黑龙江省绥芬河市大岭下屯泥石流特征分析

高 博，黄 伟，张洪文，王 刚，曲 林，刘建宇

中国地质调查局 牡丹江自然资源综合调查中心，黑龙江 牡丹江 157000

0 引言

当前，国内外地质灾害频繁发生。我国东北地区潜在地质灾害虽然不及南方地区发生频率高、规模大，影响范围广，但仍需进行系统的地质灾害调查，减少不必要的人员、财产损失。本次调查依托“东北边境珲春—东宁综合地质调查”项目，结合前人在此区域进行的地质调查成果以及其他地区泥石流灾害的调查方法，针对调查区潜在地质灾害进行详细勘察，测出调查区大岭下屯泥石流各项基础数据。通过对大岭下屯泥石流数据分析，确定大岭下屯泥石流属性以及影响范围，为下一步该区域泥石流治理提供有力依据。

1 调查区概况

调查区地势为中低山浅切割地形区，北部为太平岭，西南部为老爷岭延伸山脉，中部为绥芬河河谷盆地。整个山地环境呈三面高山环抱中间低的马蹄形，山体多为植被覆盖，基岩出露较差。海拔一般在300～1 000 m，地貌类型以中低山为主，山间谷地为辅，河流沿岸常呈陡崖或陡坡，坡降较大[1]。

调查区泥石流位于建新村大岭下屯，沟口坐标44°20′10.21″N，131°4′36.20″E，流动方向为158°(图1)。地势南低北高，最高海拔为578.31 m，最低海拔为387.45 m，相对高差约为190.86 m，流域面积为3.5 km2，主沟长度约1.65 km，沟床平均纵坡降为115.6‰，局部地段坡降超过200‰，为泥石流的发生提供势能和动力条件。泥石流冲沟出露地层为新生界第四系全新统(Qhalp，Qhal)碎石、角砾和少量块石，并部分为砂土、黏土充填，多沿河谷及沟谷方向呈条带状展布；裸露基岩为中生界三叠系上统罗圈站组(T3l)岩性多为灰黑色安山岩、流纹岩，中酸性含角砾凝灰岩、酸性含角砾晶屑岩屑凝灰岩及中生界侏罗系下统绥芬河组(J1s)安山岩、灰紫色基性—中基性熔岩[2]。新生界第四系全新统(Qhalp，Qhal)分布在沟口堆积扇(洪积扇)及沟道内的宽缓停淤区。

图1 大岭下屯泥石流交通位置图

2 泥石流形成条件

2.1 动力条件

调查区位于北半球中纬度地带，受季风环流支配，气候属中温带大陆性季风与海洋性气候交叠部位，年平均气温4.9 ℃左右，冬季平均气温-14.6 ℃，夏季平均气温21.5 ℃，年温差变化较大。年平均降水量530 mm，月度最低降水量21.6 mm，最高降水量252.1 mm，七、八月份为调查区主要降水期[1]。根据研究：降雨侵蚀力与降雨量在一定程度上呈正相关[3]。根据调查分析，调查区雨季降雨为泥石流的发生提供充足的水源和动力条件。根据非饱和土理论，固体松散物质处于非饱和状态且在降雨作用的强烈影响作用下，含水量及孔隙水压力逐步增大，抗剪强度降低，为促使泥石流暴发的主要诱因。经过实地调查分析，大岭下屯泥石流沟已具备泥石流可能发生的基本条件[4]。

2.2 物源条件

泥石流物源的多少和汇集速度对其频率、规模、流速等有非常明显的影响[4-8]。大岭下屯泥石流所处地理位置构造活动强烈、风化作用显著，致使岩体破碎；近年来，当地居民在该区域开凿沟渠、大量开荒种植农作物，导致水土严重松散，松散碎屑物质丰富，为泥石流的形成提供了充足的物源。

