基于光美大箐泥石流潜在物源特征研究

徐鹏飞

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093)

基于光美大箐泥石流潜在物源特征研究

徐鹏飞

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093)

云南省丽江永胜县大安乡是泥石流高发带，区内山高坡陡，坡度一般在35°～55°。地貌类型主要为山区剥蚀地貌，分布于整个流域，地形以斜坡为主，主沟两岸主要为耕地，塌岸侵蚀较为强烈，水土流失严重。区内降水充沛，年均降水高达967 mm。雨季日降水量较大及单点暴雨多见等降水特征以及构造运动易诱发区内潜在滑坡、崩塌点发生。本文通过对研究区可能参与泥石流运动的潜在物源量进行了计算,对区内可能发生的泥石流进行评价并提出预防、治理措施。

泥石流；物源总储量；物源动储量；物源特征

1 引言

泥石流是爆发于山区流域极具危险性的地貌演化灾害过程，具有突发性、极强破坏性以及灾害链效应等特征。鉴于泥石流巨大的破坏性，查明山区流域潜在泥石流形成条件、物源类型、堆积物分布范围以及可转化为泥石流的松散固体物质储量特征等，可对减轻泥石流造成的损失、控制泥石流流域物源量以及灾后重建工作提供科学参考。

Bovis[1]等研究了泥石流爆发的频率、规模与流域内松散堆积物量的关系。文献[2]采用多元回归统计方法研究了台湾某地44个潜在泥石流区的物源特征。常鸣等[3]通过对汶川地震后北川县城区域内泥石流堆积区7个特征参数进行分析，建立了堆积物方量估算模型，进行了有效性验证。滑坡产生的松散堆积物是泥石流爆发的重要物源，文献[4]与文献[5]研究表明，滑坡的体积与面积存在着幂函数的关系，这对于定量估算滑坡类物源对泥石流的贡献提供了理论依据。

2 研究区概况

研究区位于云南省丽江永胜县大安乡(北纬26°46′51″，东经100°25′17″)大箐流域，流域为金沙江左岸一级支流(图1)。流域面积约4.76 km2，两岸坡谷陡立，坡度一般在35°～55°。受河流下切作用及其他地质作用形成典型的“V”型河谷及部分“U”型河谷。主沟整体呈东南-西北向展布，主沟纵向沟长5.78 km，平均纵向坡降252.3‰，流域最高点位于南侧后缘山顶分水岭，高程3 180 m，最低点位于光美大箐与金沙江的交汇处，高程1 260 m，相对高差1 920 m。据永胜县气象局2004～2009年降水量资料，流域年均降水量高达967.35 mm，年最大降水量1 144.7 mm，年最小降水量827.8 mm，属典型湿润-半湿润气候。雨季集中于6～10月，占全年降水量80%以上，月最大降水量和日最大降水量一般在7月和8月，分别为373.4 mm和132.7 mm，区域内呈雨季日降水量较大及单点暴雨多见等降水特征，为滑坡、泥石流等地质灾害的发育提供了有利的气象条件。流域内松散固体物源分布较多，水动力条件较好。

现场勘查发现，研究区主要地层为：二叠系上统(P2h)石灰岩、三叠系下统(T1l)砂岩、三叠系中统下段(T2b1)泥灰岩、二叠系上统P2β2玄武岩，在坡面上覆盖有残坡积层(Q4dl+el)粘土，沟道内及沟口位置有少量第四系泥石流堆积层(Q4sef)块碎石土。

图1 研究区流域影像图

3 泥石流物源储量计算分析

物源、地形、水动力三要素是泥石流形成的3个必要条件。物源是其最基本要素，也是估计泥石流发生与发展的主要依据。松散堆积物的物质储量与供给是确定泥石流成因、制定泥石流防治方案、分析泥石流发展趋势的重要参数。现场调查发现，研究区可为泥石流提供的物源的松散堆积物主要有3类，分别为崩滑堆积类物源、沟道堆积类物源以及坡面侵蚀类物源。

