（地质工程专业论文）国道212线宕昌—武都段泥石流危险性评价.pdf

摘要 本文在国道2 1 2 线宕昌一武都段公路沿线随机选出9 条泥石流沟，讨论泥石 流危险性评价的问题。 文章首先介绍了研究区的地形地貌、地层岩性、地质构造及降雨情况，然后 详细分析了研究区泥石流的发育特征，包括泥石流的发育历史、时空分布等几方 面。初步分析了本区独特的岩性、构造、新构造运动及气候等因素对泥石流分布 的控制作用。 在此基础上系统地分析了本区泥石流形成的地形条件、物源条件、降雨条件 等三大要素及其影响因子，比较各因子在泥石流形成中的作用大小及其对危险性 评价的影响程度，并对候选因子作双系列灰色关联度分析，选定一次泥石流( 可 能) 最大冲出量m 和泥石流发生频率f 为本次评价的2 个主要危险因子；初步确 定流域面积s l 、主沟长度s 2 、形成区山坡平均坡度s 5 、流域切割密度s 6 、泥砂 补给段长度比s ，为本次评价的5 个次要危险因子，并根据关联度计算结果排出 各因子的关联序为：m = f s i s 2 s 5 s 6 s 7 。 依据因子关联序，给出各因子的权数和权重，然后采用评价因子转换函数计 算各因子实际取值对应的转换值，通过泥石流危险度计算公式： l l _ 0 2 9 m + 0 2 9 f + 0 1 4s l + o 1 1 2 s 2 + 0 0 8 4s s + 0 0 5 6s 6 + o 0 2 8s 7 求得各条泥石流沟的危险度h ，确定各条沟的危险性等级并检验其可靠性。 最后，以得出的泥石流危险性评价结果为依据，对泥石流的防治及拟建国道 2 1 2 线的选线和施工方面提出几点建议。 关健词：泥石流危险性评价国道2 1 2 线 a b s t r a c t e v a l u a t i o no ft h eh a z a r do fd e b r i sf l o wi st og e tt h eh a z a r dd e g r e eo fad e b r i s f l o wd i t c ht h r o u g ha r le v a l u a t i o nm e t h o d ，t h e nt od e s c r i b et h eh a z a r dd e g r e ei nq u a l i t y i nt h i sp a p e r ，9d e b r i sf l o wd i t c h e sa r ep i c k e do u tf r o mt h ea r e af r o mt a n c h a n gt o w u d u a l o n gt h eg 2 1 2h i g h w a ya n ds t u d y t h ee v a l u a t i o no ft h eh a z a r do fd e b r i sf l o w o f t h e m a tf i r s t ，i ti si n t r o d u c e dt h a tt h ef o r m a t i o nc o n d i t i o n so fd e b r i sf l o wi n c l u d i n g t e r r a i n c o n d i t i o n ，g e o l o g i c a l c o n d i t i o na n dw a t e rc o n d i t i o ne t c a n db a s i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e v e l o p m e n ta n dd i s t r i b u t i o no ft h ed e b r i sf l o wi nt h es t u d y a r e a t h e n ，ia n a l y z et h ea f f e c t i o nf a c t o r so f f o r m a t i o no f t h ed e b r i sf l o wa n dc o m p a r e t h e i rf u n c t i o na n da f f e c t i o n0 1 1e v a l u a t i o no ft h ed e b r i sf l o w a p p l y i n gt h ed o u b l e s e r i e sg r e yr e l a t i v ea n a l y s i s ，i ti sf i n a l l yd e t e r m i n e dt h em a x i m u mv o l u m eo fad e b r i s f l o w ( 脚a n df r e q u e n c yo fd e b r i sf l o w s ( f ) a st h el e a d i n gf a c t o r st oe v a l u a t et h e d e b r i sf l o wh a z a r dd e g r e ea