环县虎洞镇杨岭沟、朱砚沟泥石流特征及危害程度分区

王 伟

（甘肃省核地质二一三大队，甘肃天水741020）

杨岭沟、朱岘沟泥石流位于环县县城西侧约32km处，地势总体北高南低，最高点的朱岘沟沟头塬面海拔为1653m，最低点的斜沟沟道入川口处海拔为1406m，最大相对高差约247m。区内植被稀少，山体大部分裸露，侵蚀切割较为强烈，沟谷相对密集。建国以来有确切资料记载的大小泥石流灾害就发生了多起。其中发生于1999年、2012年、2013年、2014年发生的4次泥石流灾害影响较大，累计造成该区约1500万元的财产损失。

1 地质环境条件

杨岭沟、朱砚沟所处地形地貌主要有侵蚀的黄土塬边丘陵沟壑区和河谷冲洪积平原区。地层主要为第四系，包括马兰黄土（Q3eol）、离石黄土（Q2eol）、午城黄土（Q1al）、残坡积物（Q4dl+el）、洪积层（Q4pl）、重力堆积物（Q4del、Q4col）、河流冲洪积物（Q4al-pl）、泥石流堆积物（Q4sef）。区内抗震设防烈度为Ⅵ度，设计地震动峰值加速度为0.15g。构造发育，但未见到影响至黄土层的断层及褶曲等构造形迹。

2 泥石流特征

2.1 地形地貌条件

杨岭沟泥石流流域形态呈“柳叶”型，其流域面积为0.76km2。沟道南北长约2200m，东西宽约120～250m，主沟长度约2.2km，支沟较为发育。沟道上游沟谷段较宽，其中上游地段沟谷形态为“V”型，沟道比降为128‰，中游地段沟谷形态呈“U”型，沟道比降为87.9‰，下游地段沟谷形态呈“U”型，沟道比降为37.2‰。朱岘沟泥石流流域形态呈“火炬”型，其流域面积为0.63km2，主沟道长度约1400m，主要发育有两条支沟。沟道上游段沟谷较宽，呈“V”型；沟道比降为156‰；中游地段沟谷形态呈“U”型，沟道比降为97.9‰，下游地段沟谷形态呈“U”型，沟道比降为40.2‰（如图1所示）。

图1 杨岭沟、朱砚沟泥石流地形地貌图

2.2 物源条件

泥石流形成的基本条件之一是充足的物源，而杨岭沟、朱砚沟沟道内广泛分布的坡面松散物质、滑坡崩塌堆积物及沟道堆积物等则组成了泥石流的重要物源。该流域第四系马兰黄土广布于沟道，披覆于下伏地层，厚度大于20m，极易被流水冲蚀、深切形成沟道（如图2所示）。在暴雨条件下，沟道两侧坡脚经长期冲刷后，形成规模不等的黄土滑坡 （如图3所示）。经现场调查杨岭沟发育滑坡共计13处，朱砚沟发育有滑坡共计12处。这些粘结力低、质地松散的堆积物在暴雨条件下随沟道顺流而下，在沟道较宽、比降较小处堆积，为泥石流的形成提供了充足的物源条件。经过计算，杨岭沟、朱砚沟泥石流沟道内松散固体物质总量见表1。

图2 杨岭沟沟道切割严重

图3 杨岭沟沟道两侧滑坡

表1 杨岭沟、朱砚沟松散固体物质储量表

2.3 诱发因素

降雨与泥石流的活动关系密切。泥石流的发生与前期10min和1h短历时强降雨有着十分密切的关系，它对泥石流的激发有重要的控制作用。杨岭沟、朱砚沟可能发生泥石流的24h界限雨值区泥石流成灾降雨强度分别为30mm/d、15mm/h和6m/h（1/6）。而本区最大降雨量则分别为88.5mm/d、51.7mm/h、32.3mm/h（1/6）。这些指标均超过了临界值。因此，当杨岭沟、朱岘沟流域内物源条件满足时，就会暴发泥石流。此外，当地的修筑房屋、基础设施及放牧致使水土流失严重，这些不合理的活动导致生态环境恶化，进一步加剧了泥石流灾害的发生。

3 泥石流的流体特征

3.1 泥石流重度

环县杨岭沟、朱岘沟泥石流沟道及沟口堆积物以砾、卵石及亚粘土为主，泥石流的搬运介质主要是水，沟口堆积物呈扇状分布，属稀性泥石流，其重度为13.0～14.0kN/m3，根据经验公式：

式中：AC为单位面积内可补给泥石流的固体松散物质（kN/m3）。经计算杨岭沟、朱岘沟泥石流重度分别取13.91KN/m3和 13.96KN/m3。

3.2 泥石流流量

结合区内所处的地理位置及区内泥石流的发育特征分析，杨岭沟、朱砚沟泥石流的清水流量采用本地区的暴雨洪峰流量简易计算公式计算：

QP（1%）=0.278RIF

式中：R 为小时平均雨强（mm/h），取 45mm/h；I为产流系数，取 0.7；F 为流域汇水面积（km2）；QP(1%)为100年一遇洪峰流量（m3/s）；其中Qp2%=0.8Qp1%，Qp5%=0.7Qp2%。采用雨洪法计算不同频率下泥石流流量见表2。

表2 泥石流流量计算表（雨洪法）

3.3 泥石流流速及一次冲出量

环县杨岭沟、朱岘沟泥石流为稀性泥石流，泥石流流速计算选用西北地区（铁一院）经验公式公式：

式中：λH为泥石流中固体物质比重（KN/m3）；Φ为泥石流泥砂修正系数；Hc为水力半径（m）；Ic为泥石流水力坡度；Vc为泥石流断面平均流速（m/s）。经计算杨岭沟、朱砚沟泥石流流速分别为2.09m/s和2.11m/s。

杨岭沟、朱砚沟泥石流一次过流总量可按下式进行计算：

Q=0.264TQc

式中：T为泥石流经过时间 （s）；Qc为泥石流的最大流量（m3/s）；为一次泥石流过程的总量（m3）。计算结果见表3。

表3 一次泥石流过流总量计算表

4 泥石流危害程度分区

根据杨岭沟、朱砚沟泥石流沟道发育的特征、形成规模、堆积区的地形特征结合泥石流冲淤范围等因素，可将杨岭沟、朱砚沟泥石流危害区分为严重区、较严重区、一般区。危害严重区主要为泥石流堆积区范围，危害对象主要为沟口的虎洞镇影响范围，其破坏方式主要以冲毁、淤埋和漫流为主；较严重区主要为泥石流的流通区，危害对象为虎洞镇公共设施及耕地；一般区为泥石流的形成区，主要危害对象为杨岭沟、朱砚沟流域范围内的生态环境。

5 结论

杨岭沟、朱砚沟泥石流位于环县县城西侧约32km，其流域面积分别为0.76km2、0.63km2。根据现场调查及计算杨岭沟、朱砚沟泥石流流速分别为2.09m/s和2.11m/s；一次冲出固体物质总量分别为0.32×104m3和0.27×104m。根据杨岭沟、朱砚沟泥石流沟道发育的特征结合泥石流冲淤范围等因素，可将杨岭沟、朱砚沟泥石流危害区分为严重区、较严重区、一般区。