3.1 点状堆积类物源

流域内的崩塌堆积类点状物源有2处，分别为BT1、BT2与H1～H6。在暴雨、洪水冲刷下欠稳定坡体失稳，堆积体被冲刷、裹挟而参与泥石流活动，是泥石流活动的主要物源部分。崩滑物源静储量计算采用公式1计算得到表1。

表1 流域沟道崩塌堆积类物源分布情况统计

图2 崩滑物源静储量计算模型

(1)

式中，V为松散固体物质储量(m3)；S为堆积体剖面面积(m2)，图2中abc的面积；L为沿沟道方向长度(m)。

图3 研究区物源总量与动储量关系

图3表明，研究区潜在崩塌体产生的泥石流物源总储量为35.51×104m3，动储量为13.73×104m3。动储量占总储量的39%。线性拟合关系式为Y=0.325 6x+0.241(R2=0.727 6)，二者的相关系数为0.73，属于较明显的正相关。

3.2 线状堆积类物源

研究区属典型的“V”和“U”型河谷。流域内沟道堆积类物源主要分布在中上游沟段，为上游后缘崩塌、滑坡类物源进入沟道的部分，在暴雨的冲刷下，沿沟堆积分布(表2)。流域沟道主要呈“V”和“U”两种截面形式(图4)，其计算公式为：

图4 线状堆积类物源储量计算模型

式中,V为各段沟道堆积物的体积(m3)；S为各段代表断面的截面面积(m2)；l为不同截面沟道段的长度(m)。

表2 沟道松散堆积类物源统计

3.3 面状堆积类物源

坡面侵蚀物源主要指因暴雨形成的坡面水流对流域岸坡坡面土壤发生侵蚀的现象。根据现场勘查，光美大箐流域内上游后缘分水岭植被较好，中上游到下游多为坡耕地，坡面土体松散，坡面侵蚀较为强烈，水土流失严重。浅表层的松散土体在暴雨的冲刷浸泡作用下水土流失将加剧，参与泥石流活动的可能性较大。本文关于面状类物源量的计算采用三棱柱体法，其计算模型如图5。

V固=1/2×h×CD×Lg固

(2)

式中，V固为松散物源量(m3)；h为斜坡高(m)；CD为堆积体沿斜坡分布的投影距离(m)；Lg固为堆积体沿沟道分布的长度(m)。

图5 面状物源储量计算方法

侧蚀沟岸动态物源可采用文献[6]侧缘侵蚀型泥石流动储量计算方法，见图5(b)。

(3)

式中,θ为斜坡自然休止角；α为沟岸坡角；φ为崩积体与自然休止角夹角；c2o=l为实测坡面长度。

动储量体积为：

V动=Δc2od×Lg动

(4)

式中，V动为侧缘侵蚀型动储量，m3；Lg动为沟道堆积体长度，m。

对于“V”型河谷，假设“V”型谷由于水的下切作用，由C点到O点形成泥石流物源，其中直角三角形Δcod是泥石流动储量的最大可能物源区(图6)。该区的面积为：

(5)

式中,θ为斜坡自然休止角；co=h为原沟床深度。

动储量体积为：

Vo1=Δ1cod×L1

(6)

式中,Vo1为下切侵蚀型动储量；L1为沟床堆积体长度。

图6 下切侵蚀型泥石流储量计算模型

本次按照以上依据并根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007)[7]对坡面侵蚀源进行划分，划分为强度侵蚀区、中等侵蚀区和轻度侵蚀区，并根据不同的侵蚀强度确定侵蚀模数，计算结果见表3。

