某泥石流沟的基本特征及发展趋势预测

王佃明 谯鹏志

中国地质科学院探矿工艺研究所 四川 成都 610000

1.工程地质条件

1.1 自然地理环境概况

勘查区位于西昌市西郊乡海滨村三组，沟口处地理坐标为：东经102°15′31.17″，北纬27°51′25.44″。沟口处为国道108线，沟域内无道路可通行，但沟口处紧邻国道108线，总体上交通较为方便。

1.2 气象水文

西昌市属亚热带西南季风气候，呈现出既符合高原干燥气候又有降雨充沛的特点。全年干湿季分明，夏季多雨，秋季短，冬春多风，日照充足。多年平均降雨量1013.5mm，主要集中于6-9月，降雨量占全年的76%，雨型多为暴雨。

勘查区所在的西昌市域内水系发达，水资源丰富，安宁河是区内的主要河流，属雅砻江-金沙江水系。安宁河自南向北过境长85.6Km。河床宽平，水系呈辨状，年平均流量110m3/s，年径流量34.6亿m3，最大流量1400m3/s，最小流量7.95m3/s。安宁河支流发育，西岸有樟木沟、拖琅河、大麻柳河、破石头河、摩娑河等；东侧有砂砂河、黑沙河、热水河、深沟河、白条河、大塘河、白沙沟、西溪河等。支流与主流交汇成羽状水系，均属山区河流，流量随季节而变化明显。

1.3 地形地貌

西昌市整体地势北高南低，地貌以山地为主。区内最高海拔高程为1775m，沟口处海拔高程约1524m，高程差为251m。沟谷切割深度较大，呈“V”字型谷，植被覆盖率较高，可达60%以上，以高大乔木为主。勘查区沟道两侧岸坡较陡，部分坡体基岩出露。

1.4 地层岩性

勘查区内主要出露地层岩性有：第四系冲洪积物（Q4al+pl）主要分布于沟道内，以块碎石土为主，结构松散-稍密，厚度约1.0m-2.5m不等；第四系残坡积物（Q4el+dl）：主要分布于沟谷两侧坡体上，物质组成主要为碎石土，碎石含量约占35%左右；白垩系中统小坝组中段（K2X2）主要分布在勘查区西侧，物质组成为钙质粉砂岩、粉砂质泥岩夹细砂岩；白垩系中统小坝组下段（K2X1）主要分布在勘查区西侧，物质组成为长石石英砂岩、钙质粉砂岩、泥岩、泥灰岩、砾岩；白垩系下统飞天山组（K1f）广泛分布于勘查区内，物质组成为砂岩、泥岩互层、间夹泥灰岩、中部夹含铜砂岩。侏罗系上统官沟组（J3g）分布于勘查区南侧，物质组成为钙质粉砂岩、泥灰岩、泥岩、长石石英砂岩。

1.5 地质构造及地震

西昌市地处康滇地轴中段，地质构造主要为安宁河断陷褶皱带，安宁河断裂断面东倾，倾角60－80°，是安宁河谷断陷盆地的东侧边界。该断裂具有南北延长远、破碎带宽、垂向切割深的特点，活动上具有长期性、多期性，发展规律上具有继承性、新生性，在新构造时期活动较强烈。

西昌地区的新构造运动是以断块的差异性抬升运动、拱拗运动、断块的走滑运动为主要方式，主要表现为：①运动方式交替进行，但断块的走滑运动占着极为重要的地位；②褶皱、断裂形迹多，规模小，断层到处处可见，走向南北向者显压性，北西向者显张扭性，东西向者显张性；③新构造运动具继承性和新生性。

根据《中国地震危险区划》凉山州西昌市抗震设防震级为Ⅸ-Ⅹ级。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2010），抗震设防烈度为Ⅸ-Ⅹ度，设计基本地震加速度值为0.40g，设计抗震为第一组。

1.6 水文地质条件

工程区地形地貌、地质构造及地层岩性十分复杂，使得区内水文地质条件较复杂。根据地下水的赋存条件、水力特征水理性质等可将区内地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水、基岩裂隙水四种类型。

