论文部分内容阅读
摘 要:针对叶城柯克亚乡波龙7.20突发泥石流灾害,现场开展了应急科学调查。对沟下游泥石流堆积区进行量测,对上游突发小型滑坡-堰塞湖-泄流全过程开展实时观察。结果发现:泥石流固体物质主要是晚更新世风积土滑坡和中元古变质岩及碳酸盐岩崩塌,水体来源主要是强降雨导致的上游洪水及堰塞湖溃决;沟谷上游以稀性泥石流为主,下游加入了崩塌块体及河道砂砾石,粘度有所增大;堆积区呈块石散落和淤积状态。据现场多个老堰塞坝推测,波龙沟泥石流发生周期约15~20年。现有停车场位于沟口堆积区,需加大极端洪水及泥石流排泄空间,拓宽排导沟槽净空。
关键词:波龙沟;泥石流;灾害链;实时观察
新疆年降水量不大,但日最大降水量或一次降水过程,与年降水之比的相对强度很大。这种降水集中特点与高寒山区脆弱的地质环境因素常导致新疆暴雨型泥石流的发生?。在EW走向与NS走向山系转折内凹段的叶城县,山体北坡大范围分布晚更新世风积土,为该区灾害性溃决型稀性泥石流发生的重要内因[1]。水量突增是泥石流发生的必要条件。叶城县降水量自平原向山区地势每增高100 m降水量增加10 mm左右,昆仑山北坡年降水量约350~400 mm,是平原区的7~8倍[2]。2016年叶城县柯克亚乡6村的7.6泥石流灾害调查研究表明,泥石流形成过程为:降雨→土质滑坡→滑坡坝→堰塞湖→堰塞坝溃决→泥石流[3]。按地貌类型,叶城县169处泥石流灾害点在中高山(3 000 m≤海拔<4 000 m)地貌类型中点密度最大,约1.19条/100 km2;按地面高程分级成的5个区中,II区(海拔2 082~3 224 m)泥石流最发育,总计86处?。
2017年7月20日晚叶城县柯克亚乡波龙突发泥石流,沟口(索克曼)停车场2辆轿车被洪水冲走,所幸该区人员被及时转移避免了伤亡。据当地牧民阿布里米提其介绍,泥石流过程大致为(新疆时间)21∶00开始下暴雨,间夹玻璃球大小冰雹,停车场上游山里传来很大声响;22∶00发生洪水,水头高出停车场地面约3~4 m;23∶00大块石被搬运下来。7月26日,我们在现场对泥石流发生情况进行调查,重点查明波龙沟泥石流发生的地质条件,尤其是在索罗龙村沟谷上游现场亲历了滑坡→堰塞湖溃决→洪水的灾害链完整过程。分析得出高位薄层风积土斜坡破坏的控制条件,揭示稀性泥石流为特征的灾害链发生机理。
1 地理和地质条件
研究区位于叶城县柯克亚乡普萨村南部牧场,地理坐标37°N、77.5°E,地处西昆仑山北麓。地势南高北低,海拔4 500~2 700 m。南部为陡峻中高山区,北部为风积土丘陵及冲洪积阶地、沟壑区。发生泥石流的波龙沟属柯克亚吾斯塘河支流。索克曼位于波龙沟口,索罗龙位于沟中部。出露地层从南向北由老变新,岩性主要为中元古界变质岩、碳酸盐岩。山区基岩斜坡上不完全覆盖晚更新世风积土[4]。地层岩性由新到老分述如下:
全新统 现代冲洪积砾石、砂土及风成细砂土堆积,分布在河谷中及山间洼地。
中更新统 冲洪积砾石、砾质细砂土及风积粉砂土堆积。前两者主要构成三级以上阶地,后者主要分布在南部基岩山坡上。
中石炭统库尔良群 灰-灰黑色细-中粒石英砂岩、细粒岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩、碳质粉砂岩、灰黑色页岩、泥晶生物屑灰岩、生物屑泥晶灰岩、泥晶砂屑灰岩、泥晶灰岩。底部以厚度较大的灰绿-灰白色薄-中层细-中粒石英砂岩与下伏下石炭统分界。
上元古界青白口系苏库罗克组 下部紫紅色泥质粉砂岩与灰岩不等厚互层;中部为灰黑色、浅灰色薄层粉砂岩夹砂岩;上部为灰色硅质岩、粉砂质泥岩、杂砂岩,水平层理发育。
中元古界蓟县系苏玛兰组 下部紫红色叠层石灰岩、砂屑灰岩、粉砂质泥岩不等厚互层;中部褐红色泥质粉砂岩与粉砂质泥岩互层;上部以杂色砾屑灰岩或叠层石灰岩与泥质粉砂岩或钙质粉砂质硅质岩不均匀互层;顶部发育1 m厚铁质风化壳。
中元古界蓟县系博查特塔格组 白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩、粉砂质灰岩等,底部为砾岩。产叠层石及微古植物。
中元古界长城系塞拉加兹塔格群 细碧岩、石英角斑岩、玄武岩、酸性熔结角砾岩,少量白云岩、砂岩。中上部角砾岩。
地质构造上,研究区位于铁克里克断裂带和西昆仑北断裂带之间(图1-a)[4-6],近NS走向的沟谷与EW走向的区域断裂近乎垂直。以铁克里克断裂带为界,南部为铁克里克台隆,北部为塔西南前缘坳陷。该断裂带南侧从西向东发育甫沙背斜、合什塔克背斜[6]。
波龙沟处于铁克里克断裂带东部地区(图1-b),切穿多条近EW走向断裂及EW走向的中元古界。图中虚线表示此次调查所发现的断层出露形迹,定性判断为右行正断层。该断层控制了与波龙沟近垂直的直线型短陡支沟的发育及支沟内滑坡的带状分布。
