西藏樟木沟泥石流成因分析及综合评判

刘大翔，黄金辉，赵 鑫，张小刚，程尊兰，刘建康

（1.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌443002；2.三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌443002；3.中国科学院 山地灾害与地表过程重点实验室，四川 成都610041；4.中国科学院 水利部 成都山地灾害与环境研究所，四川 成都610041；5.中国科学院大学，北京100049）

樟木口岸位于喜马拉雅山南麓的中尼边境樟木镇境内，距聂拉木县城30km，是西藏地区唯一的国家一类陆路通商口岸，口岸边境贸易总值达到3～4×108元／a，对中国西藏和尼泊尔的经济发展与交流至关重要。樟木沟位于樟木口岸上游，为波曲河左岸一级支流，南距友谊桥约12km，主沟沟口地理坐标为东经85°58′35.77″，北纬27°59′46.50″，下游有中尼公路通过，交通较为便利。樟木沟曾于2001年爆发过泥石流，冲出的固体物质淤埋跌水处下游方向三段回头弯的中尼公路，导致交通中断整日，严重影响了中尼两国的贸易往来。近10a来，樟木沟虽未爆发大规模泥石流，但夏季沟内常出现山洪，爆发泥石流的可能性较大。因此，有必要对其形成条件进行分析并对其易发程度加以综合评判，为防治工程设计提供依据。

1 研究区环境背景条件

1.1 地貌环境

樟木沟位于喜马拉雅山脉南坡波曲河下游左岸斜坡地带，发源于樟木镇后山扎美拉山南侧，在海关监管货场处汇入波曲。主沟长度3.02km，汇水面积约2.332km2，沟谷平均纵坡519‰。流域地势起伏较大，高程范围2 000～4 000m，坡度范围30°～55°。沟道地形陡峻，沟源有古冰碛地貌发育，外营力作用以冰缘及寒冻风化作用为主；沟道中上游地段切割较深，沟谷狭窄，谷坡陡立，平均切割深度为10～20m，最深地段超过60m；沟道中下游已经切穿松散层到达基岩，局部河床基岩裸露，多跌坎，沟道内发育三级较大陡坎，其中靠近波曲河的最下级跌坎高度逾30m。

1.2 水文、气象

樟木沟流域地处喜马拉雅山南坡，属亚热带季风潮湿湿润气候区，由于受印度洋海洋性气候影响，表现为降雨丰富、集中，且暴雨强度较大。年降水量2 450～3 100mm，多年平均降水量2 820mm，是西藏地区典型的暴雨中心之一。该地区多年平均气温12℃，最高气温32℃，最低气温－1℃，多年平均相对湿度75%；多年平均蒸发量1 500mm。

1.3 地层岩性

研究区内地层较为单一，基岩以前震旦系变质岩为主，表部为第四系块、碎石土。其中前震旦纪变质岩主要包括达莱玛桥组二云母片麻岩、云母石英片岩等，而第四纪地层主要为全新统崩滑堆积物（Qcol＋dl4）、全新统冲洪积物（Qal＋pl4）。

1.4 地质构造

研究区位于喜马拉雅结晶基底复式背斜的北翼，为单斜构造，岩层倾向NE，倾角20°～40°。波曲河断层为区内最大的区域性断裂，樟木沟沟口与之相接。在樟木沟中尼路边小瀑布附近发育一小断裂，西北端尖灭于中尼公路外侧，东南端插入樟木后山。区内岩层变质程度较深，达角闪岩相，片理、片麻理发育，主要构造形迹为断层和节理，褶皱不发育。长期沿节理和断层发生的崩塌造就了樟木沟北侧的陡壁，即扎美拉山，也成为樟木沟泥石流的重要固体物质来源。

