甘肃省合水县姜家沟泥石流发育特征及形成条件研究

靳仲娥

(甘肃省地质调查院，甘肃 兰州 730000)

1 序言

姜家沟位于庆阳市合水县。经调查，合水县泥石流爆发频繁，68处泥石流按照物质组成划分，可分为泥流、泥石流两种类型：泥石流30处，约占泥石流总数的44.12%；泥流38处，约占泥石流总数的55.88%。为了减少泥石流对人民生命财产安全的威胁，本文选择固城乡姜家沟泥石流流域作为研究对象，通过分析泥石流发育特征及形成条件，认为陡峻的地形是形成泥石流的关键的地形地貌因素，丰富的松散固体物质是形成泥石流的基本物质，充沛的水源是泥石流形成的动力来源。结合同类研究成果可为今后防治泥石流提供可靠的参考[1]。

2 地质环境概况

合水县姜家沟位于子午岭—太白一带，属温带大陆性半干旱气候，总的气候特点是光照充足，少雨多风。冬春干旱多风，夏秋阴湿多雨，年降水量在500～600 mm。地貌形态总体呈沟梁相间的地形特征，由白垩系砂岩、砂砾岩、砂质泥岩构成基底格架，上部覆盖黄土厚度50～120 m。地貌景观主要为梁峁相间的黄土丘陵，海拔1 400～1 687 m，山坡坡度一般15°～25°，沟谷切割深度50～150 m不等，相对高差150～200 m。

3 姜家沟流域形态特征

姜家沟发源于固城河右岸黄土丘陵区，最终汇入固城河，为固城河右岸一级支沟。经现场调查，该沟属沟谷型泥流，流域呈“树叶”形，其形成区、流通区和堆积区特征明显。该沟流域面积0.3 km2，主沟道总长0.3 km，沟谷总体呈南北向展布，海拔1 130～1 330 m，相对高差200 m，沟床纵比降40‰(图1)。

图1 姜家沟泥石流流域分区示意图

形成区面积约0.26 km2，沟谷断面呈“V”字形，沟坡坡度35°～45°，沟床两侧坡体岩性主要以第四系全新统滑坡堆积物、崩塌堆积物为主，两岸坡体植被较为发育，以野生杂草及零星生长的灌木为主，覆盖率约占30%。

流通区面积约0.02 km2，沟道长0.5 km，谷坡坡度35°～40°，沟床比降40‰，沟道松散堆积物主要以第四系全新统洪积物为主，沟岸两侧小型潜在崩塌体居多，分布不连续，规模均为小型。由于后期侵蚀下切作用，以沟底再搬运为主，最终将沟道松散堆积物携带至沟口处堆积。

堆积区面积约0.02 km2，洪积扇整体较为明显，扇口扩散角为83°，扇体坡度4°，扇长130 m，扇前缘宽110 m，堆积区岩性主要以第四系全新统洪积粉质黏土为主，洪积物叠加于固城河Ⅰ级阶地上，扇体中部较厚，厚度可达4.5 m，两侧较薄，厚0～2.3 m，扇体两侧边缘趋近于尖灭状，扇体两侧已改造为耕地及居民区，扇体原有基本形态已不明显。

形成区和流通区基本特征见表1。

表1 姜家沟泥石流形成区及流通区综合特征表

4 泥石流形成条件

陡峻的地形、丰富的松散固体物质和充沛的水源是泥石流形成的基本要素[2]。

(1)地形条件。姜家沟位于固城河河谷右岸黄土丘陵区，沟谷大致呈南北向展布。沟谷切割较深，两侧山体相对高差大，坡度陡；沟谷纵比降大，极利于降水在短时间内汇集，坡面水流和支沟洪水短时间内汇集在主沟道中，使沟道泥石流的规模和峰值快速升级，从而形成泥石流冲出沟外。而下游较开阔的沟谷地带，为泥石流提供了冲出堆积场地。

