日喀则市谢通门县尼玛弄自然村坡面泥石流发育特征及防治对策

徐 伟， 王祖全， 倪德兴， 铁永波

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081； 2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059； 3.四川合利工程咨询有限公司，四川 成都 610041； 4.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610023)

0 引言

泥石流是包含大量泥、砂和石块等介于滑坡和水流的气、液、固三相的流体，呈稀性紊流和黏性层流等运动状态，是常见的山区地质灾害之一[1-3]，具有形成过程复杂、暴发性强、破坏性大等特点。坡面泥石流是一种发生在有碎屑堆积物的陡坡上，由降雨引发的高浓度碎屑与水的混合物沿坡面运动的现象[4]，其规模小、分布广、暴发突然、流动快、过程短、冲击力大，是一种危害十分严重的自然灾害。

关于坡面泥石流的研究主要集中在以下几方面： ①在分析坡面泥石流发育特征的基础上，提出针对性的防治对策与防灾模式[5-12]； ②通过研究坡面泥石流与降雨量之间的关系，开展降雨预报模型、临界雨量、主成分分析等研究[13-16]； ③采用模型试验方法，开展坡面泥石流形成过程、物源启动、演化模式等研究[17-21]； ④通过分析坡度、地貌要素、水力作用等与坡面泥石流的关系，探讨泥石流物源动储量估算方法[22-26]。以上研究取得了较多进展和成果，为坡面泥石流防治积累了丰富的经验。

尼玛弄自然村坡面泥石流位于西藏自治区日喀则市谢通门县，主要威胁对象为沟道和坡脚的30户142人、道路桥梁及部分耕地，威胁财产约1 800万元。该坡面泥石流每年均呈小规模暴发，2020年9月12日、2021年8月11日曾发生泥石流，一次固体物质冲出量分别为1 000 m3和1 500 m3。在野外精细化调查和测量的基础上，查明了坡面泥石流的区域地质环境特征、分区特征、形成条件等，分析其灾害现状，并预测潜在发展趋势，提出针对性防治措施，对泥石流防治具有重要意义，为类似地区泥石流的防治和山区城镇的防灾减灾工作提供参考。

1 区域地质环境特征

尼玛弄自然村坡面泥石流位于西藏自治区日喀则市谢通门县列巴乡多康村尼玛弄自然村(图1、图2)。谢通门县属高原亚寒带半干旱季风气候，日照充足，空气干燥稀薄，多大风，夏秋多雨，干湿季节分明，降水主要集中在6—9月，占全年降水量的87%。该县水系发育，河网密布，主要水系为雅鲁藏布江及其支流达那普曲、布曲藏布、洛足藏布、那东曲、荣曲等，该泥石流沟口为雅鲁藏布江。

图1 泥石流暴发现场照片

图2 坡面泥石流全貌和分区特征

谢通门县地处青藏高原中部雅鲁藏布江北岸，冈底斯山脉横贯东西，地势总体北高南低，地貌类型为构造侵蚀剥蚀山地、山麓斜坡堆积平原、河流侵蚀堆积平原及冰川。研究区为构造侵蚀中高山地貌，流水作用及寒冻风化作用较强。

谢通门县位于雅鲁藏布江断裂带谢通门县段近北侧，由于印度板块沿雅鲁雅布江结合带向北对欧亚板块进行俯冲，形成了包括雅鲁藏布江断裂带在内的一系列规模巨大的EW向断裂带，并伴生NE向、NW向、近SN向断裂(图3)。研究区主要发育雄麦—木塔乡断裂，走向NNE，具有强烈的活动性，断线较平直，断层南东侧主要为第四系松散堆积，北西侧以典中组(E1d)、帕那组(E2p)、年波组(E2n)火山岩和闪长岩、花岗岩为主。

图3 谢通门县地质构造纲要图

研究区下覆地层为中新统乌郁群(N2wy)砂页岩，区域内未见基岩出露。斜坡中上部为第四系残坡积物(Q4el+dl)，下部为坡洪积物(Q4dl+pl)碎石(屑)土。

谢通门县新构造运动较剧烈，造成区内的地质环境较脆弱。县域及周边地区地震频发，根据《GB 18306—2015中国地震动参数区划图》[27]，研究区的地震反应谱特征周期为0.40 s，地震动峰值加速度值为0.15 g，抗震设防烈度为Ⅷ度。

