秦 刚
(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院,云南 昆明 650051)
怒江地区泥石流形成机理初探
秦 刚
(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院,云南 昆明 650051)
结合具体工程实例，从地形地貌、气象与水文方面入手，对怒江地区泥石流形成条件进行了深入剖析，并对泥石流的地形、冲蚀、淤积物和植被特征进行了阐述，为野外鉴定泥石流提供了参考。
泥石流，地形，冲蚀，植被
1 概述
由于怒江州处于西南边陲的横断山脉地区，山高水深，怒江、澜沧江、独龙江等三大水系及南北向的云岭、碧罗雪山、高黎贡山、担当力卡山四大山脉将整个地区切割成一道道沟谷，恶劣的自然环境，将外界与西南间隔，整体形成山高、坡陡、谷深、水急的三大峡谷。全州98%以上的面积都是高山峡谷，76.6%的耕地坡度均在25°以上，可耕地中高山地占28.9%，山区半山区地占63.5%，河谷地占7.6%。整个怒江州地区难以寻找一块平地，甚至州政府所在地也在高山峡谷中的山腰缓坡地带。
由于电力建设需要，作者被邀请进入怒江流域的一条二级支流——昌凹河，进行选址阶段的地质灾害的调查。作者在2012年2月及12月分别两次进入场地，恰逢当年7月发生一次20年一遇的泥石流，调查泥石流爆发前后的流域不同情景。
2 泥石流条件初步分析
场地所处的流域为怒江的二级支流，整体从西向东注入怒江。从地形地貌、物质储量和水量条件中均能发现显著的泥石流沟特征。
2.1 地形地貌
该泥石流沟为一典型的“羽”状流域形状，其中有两个较大的支流。沟内标高变化较大，形成典型的形成区、流通区和堆积区的条件。上游最大标高为4 101 m，下游入河口处为1 496 m，主沟总长度为12.2 km。整体落差为2 605 m，平均纵坡降为213‰。以主沟为例，按每1 000 m的纵坡比从上游向下游变化来看为：488‰，99‰，146‰，394‰，438‰，234‰，185‰，187‰，104‰，131‰，74‰，110‰。从纵坡比变化来看场地内上游6 km范围内均为形成区，中游2 km为流通区，而下游4 km为流通—堆积区，沟口约500 m靠近怒江处为堆积区(见图1)。
2.2 构造
该流域位于青藏高原向南延伸的贡山—褔贡褶皱带北段和腾冲褶皱带北沿部分，以南北向褶皱、断裂为主的怒江褶皱束内。区域上以变质岩广泛出露，酸性侵入岩极为发育为特征，高黎贡山断裂、怒江大断裂、交统—格拉米断裂、白汉洛—齐得断裂紧密排列，流域附近南北向大型断裂与小型褶皱密度均较大，所在区域地质构造复杂。其中高黎贡山断裂和怒江大断裂均从流域内切割而过。由于整个构造的影响，区域形成了南北向的条带状的地质应力分布特征。受到该构造影响，场地内的岩体节理裂隙发育，上游形成区的滑坡、崩塌等隐患点很多，形成流域内重要的物源基础来源。
2.3 气象与水文
由于高黎贡山巨大的山体阻挡了西北寒流的侵袭，印度洋的暖湿气流在高大山脉下易形成降雨。流域内气候具有降雨周期长、暴雨频发的特点。治理工程区每年4月底至9月为降雨集中的季节。根据县气象站观测资料，贡山县多年平均降水量1 778.5 mm，24 h最大降水116.4 mm，1 h最大降水29.9 mm，历年最大暴雨记录116.4 mm。根据对县城30年降雨量资料搜集，采用实测气象站30年的年一日最大降雨统计均量，推求20年一遇标准下的年24 h最大降雨均量(H24)，换算系数为1.566，H24=1.566×76.44=119.71 mm。
2.4 物源条件特征
流域范围内物源丰富，主要为上游的形成区产生的崩塌、滑坡及漫滩冲洪积堆积物。
由于场地所处的地理位置造成了降雨极其丰富，全年均有降雨，且4月～9月尤其丰富。场地两侧的植被覆盖率较好，而第四系的坡残积较薄一般为0.5 m以下，至坡脚处则为1 cm～2 cm。受构造影响，场地内的岩体形成了4个主要节理面：J1=358°∠21°；J2=240°∠80°；J3=80°∠20°；J4=169°∠41°。这些节理主要受到地质构造的因素产生，甚至对河道的方向产生了巨大的影响作用。主支流的方向受到了J1,J2节理的共同作用。在该分支流域内可见较大的崩滑体堆积物和大的不稳定边坡。这些边坡随着河流冲击浸泡，不断的从节理张开、剥落再继续形成。