2 泥石流调查和灾害链观察
从上游滑坡、堵沟成坝、堰塞湖、溃决、泥石流,到下游崩塌块石加入,呈现一个完整灾害链过程。调查从下游停车场残留乱石为主的堆积区、中游多个支流沟口冲洪积扇和5个老(这里“老”系指全新世以来发生,现在未活动)堰塞坝组成的主沟和支沟,到上游滑坡堵沟形成堰塞湖展开。借助卫星影像测得沟口堆积区以上的波龙沟流域汇水面积22.5 km2,汇水范围周界长20.5 km。波龙沟谷从沟头(海拔4 446 m)到沟口(海拔2 926 m,点号100)水平长度8 930 m,地形高差1 520 m,纵向坡度170.21‰(相当于地形坡度9°40')。中游老堰塞坝(海拔3 124 m,点号104)以上汇水面积13.4 km2,汇水范围周界长14 km,上游沟谷纵向水平长5 790 m,地形高差1 349 m,纵向坡度233‰;下游沟谷纵向水平长3 140 m,地形高差193 m,纵向坡度61.46‰(图2),即波龙沟纵断面上游窄陡、下游宽缓;平直支沟与东西向断层近乎一致。 2.1 沟口堆积区
索克曼即现在的波龙停车场,为泥石流堆积区。淤积块石及泥砂厚1.0~1.7 m,大块石和松树根呈面状散布。停车场下游桥体已完全悬空(图3-a)。堆积区靠沟口上游过水涵洞断面东西长9 m,淤积后净空高2 m(图3-b),涵洞下游净空高4 m,估计发生泥石流时实际过流面积约18 m2。估算泥石流流量约200 m3/s,不小于实际泄流能力的10倍。沟口向下游860 m以远河道左岸发现被波龙沟泥石流冲下的1辆轿车(点号106)(图3-c);向下游3 335 m过沟公路数根涵管被完全冲毁(图2点号99)。
2017年7月20日晚,暴雨作用下风积土斜坡破坏,连同下游支沟中沿断层发生崩塌堆积的块石,构成沟谷中急泻而下的稀性泥石流中的固体物质。沟口右岸游客中心水泥挡墙上的泥痕高度为1.2 m,沟口宽度约70 m,沿沟纵向长约150 m。据此计算出泥石流堆积区面积10 500 m2,堆积体体积约12 600 m3。堆积区这些散落块石来自河床底部堆积,及受近EW向断层控制的下游支沟中大量崩塌堆积体。
2.2 沟内斜坡变形破坏
在山坡中上部基岩上覆盖的风积土中生长着一般不超过1 m高的耐寒耐瘠的沙地柏(新疆圆柏),其根系一般深0.2~0.8 m,主要局限在斜坡高处浅表层厚1~5 m风积黄土中。风积土滑动破坏后沙地柏被连根一起带下。部分风积土边坡虽没有发展到滑坡,但坡体高处已现多道弧形拉张裂缝。坡体上部长期发育的大量弧形拉张裂缝(图4),有利于降雨及融雪入渗致土体饱和,而后突发性强渗流作用下易产生浅层土质滑坡。
2.3 沟中上游堰塞坝
波龙沟口向上游两岸基岩以灰岩为主,向沟上游变化为白云岩、灰绿色变质岩。风积土分布在山体凹处或基岩之间。在主沟3 km范围内发现了从沟谷右(东)岸支沟或山坡来的5个老堰塞坝体,其中3个为体积1 000 m3以上的大型坝,多位于河道拐弯处或支沟口,推测若干年前(当地牧民据老堰塞坝生长灌木推测15~20年)曾产生过堰塞湖,滑坡或泥石流坝溃决形成泥石流,溃决后被挤压的主河道被推挤向对岸(现场下游主沟主要为左岸,上游为右岸)而留下凸岸遗迹(图1-b,图4)。
2017年7月26日天气晴朗波龙沟内一个近EW走向的老堰塞坝上靠右岸有当地牧民帐篷(点号104)。老堰塞坝东西长100 m,南北宽80 m,厚约 10 m,堆积体体积8×104 m3(图5)。下游右岸板状、层厚3 m绿色变质岩岩体陡立,节理发育。其下游300 m范围内右岸发现3个中型滑坡。波龙沟床宽约100 m,离坝上游28 m的靠右岸河槽宽21~24 m,沟底溪流量小于0.001 m3/s。7月20號晚暴雨时该处边坡滑动破坏,形成滑坡坝体积约1 500 m3,堵塞河道形成堰塞湖,后土坝溃坝而成溃决型泥石流。据牧民讲,向上游沟谷中还有滑坡坝,暴雨时同样发生溃决。
在7月26日调查过程中,我们亲历1次风积土斜坡滑坡→堵沟成堰塞湖→滑坡坝部分溃决→泄流成洪水的灾害链过程:下午2∶56开始出现土体滑动,滑坡持续发生35 s堵沟成滑坡坝;湖水持续上涨42 s,至3∶38湖水上升至坝顶;坝上游湖水进入坝体前缘低洼带,25 s后下泄溢洪沟近乎贯通;4∶28开始明显泄流;持续时间48分钟后,湖水下泄开始变缓。从滑坡开始到下泄流量逐步变小,持续时间约2 h。当时天气晴朗,上游河谷来水量小,滑坡的发生应是持续蠕变后坡脚遭受水流侧蚀卸荷而突发破坏的结果。该右岸斜坡坡顶至沟底高差177 m,水平投影长370 m,坡度25°34',中下部发育土质滑坡。主滑方向297°,滑坡体南北宽18 m,斜高120 m,坡度44°,厚约1.5 m,滑坡体积约3 000 m3,属小型浅层推移式土质滑坡。沟谷中滑坡坝东西长12 m,南北宽48 m,坝体表面向对岸坡度约15°,坝体轴向310°,体积约1 000 m3(图6)。深3 m的堰塞湖水抬升至坝顶部时水体积涨至2 000 m3。后湖水沿滑坡坝顶前端低处宽1 m、深1 m的溢洪道溃决,流量最大时约7 m3/s。26日下午3∶29开始坝下游出现管涌式小股黄泥,持续9 s。至3∶38坝前缘明流开始下行,约25 s钟后下泄通道贯通。
