莎车县霍什拉甫乡11村泥石流发育特征及形成条件分析

张天义，陈伟楠

(1.中国地质工程集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830018；2.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

研究区位于新疆莎车县霍什拉甫乡11村(萨依巴格村)，艾亚河河谷右岸，行政区划范围为莎车县霍什拉甫乡11村。研究区位于莎车县西南低中山区，有X504线、X484线和X505线县道通往莎车县城，全程路段以沥青路为主、砾质道路为辅，普通车辆均可抵达，交通较为便利。由于该泥石流主要威胁对象为沟口下游的居民区、耕地、道路、电力及通讯设施、引水渠、渡槽等。因此，本文在参考相关研究成果的基础上[1-6]，对莎车县霍什拉甫乡11村泥石流发育特征及形成条件分析，通过对该泥石流发育特征及形成条件的分析，可以对该泥石流的工程设计提供理论依据。

1 孕灾环境条件分析

1.1 气象水文

研究区地处内陆腹地，远离海洋，属典型的大陆性暖温带干旱气候，四季分明，其主要特点是：春季升温快而不稳定，常有春寒出现，多大风、沙暴、浮尘；夏季长而炎热，光照充足；秋季降温迅速，日温差大，降水稀少，大风浮尘天气少；冬季略长，风小，降雪少，低温持续时间长，最大冻深为1.00 m。

研究区的泥石流沟道内无常年性流水，只在降水时形成地面径流。3条泥石流沟平面呈树枝状，三面环山，一面出口，致使突发的强暴雨能在短时间内形成较大的地表径流。其中N3、N4、N5泥石流沟的汇水面积分别是0.39 km2、11.24 km2和0.66 km2，根据综合经验公式推算出现状条件下2%频率的洪峰径流量分别是1.49 m3/s、19.20 m3/s、1.80 m3/s。

1.2 地形地貌

研究区位于叶尔羌河河谷南部支流艾亚河河谷东侧的低中山区，地貌单元主要由低中山和山间河谷两种类型所构成。艾亚河在此处的河谷宽700 m，其中，河床宽约200 m，河流西岸阶地不发育，东岸阶地较发育，形成二级阶地，部分地段形成三级阶地，阶地之上主要分布着居民区、公路、耕地、林地、引水渠道、电力及通讯设施等。河谷两侧为低中山，山体裸露，植被稀少，沟谷发育，自然地面高程介于1 600～2 400 m之间，平均海拔为2 000 m左右。

1.3 地层岩性

研究区及周边区域出露地层主要为新近系阿图什组(N21)、西域组(N22-Q1)、新疆群上更新统(Q3)和第四系全新统(Q4)。具体分布情况及特征如下：

1.3.1 新近系阿图什组(N21)

岩性为褐灰色砾岩夹泥岩、砂岩；砾岩的单层厚度大于20 m，夹泥质砂岩和砂质泥岩的单层厚度为3.0 m左右，砾岩颜色为灰褐色，为钙质半胶结，厚约1 500～3 000 m。

1.3.2 西域组(N22-Q1)

主要岩性为黑色巨厚层块状砾岩，主要出露泥石沟中上部沟道两侧的山体，砾岩颜色为灰褐色，为钙质半胶结，厚约100～3 000 m。

1.3.3 新疆群上更新统(Q3)

地层岩性主要为灰黑色砾石层、砂砾石层，主要出露于河谷及两侧出露的阶地，厚度大于50 m。

1.3.4 第四系全新统(Q4)

分布在河床、河漫滩及其两侧阶地上，岩性以卵砾石为主，局部地段分布着粉土层。砾石成分复杂，有砂岩、片麻岩、硅质岩、砂屑灰岩、泥岩、花岗岩等，粒径一般2～20 cm，大的可达100 cm，呈次圆-圆状，磨圆度较好，分选差，填隙物为较小砾石及细砂，以细砂为主。粉土呈灰黄色，结构疏松，具有湿陷性，力学性质较差。

1.4 地质构造

研究区位于一级构造塔里木台地。二级构造属于昆仑山东西向构造带的北翼，为走向北西西-南东东向的复式剧烈挤压褶皱带和逆掩断裂带组合。研究区范围小，区内构造不发育。

1.5 工程地质条件

研究区内岩土体工程地质类型地貌上属于中低山。研究区内地震活动强度、频度相对较弱，对区域的稳定性影响不大。按照主要岩土工程地质特性、岩性组合，可将研究区内的岩土体划分为砾岩岩组、第四系碎石土单层土体和碎石、粉土双层土体。

1.5.1 碎石土单层土体

碎石土单层土体分布于泥石流沟道内、艾亚河河床内、泥石流沟道两侧的坡面上，主要为第四系全新统洪积物和残坡积物，浅灰色，稍密-中密，干燥-稍湿，最大粒径为450 mm，一般粒径在5～60 mm之间，细粒充填物主要为粉细砂，母岩成份以砂岩、花岗岩和石英岩为主。承载力特征值fak为200～300 kPa，工程地质条件良好，可作为民用和工业建筑的天然地基。

