汶川地震强震区震后10年泥石流活动特征遥感动态分析
——以平武县石坎河流域为例*

赵 聪，梁京涛，谢忠胜，佘 涛，张 肃

(1.四川省地质调查院 稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室 四川 成都 610081；2.中国地质科学院探矿工艺研究所 中国地质调查局地质灾害防治技术中心 四川 成都 611734)

汶川8级地震诱发了大量的崩塌、滑坡次生地质灾害，造成了灾区极为重大的生命财产损失[1-3]。地震灾区内发育的崩塌、滑坡为泥石流的活动提供了丰富的松散固体物质来源，使得泥石流将成为了震后灾区最为主要的一种致灾类型[3-8]。有学者研究表明地震灾区的地质灾害将在5～10年后显现[9]，地质灾害将持续20～25年乃至更长时间才能最终恢复到震前水平[10-11]，也有部分学者认为汶川强震区的滑坡及泥石流将持续近10年[12]，但震后灾区在长时间内地质灾害发展演变状况的监测研究仍相对较少。石坎河流域位于汶川地震发震断裂即映秀-北川断裂带的东河口-南坝段，为2008年汶川地震的极重灾区，本文采用多期遥感解译以及地面调查的技术方法，研究分析了震后10年的石坎河流域的泥石流发育概况以及其发展演变规律，为今后地震灾区的防灾减灾工作提供支撑，也对地震灾区地质灾害持续时间、发展趋势等灾害后效应分析研究工作有着重要的参考价值。

1 区域地质环境背景及流域概况

1.1 区域地质环境背景概况

石坎河流域位于四川省平武县南坝镇至水观乡段，为涪江一级支流，沟口地理坐标： 104°50′20″E、32°12′10″N，与平武县城直线距离约37 km。据郭岐山等[13]，将石坎场镇西北方的洪溪河取至牛圈沟，并将其定为一级支沟，并将石坎场镇东北方的兴坪沟也定为一级支沟，流域总面积为74.11 km2。流域内地势整体呈北东高、南西低，主沟总长8.62 km，海拔高度多处于800～1 500 m范围之间，最高处为2 310 m，沟口石坎河与涪江交汇处为685 m，相对高差达1 625 m。主沟道相对宽缓，平均纵比降为75‰，两岸支沟斜坡坡度多为25～45°，支沟平均纵比降均为300‰以上，流域内这种地形十分利于降雨的快速汇集。

石坎河流域地貌上为构造侵蚀中切割低中山-中山地貌、斜坡冲沟地形，构造上位于扬子准地台、西秦岭褶皱带、松潘-甘孜褶皱带三大一级大地构造单元的结合部位[14]。青川-古城断裂、虎牙断裂以及汶川地震发震断裂(映秀-北川断裂带)三条主要断裂在流域内均有分布，其中映秀-北川断裂带南坝段沿石坎河主河道展布，断层致使区内新构造运动强烈，崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象十分发育。整个流域主要由志留系、寒武系、震旦系基岩和第四系松散层组成，主要出露千枚岩、灰岩、白云岩、板岩、变质砂岩等，受断裂构造影响，整个流域内岩体结构较为破碎。

1.2 泥石流暴发历史

石坎河流域在汶川地震前近20年内未发生过泥石流，汶川地震致使流域发育大量崩塌、滑坡的松散物源堆积于沟道内，再加之区内人类工程活动强烈，为开采锰矿，修建了矿山公路、采矿隧洞，使得石坎河在震后成为潜在泥石流流域，并相继发生了6次大规模泥石流灾害：

(1)2008年“9.24”泥石流：2008年9月24日，平武县遭遇50年一遇大暴雨，暴雨导致地震所诱发的滑坡进一步运动，石坎河流域暴发大规模泥石流，大量松散物源进入主河道，河床底被大幅提高[14]。

(2)2009年“7.16”泥石流：2009年7月15日凌晨至7月17日，平武县普降大到暴雨，造成石坎河流域内发生大面积山体滑坡及泥石流，南坝水观道路多处垮塌，致使石坎乡、水观乡成为孤岛，石坎河河床进一步抬升。

(3)2010年“8.13”泥石流：2010年8月12日晚至8月13日凌晨，平武县遭遇强降雨，石坎河流域内日降雨量达223.3 mm、1 h最大降雨量达60 mm，流域内多条支沟均暴发大规模泥石流灾害。

(4)2011年“8.20”泥石流：2011年8月20日，南坝镇突发暴雨，石坎河流域降雨量达118 mm，致使洪溪河、兴坪沟等多条支沟暴发泥石流[13]。

(5)2013年“7.9”泥石流：2013年7月9日晚至7月10日凌晨，石坎河流域内发生强降雨，累计降雨量达800～1 150 mm，石坎河流域内暴发群发性泥石流，为震后该流域内最大规模的一次泥石流，大量房屋、工厂被冲毁，造成重大财产损失[13]。

