雅鲁藏布江曲水－桑日段泥石流发育特征及其危害

陈兴长 游 勇 柳金峰

(1.西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010;2.中国科学院成都山地灾害与环境研究所 四川成都 610041)

西藏曲水－桑日段属雅鲁藏布江宽谷，是西藏地区人口集中、经济和文化发达的地区。该区域位于雅鲁藏布江缝合带，地质条件复杂，新构造运动活跃，属强烈构造变动带［1－2］;气候独特，长冬无夏，寒冻风化强烈，河谷风沙大，风沙地貌普遍发育且十分典型［3－4］。独特的自然条件和脆弱的生态环境，加上长期粗放的开发和经营模式，导致生态环境退化，植被覆盖率下降，泥石流灾害活跃，给当地的交通和生产生活造成严重影响。本文在遥感解译、野外调查和实地勘测的基础上，系统研究了雅鲁藏布江曲水－桑日段流泥石流的发育特征及其危害，提出了相应的防治对策，对该地区泥石流的防灾减灾和经济可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况

研究区位于我国青藏高原东南部，拉萨以南的雅鲁藏布江(以下简称“雅江”)宽谷，范围包括西自曲水县城，东到桑日县城之间的雅江及两岸一级支流(如图1)，面积7516.9 km2。行政区划上涉及曲水县、贡嘎县、扎囊县、乃东县和桑日县等5个县。

图1 研究区位置、地形及泥石流分布图Fig.1 The location，topography and debris flow distribution of the study area

研究区属藏南谷地的雅江中游，平均海拔3700 m左右，最高海拔5438 m。地貌可分为雅江河谷平原区和两岸高山宽谷区。河谷平原区位于雅江沿岸两侧，为平坦谷地、裸露浅滩和风成沙丘等。两岸高山宽谷区位于雅江南北两岸，地形起伏较大，以高山、峡谷和宽谷为主。大地构造部位上属雅江缝合带中段。地层为仲巴－朗杰学陆缘移置混杂地体，发育上三叠统修康群缝合线型复理石－混杂组合。区内新构造运动以差异性上升为主。高山区表现为局部上升伴随缓慢剥蚀，河坝区表现为缓慢堆积。地震强度大且频率高，多分布在雅鲁藏布江深大断裂带及其沃卡－曲松－邛多江活动构造带附近，震源深度一般在20～70 km范围。

研究区具有独特的温带半干旱高原气候。四季不明显，温度日变化大，年变化小，多年平均气温7.2～8.5 ℃;多年平均降水量 379.6～448.8 mm，多年平均蒸发量1928.8 mm。冬春盛行河谷风，寒冻风化显著，在局部地段形成冰雹、风沙等自然灾害。区内沟谷发育，溪短流急，水位暴涨暴跌，冲刷切割山体能力极强。

研究区是西藏地区人口集中、生产发达的区域。雅江右岸人口密度较大，左岸人烟相对稀少。人类活动主要以农业生产、修建道路、房屋建设等为主，人类活动总体上相对较弱。

2 泥石流类型及其分布

2.1 泥石流的类型

研究区共发育各种类型的泥石流141处。根据泥石流发生的地貌条件，既有沟谷型泥石流，也有坡面型泥石流。根据流体的性质，研究区发育的泥石流均为稀性泥石流。根据泥石流形成的激发因素，研究区全部为暴雨型泥石流，冰川型泥石流主要发育在研究区下游。根据流体中土颗粒组成，研究区除发育有泥石流外，还发育有水石流，不具备泥流形成的条件;水石流主要发育在集水面广、支沟众多、固体颗粒补给不充分、水力条件十分充足的沟道。

2.2 泥石流的分布

研究区发育的141处泥石流中，坡面型泥石流53处，沟谷型泥石流88处(如表1)。雅江左岸共有60处泥石流，其中，坡面型9处，沟谷型51处。雅江右岸共有81处泥石流，其中，坡面型44处，沟谷型37处。研究区泥石流的类型和分布情况详见图1和表1。

表1 研究区泥石流的分布概况Table 1 The statistical results of the debris flows distribution in the study area

3 泥石流发育特征

研究区沿雅江缝合带展布，地质条件复杂，新构造运动活跃;长冬无夏，风大干寒，寒冻风化强烈;降水高度集中，年际波动大，受地形影响暴雨范围小，短时强度大［5－7］。特殊的自然地理环境孕育了独特的成灾条件，发育的泥石流具有明显的地域特征。

3.1 泥石流数量众多，分布密度大

雅江宽谷两岸山高坡陡，为泥石流的形成创造了有利的地形条件;岩体较破碎，寒冻风化强烈，不断形成新的松散物质;冰雪融水和局地强降雨为泥石流提供了充足的水动力条件。

图2 沟谷型泥石流沟流域面积由小到大统计分布图Fig.2 The ascending statistical results of gully debris flow catchment areas