1.5.2 卵砾石-粉土双层土体

粉土、卵砾石双层土体为第四系上更新统冲积物，主要分布于河谷地貌的阶地之上，呈二元结构，粉土厚度在0.6～5.0 m之间，灰黄色，稍湿，松散，主要作为当地居民的耕地，承载力特征值fak为110 kPa，工程地质条件较差；下部为卵砾石层，承载力特征值fak为300 kPa，工程地质条件良好，可作为民用和工业建筑的天然地基。

1.5.3 砾岩岩组

研究区内出露的岩体主要为第四第下更新统地层，主要为深灰色砾岩，分布于中低山区，是构成泥石流沟两侧自然山体和沟道基底的主要地层，构造裂隙发育，抗风化能力低，抗水能力低，因此岩石力学强度一般，承载力特征值fak为600 kPa。

1.6 水文地质条件

根据岩性结构、所处地貌部位以及地下水埋藏条件，研究区地下水类型包括碎屑岩类孔隙裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。

1.6.1 碎屑岩类孔隙裂隙水

主要分布于沟谷及阶地，地层岩性为第三系阿图什组、西域组的砾岩，含少量的基岩裂隙水，根据区域水文地质报告，涌水量小于100 m3/d，富水性较弱，主要接受侧向径流补给及少量的大气降水入渗补给。

1.6.2 第四系松散岩类孔隙潜水

1)艾亚河谷区第四系松散岩类孔隙水

该类孔隙水赋存于艾亚河谷的冲洪积层中，含水层厚度大于10 m，含水层岩性为卵砾石层，地下水位埋深一般小于5 m，单井涌水量1 000～3 000 m3/d，赋水性较强，潜水主要接受上游潜流、大气降水入渗补给及河水的直接入渗补给，沿河谷地形向下游径流排泄。

2)泥石流沟谷内第四系松散岩类孔隙水

主要位于研究区东侧的阶地及泥石流沟道内，单一结构，含水层为砂砾卵石层，含水层厚度一般小于10 m，地下水位埋深大于5 m，单井涌水量小于50 m3/d，赋水性较弱，主要接受大气降水补给，以向下游艾亚河中的侧向径流排泄为主，部分沟道第四系地层中不含水。

2 研究区泥石流发育特征分析

2.1 N3泥石流沟特征

沟道延展中上游为南东-北西向，下游转为南西-北东向，呈现出多处转折，支沟不发育，流域面积0.45 km2，主沟总长1.43 km，流域最高海拔为1 960 m，最低海拔1 670 m，最大相对高差290 m，沟道纵坡降为138‰，沟道宽2～50 m，两侧山体坡度40°～70°。沟道形态中上游呈“V”型，下游呈“U”型，沟槽较顺直，堵塞程度轻微。沟道两侧山体及沟道基底由砾岩所构成，山体表层覆盖物主要为残坡积卵砾石，山体坡脚及沟底为堆积物，岩性以砂砾石为主。沟口堆积扇扇长240 m，扇宽270 m，扩散角100°，扇形地完整性较好。沟道上游存在少量崩塌现象，滑坡不发育。威胁对象为民房、林带、引水渠、乡村公路。

2.2 N4泥石流沟特征

本次研究区中规模最大的一条泥石流沟，主沟道延展中上游为北东-南西向，中下游为南东-北西向，平面形态近似圆弧形，沟道中下游较顺直，中上游则十分曲折，主要发育有两条支沟，分别编号为N4-1和N4-2。流域面积11.51 km2，主沟长4.72 km，流域最高海拔2 290 m，最低海拔1 670 m，相对高差620 m，沟道总体较平缓，纵坡降为76‰，沟道宽1～120 m，两侧山体坡度50°～85°。沟道形态中上游呈“V”型，下游呈“U”型，堵塞程度轻微。沟道两侧山体及沟道基底由砾岩所构成，山体表层覆盖物主要为残坡积卵砾石，局部为风积粉土层。山体坡脚及沟底为堆积物，岩性以卵砾石为主。沟口堆积扇扇长300 m，扇宽110 m，扩散角45°，扇形地完整性较差。沟道上游分布有少量崩塌和滑坡现象。威胁对象为民房、清真寺、墓地、X505线公路及乡村公路、引水渡槽。