(6)2018年“7.11”泥石流：2018年7月9日至7月11日，平武县普降暴雨，南坝镇及石坎乡为降水最为集中地区，降雨量超过360 mm，南坝镇通往石坎乡道路中断，泥石流掩埋路面一度超过2 m，道路损毁严重，石坎地区沦为“孤岛”，直接经济损失达1.29亿元(图1)。

图1 石坎河河道淤积

1.3 泥石流发育概况

图2为2018年2月12日石坎河流域高分二号卫星影像数据，空间分辨率为0.8 m。本文采用该数据对石坎河流域震后10年泥石流发育情况详细解译，研究区内共解译泥石流15处，沿石坎河及其主要支沟洪溪河、兴坪沟两岸分布(表1)。

图2 石坎河流域影像图

结合泥石流发育概况及暴发历史可知，石坎河流域泥石流活动主要呈现以下几个特征：①在汶川地震之后，石坎河流域每年汛期均会暴发泥石流，较震前相比，泥石流暴发频率增大，泥石流启动雨量和雨强降低。②石坎河流域沿主河道分布了大量泥石流沟，均以小规模为主，每年雨季泥石流暴发呈现明显的群发性。③石坎河流域支沟狭窄，纵坡降均较大，主河道相对宽缓，导致泥石流发生后支沟沟道以下切为主，而主河道淤积严重，河床抬升明显。

针对石坎河流域内泥石流活动特征，本文选取区内余家沟泥石流(N10)以及蚂蟥沟泥石流(N7)作为典型研究对象，采用多期遥感影像解译对其震后10年泥石流变化趋势进行调查研究。

2 余家沟泥石流的动态变化特征

2.1 余家沟泥石流概况

余家沟泥石流沟口地理坐标32°14′44.34″ N， 104°53′24.56″ E，流域面积2.2 km2，主沟长约3 100 m，流域上游最高点分水岭处海拔1 950 m，沟口海拔810 m，相对高差1 140 m，主沟平均纵比降368‰。在2008年之前，余家沟为一常年流水冲沟，从未发生泥石流。5.12汶川地震导致沟谷两侧形成大量崩滑堆积体，使其成为一条潜在泥石流沟。2009年该沟上游处发生小规模泥石流过程，沿主沟道中部堆积，并未运动至沟口。2013年7月9日，在强降雨条件下该沟暴发小规模泥石流，沟口大量农田、房屋及公路被淤埋。2018年6月，该沟暴发中型规模泥石流，泥石流冲出固体物质总量约3万 m3，使得沟口道路被淤埋，沟口河床抬升约3 m(图3)。

图3 余家沟泥石流沟口堆积物及威胁对象照片

余家沟在区域构造上位于南坝断裂，即龙门山中央断裂(北川-映秀断裂)带的分支断裂，断层走向北东-南西向，呈舒缓波状延伸，断面倾向北西，倾角为30°～40°，流域中下游位于断层上盘，出露岩性为油房组变质砂岩及凝灰质砂岩，以及邱家河组碳硅质板岩夹硅质板岩，流域上游位于断层下盘，出露岩性为韩家店组绢云板岩、灰岩以及变质砂岩，受断裂构造影响，流域内岩体结构较为破碎。

2.2 2010年2月8日遥感调查

2010年2月8日QuickBird卫星影像如图4a所示，该沟物质来源类型主要为崩滑堆积物源、沟道堆积物源和坡面堆积物源三类。根据统计，流域内共发育崩滑堆积物源16处，其中崩塌13处，面积约17.43万 m2，滑坡3处，面积约6.97万m2(图4a)；从空间分布上来看，崩滑类物源在流域中上游处均有分布，其中崩塌主要分布于流域中游两侧以及上游右侧地形坡度较为陡峻斜坡处，滑坡主要分布于流域中游两侧斜坡处，发育面积较大，崩滑堆积物源是该沟主要物质来源。如图4a所示，该沟主沟道内可见较为明显的灰白色泥石流堆积体，自流域中游B07至H01下游处，呈条带状分布延伸，长约1 800 m，宽约10～30 m，沟口段未见明显沟道堆积，说明该沟在2008年汶川地震后至2010年2月间发生了小规模泥石流过程，但泥石流并未运移至沟口；从影像特征看，右岸B06和B07堆积体表部下滑运动的特征较为明显，为此次泥石流运动的主要启动物源，B07堆积体上游所分布的B08、B09以及B10堆积物源尚未运动至主沟道内，B07堆积体以上沟道内未见明显的新近堆积物；此外，该沟流域形态呈栎叶形，沟谷形态发育，地形较为陡峭，利于雨水汇集。由此可知，该沟具备全流域发生泥石流的可能性。