n dt h ea r e ao f t h ed i t c h ( s o ，l e n g t ho f t h em a i nd i t c h ( s 9 ， t h ea v e r a g es l o p e ( s s ) ，t h ed e n s i t yo f t h eu n s t a b l es u b d i t c h ( s 6 ) ，t h er a t i oo f l e n g t ho f t h es a n d - s u p p l i e d ( s 7 ) a st h es e c o n d a r yf a c t o r st oe v a l u a t et h ed e b r i sf l o wh a z a r d a c c o r d i n g t ot h er e s u l to ft h er e l a t i v ed e g r e ec a l c u l a t i o n ，t h er e l a t i v ed e g r e es e q u e n c e i sg i v e n t h a t i s m = f s i s 2 s 5 s 6 s 7 。 a c c o r d i n g t ot h er e l a t i v ed e g r e es e q u e n c e ，i ti sd e c i d e dt h ef a c t o r sw e i g h t t h e n t h et r a n s f e rv a l u e so ft h er e a lo n e sa r eg i v e nb ya p p l y i n gt h ef a c t o r st r a n s f e rf u n c t i o n s t h r o u g h t h ef o r m u l aa sf o l l o w , t h eh a z a r dd e g r e e ( h ) i s g a i n e d h j 0 2 9 m + 0 2 9 f + o 1 4s i + o 1 1 2 s z + o 0 8 4s s + o 0 5 6s 6 + 0 0 2 8s 7 t h e nt h eh a z a r dg r a d e so ra l ld i t c h e sa r ed e c i d e da n dt h e i rr e l i a b i l i t i e sa r et e s t e da n dp r o v e d t ob eg o o d f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h er e s u l to fh a z a r de v a l u a t i o n ，ip u tf o r w a r ds o m ea d v i c eo n g 2 1 2h i g h w a ya sar e f e r e n c e k e y w o r d ：d e b r hf l o wh a z a r de v a l u a t i o n g 2 1 2 h i g h w a y i l 原创性声明 y 。7 3 1 6 8 6 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：至墨圄 日期：塑篁 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 卅f 大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被 查阅和借阅：本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：墨墨! 至i 导师签名：煞i 坠丝日期：! 竺：兰罗 第一章绪论 泥石流是松散土体和水的混合体在重力作用下沿自然坡面或沿压力坡流动 的现象( 周必凡等，1 9 9 1 ) 。泥石流爆发突然，造成的灾害十分严重，有时甚至 是毁灭性的。 据统计，全国有灾害性泥石流沟1 2 万条( 中国科学院成都山地灾害与防治 研究所，2 0 0 0 ) ，近百座城市受泥石流的直接威胁和危害，其中甘肃省有兰州、 武都、宕昌、文县、礼县等l o 余座城市。宝成、成昆、宝兰等2 0 余条铁路及甘 i i ( i n 道2 1 2 线) 、川藏等多条公路沿线受泥石流危害严重( 中国科学院成都山地 灾害与防治研究所，1 9 9 4 ) 。 第一节选题来源及研究意义 一、选题来源 国道2 1 2 线沿线宕昌武都段是我国滑坡、泥石流的主要发育区，据2 3 年 的统计资料，该路段年平均阻断交通2 5 天，经常造成人员伤亡和财产损失。泥 石流灾害造成的交通不便已成为阻碍甘肃省陇南地区经济发展的主要原因之一。 随着西部大开发战略的实施，国家已将国道2 1 2 线的开发与建设列入议事日 程，甘肃省计划将国道2 1 2 线甘肃境内路段全面改建为高速公路。