在以上因素共同作用下，在长约120 km的雅江两岸共发育了141处泥石流(图1和表1)，泥石流灾害点线密度达1.18处/km。如表1，雅江左岸共分布有60处泥石流，泥石流灾害点线密度0.50处/km;雅江右岸共分布有81处泥石流，泥石流灾害点线密度达0.68处/km。

3.2 沟谷型泥石流沟流域面积普遍较小

根据调查和统计，88处沟谷型泥石流中，流域面积最大的 83.97 km2，最小的约 0.68 km2，平均8.07 km2，流域面积中位数仅 3.1 km2(如图 2)。从图2和表2可以看出，流域面积小于5 km2的泥石流沟占58.0%，小于10 km2的占77.3%;90%的流域面积小于18.7 km2。雅江左岸的沟谷型泥石流较多，流域面积平均约 7.68 km2，中位数 2.87 km2，其中，流域面积小于5 km2的泥石流沟占68.6%，小于10 km2的占84.3%。雅江右岸沟谷型泥石流沟共37条，流域面积平均约 8.61 km2，中位数 5.38 km2;其中，流域面积小于5 km2的泥石流沟占43.2%，小于10 km2的占 67.6%。

从以上数据可以得出，研究区泥石流沟的流域面积普遍较小。雅江左岸发育的泥石流沟流域面积差异性较大(变异系数为1.874)，右岸的差异性相对较小(变异系数为0.995)。

3.3 泥石流沟的汇流条件普遍较好

流域形状对汇流影响较大，汇流条件好的流域更有利于形成泥石流。流域形状通常用流域完整系数 (δ)定量表示［8］:

式中，F—流域面积(km2);L—主沟长度(km)。

流域完整系数大，表明主沟道相对较短，汇流历时短，洪峰流量大，有利于形成泥石流，反之，则不利于形成泥石流。根据统计计算(表3)，汇流条件中等以上的流域占84.1%。其中，雅江左岸汇流条件中等以上的占78.4%，右岸占91.9%。单从流域完整系数来看，研究区泥石流沟的汇流条件普遍较好，有利于形成泥石流，而且右岸泥石流沟的流域形状更有利于汇流。

表2 沟谷型泥石流沟流域面积统计表Table 2 The statistical results of gully debris flow catchment areas

表3 沟谷型泥石流沟流域完整系数统计表Table 3 The statistical results of watershed integrity coefficients of gully debris flows

3.4 泥石流沟沟道短小，沟床坡降大

根据统计，主沟长度介于0.92～16.43 km，平均3.70 km，长度中位数2.74 km。从表4可以看出，长度小于3.0 km的泥石流沟占54.6%，小于5.0 km的占79.6%。雅江左岸沟道长度平均约3.58 km，中位数 2.83 km;长度小于3.0 km的泥石流沟占56.8%，小于5.0 km 的占82.3%。右岸沟道长度平均约3.86 km，中位数2.79 km;长度小于3.0 km的泥石流沟占51.4%，小于5.0 km的占75.7%。

以上数据表明，泥石流沟道普遍较短，这与流域面积普遍较小有关。雅江左岸泥石流沟道长度变化较大(变异系数0.88)，右岸变化相对较小(变异系数0.63)。

表4 沟谷型泥石流主沟长度统计结果Table 4 The statistical results of debris flow gully lengths

沟床比降是影响泥石流形成和运动的重要因素。根据西藏地区泥石流沟床比降的统计结果［9］，90.7%的平均沟床比降在 50‰～300‰，其中，100‰～300‰居多，占54.7%。根据对研究区平均沟床比降的统计(如图3)，小于100‰的仅一条，而100‰～300‰有66条，占75.0%，300‰～400‰有12条，占13.6%。这表明泥石流沟床平均比降整体较大，有利于泥石流的运动。

图3 研究区泥石流沟床平均比降统计柱状图Fig.3 The statistical histogram of mean gully gradients of debris flows in the study area

3.5 泥石流类型单一，以稀性为主

根据调查，研究区发育的泥石流类型单一，全部为稀性泥石流。这主要与该区域独特的地质环境和气候特点密切相关。如图4，雅江左岸以花岗岩类为主，右岸为复理石和基性火山岩，混杂蛇绿岩。火成岩风化后多呈砂砾状，加上物理风化强烈，生物和化学风化弱，风化物多呈碎块状，黏性物质很少。地质条件和气候条件共同决定了该区域发育的泥石流主要为稀性泥石流。

3.6 堆积扇规模宏大，多呈混杂堆积

研究区为雅江宽谷，宽阔的河谷提供了有利的地形条件;堆积扇上泥石流流路不稳，有利于形成“宽而泛”沟口堆积扇;河谷风沙是泥石流的重要物源之一，加大了泥石流的规模;主河洪水既对堆积扇前缘进行改造也可能加大其规模。在以上因素共同作用下，形成研究区规模宏大的堆积扇。图5为研究区两岸典型“宽而泛”的沟口堆积扇。左图为右岸的一级支沟，流域面积18.1 km2，堆积扇面积2.3 km2;右图为左岸的一级支沟，流域面积11.5 km2，堆积扇面积2.5 km2。