图4 余家沟泥石流遥感影像图

表1 石坎河流域泥石流统计表

2.3 2018年2月19日遥感调查

2018年2月19日WorldView-2卫星影像如图4b所示，震后10年，该沟流域内发育了崩塌12处，面积约15.77万 m2，滑坡3处，面积约6.32万 m2(图4b)；相较于2010年，崩塌减少1处，面积减少1.66万 m2，滑坡数量未减少，面积减少0.65万 m2。在8年间，崩滑堆积体数量及面积减小幅度较低，其原因应与平武县雨季的降雨强度和物源堆积规模及坡度有关。强降雨条件下，物源体表部植被快速恢复的同时，多次强降雨导致陡坡处物源体表部恢复植被多次破坏，致使生态环境修复速度较慢。同时B06，B07堆积体以上沟道内未见明显新近堆积，而堆积体至沟口段可见较为明显的条带状沟道堆积，长约2 000 m，宽约15～50 m，相较于2010年，沟道堆积物长度及宽度显著增大，该沟泥石流进入活跃期。

2.4 2018年6月29日现场调查

2018年6月26日余家沟暴发了中型规模泥石流，泥石流冲毁沟口乡村公路，处于施工过程中的防护堤局部损毁，2号拦挡坝运行正常，其所拦挡泥石流物源以细颗粒物质为主，堆积物厚约1～2 m，剩余库容较大，拦挡坝未见明显破坏迹象，整体稳定。2号拦挡坝处H01堆积体坡脚处受流水切割拉槽，大量物源启动，为此次泥石流活动的主要贡献物源。由前文分析可知，此前该沟泥石流启动物源以流域中上游松散堆积物为主(图5a)，在2018年采取工程治理后，两道拦挡坝正常运行，流域中上游物源未见明显启动，启动物源逐渐转变为流域下游的沟道堆积以及两侧斜坡松散堆积体(图5b)。

目前，2号拦挡坝下游主沟道内仍残留大量堆积物源，沿主沟长约650 m，宽约25～45 m，厚1～2 m，估算方量超过2万m3；堆积体呈杂乱堆积，粒径大小不一，最大可达2×2×3 m，具有较大冲击力，在未来持续降雨作用下，再次暴发泥石流可能性较大。

图5 泥石流启动物源变化

3 蚂蟥沟泥石流的动态变化

3.1 蚂蟥沟泥石流概况

蚂蟥沟泥石流沟口地理坐标32°14′1.32″ N， 104°52′24.29″ E，流域面积1.9 km2，主沟长约1 900 m，流域上游最高点分水岭处海拔1 500 m，沟口海拔760 m，相对高差740 m，主沟平均纵比降389‰。沟口可见大量泥石流堆积物，堆积扇保留相对完整，堆积扇长约180 m，宽约220 m，厚度10～15 m(图6)。区内出露岩性主要为油房组变质砂岩及凝灰质砂岩，以及茂县群千枚岩夹灰岩及砂岩。

图6 蚂蟥沟泥石流野外照片

3.2 2002年11月8日遥感调查

2002年11月8日QuickBird卫星影像如图7a所示，该沟下游左岸发育一特大型老滑坡堆积体，该滑坡堆积体挤压沟道，沿斜坡堆积，在该滑坡堆积体下部新发育两处滑坡H01和H02，面积分别为2.24万 m2和3.05万 m2，两处滑坡堆积体上植被发育茂盛，滑坡边界特征明显，后缘均发育一组垂直于坡向的拉张裂缝，且拉张裂缝已贯通。该沟可见明显泥石流扇形堆积特征，扇面较老，未见明显新近堆积痕迹，堆积扇面积为3.44万 m2。推测该沟早期曾发生过泥石流过程，沟口左岸老滑坡堆积体为其主要物源来源，在常年流水冲刷作用下，滑坡堆积体逐渐平衡趋于稳定，松散物源减少，该沟泥石流处于停歇状态。

3.3 2010年4月23日遥感调查

2010年4月23日QuickBird卫星影像如图7b所示，汶川地震后，流域内滑坡、崩塌灾害数量及分布面积显著增多，共发育11处崩滑堆积物源，其中崩塌7处，面积约4.09万 m2，滑坡4处，面积约23.86万 m2。沟口泥石流堆积扇面积增长至5.89万 m2，相较于2002年，堆积扇面积增大了71.22%。下游主沟道及沟口位置影像纹形细腻，堆积特征明显，未见明显大石块堆积，以碎块石土等松散物质为主。

