祁连县牛心山北坡刺疙瘩泥石流发育特征及危险性评价

曾磊，韩国平

祁连县牛心山北坡刺疙瘩泥石流发育特征及危险性评价

曾磊，韩国平

（四川省冶金地质勘查局六0五大队，四川 彭山 620860）

祁连县牛心山北坡刺疙瘩泥石流，严重威胁沟口附近人民生命财产安全。通过详细勘查，综合分析泥石流的形成条件、发育特征及形成机制；评价动力学特征；运用单沟泥石流危险性评价中灰色关联法，将泥石流规模、频率、流域面积、主沟长度、流域相对高差、流域切割密度和不稳定沟床比作为评价因子，对泥石流危险性进行评价。结果表明：刺疙瘩泥石流泥石流容重1.76t/m3，为粘性泥石流；泥石流流速：3.03m/s；泥石流危险度0.47，属于中度危险。

泥石流；发育特征；灰色关联法；危险性评价；祁连

泥石流灾害风险评价是泥石流灾害评价、监测预警和防灾减灾的重要内容和决策依据。已成为国内外泥石流研究热点（宁娜等，2014）。

祁连县位于黄土高原与青藏高原间过渡带，地质环境条件复杂，经常发生塌方，滑坡，泥石流等地质灾害。近年由于降雨频繁，不稳定黄土质斜（边）坡发育，黄土湿陷加剧，导致边坡失稳，诱发沟坡塌岸、小规模滑坡、泥石流发生，加大该区水土流失。祁连县牛心山北坡泥石流流域早期泥石流堆积扇发育深切冲沟，冲沟侧壁多期泥石流堆积特征。沟道堆积了大量松散物源，直接威胁流域内牧场、沟口居民的安全和乡村公路安全。在强降雨作用下，可能再次发生泥石流灾害（温清茂和钟东，2019）。分析泥石流发育特征，评价其风险性，对该地区泥石流的预警、预报和防治具有重要意义。

图1 研究区地质简图与泥石流活动分区图

1 泥石流形成条件分析

1.1 基本地质条件

研究区位于青藏高原东北部祁连山脉南侧牛心山北坡，泥石流上游到下游依次跨越侵蚀构造高山地貌、侵蚀构造中山地貌、河谷冲积平原地貌三种类型。出露中寒武统（∈2）花岗岩、闪长岩、英安岩以及第四系（Q）砂砾石层、冲洪积、滑坡堆积及泥石流堆积物等（图1）。牛心山上部岩体较破碎，完整性较差，有利于形成松散固体源条件。

1.2 地形及沟道条件

流域面积2.48km2，主沟长4.31km，主沟平均坡率178.25‰，流域最高点4585m，最低点2790m，相对高差1795m，沟谷整体狭长。冲沟中上游为U型谷，中下游为V型谷。两侧岸坡坡度30°～70°，沟道一般为牛心山冰雪融水，山势陡峻，汇水及水源条件较好。河谷高差大，为沟道径流、泥石流发生提供了地形条件（王家柱等，2015）。

图2 祁连县气象站1960—2017年降水量曲线图

1.3 水源条件

根据祁连县气象台1960—2017年降雨特征统计，年内降水分布极不均匀。降水量主要集中在6—9月，占全年降水量89.7%，降水量年际变化较大，年降水量最大573.1mm（1998年），最小年降水量63.2mm（1984年）。差异9.1倍（图2）。根据1960—2017年最大日降水量资料，最大日降水量40.5mm，1小时最大降水量21.9mm。区内无暴雨，大、中雨多发，24小时降水量大于50mm。25mm以上暴雨发生24次，20mm以上暴雨41次。暴雨发生与泥石流发生基本一致。

