云南省维西县三家村泥石流特征论述

云南省维西县三家村泥石流特征论述

陈荣彦1   张丹2 李自强1

(1.云南地质工程第二勘察院有限公司，昆明，650218；2.云南地矿工程勘察集团有限公司，昆明，650032)

摘要：云南省维西县地处“三江并流”核心区，泥石流灾害发育。本文以县城附近的三家村泥石流为例，通过调查，分析其特征、形成原因，计算包括流速、一次泥石流过程总量等参数，并对泥石流活动性进行评估，总结出三家村泥石流为暴雨激发、崩滑型、沟谷泥石型、小型高频发展期稀性泥石流，可为三家村泥石流防治提供参考。

关键词：泥石流  特征  形成原因  参数计算   活动评估

泥石流是高山峡谷区常见的一种自然灾害，是一种饱含大量泥沙石块和巨砾的固液两相流体，呈粘性层流或稀性紊流等运动状态，是地质、地貌、水文、气象、植被等自然因素和人为因素综合作用的结果，具有发生突然、来势凶猛、历时短暂、大范围冲淤、破坏力极强的特点[1]。云南省维西县地处“三江并流”核心区，区内峡谷陡峭、降水集中，自然环境极易受内外动力的影响，泥石流灾害发育[2]。做为云南省泥石流高聚居区[3]的县份之一，维西县城区也被列为是云南省除德钦县城外地质灾害最危险的县城[4]。而三家村泥石流位于永春河上游，随着县城区范围不断扩大，对县城区安全造成威胁。本文通过分析三家村泥石流的基本特征、成因机制，对动力学特征进行计算，为泥石流防治提供参考依据。

三家村泥石流位于维西县永春乡西北角，紧邻县城驻地保和镇，属高原温带山地季风气候区，具冬春季长、夏秋季短、日温差大、降雨集中、立体气候明显等特征。三家村河是澜沧江一级支流永春河右岸支流，流域面积16.92km2，高差1170m，海拔2500m以上地区地形陡峻、沟岸侵蚀强烈；海拔2500m以下为中低山侵蚀堆积地貌。流域出露第四系残坡积层、冲积层、泥石流堆积层，基岩出露三叠系上统三合洞组（T3s）灰岩，歪古村组（T3w）砾岩、砂岩、泥岩，攀天阁组（T3p）细碧岩、角斑岩、英安岩、流纹岩，并透镜状出露三叠系（Trπ）花岗斑岩。

1泥石流特征概述

1.1 泥石流形成条件

1.地形条件

三家村处于澜沧江流域构造侵蚀高中山地貌区，地形变化大，不同部位的地形坡度也有所不同。流域中、上游地带切割深度10～30m，横断面多呈“U”型，沟床纵坡降80～250‰，地形坡度25°～50°，以侵蚀作用为主；下游及沟床部位为侵蚀堆积地貌，沟底堆积卵石、块石、漂石等。总体上，该沟流域斜坡地形陡峻，沟床纵坡呈现中、上游陡，下游缓的特征，具有诱发形成泥石流的典型地形条件。

2.水源条件

2400m以上区域及沟谷两侧为泥石流水源区，汇水面积达16.71km2，地表汇水主要来自于大气降水。每年雨季的7～10月，降水补给丰沛、多单点暴雨，由于地形坡度大，降雨后汇流迅速，同时由于沟床纵坡陡，沟谷冲刷携带能力强，一旦遇连续强降雨或大暴雨，迅速汇集的地表水集中下泄，为泥石流的形成提供了强劲的水动力条件。

3.物源条件

物源主要包括不良物理地质体、沟床松散堆积物、沟岸残坡积层等。不良物理地质体主要是流域内发育的2个小型滑坡，1个中型崩塌，13个小型崩塌，处于不稳定状态；沟床松散堆积物主要集中在沟口以上至啊洒洛村一带沟床内；沟岸残坡积层主要集中在流域中、上游的斜坡部位。各类松散物储量较大，为泥石流提供了丰富的固体物源条件。经调查统计，松散固体物储量1106万m3，可移动方量29.84万m3。

1.2 泥石流流体特征

经访，泥石流为稀性泥石流。固体物质一般被冲淤至下游沟床纵坡较缓地段，部分堆积于沟口或被带往下游的永春河主河道，物质成分以漂石、卵石、砾石、砂土为主，其中卵、砾石占60%左右，漂石约占20%，最大块径1.0m，一般0.2～0.5m，成分多为砂岩，英安岩、凝灰岩等，磨圆度差，无分选性。泥石流流体密度（ρc）采用形态调查法和现场测试试验综合确定，采用配方试验测得的泥石流流体密度为1.42t／m3，固体物质比重2.46t／m3。

