西寧市火燒溝泥石流發(fā)育特征及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

劉傳娥 遲乃杰

摘要：西寧市火燒溝泥石流產(chǎn)流突出，規(guī)模中等，易發(fā)程度為易發(fā)，本文簡(jiǎn)述了火燒溝泥石流形成的自然背景、地形條件、固體物質(zhì)來(lái)源條件、水力條件，對(duì)該泥石流的發(fā)育特征、分區(qū)特征及流動(dòng)、堆積特征進(jìn)行了細(xì)致的分析，并對(duì)該泥石流發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后提出工程治理方案預(yù)防其危害。

關(guān)鍵詞：泥石流；發(fā)育特征；發(fā)展趨勢(shì)

The Characteristics and Development Trend of The Debris Flows in Huoshaogou of Xining City

Liu Chuan-e1Chi Nai-jie2

1.Shandong Province Geo-mineral Engineering Exploration Institute ， Shandong Jinan 250000 ，China 2.Shandong institute of Geological Sciences，Jinan 250014，China

Abstract： The debris flows in Huoshaogou of Xining city is runoff prominent， medium size， prone.This paper describes the natural background， terrain conditions， solid source， material supply conditions and water conditionst of he formation of Huoshaogou debris flows， analysis the development characteristics ， the partitioncharacteristics and flow， the accumulation characteristics of detailed ，then predicts the development trend of the debris flow， and finally puts forward project governance plan for preventing the harm.

Key words： debris flows；Development characteristics；Development Trend

1.序言

西寧市是青海省政治、經(jīng)濟(jì)、文化和交通的中心，是全國(guó)受地質(zhì)災(zāi)害威脅的兩個(gè)省會(huì)城市之一，西寧市災(zāi)害點(diǎn)主要分布在南山和北山，地質(zhì)災(zāi)害不僅點(diǎn)多，而且規(guī)模較大，尤以火燒溝泥石流產(chǎn)流較突出，且泥石流下游對(duì)海湖新區(qū)段建設(shè)存在潛在威脅，對(duì)火燒溝泥石流災(zāi)害的治理關(guān)系到青海建設(shè)青藏高原區(qū)域性現(xiàn)代化中心城市的宏大目標(biāo)。

2.火燒溝泥石流形成的自然背景

2.1氣象水文

據(jù)西寧氣象站1954年～2011年觀測(cè)資料，年平均氣溫5.9℃；最低氣溫-18℃，最高氣溫38.7℃。年平均降水量 379mm，1小時(shí)降水量>17mm的降雨有11次；24小時(shí)降水量>50mm的降雨4次；降水量多的月份集中在6月～9月，基本占整年年降雨量的73%?？辈閰^(qū)內(nèi)發(fā)育較大規(guī)模河流為湟水?；馃郎蠟殇宜右患?jí)支流，溝長(zhǎng)19.5km，流域面積53.25km2，暴雨洪水次數(shù)年均達(dá)5次，年徑流模數(shù)2.3萬(wàn)m3/ km2，根據(jù)勘查，其多年平均流量2.5m3/s，平均最大流量為5.0m3/s左右，平均最小流量0.5m3/s左右。

2.2地貌

勘查區(qū)內(nèi)地形地貌分為低山丘陵區(qū)及河谷平原區(qū)。低山丘陵區(qū)分布于勘查區(qū)內(nèi)南部，海拔2361m～2784m，相對(duì)高差423m，由西向東，由南向北呈強(qiáng)烈傾斜趨勢(shì)，溝壑發(fā)育，縱橫交錯(cuò)，支離破碎，形成易侵蝕地貌特征，泥石流流域主要位于該地貌單元。河谷平原區(qū)分布于勘查區(qū)北部，火燒溝暗涵工程所在區(qū)也是該泥石流的堆積區(qū)及主要承災(zāi)區(qū)。地形相對(duì)較開(kāi)闊，呈東西帶狀分布。由湟水的河漫灘、Ⅰ和Ⅱ級(jí)階地構(gòu)成，一般海拔高程2230m。