图7 蚂蟥沟泥石流遥感影像图

相较于2002年，流域下游左岸原滑坡堆积体H01和H02所在的老滑坡重新复活，已整体失稳下滑，形成新的大型滑坡H02，滑坡H02后缘滑壁上可见大量坡面松散堆积，受雨水冲刷作用，斜坡表面冲沟发育，坡面松散物质不断被带走，向沟道下游运动。堆积体H03沿坡脚堆积，受沟道水流冲刷作用，堆积体H03前缘及左侧逐渐形成下切拉槽。大量松散物源被水流带至沟口堆积，沟口堆积扇面积显著增大。同时，H02堆积体以上沟道内未见明显新近堆积，由此推断，流域下游左岸H02和H03堆积体为该沟泥石流主要物质来源。

3.4 2018年2月19日遥感调查

2018年2月19日WorldView-2卫星影像如图7c所示，在震后第10年，该沟流域内仍发育崩塌7处，面积约4.09万 m2，滑坡4处，面积约23.86万 m2，相较于2010年，流域内物源分布数量及面积均未见明显变化，沟口泥石流堆积扇面积为5.97万 m2，仅比2010年堆积扇面积增大1.36%。流域下游左岸H02和H03滑坡仍为该沟泥石流主要物质来源，8年来，滑坡总体边界范围较为稳定，受雨季降雨作用影响，H02滑坡坡体表部松散物质减少，冲沟不断加深，堆积体H03前缘及左侧拉槽下切侵蚀，坡面堆积物源以及滑坡堆积物源逐步运动至主河道。

4 震后泥石流活动特征分析

综合前文对余家沟以及蚂蟥沟震后10年动态变化分析可知，汶川地震使得灾区泥石流发生了显著改变，主要体现在以下几方面。

(1)泥石流发育阶段变化

受汶川地震影响，震区泥石流流域内物源极为丰富，高密度的物源发育特征导致流域属性及泥石流发展阶段发生显著变化。以余家沟为例，某些洪水沟或常年流水沟转化为泥石流沟。以蚂蟥沟为例，处于停歇期的老泥石流沟重新复活，进入发展期。

(2)主要贡献物源类型演化

根据泥石流物源成因和分布位置，大概分为斜坡崩滑堆积物源、沟道堆积物源。震区内泥石流物源类型演化，主要表现为处于斜坡表部的崩滑堆积体转变为泥石流沟道堆积。受地形坡度影响，震后形成的崩塌、滑坡物源经过几次汛期影响，大量进入沟道，转变为沟道堆积物，或以泥石流堆积物的形式沿主沟堆积。

(3)工程约束下，泥石流起动机制变化

汶川地震后，灾区内众多泥石流均采取了工程治理措施，但治理效果参差不齐。部分泥石流沟在工程治理约束条件下，其形成机制和运移过程发生较大变化，启动物源分布位置发生变化，主要启动物源类型由坡面物源转化为主沟道堆积物源，如余家沟泥石流，工程治理后泥石流启动物源主要为拦挡坝下游处主沟道堆积和早期滑坡堆积体。

(4)泥石流堆积区演化

震区泥石流受物源丰富程度控制，具有发生频率高、冲出量大、破坏性强等特点，在主沟与主河交汇处形成大量泥石流扇形堆积，进入主河堆积体进一步抬升河床，对主河两岸或沟口附近居民造成影响，如余家沟泥石流以及蚂蟥沟泥石流均表现出不同程度的河床抬升，造成道路通行困难，场镇局部淤埋，对该区域地质环境造成较大影响。

5 结论

本文以石坎河流域为例，采用地面调查以及遥感解译相结合的手段，对汶川地震重灾区震后十年泥石流活动特征演变规律进行研究分析。主要得出以下结论：

(1)石坎河流域沿主河道分布了众多支沟，每年雨季石坎河流域泥石流暴发呈现明显的群发性。在震后十年间，流域内崩滑堆积体数量及面积总体均呈下降趋势，但残余物源方量仍较高，泥石流仍具有发生频率高、冲出量大、破坏性强的特点。

(2)汶川震区的高密度物源发育特征导致区内部分洪水沟或常年流水沟转化为泥石流沟，以及某些处于停歇期的老泥石流沟重新复活，进入发展期。

(3)受地形坡度以及汛期影响，地震所形成的崩塌、滑坡物源，在震后10年间大量进入沟道，转变为沟道堆积物，或以泥石流堆积物的形式沿主沟堆积。

(4)部分泥石流沟在采取工程治理措施之后，仍会继续发生泥石流，这是由于在工程约束条件下，启动物源分布位置以及物源类型发生较大改变，泥石流形成机制和运移过程也就相应发生变化。

(5)震区泥石流在主沟与主河交汇处形成大量泥石流扇形堆积，进入主河堆积体进一步抬升河床，给主河两岸或沟口人民生产生活造成不便，影响该区域地质环境。