1.3 泥石分区特征

泥石流属沟谷型，具备形成泥石流的地形、水源和固体物质三个要素，主要是暴雨洪水激发，形成、流通、堆积区基本明显。海拔2500m以上区域为泥石流水源区，汇水面积约12.61km2，因地处强降雨带，雨季降水丰沛、多单点暴雨，受地形条件影响，降雨后地表汇流集中迅速，为泥石流的形成提供了强劲的水动力条件。该区人类活动弱，植被覆率大于70%，沟谷切割深度大，沟床纵坡降260～380‰，谷坡较陡，地形坡度一般25°～50°，斜坡表面多为第四系残坡积(Q4el+dl)覆盖，厚度0.5～3m。受区域构造作用影响，分布的三叠系凝灰岩、流纹岩、英安岩等浅表部风化强烈，岩体多呈碎裂结构。

海拔2400～2500m段沟谷两岸斜坡为泥石流物源区，面积约2.92km2。该区人类活动相对较强，植被覆盖率大于50%，沟谷切割深度较大，谷坡陡，斜坡表面多为第四系残坡积(Q

4el+dl)覆盖，厚度0.5～3m。受区域构造作用影响，分布的三叠系流纹岩、英安岩等浅表部风化强烈，岩石破碎。该区松散固体物源丰富，沟岸或斜坡崩塌、滑坍发育，沟床堆积层厚度0.5～2m，并零星分布有人类工程活动产生的弃渣或垃圾等。该区是泥石流固体物源的主要补给区域。

海拔2350～2380m段沟床为流通区，面积约0.04km2，沟段长约480m，沟槽顺直，大部分呈“箱”型，沟床宽8～10m；纵坡62‰左右，切割深度10～50m。沟床松散堆积物厚度1～3m。局部段沟岸有宽3～10m，高1～3m的堆积阶地形成，并被沟水冲刷切割形成1～2m高的陡坎，沟岸多分布第四系冲洪积或残坡积层，基岩零星出露，在强降雨条件下易被冲刷流失而成为泥石流的固体物源；该沟段具有停淤及二次启动的冲淤交替汇流特征。

海拔2360m以下至沟口段为堆积区，面积约0.13km2，沟段长约800m，沟床纵坡75‰左右，沟床顺直狭窄，一般宽5～15m，沟槽几经改道，现状流水呈蛇曲状。堆积区堆积物属多次多期的泥石流、洪积堆积形成，早期形成的泥石流堆积已转化为洪积扇地形，现代泥石流堆积物主要沿沟床底部堆积，堆积厚度2～5m，局部厚度可达10m以上，堆积区面积约5万m2，体积约20万m3。根据访问和实地调查，最近一次规模较大泥石流发生于2014年7月10日，冲淤面积约为2000m2，平均冲淤厚度达0.5m，估算一次冲淤方量约1000m3，属小型泥石流。

2泥石流成因

泥石流成因主要有地质、地形、气象水文及人类活动因素几方面。其潜在成因主要是斜坡岩石破碎、风化强烈；崩塌、滑坡较发育，松散固体物丰富和降雨集中，强度大。

1.地质条件

区内岩性主要为火山角砾岩、细碧岩、英安岩及流纹岩等，虽均属硬质岩，但受区域构造影响，岩石节理裂隙较发育，特别是浅表岩体较破碎，抗冲刷能力弱，滑坡、崩塌较发育，溯源侵蚀作用强烈。坡面覆盖的残坡积及强风化岩层为泥石流提供了丰富的松散固体物源，同时沟床内亦堆积大量的松散物质，给泥石流的形成和发展提供了固体物源条件。由于流域内特别是形成区重力地质作用活跃，泥石流活动消耗掉的松散固体物质，很快就可以得到补充，给泥石流的频繁暴发提供了固体物源保障。

2.地形条件

该泥石流沟的形成区、流通区地形陡峻，降水易向沟内汇集，岸坡稳定性差，易产生滑坡、崩塌，不利于水土保持；沟床纵坡一般＞70‰，为泥石流的形成提供了有利的地形条件。

3.水源条件

工作区属低纬度高海拔北亚热带季风气候区，受印度洋孟加拉湾的暖湿气流影响，降水集中，雨量较充沛，年降雨量的80％以上集中在7～10月，多单点暴雨。每当流域的上游区域（水源区）发生较大强度的降雨，短时间内就会在主沟中汇聚成洪水，为泥石流的形成和运动提供充分的水动力条件。