2.3地層

勘查區(qū)出露的地層為新近系（N）和第四系（Q）松散層堆積物，新近系（N）構(gòu)成工作區(qū)低山丘陵主體。主要分布在火燒溝流域中上游，岸坡及溝谷底部局部出露。巖體表面經(jīng)風(fēng)化作用破碎而剝落的碎石，堆積在山坡或谷底，成為泥石流發(fā)生的固體物資來(lái)源。第四系（Q）出露地層為上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。上更新統(tǒng)分布于勘查區(qū)低山丘陵區(qū)頂部及坡面中下部（火燒溝段溝道兩岸岸坡）由黃土狀土組成，是區(qū)內(nèi)泥石流的主要固體物源。全新統(tǒng)分布于火燒溝及支溝底部，巖性主要為粉土和泥巖碎塊混合物。

3.火燒溝泥石流形成條件

3.1地形條件

火燒溝泥石流上游段整體上溝道發(fā)育不明顯，僅沿山體坡面有一些小型沖溝，該區(qū)域溝道縱坡較小，向下游逐漸有低緩沖溝形成。火燒溝泥石流上游段在泥石流整個(gè)形成過(guò)程中主要作用是使上游水源匯集。中下游溝段沖溝整體呈“V型”地貌，兩側(cè)支溝發(fā)育，溝坡表部疏松，兩岸岸坡陡峻，塌岸等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，松散固體物源非常豐富，水流作用下易沖刷啟動(dòng)，為泥石流的形成提供了大量的固體物源和可能的地形條件。下游溝段溝道堆積區(qū)1km～2km長(zhǎng)范圍被改造為市區(qū)景觀綠化帶，溝口至湟水河段原溝道被做成暗涵，最終水流從暗涵到達(dá)湟水河。暗涵沿火燒溝原溝道布線，總體呈西南至東北走向。

3.2固體物源分布現(xiàn)狀及補(bǔ)給條件

火燒溝內(nèi)部松散的固體物質(zhì)非常豐富，分布范圍也很廣泛，主要類型有：崩塌崩落體、滑坡下方堆積體、溝床堆積物、坡面侵蝕物源、支溝內(nèi)物源、人工堆積物等五大類?；馃郎夏嗍魇且云旅娑逊e補(bǔ)給型為主的泥石流類型。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，火燒溝泥石流流域有崩塌體27處，可搬運(yùn)的體積34..8×104m3；溝床坡積物質(zhì)體積達(dá)9.75萬(wàn)m3，坡面侵蝕物源體積60萬(wàn)m3，支溝堆積物體積70萬(wàn)m3，人工活動(dòng)堆積物體積6.5萬(wàn)m3。以上五類松散堆積物總體積181.05萬(wàn)m3，整個(gè)流域平均單位面積固體物質(zhì)補(bǔ)給體積為3.4萬(wàn)m3/km2。

3.3水源條件

大氣降水是火燒溝流域內(nèi)泥石流形成的主要水源，尤其是暴雨形成的地表徑流[1]。據(jù)對(duì)西寧市及其周邊歷次暴發(fā)泥石流的降水量資料分析，激發(fā)本區(qū)泥石流的臨界雨量為：日降水量50mm，1小時(shí)降水量15mm，10分鐘降水量11mm。據(jù)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)1954年～1999年間，區(qū)內(nèi)1小時(shí)降水量大于16mm的暴雨有11次；24小時(shí)降水量大于50mm的暴雨4次?；馃郎蠝嫌蛄饔蛎娣e相對(duì)較大，支溝相對(duì)較發(fā)育，溝內(nèi)地形陡峭，河谷中上游及各支流縱坡也較大，均為有利用地表徑流形成的地形條件，從而成了火燒溝泥石流的形成水源條件。

綜上所述，火燒溝在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的物源積累后，已具備爆發(fā)大規(guī)模泥石流的地形地貌條件、物源條件和水源條件，在特定暴雨的作用下引發(fā)泥石流的危險(xiǎn)性較大、可能性較大。