为解决高速公 路在滑坡、泥石流区的修建技术问题，为国道2 1 2 线陇南段改建提供技术支撑， 甘肃省公路局、甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所、兰州大学、甘肃省交通 科学研究所、中国科学院寒区早区环境与工程研究所等单位共同承担了西部交通 建设科技项目“国道2 1 2 线陇南段公路修建技术研究”课题。兰州大学承担了其 中子课题一：滑坡、泥石流的成因、分布、分类、判别和区划研究和子课题二： 滑坡、泥石流运动机理及设计参数研究，本人作为主要成员，全面参加了该课题 的研究。多单位的合作为作者提供了优越的科研环境，课题的支持为本文的完成 提供了有力的保证。 二、研究意义 1 、实际意义 陇南地区是我国四个重点泥石流发育区之一，在全国泥石流危险分区图上， 陇南地区为泥石流最危险区。白龙江流域是陇南地区人口稠密、经济较为发达的 地区，白龙江一级阶地及各泥石流沟沟口泥石流堆积扇是本区重要的工农业生产 用地，成为众多城镇、村庄的所在地。泥石流灾害严重的影响了当地的经济发展 和人民生活，泥石流成为当地最主要的自然灾害( 表1 1 ) 。区内武都、宕昌、 文县等多座县城受到泥石流的威胁。 表卜1陇南泥石流重大灾害表 经济损失万 年份死亡人数人毁坏房屋问毁坏农m h m 2 兀 1 9 5 92 4 42 3 1 03 1 6 7 72 0 0 1 9 6 3十余2 0 02 3 1 9 6 4数十1 0 0 02 7 1 9 7 66 11 0 0 04 0 01 0 0 0 1 9 7 7 1 85 3 0 03 3 3 2 0 0 1 9 8 12 0 97 8 0 0 06 6 72 0 0 0 0 1 9 8 24 41 0 0 06 73 6 0 1 9 8 41 7 45 5 0 0 06 6 6 71 5 9 3 0 1 9 8 71 98 0 01 2 1 36 0 0 注：甘肃水旱灾害编委会，甘肃水旱灾害，黄河水利出版社，1 9 9 5 泥石流是国道2 1 2 线的最大危害，据原武都地区公路总段统计，该段管护的 路段内，发生过严重泥石流的沟道3 0 0 余条，仅1 9 7 6 至1 9 7 9 年四年中，清理压 埋公路的泥石流土石方量达2 0 2 万立米，耗资4 6 5 万元；从1 9 7 2 年至1 9 8 1 年十 年中，由于泥石流灾害，累计中断交通4 8 7 天。据宕昌公路段统计，国道2 1 2 线该段养护路段自通车以来，每年发生阻车事件最少1 8 次，最多达3 3 次。阻车 时间最长9 0 天，最短1 2 小时。2 0 0 0 年5 月3 1 日，一场特大暴雨使国道2 1 2 线 宕昌段3 6 处路基被淹没，泥石流冲毁防护、涵洞、护栏多处，泥石流堆积1 2 1 处，土石方量约4 0 0 0 0 m 3 ，直接经济损失1 8 5 万元。国道2 1 2 线自通车至今，累 计阻车断道1 0 0 0 天以上。由此可见，为了保证国道2 1 2 线的安全畅通，对其进 行新建或改建势在必行。 然而，由于陇南地形条件的限制，拟建公路无法完全避免泥石流的危害，因 此，对拟建公路沿线各条泥石流可能造成的危害一即泥石流危险性的研究显得尤 为重要。 2 、理论意义 研究区所处的陇南地区地处青藏高原东北缘，西秦岭褶皱带内，同时本区又 正是我国南北构造带和东西构造带的交汇处，山势陡峭，地质结构复杂，断层交 错，岩石破碎，新构造运动强烈，重力侵蚀严重，是泥石流发育的典型地区。 前人对区内泥石流的发育历史、形成环境、运动特征、力学性质、堆积环境 及灾害防治等方面作过大量的研究，但是对泥石流的发展趋势和危险性预测等方 面尚有欠缺，本文针对区内泥石流危险性预测方面作了初步探索，其研究成果将 会对丰富和完善了泥石流研究理论有一定的贡献。 第二节研究现状 一、泥石流危险性评价的研究现状 危险性评价是目前国内外灾害科学研究的热点之一，也是灾害预测预报和减 灾防灾工作中的重要内容。1 9 9 4 年1 0 月在北京召开的9 4 亚太地区沿海城市减 灾国际学术讨论会设有专题“沿海城市的灾害危险性评价”。1 9 9 6 年6 月将在德 国召开的第八届国际灾大会设有专题“灾害的危险性和不确定性评价”。国际上 对泥石流危险性评价非常重视，有关危险度的研究也相对较早。1 9 7 7 年日本足 立胜治等开展了泥石流发生危险度的判定研究，主要从地貌条件、泥石流形态和 降雨三方面判定泥石流发生率。其中每个方面分若干要素，每个要素又分若干等 级，每个等级给出相应的判别得分，然后统计计算泥石流发生和不发生的可能性 大小，即泥石流发生危险度。 1 9 9 0 年日本久保田哲也等再次开展了泥石流发生危险度的判定研究，主要 从短历时降雨的有效降雨量和降雨强度来研究泥石流发生的可能性。 1 9 8 8 年日本高桥保等开展了扇形地上泥石流危险度的评价研究，主要探讨 建筑物的损害与泥石流堆积厚度的关系。 瑞典m t e l d e e n 所作的灾害危险度分析，包括灾害类型的辨别和灾害规 3 模的估计，并将它们用危险区图来表示。 美国d a l e x a n d e r 认为，危险性的概念主要是指人类环境中的某一部分遭 受未来灾害袭击而造成损失的可能性。 