1.5 植被状况

研究区属于珠穆朗玛峰自然保护区，境内拥有雪布岗核心保护区，动植物资源十分丰富。沟域属于高山林灌丛草甸地带，由低海拔向高海拔依次出现针阔混交林带（海拔1 500～3 000m）、针叶林带（海拔3 000～3 300m）、灌木林带（海拔3 300～4 400m），植被生长茂盛，覆盖率达90%以上，带谱结构较复杂，均为适应湿润气候的植物群落组成，属于海洋型山地植被垂直结构类型［1］。总体来讲，樟木沟植被条件较好，对减缓泥石流的发育或危害起到了正面作用。

2 泥石流形成条件

2.1 泥石流沟谷特征

樟木沟流域支沟发育，共有5条较大支沟汇入，沟域形态受构造与扎美拉山崩塌的影响成不对称分布，支沟大多分布在沟域右侧。根据地貌及泥石流物源补给特征，将樟木沟主沟划分为清水区、形成流通区和堆积区3个分区。各区特征详见表1。

表1 樟木沟泥石流分区特征

2.2 泥石流分区特征

2.2.1 清水区 泥石流清水区分布于樟木沟上游，地形陡峻，斜坡坡度多为40°以上，沟谷纵坡大，多在650‰以上，松散堆积层较薄，主要为基岩斜坡，不良地质现象较少，分布零星，大多不会参与泥石流活动，主要为泥石流的形成汇集水源和提供水动力条件。

2.2.2 形成流通区 形成流通区分布于中尼公路以上段，沟谷岸坡陡峻，崩塌发育，松散堆积体厚度相对较大，不良地质现象发育，且植被破坏较严重。该段沟床纵比降相对较缓，主沟纵坡一般为80‰～400‰，沟床两侧崩塌较多，沟床堆积物非常丰富，为泥石流的发育提供了大量松散固体物源，是樟木沟泥石流的主要松散固体物源分布区。

2.2.3 堆积区 泥石流堆积区位于中尼公路以下至沟口段，扇区堆积厚度5～25m，扇区泥石流堆积物方量约1.20×106m3。该段沟谷平均纵坡稍缓，有利于泥石流物质的停淤。值得一提的是，沟道与波曲河连接处有一级高逾30m的陡坎，樟木沟泥石流一旦爆发，大量的固体物质将输入波曲河，造成河床淤积，压缩行洪断面。

2.3 物源条件

2.3.1 物源类型 按照松散物质的性质及其分布位置的差异，可将泥石流物源分为重力作用堆积物、沟道堆积物、冰碛及寒冻风化形成的松散物质3类。其中崩塌是最常见的重力作用类型，沟域北侧扎美拉山崩塌极为发育，坡面广布新老崩塌堆积，成为泥石流发育的主要物源。沟道堆积物也是区内泥石流发育的主要物源，主要为原沟床中的堆积物。冰碛及寒冻风化形成的松散物质分布在海拔3 000m以上沟道中上游的斜坡面上，主要为在冻融作用、寒冻风化作用下形成的松散物质，可通过崩塌、滚石、滑坡及流水侵蚀等方式进入沟道，成为泥石流的固体物源。

2.3.2 物源分布 樟木沟重力作用堆积物可分为两类，一类为右岸广布的扎美拉山崩塌堆积物，规模较大但活动性较弱。据调查，该类松散堆积物体积达9.80×106m3，可能参与泥石流活动的动储量为9.66×105m3。另一类为沟道两侧的新崩滑物源，规模较小但活动性强。据勘查，樟木沟流域内共发育不同规模的新崩滑6处，崩滑堆积物总体积为5.17×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为3.62×104m3。新崩滑物源具体分布情况详见表2。

沟道松散堆积物多分布于中游，粒径沿下游方向呈增大趋势，陡坎地段发育较少。由于沟床坡度变小，沟谷展宽，目前沟道内仍有大量冲洪积物。经估算，樟木沟沟道物质总方量约为1.52×105m3，可能参与泥石流活动的动储量约为3.04×104m3。

表2 樟木沟新崩滑物源统计

樟木沟沟源外营力作用以冰雪作用和冻融风化作用为主。寒冻风化形成的松散堆积也是樟木沟泥石流物源的补给来源之一。经估算，该类物源的总方量约为5.76×105m3，可能参与泥石流活动的动储量约为2.88×104m3。