3 溃决型泥石流发生机理
在长期地震作用和冻融作用下,陡峻山体基岩斜坡表层覆盖的一般厚度不过5 m的风积土上部,发育大量弧形拉张裂缝(图4)。6—7月强降雨作用下发生浅表层条带状滑动,形成快速滑塌式土质滑坡,堵塞与其正交的沟谷槽沟,形成滑坡坝。
卫星影像显示2004年已出现来自左岸支沟的老堰塞坝,左岸近沟口多滑坡,波龙河道被推挤向右岸。2014年右岸开始发育滑坡,滑动土石裸露呈亮白色,风积土连同其上的沙地柏一起滑下。随时间发展右岸滑坡数量有所增多,滑坡坝体积不断增大。同时可见断层横切波龙沟时,出现近EW走向与主沟近垂直的两条对头沟。7月26日天气晴朗,温度适中,无降雨,现场发生滑坡规模较小,形成堰塞湖及溃决泥石流(这里也可称之为洪水,因为溃决口只有1 m宽)规模都较小,坝体溃决泄洪量不大于7 m3/s。据现场实测沟谷宽度等参数,得到波龙沟不同断面处泥石流流速与流量(表1)。
现场调查泥石流堆积区周长约377 m,面积约9 788 m2。游客中心上部水泥挡墙上泥痕高度1.2 m,一般泥痕高度0.6~0.8 m。堆积区泥石流堆积体积约12 600 m3。理论公式和现场实测结果吻合不够好,可见停车场不是最终堆积区,相当部分泥石流继续冲向下游,掏蚀深切波龙沟口,冲走停车场上轿车至3 km以外的河谷中(图3)。
现场观察波龙沟5个老堰塞坝,及点104下游右岸300 m范围内3个7月20日发生的新滑坡,每个体积都约上千方。在该段下游有3个较大的支沟,支沟口都有泥石流冲沟、泥痕及沟底散布树根和树干,受现场调查区段数和点数所限,以上估算断面泥石流流量及流速结果,说明此区这种中小型(按流域面积、最大流量分类)[10]、低频、暴雨、稀性沟谷型泥石流的分布和发育特点。这些同南疆铁路11条泥石流沟调查发现的来势猛、历时短、突发性强的沟谷型泥石流发生和分布特点基本一致[11]。波龙沟地区断层线密度大、地震点密度大1,成为影响该区泥石流形成区物源丰富、大量长期蠕变坡体发育的重要地质因素。 4 對策建议
对比历史遥感影像可见,原沟口走向295°河道东西宽约20 m,垂直深约2 m。现停车场地面下长方形涵洞系2016年修建,宽9 m,高2.4 m。调查时可见底部被淤埋厚0.7 m,上面所剩净空高1.7 m,这样过流断面面积由原河道40 m2骤减为淤积后涵洞的17 m2。因此造成泥石流从停车场漫过,停积下砾径长达1.4 m、宽0.6 m的散乱块石。
(1) 工程措施和非工程措施并重。上游有大量滑坡,滑坡堵沟发生范围和几率都较大,预警或消息应及时向中下游发布;中游行洪道狭窄处要防止堵塞或提前疏通以防出现堰塞湖;下游重要工程向高处避让或后靠,切忌占用河漫滩或人为行洪道。密切关注强降雨时间和分布,做好防灾减灾预案。
(2) 沟谷中突然断流时,要注意中上游是否有滑坡坝堵塞沟谷,导致水流在坝上游开始蓄积而酿成溃决型泥石流。
(3) 河道急拐弯处要注意修筑钢筋笼或丁字坝等护岸加固措施,防治水毁导致路基破坏,影响交通生命线的安全。
(4) 对溃决型泥石流采取快速开辟临时便道等技术备案,有效疏导过沟涵洞或埋管。现有停车场位于波龙沟口堆积区,需加大极端洪水及泥石流排泄空间,适当拓宽排导沟槽净空。
5 结论
(1) 晚更新世风积土处于斜坡高处,是山体浅层土质滑坡的主要组成物质。泥石流物质组成以泥沙为主,沿沟谷两岸或支沟口土质滑坡提供了丰富物源,泥石流以稀性沟谷型为主。
(2) 强降雨作用下沟谷狭窄处滑坡堵塞成滑坡坝,进而形成堰塞湖。水位抬升、坝体溃决形成风积土裹夹石块的暴雨-溃决型泥石流。
(3) 老堰塞坝和残留的新滑坡坝,说明7.20沟谷中多个堰塞湖溃决可能是强降雨作用下泥石流突然爆发的重要原因,中型泥石流发生或重现周期15~20年,属中-低频。
(4) 停车场泄洪通道被工程硬化改造,或改扩建工程部分挤占河道,难以很好适应强降雨条件下溃决低频沟谷型泥石流链生灾害突增的泄流要求。
致谢:现场应急考察得到中科院新疆分院、新疆工程学院、新疆国土厅、喀什行政专署、喀什公路管理局、叶城县委、叶城县政府、叶城县柯克亚乡政府等相关领导与工作人员大力支持与帮助,得到坡陇森林公园管理处大力配合。谨致谢忱!