中国关于泥石流危险度的研究始于1 9 8 8 年，以刘希林所著的“泥石流危险 度判定的研究”一文为标志。该文首次使用了“泥石流危险度”词，提出了判 定单沟泥石流危险度的8 项指标和定量方法，并将泥石流危险度定义为“泥石流 对环境的威胁和危害程度，它包括两个方面的涵义：是潜在的威胁：二是直接 的危害”。 迄今为止，泥石流危险性评价方法及模型比较多，依据评价着眼点的不同， 大致可归纳为两大类： 一类是着眼于正在发生的泥石流可能造成的危害大小，选取流量、流速、容 重及发生频率等泥石流本身的一些特征值作为评价因子，通过某个数学模型进行 计算，根据所得结果作出泥石流危险性评价。对于某条沟正在发生的泥石流，这 种评价方法及结果是值得肯定的，对该沟未来可能发生的泥石流的危险性评估会 有一定的参考价值。但该方法的不足之处也是显而易见的：其一，若某条沟正在 发生泥石流，其危险性及危害结果都是确定的，无需评价；其二，因为所选因子 具有极大的局限性，所以其成果无法进行区域对比；其三，由于评价园子难以获 取，因而限制了该方法的推广使用。 另一类是着眼于泥石流的潜在危险性，从泥石流的形成要素及影响因素中， 通过因子分析与灰色关联度分析选取评价因子，这一类方法以刘希林的多因子综 合判定模式为代表。该方法的关键在于影响因子的选取和各因子权重的分配。由 于可以根据所评价地区泥石流形成与发育的具体情况来选取影响因子及分配权 重，因此，该方法易于在不同的泥石流地区推广并不断的改进和完善。1 9 9 6 年， 刘希林提出了经过三次改进后最新的、更科学更实用的单沟泥石流危险度评价方 法。该方法共采用7 个评价因子，其中2 个主要内在因子为泥石流规模和发生频 率，5 个次要环境因子分别为流域面积、主沟长度、流域相对高差、流域切割密 度和不稳定沟床比例。 这一单沟泥石流危险度评价方法，影响较大，其基本原理和评价方法得到了 较为广泛的引用和应用( 唐邦兴，2 0 0 0 ) 。而且评价结果可靠性均较高。 4 二、研究区泥石流研究现状 研究区所处的白龙江流域的泥石流科学研究工作始于1 9 6 4 年。1 9 6 4 1 9 8 0 年，甘肃省交通科学研究所、中国科学院兰州冰川冻土研究所与铁道部第一勘测 设计院协作，对白龙江流域泥石流进行了系统的考察、观测和试验，先后在武都 设立了三个定位观测站( 柳湾沟及山背后沟站1 9 6 4 1 9 6 8 年、火烧沟站1 9 6 8 1 9 8 0 年、泥湾沟站1 9 6 4 1 9 6 6 年) 并进行了长期观测研究，对泥石流形成机制、运动 特征及其搬运和沉积过程进行了较为深入的研究。1 9 8 2 年出版的甘肃泥石流 ( 中国科学院兰州冰川冻土研究所，1 9 8 2 ) 系统总结了本阶段的研究成果。 1 9 8 1 年以来，出于防灾减灾及学科发展的需要，在前人研究成果的基础上， 中国科学院兰州冰川冻土研究所、兰州大学等多家教学科研单位及一大批泥石流 方面的专家学者又相继做了大量的科研工作，取得了丰硕的成果，并出版了一批 泥石流专著，发表了大量学术论文。例如甘家沟泥石流特征及其防治对策、 甘肃省武都县马槽沟泥石流特征、甘肃武都县泥石流危害及治理分析等。 综观涉及本区的研究文献，研究方向主要集中在对泥石流形成机制、运动特 征、工程防治等方面，且多为定性描述，关于泥石流灾害定量评价方面的文献罕 见，本文将采用多影响因子定量分析模式对本区各条泥石流沟进行系统的泥石流 危险性评价。 第三节本文研究方法与研究思路 一、本文的研究方法 在广泛收集与研究区泥石流活动的相关资料并进行多次野外实地调查的基 础上，应用最新的单沟泥石流危险度多因子综合判定方法的基本原理，结合本区 实际情况，并针对国道2 1 2 线这一特定构筑物，对区内的各条泥石流沟作出危险 性评价。 本文拟采用的7 个评价因子中，2 个主要内在因子不变，依然为泥石流规模 和泥石流发生频率，5 个次要环境因子根据因子分析的结果选取，各因子的权重 根据因子分析的结果确定。 二、本文的主要内容、基本思路及技术路线 深入研究本区泥石流发育特定的区域环境。 阐述本区泥石流发育特征并结合本区特殊的地形、地质及降雨等条件加 以分析。 通过泥石流危险因子分析选取本研究区的主要次要危险因子；通过野外 调查和室内工作，获得研究区内泥石流沟的基础数据；采用灰色 关联度分析方法进行主要因子与次要因子的关联度计算，求得次 要因子的关联序； 依据已经确定的危险因子的关联序及因子的重要程度，赋予各因 子不同的权重；对各泥石流沟的基础数据进行规范化处理并为各 因子赋值：泥石流危险度计算：对求得的危险度计算结果作可靠 性评价及实际意义分析。 图i - i 本文的技术路线图 第二章研究区环境概况 国道2 1 2 线陇南段公路沿线是我国泥石流的主要发育区，特别是宕昌一武都 段是我国泥石流灾害最严重的地区之一，泥石流非常发育，线路通过地区的自然 地理条件及地质条件非常复杂。本文是在广泛收集研究区相关资料的基础上，主 要采用实地调查的手段，对泥石流发育的地形地貌、地层岩性、地质构造和降雨 条件等因素进行了分析研究。 第一节地形地貌 地形地貌是泥石流形成必须具备的三大条件之一，对泥石流的发生、发展主 要有两方面的作用。