雅鲁藏布江泥石流—堰塞湖预测及生态效应研究

赵永辉，朗杰曲珍

(西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏 拉萨 850000)

青藏高原作为世界上最年轻的高原，不仅拥有着得天独厚的自然景观，而且孕育了大量极具代表性的物理地质现象，高原堰塞湖就属其中之一。堰塞湖往往由滑坡、崩塌、泥石流等原生地质灾害堆积体堵江所致，关于其研究从未间断过。王兰生等通过河流阶地研究了堰塞湖多次溃决史[1]；程雪峰等认为古堰塞湖研究对河流地貌演化、滑坡灾害链研究具有重要意义[2]；单熠博等采用逻辑回归法建立了堰塞体稳定性快速评价的方法[3]；陈祖煜等针对堰塞坝溃决后的洪水进行了反演分析和参数敏感性分析[4]；钟启明等采用数值模拟研究了金沙江堰塞湖溃决后的水土耦合[5]；赵永辉等通过西藏典型堰塞湖，提出以“大江大河区、原生地质灾害易发区”作为西藏堰塞湖易发性初步判据[6]；Fan Xuanmei等借助数值模拟法研究了滑坡堰塞湖地质灾害链[7]；张玉柱等研究发现，随着溢流缓慢切割滑坡坝，堰塞湖会逐渐消亡[8]；赵永辉依据西藏雅鲁藏布江流域区域地质和基本地质条件分析了堰塞湖演化过程[9-10]。不难发现，专家学者主要针对滑坡堵江型堰塞湖开展了大量研究，同时也取得了不菲的成就，为堰塞湖灾害防止提供了技术指导。

中国西藏高原不仅滑坡地质灾害较发育，而且泥石流灾害也比比皆是，特别是雅鲁藏布江流域，其近东西向贯穿西藏高原，沿岸高山峡谷、冰川地貌明显，致使泥石流地质灾害频发，进而使其洪积扇时常堵塞雅鲁藏布江形成堰塞湖，严重影响当地生产和生活。因此，雅鲁藏布江流域泥石流堵江型堰塞湖的研究不仅具有典型性，而且具备普遍意义。

齐都雄久沟地处中国西藏日喀则市仁布县雅鲁藏布江右岸，为一条典型的泥石流沟。

1 地质概况

齐都雄久沟及周边多为高山峡谷地貌，河谷多呈“V”型，近WE向发育；地层岩性较复杂，以闪长岩(δK1)、辉长岩(νK1)、宋热岩组(T3s)、修康岩组(T3x)、江雄岩组(T3jx)等地层为主(据H46C003001)；齐都雄久沟地处雅鲁藏布江结合带，区域型断裂较发育，以逆断层为主，总体变现为逆冲推覆构造；研究区50年超越概率10%时的地震动峰值加速度为0.20g，相应地震基本烈度为Ⅷ度，区域构造稳定较差[11-12]，如图1所示。

图1 研究区地质构造剖面图(据H46C003001，有修改)

齐都雄久沟为一条典型泥石流沟，其形成区地形较开阔，面积约为16.5km2，发育两条支沟，交汇后进入流通区；流通区总体为弯曲而狭长的沟谷，长约7.1km；主沟与雅鲁藏布江交汇处为堆积区，具体形态为洪积扇。齐都雄久沟总长约13km，汇水面积约为31.4km2，如图2(a)—(b)所示。

据2021年2月9日现场照片，齐都雄久沟近期爆发过泥石流，沟口新鲜洪积块碎石上覆于旧洪积扇之上，局部残留灌木。受沟内常年流水冲刷侵蚀，沟口附近洪积扇表层发育小型沟槽，沟内常年流水通过沟槽最终汇入雅鲁藏布江。由于齐都雄久沟沟口洪积扇已局部侵占雅鲁藏布江河道，致使雅鲁藏布江右岸形成局部堰塞体，进而江水被分为明显不同的两种流态，其上江水流速较慢，为缓流区，其以下江水流速明显相对较快，为急流区，如图2(c)所示。

图2 泥石流—堰塞湖全貌图

2 泥石流历史遥感影像解译

据2007年10月15日、2007年12月15日、2010年10月13日和2011年11月10日历史遥感影像，如图3所示，可得出以下结论。

图3 泥石流沟口历史遥感影像(据Googel Earth)