4.人类活动

随着人类经济活动的增强，各种工程活动对流域地质环境、生态环境的影响也越来越大。流域内时常出现的山火毁林现象及部分地段陡坡耕植，诱发或加剧了水土流失；修路等不合理的弃渣堆放，为泥石流形成提供丰富物源。这些都直接或间接地加剧了泥石流的活动及发展。

三家村泥石流在以上成因条件下，其形成机理可归纳为：前期降雨使固体物质分散汇入沟床积累→暴雨激发启动→沿途沟底、沟岸刨蚀物质加入→泥石流稠度、流量不断加大→平缓地段堆积成灾。

3泥石流参数计算

3.1 清水洪峰流量、泥石流流量

1.清水洪峰流量

《云南省水文手册法》使用范围最广、时间最长，是经统计分析得出的研究成果，计算结果接近云南地区单位面积的常规值。

Qm=1.1×Kp×Kcp×F

式中：Qm—清水洪峰流量；

1.1—安全修正系数；

Kp—年最大洪峰模数；

Kcp—洪峰倍比系数；

F—流域汇水面积。结果见表1。

2.泥石流流量

泥石流流量采用雨洪修正法（东川泥石流流量公式）进行计算。雨洪修正法反映一次泥石流过程的最大流量，公式有多年的工作经验，计算结果可靠性较高。

QC= QB（1+φ）Dc[5]

式中：QC—泥石流流量；

QB—泥石流沟清水洪峰流量；

φ—泥石流修正系数，φ=（γc－1）/（γh－γc）；

Dc—稀性泥石流阵流堵塞系数；

γc—泥石流重度；

γh—固体物质比重。结果见表1。

表1  三家村泥石流清水洪峰流量、泥石流流量计算结果

3.2泥石流流速

三家村泥石流为稀性泥石流，计算采用东川泥石流流速改进公式：

   [5]

式中：—粗糙系数[6]。

—泥石流阻力系数，=（γHФ＋1）1/2，其中，γH—固体物质比重；

γC—泥石流重度；

Ф—修正系数，Ф=（γc－γw）/（γH－γc）;

—泥石流水力半径；

—沟床纵坡（‰）。计算结果为Vc=2.09m/s。

3.3泥石流冲起高度

1.泥石流最大冲起高度

[5]

式中：Vc—泥石流流速；g—重力加速度。结果为0.22m。

（2）泥石流受阻爬高[5]

式中：—迎面坡度的函数；Vc—泥石流流速；g—重力加速度；结果为0.36m。

3.4一次泥石流过程总量

计算采用《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）附录I规定的I.1.3公式进行计算。

表2    三家村一次泥石流冲出量计算结果

3.5泥石流弯道超高

[5]

式中：—弯道超高；

R2—凹岸曲率半径；

R1—凸岸曲率半径；

Vc—泥石流平均流速；

g—重力加速度。最大弯道超高计算结果为0.22m。

4泥石流活动评估

4.1 危险性等级

三家村泥石流历史久远，近年来泥石流每年均有不同程度的暴发，最近一次是2014年的7月10日暴发的小型泥石流灾害，造成主河道堵塞，并冲毁房屋4间，淤埋农田13亩，毁坏乡村道路2km，损毁河堤约120m，直接经济损失约160万元。目前主要威胁173户、692人，威胁资产约1400万元；并向永春河（经过县城）输送大量泥沙，加剧永春河的洪水泥石流危害。按《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006），泥石流灾情等级为小型，险情等级为大型。

4.2活动性评价

三家村泥石流历史上曾多次发生过规模不等的泥石流，并造成下游沟床两岸的数十亩农田被淤埋。2014年7月10日的一次小型泥石流，一次冲淤方量约1000m3，而规模在500～800m3的泥石流每2～3年就要发生一次，泥石流的暴发与降雨丰枯年份呈正相关，为高频泥石流沟。按《泥石灾害防治工程勘查规范》（DZ／T0220—2006）之附录G对泥石流易发程度进行评判，得分94分，确定属易发泥石流沟。泥石流属暴雨沟谷型泥石流，活动强度为强，目前处于发展期。

按《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）6.2.2对泥石流活动危险性进行评估：泥石流综合致灾能力F=8，综合致灾能力较强；受灾体（建筑物）的综合承（抗）灾能力E=7，综合承（抗）灾能力差；泥石流沟危险程度或发生机率（D）=泥石流的致灾能力（F）/受灾体的承（抗）灾能力（E）=8/7=1.14＞1，受灾体处于危险工作状态，成灾可能性大。