参考文献
[1] 尚彦军,金维浚,高强,等. 从黄土灾害链看溃决型泥石流形成—以叶城柯克亚乡六村为例[J].新疆地质, 2019, 36(1):116-123.
[2] 曾庆利,尚彦军,胡桂胜,等. 新疆叶城“7.6”滑坡泥石流灾害调查与形成机理研究[J].工程地质学报,2016, 24(6):1145-1156.
[3] 胡桂胜,尚彦军,曾庆利,等. 新疆叶城“7.6”特大灾害性泥石流 应急科学调查[J].山地学报,2017, 35(1):112-116.
[4] 河南省地质调查院 .叶城县地质图(1:25万)[N].2005.
[5] 肖安成.塔里木盆地西南坳陷柯克亚构造的形成与油气聚集规 律[C]. 油气成藏机理及油气资源评价国际研讨会,北京,1996, 116-120,325.
[6] 潘家伟,李海兵, Jerome Van Der Woerd,等.西昆仑山前冲断带晚新生代构造地貌特征[J].地质通报,2007, 26(10):1368-1379.
[7] 周必凡,李德基,罗德富,等.泥石流防治指南[M]. 北京:科学出版社,1991,125-129.
[8] 陈光曦,王继康,王林海.泥石流防治[M].北京:中国铁道出版社,1983,151-162.
[9] 陈宁生,杨成林,周伟,等.泥石流勘查技术[M].北京:科学出版 社,2011,55-60.
[10] 尚彦军,杨志法,袁广祥,等.雅鲁藏布江大拐弯北部川藏公路地质灾害发育与分布研究[M]. 北京:中国铁道出版社,2010,18-19.
[11] 侯新强.改建铁路南疆线吐鲁番至库尔勒段二线工程地质灾害浅析[J].西部探矿工程, 2010, (12):4-6.
Abstract:In response to the sudden debris flow disaster on July 20th in the Polong Valley of Yecheng County, an emergency scientific investigation was carried out on this site. The debris flow accumulation area downstream of the ditch was measured, and the whole process of the small landslide, blocked lake and discharge flow in the upstream were observed in real time. It is found that the solid materials of the debris flow are mainly the Late Pleistocene Aeolian landslide and the Mesoproterozoic metamorphic rocks and carbonate rock collapse. The water resource is mainly from the upstream flood and the outburst of the dammed lake caused by the heavy rainfall. The upper part of the valley is dominated by dilute debris flow, while the viscosity of the downstream debris flow is increased due to the addition of the collapsed rocks and the stream bed gravels. In the accumulation area, the block stones are scattered and deposited. According to several old landslide dams in the valley, the occurrence cycle of the debris flow in the Polong Valley is estimated to be 15~20ys. The parking site is located in the accumulation area, so it is necessary to increase the discharge space and widen the drainage culvert.