表1 流域内主要物源特征

本区50年内每年出现一次大雨天气几率35.19%。区内雨量集中，雨强可以满足激发泥石流条件，暴雨是泥石流主要引发因素。

1.4 物源条件

野外调查，刺疙瘩滑坡（泥石流）盆地为泥石流暴发提供滑坡物源、沟道堆积物源和岸坡侵蚀物源三种类型。各产地统计见表1。

1.5 泥石流成因机制分析

该流域近几十年未暴发过大的泥石流，中上游区沟道泥石流物源形成区卡口以上区域，每年冻融季和雨季交替发生不同规模泥石流。由于水动力条件不足，沟床地形变窄，流水冲刷沟道内的松散堆积物，造成部分河道堵塞，发生短期淤积和小规模溃坝，产生再放大效应，泥石流流速和流量加大。由于形成区地形坡陡，物源丰富，暴雨作用下，可形成泥石流。将流通区沟道松散堆积物转化为泥石流。涌向下游堆积区。因此，该泥石流为雨（雪）融引发沟道粘性溃决性泥石流（熊冲冲等，2021）。

图3 流域物源特征

2 泥石流特征值

2.1 泥石流容重

采用现场配浆试验，按下式计算出泥石流容重：

表2 泥石流容重计算

c为泥石流容重（t/m3）；P1为桶与泥石流体总重（g）；P2为空桶重量（g）；V为桶内所盛泥石流体体积（cm3）。

参照相关泥石流分类规范，按公式计算的泥石流堆积密度1.76t/m3，属粘性泥石流（刘洪涛等，2018）。

2.2 泥石流流速

粘性泥石流流速计算公式主要有三种：改进的泥石流流速公式、武都地区粘性泥石流流速计算公式和通用公式。本报告选用通用公式：

VC=1/nc·HC2/3·IC1/2

式中：VC为泥石流断面平均流速（m/s）；HC为计算断面的平均泥深（m）；IC为泥石流水力坡度（‰）；nc为泥石流沟床糙率。

从表3可见，泥石流的流速为3.03m/s。

表3 泥石流流速计算

2.3 泥石流流量

按雨洪法计算，依据公式如下：

QC=[1+（γc-1）/（γH-γc）]K a i Φ F·DC

式中：QC为泥石流流量（m3/s）；DC为泥石流堵塞系数。γc为泥石流容重；γH为泥沙颗粒容重。K为单位换算系数；a为洪峰径流系数。i为造峰时段内平均雨强；Φ为最大共时径流面积系数，计算结果见表4。

表 4 不同频率下泥石流流量特征

表5 泥石流流量计算

2.4 一次泥石流总量及固体物质冲出量

根据实测泥石流和泥位线，计算一次泥石流总量和冲刷固体物量，按下式计算：

Q=K·T·Qc

QH=Q（γc－γw）/（γH－γw）

表6 泥石流危险性评价相关指标及数据

K值随流域面积（F）的大小而变化。

T为泥石流持续时间（s）；Qc为最大流量（m3/s）；γH为泥石流固体物质的比重（t/m3）；堆积密度（c）；γw为水体积密度（t/m3）。

3 泥石流危险性评价

采用灰色关联度法对泥石流危险性进行评估（白云等，2019；朱东东，2018；常文娟等，2018；周伟等，2012；范荣全等，2018；孙哲，2017；刘希林和唐川，1995）。

3.1 泥石流危险度指标及取值

本文在参考前人研究成果的基础上，选取泥石流规模m/（104m3）、泥石流发生频率f/100年、流域面积等评价指标：S1/km2，主沟长：S2/km，流域相对高差：S3/km，流域切割密度：S4/km-1，不稳定沟床比：S5。表6为该泥石流评价因子详细数据。