4.火燒溝泥石流發(fā)育特征

4.1泥石流溝的判別

依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0220—2006）附錄G，列出滑坡及水土流失嚴(yán)重程度、泥石流堆積物活動(dòng)程度、沿溝松散物儲(chǔ)量等15項(xiàng)影響泥石流易發(fā)程度的因素，火燒溝泥石流溝經(jīng)各項(xiàng)因素?cái)?shù)量化處理后，總評(píng)分為92分，屬泥流溝，形成規(guī)模為中型，易發(fā)程度為易發(fā)。

4.2泥石流類型

按水源分類火燒溝泥石流應(yīng)為暴雨型泥石流，按地貌部位分類為山區(qū)泥石流，按照流域形態(tài)為溝谷型泥石流，按照物質(zhì)成分分類為泥流，按照固體物質(zhì)提供方式分類為河谷侵蝕泥石流，按流體性質(zhì)為粘性泥石流，按照發(fā)育階段為發(fā)育期，按照堆積體的體積分類為中型泥石流。

4.3泥石流流域分區(qū)特征

根據(jù)火燒溝泥石流的形成、運(yùn)移、堆積等特征，將火燒溝泥石流流域分成上游初步形成區(qū)、中游流通區(qū)（主要物源區(qū)）及下游堆積區(qū)三部分[2]。

（1）上游初步形成區(qū)

該區(qū)在流域的南部，從平面上看類似“瓢”形，流域面積為9.55km2，占總流域面積的17.9%，上游溝道基本上不發(fā)育，順河流坡面有一些小型沖溝，坡體表部植被發(fā)育，該區(qū)域溝道縱坡較小，一般在20‰，溝道較寬緩，寬度在100m～ 150m左右，向下游逐漸有低緩沖溝形成。上游初步形成區(qū)為泥石流形成提供水源。

（2）形成流通區(qū)（主要物源區(qū)）

位于流域的中部及北部，主要為水源匯集區(qū)至水源至河谷出口區(qū)域，平面形態(tài)呈“不規(guī)程”形，面積為43.26km2，占總面積的81.2%，流通區(qū)內(nèi)物源為主溝岸坡及支溝物源堆積之總和，流通區(qū)段溝道岸坡坡腳塌岸倒石堆交錯(cuò)分布，溝道曲折多彎，局部堵塞嚴(yán)重。谷底松散層堆積物相對(duì)較多，伴隨泥石流的持續(xù)下蝕作用，兩岸已松散的崩塌、滑坡等堆積體也將繼續(xù)以滑塌和側(cè)蝕的方式加劇泥石流形成。由于火燒溝溝域匯水面積大，物源量大，水源及物源轉(zhuǎn)化來(lái)的動(dòng)能也極大，從而對(duì)下游侵蝕也較大。

（3）流通堆積區(qū)

位于流域的北部，面積為0.44km2，占總面積的0.9%。其流域下游出山口段至湟水河段為該泥石流的流通堆積區(qū)，經(jīng)勘查該區(qū)沒(méi)有堆積扇，但有常年流水經(jīng)暗涵排入湟水河，勘察期間流量約為1.0m3/s，溝口至湟水河段原溝道被做成暗涵，最終水流從暗涵到達(dá)湟水河。工程措施改變了其原有地形。暗涵上部現(xiàn)為海湖新道路、樓房、橋梁、管道等工程設(shè)施，在暗涵入口至泥石流出山口段，修建長(zhǎng)度約900m的排導(dǎo)槽，兩岸岸坡局部作了防護(hù)處理，多數(shù)岸坡存在滑塌現(xiàn)象，且兩岸生活垃圾極多，易造成溝道的堵塞，需及時(shí)清淤及護(hù)坡治理措施

4.5火燒溝泥石流的形成過(guò)程及流動(dòng)特征

火燒溝內(nèi)松散層集中于流通區(qū)主溝及支溝兩側(cè)，加上暴雨作用，大量雨水內(nèi)順坡而下，短時(shí)間內(nèi)匯集于支溝，大量水體形成較大的動(dòng)能浸透并沖蝕支溝坡面，松散體穩(wěn)定性降低，被水源浸入，飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力的作用下，隨水體一同發(fā)生前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，隨著溝道溝底部的大量堆積物及主溝道兩側(cè)集中分布的崩塌、滑坡等松散物質(zhì)的沖蝕匯入，泥石流的重度及流量短期內(nèi)增大，形成了大規(guī)模泥石流。