(2)松散固体物质补给条件。姜家沟泥石流沟流域内松散固体物质储量较丰富，分布广泛，主要类型有滑坡、崩塌堆积物、坡面松散固体物质储量和沟道堆积物等三类。

滑坡、崩塌堆积物是沟坡松散物质直接向沟内塌落或垮落形成，它是泥石流最直接、最易起动的固体松散物质。姜家沟泥石流形成区左右两岸发育多处小型滑坡、崩塌，堆积体松散，易被冲刷，堆积物储量约为100 × 104m3。

坡面松散固体物质储量：沟内两侧地形陡峻，出露岩性以马兰黄土、离石黄土和午城黄土为主，坡面松散物厚度较厚，在连续的强降雨下，表部松散物易沿坡面发生溜塌，极易被洪水冲刷、搬运，成为泥石流的主要固体物质补给物，其规模相对较小，坡面补给区面积约0.2 km2，补给厚度0.6 m，沟坡松散固体物质储量约19.0 × 104m3。

沟道堆积物：沟道松散物质是姜家沟泥石流的重要物源，主要为流域内早期泥石流物质在此搬运形成，沟道长0.5 km，平均宽20 m，平均厚度2.5 m，总储量约2.5 × 104m3，为后期泥石流形成提供了丰富的物质来源。

(3)降水条件。泥石流的形成与降水强度密切相关。据合水县气象站资料统计，区内降水量在年内分配极不平衡，主要集中于7—9月，约占全年降水量的62%。多年平均降水量562.8 mm，年最大降水量794.7 mm(2003年)，年最小降水量309.9 mm(1995年)，日最大降雨量105.4 mm(2003年)，小时最大降雨量91.1 mm，瞬时降水强度较大，大于25 mm的频率为5次/a，大于50 mm的频率为0.9次/a，主要分布于4—10月，最长连续降水日数11天，降水量达240 mm。区内高强度暴雨和连阴雨为泥石流的发生提供了充沛的水源。

5 泥石流发展趋势分析

经现场调查，并结合区域相关资料综合分析，认为姜家沟泥石流发展有较为明显的逐步增强的趋势，原因主要有以下几个方面：

(1)从区域构造来分析，构造运动不断隆升，导致沟谷不断下切，水流侵蚀强烈，沿主沟道两岸滑坡、崩塌、坍塌等不断发生，形成的松散土体受沟谷地形条件的限制堆积于狭窄的沟道内，从而为姜家沟泥石流提供了稳定的物质来源。

(2)区内生态环境比较脆弱，在强降雨下，坡体水土流失趋势越来越严重，坡面多形成冲沟槽，从而使得坡体上植被无法附着，降低了坡面的持水能力，导致积水流速加快，最终导致泥石流发生的频率不断提高。

(3)区内年降水量较多，日最大降雨量105.4 mm(2003年)，小时最大降雨量91.1 mm，瞬时降水强度较大，雨量大是引发泥石流的原因之一。

6 结论

合水县地质环境脆弱，新构造运动强烈，本文以典型的姜家沟泥石流作为研究对象，重点研究了该地区泥石流的形成条件及发展趋势，得到以下结论：

(1)姜家沟流域内松散固体物质储量十分丰富，分布广泛，松散物来源包括沟岸崩塌、滑坡物源、沟床堆积物源等，其稳定性最差，为最易形成泥石流的物质。

(2)姜家沟较陡峻的沟坡，沟脑和两岸坡面发育多条支沟及冲沟，流域形态利于降水在短期内汇集，冲蚀沟岸、坡面及主沟内物质，为泥石流的形成和流动提供了足够的水动力能量。

(3)姜家沟泥石流呈不断发展之势，规模将趋于增大，频率也会不断增加。姜家沟流域下游沟道的不断淤积抬升及泥石流活动历史和现状也充分反映了处于发育期的泥石流发育特征。