这类堆积扇物质来源复杂，主要有:泥石流堆积物、主河冲洪积物和风沙堆积物，属混杂堆积(如图6)。根据在研究区及其附近泥石流堆积物取样的放射性碳测年结果，最老的样品年龄约22510±120 BP，表明这些泥石流堆积扇至少自晚更新世就已经开始形成。

图4 研究区区域地质简图Fig.4 The geological map of the study area

图5 研究区典型“宽而泛”沟口堆积扇Fig.5 The typical“wide and extensive”accumulation fans in the study area

图6 “宽而泛”的沟口堆积扇剖面特征Fig.6 The profile features of the“wide and extensive”accumulation fans in the study area

4 泥石流的危害及防治对策

4.1 泥石流的危害

研究区泥石流沟道大都短小顺直，流域面积不大，物源主要以寒冻风化物和风沙堆积物为主。由于流域面积和物源量的限制，单次泥石流规模通常不会太大。此外，堆积扇范围大，坡度小，泥石流冲出沟道后流速变小，冲击破坏作用较小，主要危害方式是冲刷和淤埋。

研究区沿江两岸均有公路通行，左岸为“两桥一洞”至桑日的简易公路，车流量较少;右岸为省道S101公路，车流量大，交通繁忙。左岸人烟稀少，而右岸人口相对稠密。左岸泥石流的危害主要是冲毁或者淤埋简易公路，造成道路中断或形成过水路面，影响通行。右岸的省道S101路面相对较低，部分泥石流可直接冲上公路，或者堵塞过水涵洞致使泥石流冲上路面。右岸泥石流对道路的危害主要是淤埋导致断道，严重影响省道的安全和畅通。

泥石流除对省道S101造成危害外，还会给人类的生产造成严重影响。由于堆积扇规模宏大，大部分农田均在堆积扇上。泥石流暴发时不但冲毁或淤埋基础设施，由于流路不稳还常常淤埋农田、草场和灌林，导致土地沙石化，给当地农民造成重大经济损失。

4.2 防治对策

泥石流的防治主要以保障道路畅通和人民生命财产安全为目的。防治的原则应因地制宜，因害设防，综合治理。由于研究区生态环境脆弱，建议控制人类不合理的工程活动和生产活动，预防人为地质灾害的发生，做好环境保育和植被恢复工作。

(1)危害严重的泥石流沟以土木工程措施为主进行治理。沟道内设置潜坝或谷坊稳定沟床;沟口设置拦挡坝，拦截泥石流固体物质;下游修建排导槽，防止漫流。流域内可采用生物工程措施，包括封山育林、植被恢复等，以减小地表径流，削减泥石流的水动力条件。

(2)堆积扇上流路不稳的泥石流，应束流整治，归顺流路，防止漫流，淤埋农田，造成危害。具体措施可设置单侧防护堤或排导槽。

(3)桥涵路段应及时检查并清理过水涵洞，保持过流通畅，防止泥石流堵塞涵洞后冲上路面，影响道路的畅通和过往车辆安全。

(4)泥石流堆积较高路段，应修建道路防护工程，以防泥石流直接冲上路面。具体工程措施可采用防挡墙、丁坝或顺坝等。

5 结论

研究区是西藏人口集中、经济和文化发达的地区，生态环境脆弱，自然地理条件独特，加上人类的扰动，发育了大量的泥石流，给当地的交通和生产生活造成严重影响。本文对该区域泥石流发育特征及其危害进行了深入研究，可得出如下结论:(1)研究区位于雅鲁藏布江缝合带，地质条件复杂，新构造运动活跃;地势高亢，地形陡峻;属温带半干旱高原气候，河谷风沙大，具有形成泥石流的独特自然地理条件。(2)研究区发育的泥石流数量多，分布密度大，全部为稀性泥石流。共有141处泥石流，其中坡面型泥石流53处，沟谷型泥石流88处;泥石流灾害点线密度达1.18处/km。(3)沟谷型泥石流流域汇流条件好，利于形成泥石流。流域面积平均约8.07 km2，面积中位数仅3.1 km2;主沟平均长 3.70 km，中位数仅2.74 km;88.6%的沟床平均比降大于100‰。(4)泥石流堆积扇规模宏大，物质来源复杂，主要有泥石流堆积物、主河冲洪积物和风沙堆积物，多呈混杂堆积。(5)泥石流的危害对象主要为农田和道路等基础设施，危害方式以冲刷和淤埋为主;建议控制人类不合理的活动，针对危害大的泥石流因害设防，进行综合治理。

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