野外调查发现该泥石流沟松散固体物源丰富，主要为沟道侵蚀堆积物源，分布于沟道流通区及左右两侧岸坡附近。物质组成主要为第四系残坡积物，母岩类型大多为安山岩、流纹岩，中酸性含角砾凝灰岩及酸性含角砾晶屑岩屑凝灰岩，呈碎块状，块石粒径为2～20 cm，大者约为50 cm，个别约150 cm，棱角分明，呈中—微风化，体积分数约30%～50%，多是泥质填充，胶结程度一般，表现为高压缩性，自稳性一般。流通区部分物源属第四系(Qhalp)泥石流堆积，主要为无分选的碎块石、砂土等杂乱堆积，母岩为花岗岩和石英闪长岩。调查发现该流域块石、角砾分选较差、磨圆度较差，在流水作用下，沟道堆积物源受到流水的掏蚀、侧蚀作用，沟道两侧斜坡失稳在沟道内逐步聚集物源，同时在沟道弯折处存在部分大块石，使过水断面变小，一定程度堵塞沟道，为泥石流暴发蓄积能量(图2)。

图2 大岭下屯泥石流沟松散固体物源

2.3 地形条件

陡峻的地形不利于坡面物质的稳定，极易孕育崩塌、滑坡等不良地质体，松散固体物质在流水和强降雨等作用下汇入沟渠、河道，为泥石流的爆发提供丰富的物源；同时陡峻的地形也能为坡面地表径流提供势能、汇集水源，对坡面和沟道松散物质强烈冲刷，形成泥石流。大岭下屯泥石流沟高差达190.86 m，沟床平均纵坡降为115.6‰，局部地段坡降超过200‰，沟道两侧斜坡随海拔的升高平均坡度从15°逐渐过渡到40°左右，局部可达45°～50°。较大高差和沟床纵坡降使得大气降雨快速而大量汇集于此流域，在流水作用下侵蚀地表，带动、冲刷松散固体物质从而产生泥石流，同时泥石流在运动过程中还会出现侧蚀和沟床揭底作用，把沟道及其两侧的松散固体物质携带，进一步形成更大规模的泥石流[9](图3)。

3 泥石流沟易发程度

据实地调查研究分析，大岭下屯泥石流自2017年之后，在雨季频繁发生，根据《泥石流灾害防治工程勘察规范》(试行)(T/CAGHP006-2018)制定大岭下屯泥石流易发程度数量化评分表(表1)。

根据泥石流沟易发程度数量化综合评判等级标准[10]确定大岭下屯泥石流为中等易发泥石流。

图3 大岭下屯泥石流地形条件遥感影像示意图

表1 泥石流沟易发程度数量化评分表

4 泥石流动力学特征

4.1 泥石流流速

根据《泥石流灾害防治工程勘察规范》(试行)(T/CAGHP006-2018)确定大岭下屯泥石流属稀性泥石流，依据稀性泥石流流速计算公式：

式中：

Vc—泥石流平均流速(m/s)；

g—重力加速度，取值9.8 m/s2；

R—水力半径(m)，可用平均水深代替，现场量取R=0.75 m；

Ic—纵坡降(‰)，取I=0.115 6。

计算可得Vc=3.93 m/s

4.2 泥石流冲击力

大岭下屯泥石流在强降雨等恶劣气候条件下对周围农作物及村民造成一定程度威胁(图4)，根据相关规范[10]取泥石流沟易发程度数量化评分表评分(表1)对应相关容重值为1.648 t/m3，根据泥石流体整体冲压力计算公式：

式中：

δ—泥石流体整体冲击压力(Pa)；

γc—泥石流容重(t/m3)，取γc=1.648

Vc—泥石流流速(m/s)，取Vc=3.93

Hc—泥石流泥深(m)，取△Hc=0.92

计算可得δ=2.39×104Pa

图4 大岭下屯泥石流流通区影响范围

5 结论

(1)大岭下屯泥石流形成条件主要为沟道侵蚀堆积物源，受到山高、坡陡、深沟的微地貌和活跃的构造影响，形成丰富的物源、及地形条件。该沟极易在地震、强降雨作用下暴发泥石流，加之目前坡顶人工灌溉，开凿沟渠严重，且尚无拦挡和预警措施，存在较大安全隐患。

(2)利用调查数据综合分析，得出大岭下屯泥石流平均流速为3.93 m/s、整体冲压力为2.39×104Pa。按《泥石流灾害防治工程勘察规范》(试行)(T/CAGHP006-2018)确定大岭下屯泥石流为小型中易发稀性泥石流并圈定其影响范围，为今后该区域地质灾害治理提供相关依据。