表3 流域坡面侵蚀类物源统计分析表

4 结果与分析

分析表明，研究区泥石流点状堆积类物源类型主要包括崩滑所产生的松散堆积物。线状堆积类物源主要有崩塌类物质以及进入沟道的塌岸类松散堆积物。面状堆积类物源主要因土壤侵蚀、坡面土体松散产生的松散堆积物。计算结果表明(表4)，光美大箐物源总量为56.84×104m3，可移动物源量为24.40×104m3。其中，崩滑堆积类物源总量为35.16×104m3，动储量为13.61×104m3；坡面侵蚀类物源总储量4.39×104m3，动储量为0.68×104m3；沟道堆积类物源总储量为0.69×104m3，动储量为0.21×104m3。其中崩塌类物源总储量占全部61.86%，坡面侵蚀类物源总储量占全部7.72%，沟道堆积类物源占总储量1.22%。

表4 泥石流各物源分布

注：崩滑类物源占61.86%，塌岸侵蚀物源占29.20%，坡面侵蚀类物源占7.72，沟道堆积物源占1.22%。

5 结论

本文依托丽江永胜县泥石流多发区，综合采用现场调查以及室内外实验，通过与该地已发泥石流的对比研究得到以下结论：

光美大箐为暴雨沟谷型泥石流，流体性质为稀性泥石流，流域内分布的主要物源类型为崩滑堆积类物源、沟道堆积类物源以及坡面侵蚀类物源。光美大箐物源总量为56.84×104m3，可移动物源量为24.40×104m3。通过对泥石流潜在松散堆积物物源的计算可知，研究区泥石流潜在物源点多面广，潜在物源量大，对泥石流的贡献显著，在强降水的条件下极易诱发特大型泥石流造成巨大损失。鉴于以上研究建议采取综合治理方案，包括稳拦、防护、固床、生物工程等配合使用，综合治理，以保证安全。

[1] Bovis M J，JakobM.The role of debris supply conditions in predicting debris flow activity[J].Earth Surface Pro-cesses and Landforms，1999，24(1)：1039-1054.

[2] Dong J J，Lee C T，Tung Y H，et al.The role of the sediment budget in understanding debris flow susceptibility[J].Earth Surf Process Landforms，2009，34(12)：1612-1624．

[3] 常鸣，唐川，夏添，等.强震区泥石流堆积物的演化特征与方量估算模型[J].水利学报,2012,43(S2):117-121.

[4] Komp O . Effects of large deep-seated landslides on hillslope morphology，Western Southern Alps，New Zealand[J]. Journal of Geophysical Research，2006，11(2)：24-26.

[5] 丁军.强震区泥石流活动规模与最大堆积长度预测研究[D].成都：成都理工大学，2011.

[6] 乔建平，黄栋，杨宗佶，等.汶川地震极震区泥石流物源动储量统计方法讨论[J].中国地质灾害与防治学报,2012,23(2):1-6.

[7] 中华人民共和国水利部水土保持司．土壤侵蚀分类分级标准(SL190-2007)[S]．北京:中国水力水电出版社，1997.

STUDYONTHEPOTENTIALSOURCECHARACTERISTICSOFGUANGMEIDAQINGDEBRISFLOW

XU Peng-fei

(School of Land and Resources Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)

In Yongsheng County in Lijiang City, Yunnan Province, debris flow occurred extremely frequently and the zone characterized by high mountains with steep slope and the slope generally ranges between 35 ° and 55 °. The main types of landforms are eroded landforms in the mountains that were distributed in the whole basin, and the terrain is mainly shown as slope. On both sides of the main channel are mainly cultivated land and bank erosion is relatively intense, accompanied by serious soil erosion. The area is abundant in rainfall, with an average annual rainfall of 967 mm. The precipitation characteristics such as large daily precipitation in the rainy season and common single point of rain, and the tectonic movement are prone to induce potential landslide and collapse point. In this paper, the potential sources of debris flow that may involve the movement in the study area are calculated. Combined with the evaluation of potential debris flows in the area, we put forward preventive and control measures.

debris flow;materialsourcereserves;dynamic reserves;materialsource characteristics

1006-4362(2017)03-0014-05

2017-03-18改回日期2017-05-19

P642.23

A

徐鹏飞(1991- )，男，硕士研究生，主要从事地质灾害及灾害发生机理等方面的研究。E-mail:2524536645@qq.com