2.3.3 物源统计 通过对流域内松散碎屑物质厚度和范围进行调查和遥感解译，可计算松散碎屑物质储量。根据计算结果，该流域可提供泥石流的固体物源总量为1.06×107m3，可参与泥石流活动的动储量为1.08×106m3。物源统计结果详见表3。

表3 樟木沟物源统计104 m3

2.4 水源条件

充足的水源补给条件使得樟木沟属于常年流水沟。流域上游高海拔地区的冰雪融水在枯水期起天然调节作用，使沟内径流稳定，基流较大。同时因流域内岩石较坚硬，质地比降致密，渗透性小，而且降水集中于雨季，在雨季土壤总处于饱和或近饱和状态。因沟道内发育三级陡坎，水量变化比较大，平水期流量为0.001～0.002m3／s，雨季流量为0.05～0.1 m3／s，降雨期间水量会剧增。

樟木沟内常年性流水不仅会冲刷两侧松散层引起崩塌，更重要的是常年性流水是樟木镇松散层地下水的主要补给源，通过对枯水季樟木沟断面清水流量测量（表4），发现在泥石流形成流通区清水流量先降低后增大，且1＃与2＃断面在高程相差30m内时，清水流量降低比例就达到28.6%，说明樟木沟流域内充足的水源补给条件除了会对两侧松散层形成冲刷并引起崩塌之外，更是樟木镇松散层内地下水的主要补给源，可能对樟木滑坡群稳定性有不利影响，需引起重视。

表4 樟木沟枯水季断面清水流量测量值

3 泥石流类型及动力学特征

3.1 泥石流类型

樟木沟有明显的分区特征，属于沟谷型泥石流。根据对邦东村村民的调查，樟木沟曾经于2001年暴发泥石流，其余时间以山洪为主，因此从发生频率看属中频泥石流沟。通过野外泥石流堆积特征，可判断樟木沟泥石流暴发属于稀性泥石流。

3.2 泥石流动力学特征

采用《泥石流灾害防治工程勘查规范（DT／T0220—2006）》附录I提供的西南地区（铁二院）稀性泥石流流速计算公式［2］：

式中：γH——泥石流中固体物质容重，取值2.65 t／m3；φc——泥石流泥沙修正系数，取值 0.405；n——沟床糙率系数，取值6.5；R——水力半径，取值1.7m；I——水力坡度，取值519%；Vc——泥石流平均流速，通过计算，樟木沟泥石流平均流速为4.63m／s。

运用中国水利水电科学研究院水文研究所提出的推理公式［3］，由设计暴雨推求设计清水洪峰流量QB，即假定暴雨和洪水及泥石流同频率出现，然后用配方法计算泥石流设计洪峰流量Qc。其计算公式为：

式中：φc——泥沙修正系数；Dc——堵塞系数。推理公式法的计算结果详见表5。

再运用形态调查法计算泥石流洪峰流量，将过流断面面积Wc与泥石流流速Vc相乘，泥石流洪峰流量即为：

式中：Vc——流速，其值为4.63m／s；Wc——断面面积，其值为8.4m2。计算得出泥石流流量Qc为38.94 m3／s。

通过对比，可见樟木沟泥石流形态调查法流量值与推理公式法设计频率P＝5%时的情况较为吻合。

表5 推理公式法计算得出的樟木沟泥石流流量

泥石流整体冲压力按《泥石流灾害防治工程设计规范》提供的公式计算：

其中，建筑物形状系数λ按矩形建筑物取值1.33，泥石流重度γc为1.3t／m3，建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角α为90°。计算得出泥石流整体冲压力P＝37.06kN。

4 泥石流综合评判

4.1 泥石流数量化综合评判

数量化综合评判法自1986年开始被用于泥石流的严重程度评价后［4］，便开始被广泛用于泥石流的数量化综合评判。根据泥石流流域基本特征和参数，按照《泥石流灾害防治工程勘查规范（DT／T0220—2006）》附录G“泥石流沟的数量化综合评判及易发程度等级标准”，选取了沟道纵坡、植被覆盖率、流域面积等15个参数，对每个参数评分后取总分进行泥石流综合评判（表6），得出樟木沟评分结果为81分，因此樟木沟严重等级为轻度易发。评分结果显示，沟道纵坡、沿沟松散物储量、流域相对高差、河沟堵塞程度4个因素得分较高，说明其对泥石流的发生起主要作用。