Keywords:Polong Valley;Debris flow; Geohazard chain; Real-time observation
关键词:波龙沟;泥石流;灾害链;实时观察
新疆年降水量不大,但日最大降水量或一次降水过程,与年降水之比的相对强度很大。这种降水集中特点与高寒山区脆弱的地质环境因素常导致新疆暴雨型泥石流的发生?。在EW走向与NS走向山系转折内凹段的叶城县,山体北坡大范围分布晚更新世风积土,为该区灾害性溃决型稀性泥石流发生的重要内因[1]。水量突增是泥石流发生的必要条件。叶城县降水量自平原向山区地势每增高100 m降水量增加10 mm左右,昆仑山北坡年降水量约350~400 mm,是平原区的7~8倍[2]。2016年叶城县柯克亚乡6村的7.6泥石流灾害调查研究表明,泥石流形成过程为:降雨→土质滑坡→滑坡坝→堰塞湖→堰塞坝溃决→泥石流[3]。按地貌类型,叶城县169处泥石流灾害点在中高山(3 000 m≤海拔<4 000 m)地貌类型中点密度最大,约1.19条/100 km2;按地面高程分级成的5个区中,II区(海拔2 082~3 224 m)泥石流最发育,总计86处?。
2017年7月20日晚叶城县柯克亚乡波龙突发泥石流,沟口(索克曼)停车场2辆轿车被洪水冲走,所幸该区人员被及时转移避免了伤亡。据当地牧民阿布里米提其介绍,泥石流过程大致为(新疆时间)21∶00开始下暴雨,间夹玻璃球大小冰雹,停车场上游山里传来很大声响;22∶00发生洪水,水头高出停车场地面约3~4 m;23∶00大块石被搬运下来。7月26日,我们在现场对泥石流发生情况进行调查,重点查明波龙沟泥石流发生的地质条件,尤其是在索罗龙村沟谷上游现场亲历了滑坡→堰塞湖溃决→洪水的灾害链完整过程。分析得出高位薄层风积土斜坡破坏的控制条件,揭示稀性泥石流为特征的灾害链发生机理。
1 地理和地质条件
研究区位于叶城县柯克亚乡普萨村南部牧场,地理坐标37°N、77.5°E,地处西昆仑山北麓。地势南高北低,海拔4 500~2 700 m。南部为陡峻中高山区,北部为风积土丘陵及冲洪积阶地、沟壑区。发生泥石流的波龙沟属柯克亚吾斯塘河支流。索克曼位于波龙沟口,索罗龙位于沟中部。出露地层从南向北由老变新,岩性主要为中元古界变质岩、碳酸盐岩。山区基岩斜坡上不完全覆盖晚更新世风积土[4]。地层岩性由新到老分述如下:
全新统 现代冲洪积砾石、砂土及风成细砂土堆积,分布在河谷中及山间洼地。
中更新统 冲洪积砾石、砾质细砂土及风积粉砂土堆积。前两者主要构成三级以上阶地,后者主要分布在南部基岩山坡上。
中石炭统库尔良群 灰-灰黑色细-中粒石英砂岩、细粒岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩、碳质粉砂岩、灰黑色页岩、泥晶生物屑灰岩、生物屑泥晶灰岩、泥晶砂屑灰岩、泥晶灰岩。底部以厚度较大的灰绿-灰白色薄-中层细-中粒石英砂岩与下伏下石炭统分界。
上元古界青白口系苏库罗克组 下部紫紅色泥质粉砂岩与灰岩不等厚互层;中部为灰黑色、浅灰色薄层粉砂岩夹砂岩;上部为灰色硅质岩、粉砂质泥岩、杂砂岩,水平层理发育。
中元古界蓟县系苏玛兰组 下部紫红色叠层石灰岩、砂屑灰岩、粉砂质泥岩不等厚互层;中部褐红色泥质粉砂岩与粉砂质泥岩互层;上部以杂色砾屑灰岩或叠层石灰岩与泥质粉砂岩或钙质粉砂质硅质岩不均匀互层;顶部发育1 m厚铁质风化壳。
中元古界蓟县系博查特塔格组 白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩、粉砂质灰岩等,底部为砾岩。产叠层石及微古植物。
中元古界长城系塞拉加兹塔格群 细碧岩、石英角斑岩、玄武岩、酸性熔结角砾岩,少量白云岩、砂岩。中上部角砾岩。
地质构造上,研究区位于铁克里克断裂带和西昆仑北断裂带之间(图1-a)[4-6],近NS走向的沟谷与EW走向的区域断裂近乎垂直。以铁克里克断裂带为界,南部为铁克里克台隆,北部为塔西南前缘坳陷。该断裂带南侧从西向东发育甫沙背斜、合什塔克背斜[6]。
波龙沟处于铁克里克断裂带东部地区(图1-b),切穿多条近EW走向断裂及EW走向的中元古界。图中虚线表示此次调查所发现的断层出露形迹,定性判断为右行正断层。该断层控制了与波龙沟近垂直的直线型短陡支沟的发育及支沟内滑坡的带状分布。
2 泥石流调查和灾害链观察