刘希林等提出了单沟泥石流风险的计算方法[12]：

H单＝0.29M＋0.29F＋0.14S1＋0.09S2＋0.06S3＋0.11S4＋0.03S5（1）

式（1）的M、F、S1、S2、S3、S4、S5的相应因子在依据表7进行转换后的数值。

3.2 泥石流危险性评价结果

表7 单沟泥石流危险度评价因子转换函数

表8 危险性评价因子转化结果

将表8泥石流评价因子转化结果，代入式（1）：

H单＝0.29×0.22＋0.29×0.70＋0.14×0.35＋0.09×0.66＋0.06×1＋0.11×0.11＋0.03×0.75=0.47

计算得危险度为0.47，按泥石流危险性分级标准（表9）可知，该泥石流为中度危险。

表9 泥石流危险性分级

4 结论

通过对刺疙瘩泥石流的野外现场勘查、室内综合研究，得到如下结论与认识：

1）流域固体物源主要有滑坡源、沟道堆积源和沟道岸坡侵蚀物源。总储量84.22×104m3。其中，不稳定源23.42×104m3，动储量占27.81%。

2）刺状泥石流具有阻塞性，重度1.76t/m3，流速3.03m/s。

3）泥石流危险性0.47，属中等风险。

4）采用灰色关联分析法，数据获取简单。风险评价结果存在争议。可以采用多种方法进行比较，进一步优化。

宁娜，舒和平，刘东飞，马金珠．2014．基于熵权和模糊评判的单沟泥石流危险性评价[J]．兰州大学学报(自然科学版)，50(03)：369-375．

温清茂，钟东．2019．推荐一种泥石流坡面侵蚀物源量的计算方法[J]．四川地质学报，39(02)：289-293+298．

王家柱，任光明，余天斌，高波．2015．四川芦山震区大叶龙沟泥石流发育特征及危险度评价[J]．中国地质灾害与防治学报，26(04)：1-5．

熊冲冲，胡卸文，刘丁毅，贺书恒．2021．基于RAMMS锄头沟泥石流运动过程模拟[J]．四川地质学报，41(01)：107-111+122．

刘洪涛，刘晓钦，吴浩，张潇敏．2018．“4·25”地震灾区琼母沟泥石流形成条件研究[J]．四川地质学报，38(03)：498-501．

白云，曾磊，陈毅．2019．祁连县小东索泥石流成因及危险度评价[J]．资源信息与工程，34(05)：102-105．

朱东东．2018．涪江上游石坎河流域泥石流发育特征及危险性评价[D]．成都理工大学．

常文娟，任光明，李畅，刘腾．2018．青海某沟谷“8·21”泥石流发育特征及危险性评价[J]．中国地质灾害与防治学报，29(06)：33-39+52．

周伟，唐川，周春花．2012．汶川震区暴雨泥石流激发雨量特征[J]．水科学进展，23（5）：650-655．

范荣全，李惠民，任光明，李畅，余天彬．2018．基于GIS的流域地质灾害危险性区划及评价[J]．工程勘察，46(03)：59-63．

孙哲．2017．青藏高原多年冻土区热融滑塌对土壤冻融侵蚀影响[D]．兰州大学．

刘希林，唐川．1995．泥石流危险性评价[M]．北京：科学出版社．

Development Characteristics and Risk Assessment of the Cigeda Debris Flow in the Northern Slope of the Niuxin Mountain in Qilian

ZENG Lei HAN Guo-ping

(The 605th Geological Party, Sichuan Bureau of Metallurgical Geological Exploration, Pengshan, Sichuan 620860)

The Cigeda debris flow in the northern slope of the Niuxin Mountain in Qilianis a serious threat to the lives and property of people near the mizoguchi. This paper has a discussion on forming conditions, developmental characteristics, genetic mechanism, dynamic characteristics of this debris flow and makesthe assessment for hazard degree of the debris flow by means of grey correlation method for hazard assessment of debris flow in single gully and assessment factors such as debris flow scale, frequency, gully area, main gully length, relative elevation difference and cutting density of the watershed and unstable trench to bed ratio. The results yield density of debris flow of 1.76t/m3, debris flow velocity of 3.03m/s and danger degree of the debris flow of 0.47. The Cigeda debris flow is aviscous debris flow of medium danger degree.

debris flow; developmental characteristic; risk assessment; grey correlation method; Qilian

2020-07-21

曾磊（1988— ）男，四川资阳人，硕士研究生，工程师，主要从事工程地质、岩土工程与地质灾害等方面工作

P643.23

A

1006-0995（2021）02-0273-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.018