4.2 泥石流模糊数学综合评判

数量化综合评判虽然可以对泥石流进行定量化评价，但不能对泥石流变化特性进行表述，因此模糊数学综合评判便被提出来。模糊综合评判法是一种以模糊推理为主的、定性与定量相结合、精确与非精确相统一的分析评判方法，为处理具有不确定性的事物提供了新思路。不少学者［5－6］将模糊数学理论引入泥石流危险度的评价研究中，并已取得很多成果，实践证明该方法有很高的准确度。

表6 樟木沟泥石流易发程度数量化评分

以《泥石流灾害防治工程勘查规范（DT／T0220—2006）》中数量化综合评判中的因素为基础进行模糊数学综合评价，具体方法可见相关文献［5－6］。通过计算可得评判矩阵R：

对于权重子集的确定，可利用公式计算：

式中：ci——第i个因素在数量化评判中的最大值。由此得到权重子集：

权重子集W与评判矩阵R相乘后可得到评判集B，即B＝W·R＝［0.22，0.31，0.23，0.25］。根据最大隶属度原则确定泥石流的易发性，由表7判断樟木沟泥石流为轻度易发泥石流，与数量化评判结果一致。

表7 模糊数学综合评判结果

5 结论

（1）樟木沟地形陡峭，沟谷纵坡大，分区明显，具有典型的沟谷型泥石流的特点，流域内水源丰富，断层和节理发育，可提供的泥石流固体物源主要由沟道两侧的崩滑堆积物和沟道内的松散堆积物组成，物源总量与动储量均较大，根据规范估算的泥石流整体冲压力强。一旦泥石流爆发，将对位于沟口的中尼公路、停车场、加油站以及波曲河威胁严重。

（2）根据推理公式法和形态调查法计算的泥石流流量结果对比表明，樟木沟泥石流形态调查法流量值与设计频率P＝5%时的情况较为吻合。

（3）综合数量化综合评判和模糊数学综合评判结果，认为樟木沟属于轻度易发泥石流沟，沟道纵坡、沿沟松散物储量、流域相对高差、河沟堵塞程度是引发泥石流的主要因素。但根据综合评判的打分分值和易发程度隶属度来看，樟木沟泥石流有偏向中度易发的倾向。

（4）泥石流形成流通区清水流量在高程相差30 m内时降低比例就达到28.6%，说明樟木沟流域内充足的水源补给条件除了会对两侧松散层形成冲刷并引起崩塌之外，更是樟木镇松散层内地下水的主要补给源，可能对樟木滑坡群稳定性有不利影响，需引起重视。

（5）应尽快对樟木沟进行治理，采用固源、稳拦、停淤等工程措施与生物措施相结合的综合方案进行治理，确保下游樟木镇和樟木口岸的安全，为当地人民安居乐业和经济稳定增长创造良好条件。

［1］毛成文.西藏樟木镇福利院滑坡稳定性分析与评价［D］.陕西 西安：西安科技大学，2008.

［2］中华人民共和国国土资源部.DZ－T0220—2006泥石流灾害防治工程勘察规范［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［3］八省一院小河站网规划协作组.推理过程线［J］.水文，1982（1）：29－32.

［4］谭炳炎.泥石流沟严重程度的数量化综合评判［J］.铁道学报，1986，8（2）：74－82.

［5］陈国玉，王钢城，庄树裕，等.模糊综合评判法在定日县泥石流危险性评价中的应用［J］.中国水运，2009，9（11）：163－164.

［6］张丽萍，唐克丽.矿山泥石流成灾度模糊综合评价：以神府东胜矿区为例［J］.山地学报，2002，20（2）：212－217.