甘肃文县关家沟流域泥石流灾害与地质环境影响因素分析.pdf

第11卷第2期2000年6月中国地质灾害与防治学报The Chinese Journal of Geological Hazard and ControlVol.11No.2Jun.2000文章编号:100328035(2000)0220063204甘肃文县关家沟流域泥石流灾害与地质环境影响因素分析黎志恒1,董抗甲2(11 中国地质大学研究生院,湖北武汉430074;21 地矿部兰州水文地质工程地质中心,甘肃兰州730050)摘要:本文着重讨论了白龙江支流关家沟泥石流灾害发育的地质环境背景及其相关关系,白龙江流域是我国泥石流发育的最严重地区之一,而关家沟流域具有非常典型性,通过对关家沟流域地理、地质及生态环境等因素的综合分析,讨论了泥石流地质灾害的发生和发展与第四纪地质的特定密切关系,系统阐述了泥石流形成条件及其发育的普遍规律,提出了防治方案。关键词:关家沟;地质环境;泥石流;影响因素中图分类号:X43文献标识码:B甘肃省文县关家沟流域属于全国地质灾害严重的地区之一,由于地处长江上游陇南地区复杂的地质、地理及气候环境,近年来泥石流等地质灾害频繁发生,并有进一步发展的趋势,严重威胁着工农业生产及人民生命财产的安全。该流域泥石流的暴发,是一种饱含大量泥沙、石块的特殊洪流,它是山地夷平过程中由剧烈侵蚀作用引起的一种快速强烈的泥沙运动现象;同时又是水土流失发展到极为严重阶段的重要标志。它的发生和发展与特定的地形地貌、地质环境背景有着极为密切的关系1。1地质环境概况111自然地理环境文县关家沟系长江上游白水江一级支流,位于县城西北部,地理位置东经104401044455,北纬32573302 之间,流域总面积3811 km2,主沟长1012 km,平均比降1113%,东西长5123 km,南北宽616 km,约长度在1 km以上的支沟有11条,1 km以下的支沟12条。具有常流水的支沟5条,其流量约为01511?s,它们流入主沟后均在李家坝以上就全部渗入地下,只有在雨后的35天中主沟内才有小溪流动。受大气环流和地形影响,流域内气候具有垂直气候带明显和干湿季节分明的两大特点,年均降水量445mm,最大年降水量56016 mm,最小年降水量30116mm,(见表1)。蒸发量2132mm,气候上属于北亚热带向北温带的过渡区,由于山高谷深,地形十分复杂,相对高差达2201 m以上。表1文县城关区气象特征值Tab.1M eteorology features value in town districts,W en County年降水量(mm)季节分布(%)一次最大降水(mm)一次最急降水(mm)多年平均年最少年最多35月69月102月48h24h60m in30m in10m in445301165601622166612101287168716731071163010收稿日期:1999210210;修回日期:2000201217作者简介:黎志恒,男,高级工程师.流域内天然植被中乔灌混交林主要分布在岭沟和分水岭一带(上游区),覆盖度达80%以上,面积目前正逐步缩小;岭沟以下至盘道以上(中上游区),植被覆盖率低于60%;跌水崖以下(中下游区),植被覆盖率低于15%。流域内暴雨频繁,水土流失十分严重,滑坡、泥石流极为发育(见图1)1。112地质环境背景流域内地质构造复杂,新构造运动活跃,岩层软弱破碎,节理裂隙发育,加之地势陡峻,形成特殊的图1关家沟流域不良地质分布图Fig.1D istribution map of harmful geologicfeatures in Guanjiagou drainage area地质环境条件。11211地形地貌特征流域内属构造侵蚀高中山地形,地势呈西北高东南低,海拔最高点为金子山顶,即3121m,地形特点为山体相对高差大,坡度陡,锐峰林立,沟谷幽深。地貌特征可分为四种类型:(a)黄土地貌:主要为黄土梁地,黄土坡地,黄土台地,海拔11002500m,直接覆盖在基岩上,主要分布在中下游沟坡两岸,它是水土流失的重要源地;(b)山地地貌:以中山和高山为主,山体相对高差大于1000 m,山坡坡度大部分在40 以上;(c)重力地貌:沟内滑坡、崩塌、泻溜等特别发育,其中较大的滑坡有18处,10万m3以上的滑塌体有70余处;(d)河谷地貌:主沟上游及各支沟的沟谷下切非常严重,平均切割深度为810m,有的可达15m以上。11212地质环境特征(a)沉积环境关家沟流域第四纪松散地层主要分布的有冲洪积物、泥石流堆积物、残坡积物、重力堆积物、中上更新统黄土等;前第四纪地层出露的主要有古生界砂岩、砂质板岩、灰岩夹泥灰岩及石英岩等;(b)地质构造与新构造运动特征根据区域地质构造分析,关家沟发育着4条大断层,火烧关至庙背后之间的沟谷,在两条断层及背斜的褶皱作用下,使上游地区滑坡、崩塌十分发育,为泥石流提供了丰富的物质来源。据甘肃地震志和文县县志 的统计2,史载的主要地震有6次,其中1879年与1880年的地震为甚,其间关家山、盘道山崩,现今的巨大天然堆石坝,以及其上至火烧关间的多座天然堆石坝、倒石堆裙和大多数崩塌、滑坡皆系两次地震构成。2泥石流灾害及其发展趋势分析经实际调查,关家沟内共有大小滑坡18处,总体积6465170 m3,其中李家沟滑坡体积最大,达1712150万m3,并且在不断活动;滑塌与坍塌,共有26处,总体积为971115万m3,可全部直接进入沟道并参与泥石流活动;另外,还有沟道堆积物855145万m3,坡面松散复盖物1606万m3。这些物质均可转化为泥石流的固体物质。