从上游滑坡、堵沟成坝、堰塞湖、溃决、泥石流,到下游崩塌块石加入,呈现一个完整灾害链过程。调查从下游停车场残留乱石为主的堆积区、中游多个支流沟口冲洪积扇和5个老(这里“老”系指全新世以来发生,现在未活动)堰塞坝组成的主沟和支沟,到上游滑坡堵沟形成堰塞湖展开。借助卫星影像测得沟口堆积区以上的波龙沟流域汇水面积22.5 km2,汇水范围周界长20.5 km。波龙沟谷从沟头(海拔4 446 m)到沟口(海拔2 926 m,点号100)水平长度8 930 m,地形高差1 520 m,纵向坡度170.21‰(相当于地形坡度9°40')。中游老堰塞坝(海拔3 124 m,点号104)以上汇水面积13.4 km2,汇水范围周界长14 km,上游沟谷纵向水平长5 790 m,地形高差1 349 m,纵向坡度233‰;下游沟谷纵向水平长3 140 m,地形高差193 m,纵向坡度61.46‰(图2),即波龙沟纵断面上游窄陡、下游宽缓;平直支沟与东西向断层近乎一致。 2.1 沟口堆积区
索克曼即现在的波龙停车场,为泥石流堆积区。淤积块石及泥砂厚1.0~1.7 m,大块石和松树根呈面状散布。停车场下游桥体已完全悬空(图3-a)。堆积区靠沟口上游过水涵洞断面东西长9 m,淤积后净空高2 m(图3-b),涵洞下游净空高4 m,估计发生泥石流时实际过流面积约18 m2。估算泥石流流量约200 m3/s,不小于实际泄流能力的10倍。沟口向下游860 m以远河道左岸发现被波龙沟泥石流冲下的1辆轿车(点号106)(图3-c);向下游3 335 m过沟公路数根涵管被完全冲毁(图2点号99)。
2017年7月20日晚,暴雨作用下风积土斜坡破坏,连同下游支沟中沿断层发生崩塌堆积的块石,构成沟谷中急泻而下的稀性泥石流中的固体物质。沟口右岸游客中心水泥挡墙上的泥痕高度为1.2 m,沟口宽度约70 m,沿沟纵向长约150 m。据此计算出泥石流堆积区面积10 500 m2,堆积体体积约12 600 m3。堆积区这些散落块石来自河床底部堆积,及受近EW向断层控制的下游支沟中大量崩塌堆积体。
2.2 沟内斜坡变形破坏
在山坡中上部基岩上覆盖的风积土中生长着一般不超过1 m高的耐寒耐瘠的沙地柏(新疆圆柏),其根系一般深0.2~0.8 m,主要局限在斜坡高处浅表层厚1~5 m风积黄土中。风积土滑动破坏后沙地柏被连根一起带下。部分风积土边坡虽没有发展到滑坡,但坡体高处已现多道弧形拉张裂缝。坡体上部长期发育的大量弧形拉张裂缝(图4),有利于降雨及融雪入渗致土体饱和,而后突发性强渗流作用下易产生浅层土质滑坡。
2.3 沟中上游堰塞坝
波龙沟口向上游两岸基岩以灰岩为主,向沟上游变化为白云岩、灰绿色变质岩。风积土分布在山体凹处或基岩之间。在主沟3 km范围内发现了从沟谷右(东)岸支沟或山坡来的5个老堰塞坝体,其中3个为体积1 000 m3以上的大型坝,多位于河道拐弯处或支沟口,推测若干年前(当地牧民据老堰塞坝生长灌木推测15~20年)曾产生过堰塞湖,滑坡或泥石流坝溃决形成泥石流,溃决后被挤压的主河道被推挤向对岸(现场下游主沟主要为左岸,上游为右岸)而留下凸岸遗迹(图1-b,图4)。
2017年7月26日天气晴朗波龙沟内一个近EW走向的老堰塞坝上靠右岸有当地牧民帐篷(点号104)。老堰塞坝东西长100 m,南北宽80 m,厚约 10 m,堆积体体积8×104 m3(图5)。下游右岸板状、层厚3 m绿色变质岩岩体陡立,节理发育。其下游300 m范围内右岸发现3个中型滑坡。波龙沟床宽约100 m,离坝上游28 m的靠右岸河槽宽21~24 m,沟底溪流量小于0.001 m3/s。7月20號晚暴雨时该处边坡滑动破坏,形成滑坡坝体积约1 500 m3,堵塞河道形成堰塞湖,后土坝溃坝而成溃决型泥石流。据牧民讲,向上游沟谷中还有滑坡坝,暴雨时同样发生溃决。
在7月26日调查过程中,我们亲历1次风积土斜坡滑坡→堵沟成堰塞湖→滑坡坝部分溃决→泄流成洪水的灾害链过程:下午2∶56开始出现土体滑动,滑坡持续发生35 s堵沟成滑坡坝;湖水持续上涨42 s,至3∶38湖水上升至坝顶;坝上游湖水进入坝体前缘低洼带,25 s后下泄溢洪沟近乎贯通;4∶28开始明显泄流;持续时间48分钟后,湖水下泄开始变缓。从滑坡开始到下泄流量逐步变小,持续时间约2 h。当时天气晴朗,上游河谷来水量小,滑坡的发生应是持续蠕变后坡脚遭受水流侧蚀卸荷而突发破坏的结果。该右岸斜坡坡顶至沟底高差177 m,水平投影长370 m,坡度25°34',中下部发育土质滑坡。主滑方向297°,滑坡体南北宽18 m,斜高120 m,坡度44°,厚约1.5 m,滑坡体积约3 000 m3,属小型浅层推移式土质滑坡。沟谷中滑坡坝东西长12 m,南北宽48 m,坝体表面向对岸坡度约15°,坝体轴向310°,体积约1 000 m3(图6)。深3 m的堰塞湖水抬升至坝顶部时水体积涨至2 000 m3。后湖水沿滑坡坝顶前端低处宽1 m、深1 m的溢洪道溃决,流量最大时约7 m3/s。26日下午3∶29开始坝下游出现管涌式小股黄泥,持续9 s。至3∶38坝前缘明流开始下行,约25 s钟后下泄通道贯通。
