡度使泥石流主要在此产生淤积直至沟口，淤积长度约350m。流域内植被覆盖较好，沟道左岸山坡坡度为25°左右，右岸稍陡，汇流条件也较好，为泥石流的发生提供了有利的地形地貌(图3)。

图3 马达岭沟碎屑淤积纵剖面图Fig.3 Crushed stone deposition of Madaling Gully longitudinal plan

3 泥石流过程和特征

马达岭沟泥石流紧随滑坡之后发生，滑坡体碰撞形成碎屑流堆积在沟道中部，随后滑源区老窑水涌出，冲入沟道下切侵蚀沟道中部的碎屑堆积物形成泥石流淤积在沟道下游并冲出沟口。由于老窑水持续时间短，同时沟道内大量巨石堵塞淤积，使少量固体物质被带至流通区下游淤积至沟口，平均厚度约1m。

在滑源区下部，滑坡体主要由巨石和块石混杂堆积，厚度大，形成坡度约7°的缓坡平台，平台上方为煤矿开采区，下方为45m高差的35°斜坡。滑坡发生后堆积物主要堆积在该区域，上方的采空区积水被释放出来后沿斜坡汇入沟道，形成短时大流量汇流强烈冲刷沟道，带走碎屑流表层颗粒冲向下游，整个过程持续约5分钟。泥石流从大平台下方逐渐形成，并迅速运动至沟口(图4)。

图4 汇流冲刷平台下方滑坡碎屑体Fig.4 Crushed stone at downstream of platform scoured by conflux

由于沟道内巨石堵塞沟道形成两处淤满固体物质的堰塞坝，下游还有一处高约12m的基岩跌坎，大量固体物质淤积在坝体后方，使后方沟道坡度减缓，同时，采空区积水量有限，阵性大流量汇流持续时间短，这也是并未形成大规模泥石流的原因，泥石流从堰塞坝上方漫过，带走堰塞坝体上部的部分碎屑堆积物并在两个堰塞坝的左岸下切侵蚀至堰塞坝巨石顶部，拉槽形成沟道(图5)，调查得到沟道下游泥石流堆积物体积为0.7×104m3。

图5 堰塞坝上方侵蚀而成的沟道Fig.5 Eroded gully at up stream of barrier dam

固体物质被带至沟道下游坡度较缓处淤积，从下游基岩跌坎处淤埋至沟口，少量堆积物冲出沟道，淤埋下游耕地，厚度逐渐减小，最远至沟道出口下游100m。沟道流通区淤积约350m，平均厚度约1m。马达岭沟泥石流为典型滑坡碎屑流转化形成的泥石流，呈现滑坡—碎屑流—水作用形成泥石流的连续过程。固体物质主要为沟道内滑坡碎屑堆积体，与矿山沟道弃渣型泥石流特征相似［8］。此次泥石流的激发主要是上游采煤区老窑水释放的原因，泥石流紧随着滑坡发生而形成，发生突然，持续时间短，危害较大。

4 泥石流动力学参数

马达岭沟泥石流的流量和规模可以根据沟道内的断面泥痕计算得出，根据沟道中下部跌坎上方测得断面计算了相关参数。马达岭沟泥石流堆积物呈混杂堆积，为粘性泥石流特征，选用粘性泥石流速度计算公式［9］计算流速，一次泥石流过程流体总量的计算方法采用水量平衡原理分析出的概化过程线计算。

式中:V——泥石流断面平均流速(m/s);

K——粘性泥石流流速系数;

H——计算断面平均泥深(m);

I——泥石流水力坡降，采用沟床坡降代替(‰);

A——泥石流过流断面积(m2);

Q——泥石流流量(m3/s);

T——泥石流持续时间(480s);

W——泥石流总量(m3)。

表1为泥石流流速、流量及总量的计算结果。计算得到泥石流冲出量为0.56×104m3，与调查得到的泥石流实际堆积量0.7×104m3接近，因此计算结果比较可靠。

表1 断面参数、泥石流流速、流量和冲出总量表Table 1 Section parameter，velocity，flow and runouts of debris flow

5 未来发生泥石流可能性分析

马达岭滑坡体积达82×104m3，主要堆积在滑源区下部大平台处，部分堆积体形成碎屑流堆积在沟道内，现沟道内碎屑固体物质总量约16×104m3。由于大平台表面坡度仅有6°，坡度缓，堆积物主要以巨石和大块石混杂为主，在降雨条件下不易启动，泥石流物源主要为沟道内碎屑流堆积物。

马达岭沟中部较狭窄，沟道内的多处巨石淤塞形成的堰塞坝在强降雨作用下可能产生类似于汶川强震区溃决型泥石流的特征，即由于滑坡形成的巨石堵塞沟道在强降雨作用下产生溃决造成泥石流的规模放大［10-12］。但沟道内三处跌坎使后方沟道坡度变缓，沟道呈阶梯型，具有一定的消能作用，同时，马达岭沟流域面积仅0.7km2，汇水面积较小，一般性降雨并不能产生较大的径流下切和侵蚀沟道内碎屑堆积物，自2006年以来马达岭流域内并未发生较大的降雨，因而自今暂未发生过泥石流灾害，这也是滑坡产生大量物源后并未暴发泥石流的主要原因，但暴雨是贵州省地质灾害的主要天然诱因［13］，若出现持续强降雨，大量的碎屑堆积物很可能被迅速启动形成泥石流造成危害，而堰塞坝的溃决则会产生流量放大效应造成更严重的危害。因此重视这类沟道的危害，并采取相应的防治措施显得较为重要。

6 结论

(1)马达岭沟在发生滑坡前为非泥石流沟，2006年滑坡后约16×104m3滑坡体碰撞形成碎屑流堆积在沟道中上游，在上游采煤区老窑水冲刷下形成泥石流，泥石流淤积在沟道流通区下游并冲出沟口，淤积体积约0.7×104m3。

(2)计算得到此次泥石流断面流速为5.7m/s，冲出体积为0.56×104m3，与调查得到的结果接近。

(3)马达岭沟呈典型的滑坡—碎屑流—水作用形成泥石流特征，沟道上游的滑坡产生了大量松散碎屑流堆积物，使形成泥石流的物源条件产生重大变化。马达岭沟现为典型的泥石流沟，由于沟道内两处巨石淤塞形成的堰塞坝阻挡了大量的碎屑体，一般性降雨并不能大量带走上游物源，但在强降雨下可能导致堰塞坝溃决，形成溃决型泥石流造成较大危害，未来暴发泥石流的可能性较大。

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