(1)泥石流洪积扇右侧分布大量灌木，且已具备一定规模，说明齐都雄久沟曾发生过较大规模的泥石流地质灾害；泥石流洪积扇上覆较为新鲜的洪积块碎石，说明近些年齐都雄久沟爆发过小规模的泥石流。

(2)泥石流洪积扇已明显侵占雅鲁藏布江河道。洪积扇以上雅鲁藏布江河道为缓流区，其以下为急流区，且洪积扇以上雅鲁藏布江河道较洪积扇以下宽阔，说明齐都雄久沟泥石流洪积扇已初步形成一定规模的堰塞坝，致使泥石流洪积扇以上雅鲁藏布江河道受阻而江水雍高。

(3)一般认为，河流凹岸侵蚀，凸岸沉积，齐都雄久沟沟口位于雅鲁藏布江凹岸，为侵蚀一侧，实际却侵占河道，说明齐都雄久沟源源不断的向泥石流洪积扇提供“物源”，以至于洪积扇自始至终保持着现有的形态。

总体而言，据2007年10月15日至2011年11月10日历史遥感影像，结合2021年1月9日现场照片，齐都雄久沟泥石流—堰塞湖区一直有新鲜洪积扇分布，但是其整体形态及规模基本未发生变化，由此推测，近些年，齐都雄久沟一直有小规模泥石流爆发史，未产生大规模泥石流地质灾害。

据2010年10月13日历史遥感影像解译，齐都雄久沟泥石流形成区和流通区物理地质现象众多，主要有冰碛地貌、崩塌、滑坡、泥石流、冰湖等，致使泥石流物源成分较复杂，具体如下。

(1)冰碛地貌

冰碛地貌主要包括终碛、侧碛、表碛等，主要为碎屑冰碛物，以块碎石为主，集中堆积于齐都雄久沟后缘。其分布面积有限，方量相对较小，不是泥石流主要物源。鉴于全球气候影响，齐都雄久沟后缘冰川已基本消融殆尽，加之，冰碛地貌坡度较缓，整体基本稳定，因此，未来齐都雄久沟后缘碎屑冰碛物转化为泥石流物源的可能性较小，如图4(a)所示。

(2)崩塌

受风化、卸荷等影响，崩塌地质灾害在齐都雄久沟内较发育，既有沟道两侧斜坡坡表覆盖层部位的土崩，又有基岩段的岩崩，其规模不一，数量较大，崩塌体主要堆积于沟道，部分仍残留于沟道两侧斜坡表面，降雨冲刷作用下，易搬运至沟道，是潜在的泥石流物源，如图4(b)所示。

(3)滑坡

滑坡地质灾害分布于齐都雄久沟右岸，为斜坡浅表层覆盖层滑坡，物质组成主要为块碎石土，结构松散。受降雨侵蚀，滑坡堆积体不断被搬运至主沟沟道，堆积体表层下蚀成沟[13]。就整个齐都雄久沟而言，沟内滑坡地质灾害较少，因此，滑坡堆积体并非泥石流主要物源，如图4(c)所示。

(4)泥石流

据历史遥感影像，齐都雄久沟汇水面积较大，支沟较多，次级泥石流较发育，且其洪积扇较新鲜，多堆积于主沟道及斜坡坡脚处，是齐都雄久沟泥石流主要物源[14]。特别的，次级泥石流沟坡度较都，多伴有常年流水，暴雨期间，再次爆发泥石流的可能性较大，如图4(d)所示。

(5)冰湖

齐都雄久沟分水岭附近区域多处发育冰湖，地层岩性主要为冰碛物，冰水扇与其相连，物质组成主要为冰水堆积体。不论冰碛物还是冰水堆积体，皆为松散物质。受全球气候影响，冰雪融化速度加快，易造成冰湖溃决，因此，冰碛物和冰水堆积体也是齐都雄久沟物源之一。与次级泥石流洪积体、崩塌堆积体等相比，齐都雄久沟冰湖不仅规模小，而且数量少，因此，冰碛物和冰水堆积体并非泥石流主要物源，如图4(e)所示。

图4 泥石流沟历史遥感影像(据Googel Earth)

综合泥石流沟形成区、流通区和堆积区影像得出，未来齐都雄久沟仍有爆发泥石流的潜力，以小规模泥石流为主，极端工况下，存在爆发大规模泥石流—堰塞湖灾害的可能。尽管其物源成因复杂，但却以崩塌堆积体、次级泥石流洪积物为主，冰碛物、冰水堆积体和滑坡堆积体相对较少。特别是大部分崩塌堆积体、次级泥石流洪积物分布于主沟沟道内，是齐都雄久沟未来再次爆发泥石流的潜在物源。