由于场地内河流搬运侵蚀的作用强烈，河床及两岸有大量的第四系冲洪积物，在降雨的冲刷下逐步少量的在坡脚聚集或随河水与卵石、碎石在漫滩处、河道拐弯处沉积、堆积，遇到较大的泥石流会被卷起或形成滑坡，分解成泥石流物源中的细颗粒物质。
3 泥石流启动特征
泥石流如何爆发，爆发的规律特点是什么，一直以来是所有经典教科书内或国内外工程类著作中较少提及的。云南省东川泥石流的爆发的主要因素是之前的采矿活动对整个地质环境的破坏，但是这种集中规模的爆发仍然属于少数。就大部分泥石流灾害而言，都是由于地质环境的渐渐改变影响而慢慢积累，达到一定的时间点发生的。自然界成就的泥石流爆发的周期往往是20年，30年甚至50年～100年的，这个周期已经超过了一个地质专业从业者的工作周期，甚至超越了一个居住于此的人类的生命周期。所以我们实际上缺乏足够的泥石流爆发案例来推断和验证我们对泥石流爆发启动的规律验证。
本次所举的怒江二级支流泥石流恰恰为我们提供了较好的依据，使我们能够认识泥石流的发生和发展因果。
3.1 地形上的特点
昌凹河泥石流沟除本文2.1节提出的纵坡比达到了泥石流的地形条件外，还具有几个比较鲜明的特点：1)形成区的长度达到整个流域50%，流通区占总长度的16.7%，堆积区和下游的流通区间隔排列，区分不明显。该特征说明泥石流沟的发育时期为青年期，其向后溯源或产生物源的能力仍然很强，泥石流的物质主要危害对象在于中下游的流通区和流通—堆积区。2)流域内的河道较直，少量的漫滩区分布于中下游。该特征说明泥石流沟的河道较为稳定，而侧蚀作用已经大大减弱，河道的宽度和洪水、泥石流物质等的能量在爆发周期内仍然能够基本持平。漫滩的存在也说明了河水对沟内物质的搬运作用较为缓慢，沟内的卵石、漂石是泥石流物源的一个组成部分。3)昌凹河在上游2 km左右，地形忽然平缓下来，甚至达到了堆积区的纵坡比。但在岩性上(花岗岩种类)没有太大的变化。说明地质构造(高黎贡山断层两侧运动)在两侧形成了不同的抬升和下降作用造成了纵坡比的不连贯。4)昌凹河泥石流在沟口堆积，并使怒江向西侧淘蚀，形成一个凹岸，挤压并迫使怒江改道，说明历史上该泥石流曾有过更大规模的爆发，目前的爆发规模可能因为地质环境的变化大大减小了。
3.2 冲蚀特征
流域内的流通区、流通—堆积区及弯道附近有很多明显的冲淤、冲蚀痕迹，可作为泥石流爆发一些推测依据。1)流域的中下游大部分河床地段都被冲蚀形成底部“U”字形，有些形成了漫滩，但是堆积物分层特点比较明显，可确定堆积年代的不同。2)漫滩位置存在多年沉积物，被山上村民种植了核桃树、红豆杉等，表明河道内泥石流整体较为稳定，泥石流爆发的频率或者规模周期至少在10年～20年，不会频繁对岸坡产生破坏，可以允许村民在某个接受的周期内种植经济作物。3)中游以上流通区内两侧整块岩石表面光滑干净，说明了洪水的水位较高，足以充满6 m高的河道截面。宽阔岸坡处侧蚀明显。下游漫滩堆积明显且年代较早。4)2012年7月泥石流爆发前，河道内宽度一般在3 m～15 m之间，至泥石流爆发后，河道最窄处被冲蚀扩展至5 m～10 m，但大部分岸坡只是形态受冲淤改变，主体河道的形态、宽度等变化不大。这说明本次的泥石流爆发规模应属于昌凹河泥石流爆发历史中的较为平常的强度。
3.3 淤积物的特征
流域内淤积物分布较分散有如下几个特点：1)2012年7月前，淤积物主要分布于沟体的流通区、流通—堆积区和堆积区。其中堆积区位于场地下游入江口，形成较为明显的扇形，但是面积较小，长度仅达到整个流域的4%。中间的流通—堆积区主要是河道底部沉积着大量的漂石，受流水影响，很少见卵石及砂、土等，而分布于漫滩处的淤积物表层以砂、卵石、粘土为主，植被覆盖茂盛，底部为大块的漂石、卵石等。这点说明了场地内的淤积物中漂石、卵石均为泥石流等灾害带来，而河道内水流的搬运砂、卵石的能力极强。2)淤积物多分布于漫滩、弯道处。淤积物为多年沉积，根据现场的物探和坑探资料显示，漫滩上大部分卵石、砂砾在表层1 m范围分布较多，1 m以下则以充填物形式分布于漂石之间。这点也说明泥石流爆发时，表层的卵石、砂砾均会启动，形成一部分物源。2012年7月泥石流过程中以河道为中心的大部分砂卵石、漂石均作为物源向下游移动。3)漫滩、下游的淤积物堆积年代较远，应在30年～50年以上，上游的淤积物堆积年代较近，在20年～30年以内。这表明，泥石流爆发时，在源头附近规模可能不大，仅具备了启动的要素，而随着泥石流向下游滚动搅拌作用，大量的水和细颗粒的砂、卵石形成了较大的均匀的和越来越大的包裹流体。4)下游的淤积物露头可明显见分层特征，表明各沉积的时间，泥石流的作用大小。以下游2 km处最大漫滩为例，本次泥石流爆发时，将岸边的淤积物切割侧蚀，形成较完整的断面，岸坡顶部1.5 m厚度沉积为新的砂卵石层，中间有一个清晰的植被层，以下则是老的沉积层。5)漫滩淤积物的表层1 m以卵石、砂、粘土为主，以下为大块漂石为主，粒径在50 cm～3 m为主，个别达到10 m，孔隙一般充填较好。