一是通过沟床地势条件为泥石流提供位能，赋予泥石流一定 的侵蚀、搬运和堆积的能量；二是在坡地和沟槽的一定演变阶段内，提供足够数 量的水体和土石体。沟谷的流域面积、沟床平均比降、流域内山坡平均坡度以及 植被覆盖情况等都对泥石流的形成和发展起着重要作用( 严钦尚，1 9 8 5 ) 。 位于青藏高原东部边缘地区的白龙江流域，属于西秦岭高山、中山山地，总 的地势西高东低( 陈洪凯，1 9 9 7 ) 。山岭海拔1 8 0 0 - - 3 0 0 0 m 左右，切割深度大于 1 0 0 0 m 。山高坡陡，沟谷纵横，梁峁起伏，坡面支离破碎。山坡坡度多在3 0 0 以上， 主沟长度大于l k m 的沟谷密度为4 5 条l o k m ( 表2 1 ) 。 本区地形地貌特征对泥石流的形成有利，具有泥石流汇集与启动的良好条件。 原有和拟建国道2 1 2 线宕昌一武都段主要沿白龙江干流河谷和低阶地展布至 武都东南，海拔高度逐渐降低。 表2 - 1国道2 1 2 线宕昌武都段地形地貌特征表 卜指标高程山坡坡度 平均坡度 沟谷密度 i 路段 ( m )( 。)( 。) ( 条，l o k m )( m & m o ) 7 l化马沟一两河口 1 2 4 0 4 1 5 42 8 - 3 53 254 ，。i l 两河口一大岸庙 8 8 0 - 3 2 6 92 6 3 33 0 4 4 8 。l 第二节地层岩性与地质构造 泥石流的发育，不但受到区域地形地貌的制约，还取决于区域构造运动的强 弱和岩石的软硬程度。 本区出露的地层主要为志留系白龙江群的巨厚层炭质千枚岩、灰绿色千枚岩、 板岩，夹薄层砂岩、灰岩。这种相对较软弱的岩性极易风化破碎。加之新构造运 动强烈影响，区内褶皱、断裂及节理裂隙十分发育( 图2 2 ) ，加剧了地层的松散 破碎，促进了滑坡、崩塌的发生，为泥石流的形成提供了充足的物质来源。 4 n 田- 口， 田z 田e 困。圈e 团。困- o 田5 困1 1 口6 因抡 注：1 、上第三系；2 、下第三系；3 白垩系；4 侏罗系；5 三叠系；6 二叠系；7 石炭系；8 、泥 盆系；9 志留系；1 0 断裂带；1 1 不整合接触面；1 2 县城或乡镇所在地 图2 - 1 区域地质图 一、地层岩性 本区出露的地层较全，主要有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、 侏罗系、白垩系、第三系和第四系，其主要特征见表2 2 。三叠纪以前的老地层 间均为断层接触，侏罗纪以后的较新地层与下伏老地层之间为不整合接触。 界系统符吲柱状图 厚度 岩性描述 ( 米) 第 全薪翁! 吼砖j i ；叠。枣砂砾层、卵石、淤泥、粉砂土、亚 四 砂土。 系 中上更 0 23 1 3 8 粉砂土、黄土状亚粘主，偶夹砾石 新 新统 和碎石块。 上 j 泛、浮i 第 n j n 、j ，一j 5 0 上部：橄辉岩、凝灰砾岩。 生三 系 一1 5 0下部：砂质泥岩夹粉砂岩、页岩。 界 e 1 0 0 质泥岩。夹少量砂岩、粉砂岩、砂 下 第 三4 l o 系 白 口口puu口 垩 下统 k l 。 4 5 0砾岩、砂砾岩，含砾砂岩，夹粗粉 中 系 砂质。 侏 上部：砂岩、炭质页岩。 罗 f 中统 j 吨f 6 2 0 生 系 o口。ooo 下部：砾岩、砂砾岩。 = l 。1 界 i l i l l _ - 叠t ) 5 0 0 0灰岩、砂岩、砂砾岩、板岩。 系 j 。4 曾 r , j i j a j a , , 二 上统 p 。胖常# ：善茸 2 7 0 硅质条带灰岩。 叠 ii t j ii 系 下统 p l 9 2 0硅质条带灰岩夹砂岩。 iiiii 古 石中上统 c 2 - s 。曲。曲由 7 5 7灰岩、硅质条带灰岩、砂岩。 炭 iiiiii 系下统 t v i 。l l c 1 一。，f ， 7 0 3灰岩夹千枚岩、板岩、砂岩。 生 上统d 。1 = 、， 6 5 0灰岩夹钙质千枚岩。 1 l 。ii l1 界 泥 盆 系 中统 d 2 5 8 0 0 细砂岩、粉砂岩、灰岩、千枚岩。 l _ _ l 。l h _ _ ， _ - j 。 ， _ j 。| 。| 。j ，。? 上部：含炭千枚岩、板岩、灰岩、 粉砂岩。 中上统 s 2 3 ，。- j 1 j 5 3 0中部：中厚层灰岩、硅质条带灰岩。 下 恚 ( ，矿 下部：千枚岩、板岩、长石细砂岩。 古 留 生 系 ll r | j _ 工 上部：灰岩、千枚岩。 界 下统 s l t ，q - ，1 1 ， 1 3 2 0中部：千枚岩、粉砂岩。 i 。 ， 下部：中薄一厚层灰岩、硅质细粒灰 iti ii 岩。 il j ii 元 1 4 2 1 9变质砂岩、砂质板岩、千枚岩、变 古 长 彩彩 质火山岩夹变质砂岩和少量大理岩 生 城 界 系 2 3 6 7 l 表2 - 2 研究区出露的地层 lo 沿白龙江北东岸公路沿线主要为s 。的薄层灰岩夹炭质板岩、千枚岩、细砂 岩、粉砂岩，岩性软弱，易于风化，坡积物厚，有些部位还残留有巨厚的二级阶 地上的冲积层，是滑坡、泥石流最为严重的地段，滑坡又为泥石流的发生提供了 丰富的物源。 