3 泥石流—堰塞湖演化及生态效应

泥石流是常见的山区地质灾害，特别是大江大河区发育的大型泥石流地质灾害，其洪积扇易堵塞河道演化为堰塞湖，如2013年7月11日的四川汶川县山洪泥石流堵塞岷江形成堰塞湖，2020年6月17日的四川丹巴县梅龙沟发生山洪泥石流阻断小金川河形成堰塞湖等[15-16]。堰塞湖作为泥石流地质灾害的次生灾害，其与泥石流地质灾害之间的演化具有明显的阶段性，且每个阶段引起的地表生态效应亦不同。依据齐都雄久沟泥石流堵江现状及其历史遥感影像，初步推测泥石流—堰塞湖演化过程大致分为3个阶段，即未(微)堵江阶段、局部堵江阶段和完全堵江阶段，如图5所示，具体如下。

图5 泥石流—堰塞湖演化概念图

(1)未(微)堵江阶段

当齐都雄久沟未产生泥石流地质灾害时，沟道基本无冲刷侵蚀，两侧斜坡植被完整性较好，沟口亦未形成洪积扇(堰塞体)，雅鲁藏布江江水平稳过流，江水正常水位线以上植被长势较好。此阶段，齐都雄久沟及雅鲁藏布江岸坡处并未产生明显的地表生态效应。

(2)局部堵江阶段

受气候变化等因素影响，齐都雄久沟两侧斜坡逐渐发育滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，致使沟道逐渐堆积松散堆积体。在暴雨诱发下，齐都雄久沟爆发泥石流，沟道松散物质不断被携带并堆积于沟口，雅鲁藏布江右岸局部形成堰塞体。尽管本阶段并未完全堵塞雅鲁藏布江河道，局部堰塞体还是造成了其上游雅鲁藏布江缓流区及其下游急流区。

该阶段，齐都雄久沟沟道松散物质不断被搬运至沟口过程中，沟道两侧斜坡植被破坏加剧。泥石流形成局部堵江后，上游缓流区水位有所抬升，致使部分植被淹没，甚至消失。此外，该阶段伴随着水土流失等地表生态效应。

(3)完全堵江阶段

随着泥石流不断淘蚀斜坡坡脚，沟道两侧斜坡处滑坡、崩塌等地质灾害加剧。依据遥感影像，齐都雄久沟道内堆积大量的松散物质，其为再次爆发泥石流提供了充足的物源。同时，鉴于近些年全球极端天气影响，齐都雄久沟存在爆发大规模泥石流地质灾害的可能，研究区雅鲁藏布江易被堵塞，形成堰塞湖。随之将产生新的地表生态效应，如堰塞体上游堰塞湖区湖水淹没雅鲁藏布江两岸大量植被，易诱发滑坡、崩塌等次级地质灾害，长期的堵江甚至会产生浸没等问题，进而破坏研究区生态系统[17]。特别是在泥石流—堰塞湖演化过程中，同样会对左岸产生破坏。当泥石流携带的大量块碎石土以极快的速度冲入雅鲁藏布江时，将产生泥石流涌浪，破坏左岸国道G318及涌浪影响区内植被。

堰塞湖排险期间，不论自然泄流还是人工排导，堰塞湖洪水均有可能对其下游雅鲁藏布江两岸造成冲刷破坏，进而引起植被破坏、水土流失、岸坡再造等一系列新的地表生态效应[18-19]。

4 结语

(1)齐都雄久沟泥石流—堰塞湖整体形态及规模基本未发生变化，初步推测，齐都雄久沟一直有小规模泥石流爆发史，未来仍有爆发小型泥石流的潜力，暴雨等极端工况下存在爆发大规模泥石流—堰塞湖灾害的可能，对其有待采用模糊综合评价等方法定量分析。

(2)齐都雄久沟泥石流形成区和流通区分布有冰碛地貌、崩塌、滑坡、泥石流、冰湖等物理地质现象，主沟泥石流物源成分较复杂，以崩塌堆积体、次级泥石流洪积物为主，冰碛物、冰水堆积体和滑坡堆积体其次。初步推测其演化过程大致为“未(微)堵江—局部堵江—完全堵江”，每个阶段伴随着不同的地表生态效应。