2 泥石流分区特征

2.1 泥石流沟道特征

坡面泥石流由若干条坡面冲沟组成，沟域形态为不规则舌形，受构造影响呈不对称分布。沟域整体纵向长200～700 m，宽100～400 m，沟域最高点高程4 766 m，最低点高程4 365 m，最大高差401 m，平均坡降557‰，沟域面积0.225 km2。整个坡面泥石流沟域由上向下划分为清水区、形成区(物源区)及流通堆积区。斜坡整体上陡下缓，斜坡上部坡度30°～35°，斜坡下部坡度25°～30°，斜坡前缘流通堆积区坡度15°～25°。坡面泥石流主要分为3条主沟，分别为1#主沟、2#主沟和3#主沟(图2)，每条主沟无明显的沟域界限，主沟越往上分叉支沟越多，斜坡上部呈毛细血管型浅沟槽。

(1)1#主沟。位于坡面泥石流沟域西侧，长约410 m，沟道宽3～15 m，深1～8 m。流通堆积区沟道相对宽缓且浅，主沟沟道纵比降约232‰； 斜坡中下部的形成区沟道相对窄陡且深，主沟沟道纵比降约600‰，局部甚至形成高1～3 m的跌水，两岸岸坡多呈陡坎状，局部形成凹腔。

沟道于流通堆积区往上分叉为4条主要支沟，由西向东分别为1-1支沟、1-2支沟、1-3支沟和1-4支沟。1-1支沟长约260 m，沟底宽3～7 m，深2～10 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约400‰； 1-2支沟长约255 m，沟底宽3～6 m，深3～10 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约510‰； 1-3支沟长约236 m，沟底宽4～15 m，深3～8 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约480‰； 1-4支沟长约255 m，沟底宽度2～12 m，深2～7 m。支沟沟道上陡下缓，纵坡降约520‰。

(2)2#主沟。位于坡面泥石流沟域中部，长约373 m，沟道宽5～11 m，深1～9 m，流通堆积区沟道相对宽缓且浅，主沟沟道纵比降约325‰； 斜坡中下部的形成区沟道相对窄陡且深，主沟沟道纵比降约630‰，局部甚至形成高1～3 m的跌水，两岸岸坡多呈陡坎状，局部形成凹腔。

沟道于流通堆积区往上分叉为4条主要支沟，由西向东分别为2-1支沟、2-2支沟、2-3支沟和2-4支沟。2-1支沟长约264 m，沟底宽2～7 m，深2～8 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约430‰； 2-2支沟长约256 m，沟底宽3～16 m，深3～9 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约550‰； 2-3支沟长约276 m，沟底宽2～8 m，深3～6 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约570‰； 2-4支沟长约260 m，沟底宽4～12 m，深2～6 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约510‰。

(3)3#主沟。位于坡面泥石流沟域中部，长约367 m，沟道宽2～9 m，深1～6 m。流通堆积区沟道相对宽缓且浅，主沟沟道纵比降约363‰； 斜坡中下部的形成区沟道相对窄陡且深，主沟沟道纵比降约585‰，局部甚至形成高1～2 m的跌水，两岸岸坡多呈陡坎状，局部形成凹腔。

沟道于流通堆积区往上分叉为3条主要支沟，从西往东分别为3-1支沟、3-2支沟和3-3支沟。3-1支沟长约203 m，沟底宽3～5 m，深2～5 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约540‰； 3-2支沟长约238 m，沟底宽2～10 m，深2～6 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约520‰； 3-3支沟长约223 m，沟底宽2～13 m，深1～5 m，支沟沟道上陡下缓，纵坡降约510‰，于斜坡中上部分叉为4条小支沟。