3 溃决型泥石流发生机理
在长期地震作用和冻融作用下,陡峻山体基岩斜坡表层覆盖的一般厚度不过5 m的风积土上部,发育大量弧形拉张裂缝(图4)。6—7月强降雨作用下发生浅表层条带状滑动,形成快速滑塌式土质滑坡,堵塞与其正交的沟谷槽沟,形成滑坡坝。
卫星影像显示2004年已出现来自左岸支沟的老堰塞坝,左岸近沟口多滑坡,波龙河道被推挤向右岸。2014年右岸开始发育滑坡,滑动土石裸露呈亮白色,风积土连同其上的沙地柏一起滑下。随时间发展右岸滑坡数量有所增多,滑坡坝体积不断增大。同时可见断层横切波龙沟时,出现近EW走向与主沟近垂直的两条对头沟。7月26日天气晴朗,温度适中,无降雨,现场发生滑坡规模较小,形成堰塞湖及溃决泥石流(这里也可称之为洪水,因为溃决口只有1 m宽)规模都较小,坝体溃决泄洪量不大于7 m3/s。据现场实测沟谷宽度等参数,得到波龙沟不同断面处泥石流流速与流量(表1)。
现场调查泥石流堆积区周长约377 m,面积约9 788 m2。游客中心上部水泥挡墙上泥痕高度1.2 m,一般泥痕高度0.6~0.8 m。堆积区泥石流堆积体积约12 600 m3。理论公式和现场实测结果吻合不够好,可见停车场不是最终堆积区,相当部分泥石流继续冲向下游,掏蚀深切波龙沟口,冲走停车场上轿车至3 km以外的河谷中(图3)。
现场观察波龙沟5个老堰塞坝,及点104下游右岸300 m范围内3个7月20日发生的新滑坡,每个体积都约上千方。在该段下游有3个较大的支沟,支沟口都有泥石流冲沟、泥痕及沟底散布树根和树干,受现场调查区段数和点数所限,以上估算断面泥石流流量及流速结果,说明此区这种中小型(按流域面积、最大流量分类)[10]、低频、暴雨、稀性沟谷型泥石流的分布和发育特点。这些同南疆铁路11条泥石流沟调查发现的来势猛、历时短、突发性强的沟谷型泥石流发生和分布特点基本一致[11]。波龙沟地区断层线密度大、地震点密度大1,成为影响该区泥石流形成区物源丰富、大量长期蠕变坡体发育的重要地质因素。 4 對策建议
对比历史遥感影像可见,原沟口走向295°河道东西宽约20 m,垂直深约2 m。现停车场地面下长方形涵洞系2016年修建,宽9 m,高2.4 m。调查时可见底部被淤埋厚0.7 m,上面所剩净空高1.7 m,这样过流断面面积由原河道40 m2骤减为淤积后涵洞的17 m2。因此造成泥石流从停车场漫过,停积下砾径长达1.4 m、宽0.6 m的散乱块石。
(1) 工程措施和非工程措施并重。上游有大量滑坡,滑坡堵沟发生范围和几率都较大,预警或消息应及时向中下游发布;中游行洪道狭窄处要防止堵塞或提前疏通以防出现堰塞湖;下游重要工程向高处避让或后靠,切忌占用河漫滩或人为行洪道。密切关注强降雨时间和分布,做好防灾减灾预案。
(2) 沟谷中突然断流时,要注意中上游是否有滑坡坝堵塞沟谷,导致水流在坝上游开始蓄积而酿成溃决型泥石流。
(3) 河道急拐弯处要注意修筑钢筋笼或丁字坝等护岸加固措施,防治水毁导致路基破坏,影响交通生命线的安全。
(4) 对溃决型泥石流采取快速开辟临时便道等技术备案,有效疏导过沟涵洞或埋管。现有停车场位于波龙沟口堆积区,需加大极端洪水及泥石流排泄空间,适当拓宽排导沟槽净空。
5 结论
(1) 晚更新世风积土处于斜坡高处,是山体浅层土质滑坡的主要组成物质。泥石流物质组成以泥沙为主,沿沟谷两岸或支沟口土质滑坡提供了丰富物源,泥石流以稀性沟谷型为主。
(2) 强降雨作用下沟谷狭窄处滑坡堵塞成滑坡坝,进而形成堰塞湖。水位抬升、坝体溃决形成风积土裹夹石块的暴雨-溃决型泥石流。
(3) 老堰塞坝和残留的新滑坡坝,说明7.20沟谷中多个堰塞湖溃决可能是强降雨作用下泥石流突然爆发的重要原因,中型泥石流发生或重现周期15~20年,属中-低频。
(4) 停车场泄洪通道被工程硬化改造,或改扩建工程部分挤占河道,难以很好适应强降雨条件下溃决低频沟谷型泥石流链生灾害突增的泄流要求。
致谢:现场应急考察得到中科院新疆分院、新疆工程学院、新疆国土厅、喀什行政专署、喀什公路管理局、叶城县委、叶城县政府、叶城县柯克亚乡政府等相关领导与工作人员大力支持与帮助,得到坡陇森林公园管理处大力配合。谨致谢忱!
参考文献
[1] 尚彦军,金维浚,高强,等. 从黄土灾害链看溃决型泥石流形成—以叶城柯克亚乡六村为例[J].新疆地质, 2019, 36(1):116-123.