根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）附录J.2条，综合评判三家村泥石流活动性评判数量化评分值为21分，按量化分级标准，介于易活动区21～15分之间，属易活动的泥石流沟。

采用成都山地所刘希林于1996年提出的单沟泥石流危险度评价方法对泥石流危险度进行评价。

泥石流危险度计算公式为：

H=0.29M+0.29F+0.14S1+0.09S2+0.03S3+0.11S6+0.06S9[7]

计算得出三家村泥石流的危险度H值为0.41，按照分级标准，属中度危险泥石流。

5发展趋势

在泥石流形成过程中，诸如地层岩性、地貌格局、基本气候类型等自然因素相对稳定，短期内不会发生显著变化，对泥石流的影响也不会发生显著变；而诸如地震和降雨，具有较大的随机性，地震活动越强烈、降雨量变差系数越大，对松散堆积体的稳定性影响越大，越会加剧泥石流的活动和危害。近年来异常气候事件的增多及地震频发，自然条件对泥石流发展趋势的影响越加明显。

目前，三家村泥石流固体物源较丰富，降雨集中，水源充沛，溯源侵蚀作用强烈，形成区、流通区滑坡、崩塌定性差，活动性强，且加剧活动的可能性极大。松散物源占主导因素之一的沟床松散堆积物，目前大都堆积在沟床内，特别是中下游沟床内堆积物，泥石流启动二次搬运作用强烈，沟床及沟岸不稳定且具有变迁的特点，为泥石流提供了丰富物源；加之泥石流沟下游沟道两岸被公路、耕地挤占，沟道阻塞严重，疏排泥石流的能力较差，一旦暴发泥石流，危害极大。随着进一步发展，泥石流物源将逐步增加，泥石流有加剧之势。

6 结论及建议

1.三家村泥石流位于三江并流的核心区，地形上中上游陡、下游缓，不仅利于降雨汇聚、也是泥石流爆发的有利地形条件，每年雨季降雨量大且多单点暴雨，滑坡崩塌较发育、沟谷底部松散物丰富，具备发生泥石流的地形、物源、水源条件。

2.按《泥石流防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）附录A判别泥石流综合类型为：暴雨激发、崩塌+滑坡型、沟谷泥石型、小型高频发展期稀性泥石流。成因主要是地质、地形、水源和人类活动。

3.三家村泥石流灾情等级为小型，险情等级为大型；属中度危险的易发泥石流沟，处于发展期，活动强度强，发展趋势逐年加强，受灾体处于危险工作状态，成灾可能性大。

4.参数计算得到泥石流流量、沟口流速、最大冲起高度、受阻爬高、一次泥石流过程总量、弯道超高等，为泥石流防治提供数据依据。

5.根据三家村河泥石流特点，其物源主要来源于上游，而直接威胁对象主要在中游段，间接威胁对象处于入主河永春河左岸县城区，防治需从物源和承灾体两个方面考虑。物源区建议加强封山育林、禁伐禁牧的管理力度，减小水土流失和岸坡失稳的范围和力度；中下游沟谷物源则通过拦挡工程固床稳坡，总体减少移动物源量。承灾体段，则需顺应大自然，为泥石流排泄留出足够空间，禁止挤占河道，辅以必要的护岸工程；减少人为活动影响力度，合理规划弃渣、生活垃圾的堆放，减少物源。

6.雨季山谷中上游降雨量往往大于下游沟谷区，而中上游是泥石流爆发的水源区，应加强中上游雨量监测，可安装监测预警设备，设置合理阈值，提前预警，确保村民的生命财产安全。

参考文献：

[1]韩全芳，骆华松，韩吉全.基于人地关系的地质灾害探讨-以三江并流带兰坪县为例[J],云南师范大学学报（自然科学版）,2005,25(1):55-59

[2]潘懋，李铁锋.灾害地质学[M].北京:北京大学出版社，2002:112

[3]何树红，邹丽华，姜毅.云南省泥石流灾害空间分布特征研究[J].风险灾害危机研究，2018（1）:78-93

[4]杨再月，王邦阳.云南省二道河泥石流治理工程效果分析及改进[J],地质灾害与环境保护,2016,27(1):22-26

[5]中华人民共和国国土资源部.泥石流灾害防治工程勘查规范[S].DZ/T 0220-2006

[6]王继康.泥石流防治工程技术[M].北京:中国铁道出版社，1996:62-63

[7]Liu X.Assessment on the secerity of debris flows in mountainous creeks of southwest China[A]. Proceedings of International Symposium-Interpraevent[C], Garmisch-Partenkirechen, Germany, 1996,4:145-154