2.2 清水区特征

清水区主要分布于斜坡上部，呈近三角形分布，面积为0.013 km2，扇宽230 m，长约130 m，平均坡度约35°，该区域覆盖层较薄，主要为残坡积碎石土，厚度一般<2 m，上部集雨较少，可参与物源较少，故将其划分为清水区。

2.3 形成区(物源区)特征

形成区分布于斜坡清水区以下至斜坡坡脚区域，面积为0.155 km2，地形陡峻，斜坡坡度多数为25°～35°，沟道平均纵比降约580‰。上部斜坡坡面沟槽呈“毛细血管”型紊乱分布，沟槽深0.2～1 m，多数较浅，于斜坡中部逐渐归流形成15条深切沟槽，沟槽深1～8 m(图4)。该区域沟道均切割深陡，岸坡普遍比较直陡，局部甚至形成凹腔，沟槽受差异性侵蚀，局部形成跌水(图5)。

该区域斜坡洪坡积碎石土地层发育，厚度>2 m，植被不发育，坡面易受暴雨侵蚀冲刷松散堆积物，形成坡面径流，在洪水冲刷侵蚀下，斜坡体上的松散堆积物极易发生岸坡垮塌和揭底冲刷，为泥石流的发育提供了松散固体物源。

图4 泥石流形成区深切沟槽

图5 泥石流形成区沟道跌水

2.4 流通堆积区特征

流通堆积区分布于斜坡前缘，威胁对象区域30户142人，面积0.057 km2。该区地形相对较缓，北侧坡度较陡(图6)，沟道揭底冲刷及侧蚀强烈，为主要的流通区，沟道深1～3 m，宽4～15 m，平均纵比降约340‰。岸坡较陡直，局部形成凹腔，易垮塌进入沟道，沟道堆积物较厚，易被揭底冲刷，为主要沟道堆积物源区。南侧沟道更为宽缓(图7)，沟道深0.5～2 m，局部沟道淤积不明显，平均纵比降约210‰，沟道堆积层较厚，堆积物以粒径2～5 cm的碎石为主，含量约40%，其余以砂为主。

图6 泥石流流通堆积区北侧沟道特征

图7 泥石流流通堆积区南侧堆积物特征

两岸岸坡均为缓坡区域，受沟道洪水冲刷，陡坎较发育且稳定性较差，易被洪水侧蚀冲刷发生崩滑进入沟道参与泥石流活动。流通堆积区前部较宽缓，大部分泥石流固体物质运移并堆积在此。

3 泥石流形成条件

3.1 固体物源条件

坡面泥石流松散固体物源较丰富，物源分布范围广泛，几乎在整个坡面泥石流区域均有分布。但物源数量分布类型较集中，大部分松散固体物源以斜坡区坡面侵蚀物源为主，其次为沟道物源。

沟道堆积物源主要为各沟道中下游沟道相对宽缓区域的原沟道堆积物及沟道岸坡物源，斜坡区松散堆积物源在暴雨径流的坡面侵蚀、揭底冲刷及侧蚀作用下，形成夹砂洪水甚至小规模泥石流，经不同距离的搬运转移堆积于斜坡坡脚的主沟中下游，形成沟道堆积物源。

坡面侵蚀物源主要为覆盖较厚的残坡积土体及洪坡积土体，坡面水土流失严重，形成密布顺坡向的深切冲沟，为泥石流活动提供了丰富的面状物源。

物源量的估算采用分布面积与平均厚度的乘积来确定，公式为

V=A·h。

(1)

式中：V代表物源体积， 104m3；h代表物源平均厚度， m；A代表物源分布面积， 104m2。

坡面侵蚀型物源量的动储量计算，分区按侵蚀模量计算工程有效期内侵蚀总量，按常年洪水可输移的粒径所占比例折减。沟道堆积冲刷揭底是泥石流动储量的重要部分，由堆积物粒径确定启动流速，根据不同频率泥石流流速判断其启动粒径，再根据级配计算可启动颗粒的数量。