二、地质构造 在长期地质构造发展过程中均表现出沿北西一南东向构造线方向形成大致 互相平行的挤压带( 包括褶皱与断裂等) 。这就是本区构造的总特征。 ( 1 ) 褶皱特征： 本区褶皱由白龙江复式背斜及其派生的次级褶皱构成，各级褶皱轴向平行， 均为近北西一南东向。自龙江复式背斜以志留系地层为主体，组成背斜核部，两 翼分布有泥盆系、石炭系、二叠系及三叠系等地层，背斜褶皱紧密，层间褶皱复 杂，次级褶皱极为发育，受晚期断层破坏明显。 ( 2 ) 断裂特征： 研究区北边界为岷县一宕昌断裂，该断裂为南北构造线的主干断裂，在我国 的大地构造分区上占据重要位置。 区内断裂构造极为发育，以压扭性断层为主。根据断裂走向大致可分为北西、 北东及近南北向三组，以北西走向的断层为主，构成方向大致平行的断层带。其 中规模较大，延伸较远的断裂有三条，主要断层特征见表2 3 。 1 葱地一铁家山断裂，破碎带宽约1 5 0 m 左右，见擦动面和碳酸盐化的现象； 沿断裂带多见陡壁与瀑布。 2 坪定一化马断裂，为逆断层，破碎带宽2 0 1 5 0 m ，有断层角砾岩、泉水 出鼯；沿断裂带有小侵入体( 岩脉) 3 石阏子一普光寺断裂，为逆断层，破碎带宽度约5 0 m ；有断层角砾岩。 表2 - 3北西向主要断层特征表 断裂名称切割的地产状与规模性断层证据 质体质 葱地铁 t ”1 ，r ，西北段：倾向逆1 破碎带宽约1 5 0 m 左右，见 家山p 1 6 ，p 1 8 ，c ” 1 8 0 。么7 0 。， 擦动面和碳酸盐化的现象； d 2 2 9 2 左右2 沿断裂带多见陡壁与瀑布； 3 地层缺失：d z 2 9 ：与t 直接接 触 坪定一化 p 2 ，p 1 6 ，c 2 + 3逆1 破碎带宽2 0 1 5 0 m ，有断层 马c l ，d 3 t ，d z 2 9 2角砾岩、泉水；2 顺走向缺失 层位；3 沿断裂带有小侵入体 ( 岩脉) 石阕子一 d 。t ，s 。+ 3 b 1 。逆1 破碎带宽度约5 0 m ；2 有 普光寺s 2 b l 3断层角砾岩；3 缺失地层 其中：葱地一铁家山断层特点是：沿主干断裂的南侧发育较多的次一级分支断层， 组成一个“入”字型断层组。它们之间的锐角指向北西；同时断层面多向北或北 东倾斜之逆断层。 第三节降雨 分析近半个世纪来陇南泥石流发生原因表明，在地形适宜、固体物质充足的 前提下，泥石流发生的多少与夏季降水的丰欠直接相关。泥石流多发年一般夏雨 连绵，且多大雨或暴雨。 降水量在年内分布上各地都极不均匀，其中主要集中在6 - 9 月份，大约占全 年降水量的6 0 7 0 。 降雨是暴雨泥石流形成时最主要最活跃的要素。实测资料表明，任何一次泥 石流暴发均出现在降雨过程中的某一时刻，这一时刻以前的降雨，才对该次泥石 流暴发起作用，暴发以后的降雨只对该次泥石流暴发的连续时间和规模( 流量) 起作用。泥石流暴发时刻又多出现在降雨过程的峰值降雨之中。峰值降水的时间 通常只有数分钟到数十分钟，相对时间较短。泥石流暴发均出现在短促而猛烈的 阵雨之中，可见短历时暴雨是泥石流暴发的激发降雨( 陈景武，1 9 9 1 ) 。 近半个世纪来，我国西部山区泥石流从2 0 世纪6 0 年代到8 0 年代前期为一 活动高潮期，陇南泥石流也不例外。 1 ) 降水的空问分布 受地形和大气环流等因素的影响，研究区降水量在4 0 0 1 0 0 0 m m 之间，大 部分地区在6 0 0 m m 以上。空间分布上，由南向北有递减趋势。由武都东南部的 9 0 0 m m 向西北降低到武都一两河口段的5 0 0 m m ；由两河口向北，降雨量一般在 5 0 0 - 6 0 0 m m 之间。 在垂直方向上，总的趋势是随高度的上升降水量增加( 表2 - 4 ) 。白龙江中 游降水随高度增加而增加，武都汉王到宕昌两河口段海拔2 1 0 0 m 以下的年降水 资料表明，大体上海拔1 5 0 0 m 以下年降水4 0 0 - - - 5 0 0 m m ，1 5 0 0 - - - 2 0 0 0 m 年降水 5 0 0 - - - 5 0 0 m m 左右，2 0 0 0 m 以上大于6 0 0 m m 。 表2 - 4 宕昌一武都汉王段海拔与降水量的关系 海拔( m ) 1 0 0 01 1 0 01 2 0 01 3 0 01 4 0 0 1 5 0 0 降水量( r a m ) 4 3 34 5 24 7 l4 9 0 5 0 95 2 8 海拔( m )1 6 0 01 7 0 01 8 0 01 9 0 02 0 0 02 1 0 0 降水量( r a m ) 5 4 75 6 55 8 46 0 36 2 26 4 1 2 ) 降水的时间分布 根据1 9 5 6 1 9 8 0 年2 5 年降水资料，武都、宕昌在年际之间降水量变化比较 稳定，降水变化不大，一般在1 5 - 2 0 之间。降水量在年内分布极不均匀，其中 主要集中在6 - 9 月份，大约占全年降水量的6 0 - 7 0 ( 表2 5 ) 。 