211泥石流活动及沉积特征关家沟泥石流形成机制主要有支沟汇流和主沟侵蚀两种形式。自1780年以来,分别在1780年、1852年、1914年和1982年关家沟泥石流曾4次对文县县城造成毁灭性灾害。长期以来,沟内每年都有小规模的泥石流发生,较大规模的泥石流35年发生一次,1982年8月6日发生的泥石流为建国50年来规模最大的一次,为482m3?s,频率约为50年一遇。泥石流容重较高,在11801190 t?m3之间,介于亚粘性泥石流的指标之内(即118210 t?m3),且流体中的细粒物质远远小于典型的粘性泥石流(参见表2)。因此,关家沟泥石流搬运泥沙的液相容重很低,其挟沙能力有限,造成排导沟中容易发生淤积的主要原因之一3。212泥石流发展趋势分析根据关家沟地质环境及泥石流活动特征,泥石流形成和发育主要受3个主导因素的影响,即地形地质条件、植被覆盖率和降雨强度。当降雨强度达到1 mm?m in时,810mm的降雨即可爆发泥石流,当降雨强度在016 mm?m in时,降雨20 mm才能发生泥石流,当降雨强度小于1mm?m in时,一般不发生46中国地质灾害与防治ZHON GGUO D IZH IZA IHA I YU FAN GZH IXU EBAO2000年泥石流5。表2泥石流粒度特征表Tab.2Characteristic granulometric value of debris flow项目沟名地区 20(%)2(%)015(%)1105(2),K2=M1M2 1140(3)式中:K1、K2为抗滑、抗倾稳定性安全系数;N为作用于坝体的垂直力总和;P为水平力总和;f为摩擦系数,对基岩取经验值0165,对泥石流堆积物取0150。抗倾安全系数要求大于114。M1、M2分别为稳定力矩和顷覆力矩之总和。经上述分析计算,各主要拦挡坝稳定性分析结果见下表(表3),欲布设的各类拦挡坝均可满足坝体设计要求,符合治理工程稳定要求。综合治理所采取的各项防治措施功能互相补充完善,构成了一个完整的防灾体系,即能保水保土,减少坡面侵蚀,又能固沟稳坡,减少固体物质补给,减弱泥石流的强度和规模,使生态地质环境处于良性循环系统。56第2期黎志恒:甘肃文县关家沟流域泥石流灾害与地质环境影响因素分析表3拦挡坝稳定性分析成果表Tab.3Result table of stability analysis for the dams坝号坝高(m)冲击力(T?m)冲击力高度(m)N(T)P(T)M 1(TM)M 2(TM)K1K2主311724111195262153112189411211164主#31422181183991672046132211201155李#1124818210211116116787811181133菜#210101311325311279870411131147石#111713110183641871331411832127大#161314116522813719911201139参考文献:1 甘肃地震志M.地震出版社,1980,5.2 文县县志M.甘肃人民出版社,1978,10.3 陈怀录,等.第四届全国泥石流学术讨论会论文集C.甘肃文化出版社,1994,173Debris flow hazard and analysis of its geological environmentalfactors of Guanjiagoa drainage area in W en County,Gansu ProvinceL I Zhi2heng1,DON G Kang2jia2(11The graduate school of China U niversity of Geosciences,W uhun430074,China;21L anzhou Center of Hydrogeology and Engineering Geology,L anzhou730050,China)Abstract:In this paper,the relationship betw een geological environment and debris flow activity in Guanji2agou gully of branch ofBailong jiang R iver.Bailong jiang R iver basin is one of themost serious area of debrisflow activities in China,and Guanjiagou debris flow possesses typical characteristics.Based on comprehen2sive analysis of geology,geography and ecological environment,the mutual relation betw een debris flow ac2tivities and Q uaternary geology is discussed.The formationa conditions of debris flow and general law of de2bris flow development are systematically expounded.Key words:Guanjia Gully;geological environment;debris flow;influential factor66中国地质灾害与防治ZHON GGUO D IZH IZA IHA I YU FAN GZH IXU EBAO2000年