2.3 N5泥石流沟特征

主沟道延展上游为南东-北西向，中游转为北东-南西向，下游再次转折为南东-北西向，平面形态近于“S”形，沟道总体较曲折，主要发育有一条支沟，编号为N5-1。流域面积0.76 km2，主沟总长1.92 km，流域最高海拔1 990 m，最低海拔1 670 m，相对高差320 m，沟道总体较陡，纵坡降为117‰，沟道宽2～70 m，两侧山体坡度50°～70°。沟道形态中上游呈“V”型，下游呈“U”型。沟道两侧山体及沟道基底由砾岩所构成，山体表层覆盖物主要为残坡积卵砾石，局部为风积粉土层。山体坡脚及沟底为堆积物，岩性以卵砾石为主。沟口堆积扇扇长300 m，扇宽350 m，扩散角110°，扇形地完整性较好，出山口后与N4沟道进行汇流，之后通过现有排导槽注入艾亚河中。沟道上游分布有少量崩塌和滑坡现象。威胁对象为民房、通讯塔、X505线公路及乡村公路。

3 研究区泥石流形成条件分析

3.1 地形地貌

本次研究区内的三条泥石流沟整体流向呈南东-北西向，主沟长0.23～4.72 km不等，沟道两侧坡体冲沟发育，沟头分水岭最高海拔2 290 m，沟口海拔一般为1 660 m，最大相对高差达620 m，地形切割较深，沟谷纵坡度较大，沟宽一般为2～50 m，沟谷形态主要呈“V”型，沟谷纵坡度约76‰～262‰，沟谷两侧山坡高约100～500 m，坡度50°～70°，沟道由上游向下游逐渐变宽，主要接受上游水源物源向沟口流通。由于研究区泥石流沟岸坡地层主要为第四系卵砾石和粉土等松散层，所以泥砂沿程补给长度比>80%。纵观整个形成-流通区,集水面积较大，有利于洪流携带松散固体物源顺沟而下形成泥石流。

3.2 物源条件

泥石流形成所需的固体物质来源主要分布于各条泥石流沟沟道内及两侧坡面及坡脚的松散堆积物，在泥石流出山口处由于当地村民开挖墓坑，形成了了大量松散堆积物，为泥石流发生提供了足够的物源。

同时由于经历了多次泥石流，狭长的主沟道内及其两侧沉积了一定量的第四系冲洪积松散物质，主要分布在形成-流通区的下游。岩性为卵石、少量漂石、块石、粉土，块径一般0.05～0.2 m，最大可达0.3 m，其结构松散，磨圆度一般-较好，分选性较差。冲洪积堆积物在干燥状态下呈稍密-中密，但在水流反复冲刷作用下吸水蠕变，强度发生衰减，继而启动后成为物源。

3.3 水源条件

水既是泥石流体的重要组成部分，又是泥石流的搬运介质。研究区所处的新疆莎车县霍什拉普乡，年平均降水量77 mm，采用最近的喀群水文站多年降水资料进行数理统计，用55 a实测资料进行对比分析，系列中的2002年7月9日出现的一日降水量为40.0 mm，接近50 a一遇一日最大降水量。50 a一遇的一日最大降水量为46.6 mm。降水主要集中于5-9月，约占全年降水量的80%。由于降水量少，气温变化大，植被发育差，地表土壤几乎无法承载突如其来的降水。研究区内的各泥石流沟，平面呈树叶状，三面环山，一面出口，当发生连续性降雨或特大暴雨时，大部分水体将转化为地表径流，并裹携坡面上的固体物质迅速汇入主沟，成为引起泥石流暴发的水动力条件。

综上，研究区内泥石流沟所处的地形地貌条件，由于沟谷三面环山，沟道内坡降及两侧山体坡度较大，使区域降水形成的各支沟地表水均向主沟道内汇集形成洪流，由于植被稀疏，地表水流携带坡面及沟道松散堆积物向下游运移，在下游各支沟水源和物源汇集，在主沟道内逐渐形成势能强大的泥石流。泥石流对堆积区处11、12村新建的村民安居房区的村民、房屋、电力线路、堆积区下游的道路等造成严重的威胁。

4 结语

(1)研究区位于新疆莎车县霍什拉甫乡11村(萨依巴格村)，地貌单元为低中山区，共发育有三条泥石流沟整体流向呈南东-北西向，主沟长0.23～4.72 km不等，沟道两侧坡体冲沟发育，沟谷形态主要呈“V”型。

(2)研究区泥石流的物源主要集中分布于泥石流沟的形成-流通区内，沟道内的第四系全新统冲洪积物、沟道两侧坡面上的第四系上更新统残坡积物和风积物是形成泥石流的主要固体物源，N3、N4、N5泥石流一次固体物质总量分别为177.43、427.85、214.35 m3。

(3)研究区泥石流水源类型为地表洪水，莎车县降水主要集中在每年的6-8月，占全年降水量的85%，研究区设计2%频率(50年一遇)的24小时面暴雨量为58.86 mm，因此，暴雨能够在短时间内为泥石流提供充足的水源，也是泥石流灾害形成的最主要诱发因素。