本次共调查物源点4处，其中沟道堆积物源3处(图8、图9)，主要以3条主沟流通堆积区北侧沟道切割较深区域为主，3条主沟对应沟道物源编号分别为G1、G2、G3。坡面侵蚀物源1处，由于斜坡区沟道分布密集，且斜坡区无明显的沟域分界，整个斜坡区松散堆积区均有可能转变为泥石流固体物源参与泥石流，故将整个斜坡区域划为1个坡面侵蚀物源(P01)。根据实地调查及计算结果，坡面泥石流流域内共有松散固体物源总量22.72×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为7.82×104m3。其中沟道堆积固体物源总量为1.35×104m3，占物源总量的5.92%，可能参与泥石流活动的动储量为0.34×104m3，占动储总量的4.30%； 坡面侵蚀物源总量21.38×104m3，占物源总量的94.08%，可能参与泥石流活动的动储量7.48×104m3，占动储总量的95.70%。各物源点基本情况如表1所示。

图8 沟道堆积物源特征

(a) 形成区沟道

(b) 流通区沟道

表1 泥石流物源基本情况统计结果

3.2 水源条件

根据《中国暴雨统计参数图集》[28]中的中国百年一遇24 h点雨量等值线图、中国百年一遇60 min点雨量等值线图，研究区百年一遇日、小时点雨量分别为60～70 mm、25～30 mm。根据《T/CAGHP 006—2018泥石流灾害防治工程勘查规范(试行)》[29]附录D 表D.1，西藏地区可能发生泥石流H24(D)、H1(D)界限值分别为30 mm、15 mm(表2)，该区的百年一遇日、小时点雨量大于其界限值，完全具备了引发泥石流灾害的降雨条件。

流域地形条件有利于降雨的汇集和加速，沟域内植被不发育，为地表径流提供了有利的地表条件，有利于泥石流的形成和运移。

表2 可能发生暴雨泥石流的H24(D)、H1(D)、H1/6(D)界限降雨量值

3.3 物源转化关系

目前，该沟域内松散固体物源量为22.72×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为7.82×104m3。这些物源分布在下游沟槽及两侧岸坡坡洪积堆积区及整个山体斜坡区，并非同时参与一次泥石流活动，原因如下。

(1)区域降雨分配不均。只有在该坡面泥石流区出现集中降雨或暴雨洪水时，斜坡区坡面侵蚀物源才可能参与泥石流的活动。

(2)堆积物特征。各个物源点的物源参与泥石流活动受堆积物特征影响，该坡面泥石流物源粒径普遍为2～8 cm，颗粒细，堆积松散，在降雨强度达到一定限值后，极易被冲刷携带，故暴发小规模泥石流的可能性大，频率高。

(3)地形地貌影响。该区域主要坡面物源区斜坡坡度大，水动能大，松散堆积物厚，径流切割深，沟道深切后岸坡极易垮塌堆积于沟道内，再次被洪水或泥石流揭底冲刷后参与泥石流活动。同时，斜坡区无明显的沟域分界，径流冲刷易将沟槽不断扩大，不同沟槽可能出现合并或改道现象。

4 发展趋势与危险性

综合分析尼玛弄自然村坡面泥石流的分区特征及形成条件，发现随着时间的推移，沟内松散堆积物源变得更加松散，斜坡区松散堆积物源也一定程度上有所增加，坡面侵蚀加剧。可参与泥石流活动的松散固体物源量不断增加，一旦遭遇暴雨，势必引发较大规模的泥石流灾害。

泥石流危险区范围主要为沟口缓坡最大可能冲刷及淤埋堆积区域，面积为53 516 m2，主要对沟道和坡脚的30户142人的生命财产、道路桥梁及部分耕地构成直接威胁。根据威胁对象距离泥石流流通区和堆积区的远近、受威胁程度，将威胁对象区域划为直接受威胁的极危险区及间接受威胁的一般危险区(图10)。

根据《DZ/T 0220—2006泥石流灾害防治工程勘查规范》[30]进行综合量化判别，计算出尼玛弄自然村坡面泥石流致灾能力F=7分，综合致灾能力较强； 受灾体的承灾能力E=6分，抗灾能力较弱。根据综合致灾能力和受灾体综合承灾能力进行治理紧迫性分析，判定尼玛弄自然村坡面泥石流治理紧迫性等级为I级，即治理紧迫。