2.形成条件

2.1 地形条件

蔡家山沟沟道走向西南-东北，沟内常年流水，雨季流量较大，冬季水量较小，主要接受大气降水补给。据现场勘查，该沟主沟长约1.09km，汇水面积0.55km2，流域形态似树叶状，共发育5条支沟，主要分布在沟道左岸，

据现场勘查，蔡家山沟主沟中上游比降较大，下游相对平缓，沟域最高海拔约1775m，最低海拔为1524m，相对高差达251m，主沟平均坡降为230.3‰，沟谷切割较为强烈，两侧地形陡峻，坡度40°～65°，沟谷呈深“V”字型。沟域中上游跌水陡坎发育，跌水陡坎发育近5处，沿途两岸可见基岩出露。沟域内不良地质的主要为滑塌。此外，整个沟域内植被发育较好，植被覆盖率60%以上，以林地为主。

2.2 物源条件

根据勘查，该泥石流沟的物源主要有崩滑物源、沟道物源及坡面侵蚀物源三种。其中崩滑物源主要分布在近沟口段，长度约100m，对沟道产生了一定的挤压。沟道堆积物源分布于蔡家山沟形成区及流通堆积区段，以揭底冲刷的方式参与泥石流活动；坡面侵蚀物源主要分布在形成区的沟道两侧，主要以坡表溜滑及坡脚冲刷的方式参与泥石流活动。通过本次详细勘查，对物源总量及动储量进行了统计。蔡家山沟沟域内发育崩滑堆积物源1处，物源总量约为0.24×104m3，估算动储量约为0.06×104m3；沟道堆积物源总量约为0.93×104m3，估算动储量约为0.15×104m3；坡面侵蚀物源9处，物源总量约为7.58×104m3，估算动储量约为0.41×104m3。物源总量总计约为8.75×104m3，动储量约0.62×104m3。

2.3 水动力条件

该沟域内地下水贮藏不丰富，沟域内未发现有水库、湖泊等集中的地表水体，主要接受大气降雨补给。因此，暴雨是导致泥石流发生的主要触发因素。

据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》，西昌市西郊乡的1/6h、1h、6h、24h多年最大暴雨量平均值分别为15mm、32mm、60mm、70mm。在50年一遇的条件下，1/6h、1h、6h、24h雨强可分别达到31.2mm、68.8mm、127.20mm、150.50mm，具备引发泥石流灾害的降雨条件。

3.泥石流基本特征

3.1 泥石流灾害历史

根据现场调查访问，该沟目前未发生过大规模泥石流活动。在每年雨季，沟道内洪水量较大，沟道冲刷侧蚀较为严重。尤其是2013年“8.31”暴雨，仅洪水量较大，无大量固体物质冲出沟口。但目前沟道内松散固体物源处于积聚阶段，形成区可能提供形成泥石流的固体物源较为丰富，现状不稳定，危险性大，一旦在暴雨条件下，将可能诱发形成较大规模泥石流。

3.2 泥石流各区段冲淤特征

根据泥石流在各区段特征的差异，将泥石流分为清水区、形成流通区和堆积区。其中，蔡家山沟泥石流清水区位于沟床高程1675m以上部分，该区段沟道长度约0.28km，沟道平均纵坡比降约357‰，沟道坡度较陡，达20°以上。汇水面积约0.33km2，汇流面积占整个流域60%。较大的汇水面积使水源条件充足，加之沟道两侧岸坡较陡，有利于大气降水和地表水的汇流，给泥石流的发生提供了充足的水源和较好的水动力条件。因此，该区泥石流表现为以冲为主的特征。

形成区主要分布在海拔高程1557m-1675m段，该区沟道长度0.49km，分布面积0.16km2，沟道平均纵坡比降约240.8‰，上段沟床宽度2.0～4.5m，下游段宽度可达3.0～6.0m，沟道纵坡为12～15°。该段沟道内堆积了大量的松散固体物源，以大粒径块石为主，呈次棱角状，且两侧岸坡冲刷明显。据此，该区域的冲淤特征以冲为主。