3.4 植被特征
1)场地的植被可代表泥石流活动的范围。泥石流沟沟底以卵石为主，河床的裸露部分在少水期也不见植被分布。中下游地区的河漫滩上多分布有杂草、菜地及经济树木，树木的尺寸一般在漫滩中线附近约10年的树龄，两侧村级小道旁高于岸坡数米，乔木则有50年树龄，但是为数不多。2)场地两侧以6 m为界，高于此高程基本植被丰富，大量的草类和少量的乔木灌木；高程以下则多卵石、块石覆盖或者出露基岩。泥石流冲击过程中的影响高度最高在6 m，若受地形影响，开阔处泥石流流体痕迹高度会下降。
4 结语
1)怒江地区泥石流灾害是一种常态，在其支流流域内其规模属于中小型，主要的发生因素和其特殊的抬升板块地质构造、丰富的降雨分不开的。在怒江地区甚至横断山脉进行场地选址建设需要密切重视这点。2)泥石流灾害的物源、地形和水三大因素有其细微的研究之处。物源是在水作用下的风化长期结果和地质构造影响的深层原因的共同结果，这个因素由于发生的周期长，可能会被地质工作者所忽略；水的因素应考虑气候的影响，最好跟踪整个的水文年，对场地的汇水进行。一般在地质调查中，很少会多次进行，泥石流流域内由于经验较少，应增加调查次数，尤其是对水文、沟底沉积变化、冲淤变化等进行跟踪的周期性观察，才容易建立起较为真实的地质演化概念。3)泥石流野外排查中主要是地形和冲淤现象的调查，坡比的变化特点、河道的曲直、河道的宽度变化均反映了泥石流灾害的可能性、规模性和强度等。冲淤的堆积物一般在弯道处，可通过堆积龙头高度、堆积物成分、分层情况来鉴定泥石流爆发的频率、周期和强度。4)植被的种类和生命长度反映了在沟内微环境下的生长条件，也间接反映了泥石流在沟内的活动情况。5)周边的居民居住地和他们的历史经验是泥石流调查研究的最有力证据。6)对于这种青年期的泥石流，危害对象最大的是中下游地带漫滩、缓坡区域居住的人及设施等，因为整个泥石流纵坡比上游陡下游缓，而在中游地区坡比下降很快，加之河道漫滩增多，能量释放很快。泥石流会淤积和重新聚集能量，造成较大危害。7)泥石流的演化发展推测是个较为经验性的工作，但是仍然可以从自然界中找到证据。若需进一步研究泥石流，其实应该从流域地质构造的变化速度、年度新增加的物源灾点方量，年度河道淤积和携带的物源总量进行推测验算，可以较为准确的得到泥石流爆发的规律。
[1] 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院.220 kV贡山变电站泥石流专项勘查及防治方案[Z].2013.
[2] 王继康，黄荣鉴，丁秀燕.泥石流防治工程技术[M].北京：中国铁道出版社，1996.
[3] DZ/T 0220-2006，泥石流灾害防治工程勘查规范[S].
DiscussiononthedebrisflowformationmechanisminNuRiverarea
QINGang
(KunmingSurveyDesignResearchInstitute,ChinaNonferrousMetalIndustry,Kunming650051,China)
Combining with specific projects examples, from the topography, meteorological and hydrological, this paper made in-depth analysis on debris flow formation conditions in Nu River area, and elaborated the topographic, erosion, sedimentation and vegetation characteristics of debris flow, offered reference for field evaluation of debris flow.
debris flow, topography, erosion, vegetation
1009-6825(2014)14-0079-03
2014-03-07
秦 刚(1978- )，男，硕士，工程师
P642.23
：A