图10 泥石流危险区划分

5 泥石流防治对策

5.1 既有防治工程

坡面泥石流位于尼玛弄沟谷型泥石流左岸斜坡区域，尼玛弄沟谷型泥石流已进行“拦挡坝+排导槽”的工程治理措施(图11)。目前，坡面泥石流无专门的工程治理措施，仅2021年发生泥石流后，采取了编织土袋拦挡临时措施，既有防治工程完全无法对坡面泥石流起到永久防治作用。

图11 既有防治工程全貌

5.2 防治对策

坡面泥石流所在斜坡上部坡度30°～35°，斜坡下部坡度25°～30°，斜坡前缘流通堆积区整体坡度15°～25°，沟域内植被不发育，以上条件有利于降雨的汇集和地表径流的形成。

在现场精细化调查和测量的基础上，结合坡面泥石流特征及保护对象，并结合工程的可行性，提出以下工程治理措施及防治对策。

(1)采用“导流槽+截流槽+导流堤”的工程治理措施(图12)，在坡面泥石流斜坡下部(威胁对象后缘)相对较宽缓区域修建导流槽，导流槽每跨现有沟道处设置截流槽，将泥石流导流至3#冲沟位置后，于3#主沟及支沟修建导流堤，最终将整个斜坡泥石流或洪水引流至主河(尼弄普曲)，以保护沟道斜坡前缘居民的生命财产安全。

沿1-1#支沟右岸(陡坎下)起设置导流槽至3#主沟，导流槽总长211 m； 导流槽跨冲沟设置截流槽共计9段； 沿3#主沟右岸设置A段导流堤143 m，并与导流槽外边墙连接； 沿3-3#支沟左岸及3#主沟左岸设置B段导流堤100 m。

图12 “导流槽+截流槽+导流堤”部署图

(2)采用“导流防护堤”的工程治理措施(图13)，依据3条主沟道在斜坡坡脚修建导流堤，下游流通堆积区设置单边甚至双边防护堤，最终将泥石流或洪水导流至主河(尼弄普曲)，以保护沟道、斜坡前缘居民的生命财产安全。

沿1#主沟右岸设置1#导流堤282 m； 沿1-4#支沟及1#主沟左岸设置2#导流堤160 m； 沿2-1#支沟及2#主沟右岸设置3#导流堤174 m； 沿2-4#支沟及2#主沟右岸设置4#导流堤151 m； 沿3#主沟右岸设置5#导流堤154 m； 沿3-3#支沟左岸及3#主沟左岸设置B段导流堤100 m，与方案(1)一致。

依据《T/CAGHP 006—2018泥石流灾害防治工程勘查规范(试行)》[29]有关排导槽的规定，横断面应满足泥石流排泄的要求，排导槽的过流能力应大于设计流量。因此，6段导流堤结构初步可设计为： 导流堤呈等腰梯形断面，基础埋深1.0 m，有效高2.5 m，顶宽1 m，基底宽2.4 m，两侧侧坡比1∶0.2，每隔10 m设置一道伸缩缝，采用C20混凝土结构。

图13 导流防护堤部署图

6 结论

(1)尼玛弄自然村坡面泥石流由3条主沟11条支沟组成，松散固体物源较丰富且分布范围广泛，物源类型以坡面侵蚀物源为主，其次为沟道物源，共有松散固体物源总量22.72×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为7.82×104m3。

(2)随着时间推移，尼玛弄自然村坡面泥石流的松散堆积物源不断增加，坡面侵蚀不断加剧，一旦遭遇暴雨，势必引发较大规模的泥石流灾害，对沟道和坡脚的30户142人生命财产、道路桥梁及部分耕地构成直接威胁。

(3)尼玛弄自然村坡面泥石流的综合致灾能力较强，受灾体的综合抗灾能力较差，泥石流的治理紧迫性为I级，即治理紧迫。

(4) 通过“导流槽+截流槽+导流堤”及“导流防护堤”的工程治理措施，可有效保护沟道、斜坡前缘居民的生命财产安全。