堆积区主要分布在海拔1557m以下至沟口段，该段沟道长度0.32km，分布面积0.06km2，沟道平均纵坡比降约113.5‰，沟床宽度2.0～3.5m，沟道纵坡为8～10°。据以往泥石流发生情况及目前沟内泥石流堆积特征判断，该区内泥石流呈现以冲为主，冲淤平衡的特点。

3.3 泥石流堆积物特征

本次勘查对沟道堆积物进行了现场筛分试验，得出了不同粒径区间的颗粒重量及所占百分比，其结果如表1。

表1 堆积物颗粒分析结果统计表

由表可见，不同取样位置的堆积体颗粒级配分析反映了沟域内不同空间位置的水动力条件和冲淤特征，与野外调查的情况基本相符，主要体现为以下几个方面：

（1）试验成果反应出土石比较小，最大值为接近沟口TC01处颗粒级配分析的成果，其值为36.62:63.38，最小值为探槽TC07中的试验值。土石比较小的特点说明蔡家山沟沟域总体上水动力条件较大，细小颗粒大部分被洪水带走，而粗颗粒停留于沟道内。

（2）不同沟段试验成果的差异也反映了不同沟段水动力条件的差异和冲淤特征。总的来说，土石比呈现出自上而下增加趋势，这种规律与3.2节得出的不同沟段冲淤特征的分析情况是基本吻合的。

（3）由于沟域内堆积物土石比较低，其颗粒大部分在2mm以上，而粒径＜2mm的砂粒含量普遍较低。

3.4 泥石流堆积物特征分析

根据前述蔡家山沟泥石流的发展史，该沟未曾发生较大规模泥石流活动，主要为洪水或者水石流。但根据实际调查，沟道内堆积了大量了松散固体物源，块石含量较大，呈次棱角状，且沟道局部段有基岩出露，两侧岸坡冲刷明显。正处在松散固体物源积聚阶段，而上部形成区可能提供形成泥石流的固体物源较为丰富，现状不稳定，危险性大，一旦在暴雨条件下，将可能诱发形成较大规模泥石流。

4 泥石流发展趋势分析

4.1 泥石流易发程度分析与评价

调查结果表明，蔡家山沟为潜在暴雨性沟谷型泥石流沟。在泥石流形成过程中，沟域内上部沟道较窄、两岸地形较陡、汇水面积大，为水源汇聚提供了有利的地形地貌条件；蔡家山沟支沟发育，沟域内堆积大量松散块碎石土，为泥石流的发生创造了良好的物源条件和水动力条件。

根据泥石流沟域基本特征，按《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT /T0220-2006），蔡家山沟泥石流易发程度综合评分为82分，综合判定泥石流易发程度属轻度易发。见表2。

表2 泥石流沟易发程度数量化综合评判等级标准表

4.2 泥石流的发生频率和发展阶段

根据前述对泥石流灾害史的调查，蔡家山沟发生水石流或泥石流的频率较低，可判定为潜在泥石流沟，且目前沟域内可参与泥石流活动的固体物源动储量达1.842×104m3，相对该沟的地形地貌特征，具备了发生大规模泥石流的可能性。综合前述及相关规范判定该泥石流所处发展阶段为形成-发展期。

4.3 泥石流发展趋势预测

从泥石流成因机制和引发因素进行分析，蔡家山沟属暴雨沟谷型泥石流。泥石流规模主要与沟域内松散固体物源的总量计暴雨情况相关，当沟域内松散固体物源较多，且遇到集中暴雨时，往往造成较大规模的泥石流灾害。

5.结论

本文通过详细的现场调查对蔡家山沟泥石流的工程地质条件进行查明，并以此为依据分析泥石流沟的形成条件。针对泥石流在各段的堆积特征差异，将泥石流划分区清水区、形成流通区和堆积区，并通过室内筛分实验对各区的堆积物特征进行研究，结合相关规范判定该泥石流易发性为轻度易发，最后得出，随着水土流失进一步加剧，可参与泥石流活动的松散固体物源量有可能大幅增加，在大暴雨的作用下，该泥石流沟将爆发大规模的泥石流灾害。