[2] 曾庆利,尚彦军,胡桂胜,等. 新疆叶城“7.6”滑坡泥石流灾害调查与形成机理研究[J].工程地质学报,2016, 24(6):1145-1156.
[3] 胡桂胜,尚彦军,曾庆利,等. 新疆叶城“7.6”特大灾害性泥石流 应急科学调查[J].山地学报,2017, 35(1):112-116.
[4] 河南省地质调查院 .叶城县地质图(1:25万)[N].2005.
[5] 肖安成.塔里木盆地西南坳陷柯克亚构造的形成与油气聚集规 律[C]. 油气成藏机理及油气资源评价国际研讨会,北京,1996, 116-120,325.
[6] 潘家伟,李海兵, Jerome Van Der Woerd,等.西昆仑山前冲断带晚新生代构造地貌特征[J].地质通报,2007, 26(10):1368-1379.
[7] 周必凡,李德基,罗德富,等.泥石流防治指南[M]. 北京:科学出版社,1991,125-129.
[8] 陈光曦,王继康,王林海.泥石流防治[M].北京:中国铁道出版社,1983,151-162.
[9] 陈宁生,杨成林,周伟,等.泥石流勘查技术[M].北京:科学出版 社,2011,55-60.
[10] 尚彦军,杨志法,袁广祥,等.雅鲁藏布江大拐弯北部川藏公路地质灾害发育与分布研究[M]. 北京:中国铁道出版社,2010,18-19.
[11] 侯新强.改建铁路南疆线吐鲁番至库尔勒段二线工程地质灾害浅析[J].西部探矿工程, 2010, (12):4-6.
Abstract:In response to the sudden debris flow disaster on July 20th in the Polong Valley of Yecheng County, an emergency scientific investigation was carried out on this site. The debris flow accumulation area downstream of the ditch was measured, and the whole process of the small landslide, blocked lake and discharge flow in the upstream were observed in real time. It is found that the solid materials of the debris flow are mainly the Late Pleistocene Aeolian landslide and the Mesoproterozoic metamorphic rocks and carbonate rock collapse. The water resource is mainly from the upstream flood and the outburst of the dammed lake caused by the heavy rainfall. The upper part of the valley is dominated by dilute debris flow, while the viscosity of the downstream debris flow is increased due to the addition of the collapsed rocks and the stream bed gravels. In the accumulation area, the block stones are scattered and deposited. According to several old landslide dams in the valley, the occurrence cycle of the debris flow in the Polong Valley is estimated to be 15~20ys. The parking site is located in the accumulation area, so it is necessary to increase the discharge space and widen the drainage culvert.
Keywords:Polong Valley;Debris flow; Geohazard chain; Real-time observation