表2 5区内各县多年平均降水量表( 咖) 月份1 01 l1 2 l23456789 年降水 舟曲4 3 2 5 70 6i41 51 3 53 9 76 1 26 1 18 6 l6 7 15 47 4 3 5 8 武都3 6 8 850 6l _ 8271 6 13 7 25 8 27 6 08 7 56 9 o7 0 14 6 42 宕昌5 9 11 4 02 14 46 62 4 16 0 38 2 o7 6 61 2 2 l9 5 38 3 56 3 03 暴雨特征。根据1 9 5 6 1 9 8 0 年2 5 年的降水资料表明，在宕昌、武都、舟曲 一带年降水量 一5 0 m r r d 目的暴雨次数在o ，0 - - 0 2 次之间，最多年1 2 次，出现在 6 8 月，集中在7 、8 月，日降水量2 5 m m 的天数，平均每年1 1 3 0 次，最多 3 6 次，出现在4 1 0 月，集中在6 9 月。自龙江中游历年2 4 小时最大降水集中 出现在7 - 8 月，降水量均值约4 0 - - 4 5 m m ，极值6 0 8 5 m m ，其中武都7 8 6 m m ， 三盘子8 5 5 m m ，均不大，在陇南属低值区。最大一小时降水量约4 1 4 9 m m ，1 0 分钟最大降水量1 6 3 0 m m 。 白龙江流域暴雨特点：暴雨不多，一般雨强不大，但极值高低悬殊。 局地性强。如1 9 7 6 年7 月2 5 日宕昌化马7 小时降永3 3 0 m m ，相邻气象站降水 宕昌9 1 m m ，武都4 o m m 。暴雨没有连续两天之情，里不连续性。一次雨 蜂最多，约占暴雨日的8 0 。多系阵性降水，来势猛，突下突止，在短时间内 可具有较大的降水强度，形成集中的径流。 降水时空分布不均。境内海拔2 0 0 0 m 以下降水较少，尤其海拔1 5 0 0 m 以下， 年降水仅4 0 0 - - - 5 0 0 m m ，按近全国农牧分界4 0 0 m m 降水线。海拔约2 0 0 0 m 以上 低温多雨，冰雹、低温阴雨常有出现，尤其冰雹带造成局地貌毁灭灾害。 i3 在武都县，4 1 0 月降水占全年的9 3 6 ，6 - 9 月降水占全年的6 5 5 ，7 8 月降水量占全年的3 6 7 ，在岩石破碎、山高坡陡，植被稀少的白龙江中游、降 水集中，常引起水土流失。 区域自然环境复杂，水文气象站、点稀少，观测年代短，从现有记录看，暴 雨次数、强度比我国东部省区为小，在陇南地区也不占重要位置，如1 9 7 6 年7 月2 5 日宕昌县化马乡2 4 小时最大降水3 3 0 m m ( 千年一遇的特异情况) ，及武都 1 9 4 1 1 9 8 5 年的4 2 年中，2 4 小时最大降水7 8 6 m m ( 1 9 8 4 年8 月3 日) 的记录 为数不多。但滑坡、泥石流频繁发生，这种记录说明一是暴雨局地性强，二是强 降水只是产生滑坡、泥石流的诱导因素，而不是主导因素，是外因不是内因。 此外，长期以来人们在山区所进行的不合理的经济活动，如乱砍乱伐、毁林 开荒、陡坡耕种等等，都加剧了泥石流的发生。 第三章研究区泥石流的发育特征 第一节研究区泥石流发育的历史 从早更新世开始，白龙江流域开始出现泥石流活动，其沉积特征以舟曲县城东 山顶剃头坡混杂堆积层为代表，这是区域内目前为止所发现的最早一期泥石流沉 积物，它位于白龙江的第六级阶地上，通过与兰州附近的黄河阶地进行对比，可 以推断这一期的泥石流大约发育于1 5 m a b p 。 中更新世早期的泥石流在区域内分布极为有限，此期泥石流发育之后区域内 的泥石流活动维持了较长一段时间的稳定时期。 约0 5 m a b p 左右，全球进入大间冰期阶段，这一时期在白龙江流域暴发了第 四纪期间规模最大的泥石流，泥石流体分布于白龙江或其较大支流的3 级基座阶 地之上。 全新世早期( 1 0 8 k a b p ) ，陇南地区气温开始回升，到了全新世中期( 8 3 k a b p ) ，达到了高温期的最暖阶段，由于气候温湿，有利于泥石流发育，因而 这一时期山洪泥石流相继爆发，泥石流性质多为粘性。 到全新世晚期( 3 k a b p _ 今) ，由于人类活动的参与，流域内的泥石流规模 及范围与前期相比有扩大趋势，据史料记载，1 千多年前白龙江河谷中的泥石流仅 见于武都县城以东的北峪河、三河及临江一带，由于后来人为不合理的开采砍伐， 成片的森林植被遭到破坏而成为土石裸露区，致使现在白龙江沿岸的泥石流分布 范围远远大于第四纪的任何一个阶段( 李永化，2 0 0 3 ) 。 第二节泥石流的空间分布及控制因素分析 一、泥石流的空间分布特征 陇南地区是我国泥石流最发育的地区之一、灾害区分布面积广、发生频率高、 造成经济损失大等特点在我国居前位。据统计，区内泥石流分布面积达1 1 7 万k m 2 ， 占总面积的3 0 5 。调查统计，全区有泥石流沟6 2 6 0 条，其中仅白龙江中游宕昌 和武都县境内就有近千条，其中规模较大的有3 0 0 多条( 表3 - - 1 ) ( q b 国科学院兰州 l5 冰川冻土研究所，19 8 2 ) 。 陇南山区泥石流的分布密度不仅居全省之首，也是全国泥石流密度最大的地 区之一。其中，沿白龙江两岸平均每公里2 3 条，局部可达5 8 条每公里，如 武都县城附近6 k m 长的白龙江两岸就有4 6 条泥石流沟，平均每公里近8 条。