火燒溝泥石流匯流時(shí)間段、洪峰急劇漲落，洪流持續(xù)流動(dòng)，整個(gè)匯流過(guò)程為洪水～泥流～洪水，基本無(wú)斷流，某些性質(zhì)、流量大小、流速快慢發(fā)生變化。

4.6泥石流堆積特征

據(jù)實(shí)地調(diào)查分析，該泥石流堆積物的特征如下：堆積物在溝道內(nèi)間斷匯入，溝道內(nèi)松散堆積物自上而下顆粒大小逐漸由大變小。且主要為細(xì)粒物質(zhì)沉積，其含量在70%～90%之間。溝床寬闊程度、河道縱坡陡緩等因素，均影響河道內(nèi)沉積物厚度。主溝內(nèi)松散堆積物厚度也隨溝床比降變化，溝道縱比降小的地方，堆積物厚度相對(duì)較大，厚度可達(dá)在3m～6m；溝道縱比降較大的地段，堆積物厚度相對(duì)較小，一般在1m～2m之間。

溝口由于人類工程改造沒(méi)有泥石流堆積扇，溝口至湟水河段上游排導(dǎo)槽段溝道內(nèi)堆積物厚度大于2.0m，堆積物質(zhì)不均一，類型混雜，顆粒大小不一，小徑顆粒物質(zhì)多，大徑顆粒很少，據(jù)大體積重度實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況，該泥石流堆積物的天然容重為13.7～14.5 kN∕m3，平均值為13.95kN∕m3（詳見(jiàn)表1）。

5.火燒溝泥石流發(fā)展趨勢(shì)分析

經(jīng)已有現(xiàn)場(chǎng)資料分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查及溝谷實(shí)際發(fā)育特征，勘查區(qū)溝谷泥石流發(fā)展趨勢(shì)處于逐漸增強(qiáng)的階段。

（1）溝谷溯塬侵蝕、下切侵蝕強(qiáng)烈，溝岸逐漸拓寬，溝谷整體為發(fā)展期，成為泥石流的發(fā)生的基礎(chǔ)。

（2）側(cè)向及下切侵蝕的加劇，使兩岸坡體已開(kāi)始失穩(wěn)定，潛在的固體物質(zhì)儲(chǔ)量相當(dāng)巨大。

（3）溝岸兩側(cè)由于人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，大量堆置廢棄物，使物源急劇增加。

（4）隨著火燒溝溝域已建的攔擋壩、谷坊壩等隨著使用年限損壞，其將失去攔擋及排導(dǎo)效能，特別是暗涵將被泥質(zhì)淤積，嚴(yán)重時(shí)暗涵將失去排洪效能。

6.結(jié)論

西寧市火燒溝泥石流形成規(guī)模為中型，易發(fā)程度屬易發(fā)。加之前述各因素影響，區(qū)內(nèi)泥石流的發(fā)生的頻率一定時(shí)間內(nèi)將增高，規(guī)模較大的、具有災(zāi)害性泥石流發(fā)生的可能性較大。泥石流溝口至湟水河段西寧寧市海湖新區(qū)人口密集，若爆發(fā)泥石流將威脅溝口的居民、道路、樓房、橋梁、管道等工程設(shè)施等，受威脅的財(cái)產(chǎn)數(shù)十億元。險(xiǎn)情等級(jí)屬于特大型，因此，對(duì)該泥石流進(jìn)行治理是非常必要的。

泥石流防治措施從大的方面可劃分為繞避預(yù)防措施、監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)措施、修建攔擋、支護(hù)等工程治理措施、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等生物措施等。在實(shí)際防治過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合區(qū)域自身經(jīng)濟(jì)條件等，從泥石流的形成條件、運(yùn)動(dòng)特征、易發(fā)程度和危險(xiǎn)性、危害性分析，火燒溝泥石流應(yīng)采用對(duì)應(yīng)的工程治理措施，并結(jié)合其他措施綜合治理，從而達(dá)到更好的防治效果。

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