本 区泥石流发生频繁，白龙江中游平均每年发生几次到十几次。下面对国道2 1 2 线 沿线泥石流情况分段做一简要说明。 1 、白龙江沿岸 在长约7 0 k m 的白龙江两岸有较大泥石流沟2 0 0 多处。泥石流江左岸多于江 右岸。规模大、爆发频繁的甘家沟、北峪河、石门沟、深沟k 佛堂沟、泥湾沟、 火烧沟、柳湾沟、清水予沟等，均分布在左岸。有观测记录的柳湾沟、火烧沟、 泥湾沟，泥石流容重一般多在2 o t m 3 以上，最高达2 2 4 t m 3 。目前泥石流发育 正处于旺盛期。 i 流域地区范围泥石流条数i 主要泥石流沟 i 白龙江宕昌、武都两河口透坊 2 0 0 l 沙湾、石门、两水、东江、汉王 岷江宕昌阿坞两河口 1 0 0l 剪子河、化马、石阏子 【北峪河武都武都安化 4 0l 安坪、汉林、马槽 2 、岷江流域 据初步统计，岷江两岸有较大泥石流沟1 0 0 多处，上游阿坞至脚力铺植被稀 疏，沟壑发育，泥石流较多，较大的有新寨、关地、西囿和坞马等。下游官亭、 化马一带滑坡发育，第四纪堆积物广泛分布，泥石流活跃，其中石阏予沟、化马 沟为该流域内泥石流灾害较严重的泥石流沟。1 9 7 6 年7 月石阏子沟、化马沟、刘 家湾沟、石院沟等1 0 多条沟泥石流同时爆发，毁埋村庄、堵塞岷江。 3 、北峪河流域 北峪河干流长5 0 k m ，流域面积4 5 0 1 锄2 ，内有i k m 以上支沟1 9 4 条，重力侵蚀 强烈。中下游地段由软弱岩层构成，滑坡、崩塌多，许多支沟发育粘性泥石流， 如马槽沟每年泥石流搬出沟外的土石达数万方。由于各个支沟泥石流的汇入，北 峪河汛期泥砂含量大涨，每年约有1 9 7 0 万立方米的泥砂( 其中常夹带有4 5 m 3 的巨石) 输入白龙江，使河道迅速淤高。1 9 7 9 年和1 9 8 0 年接连两次堵断白龙江， 回水数里，形成湖泊。北峪河泥石流使白龙江武都段河床淤积强烈，近年，白龙 江水位已高于武都部分城区，对武都城造成严重威胁。 二、泥石流分布的主要控制因素分析 本区泥石流的形成及其空间分布上的集中分带性与区内的地质构造，尤其是 新构造运动关系非常密切。 自早古生代始，历经多期构造运动，在近期又是新构造运动最为强烈的地区 之一，导致本区构造形态复杂而多样。在东西紧密构造线的基础上，又有北东向、 南北向、北西向构造线的分割和复合( 唐永仪，1 9 9 2 ) 。致使区内岩层褶皱、破碎、 断层、节理极其发育。 地质构造与新构造运动对本区泥石流的形成与空间分布的控制作用主要体 l7 现在以下几个方面： 1 、断层对泥石流的控制作用 经过对本区多条泥石流沟的调查研究发现，绝大多数泥石流沟的形成都与断 层有关，受断裂构造的控制，尤其是区域性深大断裂的适宜部位和发育的次级断 层的控制。以区内最大的泥石流沟一北峪河为例，在其中下游2 0 公里的流域内， 即有横切流域的较大的断层3 条，次级断层则为数众多。而在该流域内集中了大 小泥石流沟2 0 0 多条，几乎每年都有较大规模的泥石流发生。此外，化马沟、石 门坪沟、甘家沟等较为严重的泥石流沟，无一不是在断层的影响控制下形成的。 2 、抬升作用对泥石流形成的控制作用 虽如上述，然而并不是区域性深大断裂的全部地区，也不是所有发育次级断 裂的地方都具备发育泥石流的条件。统观全区，只有那些受断裂构造影响而形成 差异性不协调地貌的地方才会形成泥石流；而且这种地貌越发育、越集中，泥石 流的成带性越强。 不协调地貌是内外营力综合作用的产物，然而主要还是受控于地区地壳的垂 直抬升运动。本区大多数地区陡峻的山势，发育的河谷阶地，狭陡的“v ”字形 沟谷，都充分显示了地壳抬升作用之强烈。抬升作用能够形成差异性地貌与本区 软弱的岩性条件关系密切。据统计，第四纪以来自龙江的下切深度至少在1 4 0 m 左右，可见抬升作用在形成差异性不协调地貌中所起的巨大作用。差异性地貌所 特有的陡峻地形，为泥石流的形成和运移提供良好的势能和物质积累条件( 唐永 仪，1 9 9 2 ) 。 3 、地震对泥石流的控制作用 本区是强烈地震的高发区，地震能够间接地引发泥石流：一方面，地震引起 的众多滑坡及其堆积物，为泥石流的酿成奠定了雄厚的物质基础；另一方面，大 地震释放内能引起异常大气，从而促进、激化了泥石流作用。 可见，地质构造与新构造运动是本区泥石流形成和空间分布的主要控制因 素。 第三节研究区泥石流的时间分布规律 陇南地区泥石流在时间上的分布规律表现得十分明显。主要表现为日时段、 月时段、年代时段3 个方面。下面简述之。 18 一、日时段分布规律 日时段分布规律主要表现为泥石流不是全天任何时间都发生，主要集中表现在 在某一时间段内集中发生。据陇南地区各县发生的泥石流时间统计，大部分泥石 流都发生在2 4 ：0 0 - - 8 ：0 0 ，或1 4 ：0 1 ) - - 2 0 ：0 0 两个时间段。因此我们把陇南地区的e 1 分布规律归结为两种类型，日周期型和半日周期型。 1 、日周期烈 即典型的夜雨型，发生于宕昌县所在地区的大部分泥石流。其特点是暴雨的 发生明显的集中在夜间，以2 4 时到0 8 时为多发地段。虽然其规模一般不是很大， 属于一般或轻微泥石流，但由