花岗岩山区溜砂坡的成因及防治措施

花岗岩山区溜砂坡的成因及防治措施

倾斜滑动斜坡是倾斜滑动斜坡的一种特殊形状，不同于不利力条件下的流沙过程。重力沙粒的运移和堆积过程主要发生在干燥的花岗岩山区，以及中国西部干燥、广泛的花岗岩山区，如西藏和新疆。溜砂坡的物质组成以砂粒为主,在坡面不稳定时以砂粒流动形式达到新的平衡状态。因砂粒补给物的不间断性和植被生长困难等原因,自然条件下溜砂坡多处于极限平衡状态。溜砂坡流砂活动频繁,严重影响通过坡脚的公路的安全,是西部山区公路的主要灾害之一。过去因西部经济相对落后,溜砂坡的危害范围较小,危害程度较轻,对其研究较少,文献中尚未见对溜砂坡的专门研究。但随着我国西部大开发战略的实施,西部山区的经济和基础设施建设,特别是交通道路的建设,将得到快速发展,溜砂坡的危害范围和危害程度将日趋加重。溜砂坡在遥感图像上与崩塌滑坡等灾害有着相似的图像特征,但因溜砂坡的发育背景、地貌形态和活动特征的特殊性,在遥感图像上与崩塌、滑坡等不稳定坡面又有着显著的区别。本文将以目前溜砂坡灾害最为严重的地区之一——川藏公路然乌—中坝段为例,利用彩红外航空相片结合对川藏公路然乌—中坝段的实地考察,重点研究溜砂坡的影像特征,并分析与其它不稳定坡面遥感图像的区别,探讨溜砂坡遥感判识的标志与方法,以期对西部山区交通线路的选线和溜砂坡灾害防治起到一定的作用。1研究区和方法川藏公路然乌—中坝段为川藏公路西藏境内南线81道班至86道班间的路段,是本文研究的重点区。该路段沿雅鲁藏布江的支流迫隆藏布河谷右岩展布,位于东径96°20′～96°46′和北纬29°25′～29°40′之间,全长50km。区内的地质地貌、气候和植被条件为溜砂坡的发育提供了有利条件。1.1中坝段和迫隆藏布正从其物源学角度解释成岩改造研究区位于波密—察隅地区,属冈底斯—念青唐古拉山构造域的东南延伸部分。该地区内分布着走向北西—南东的扎西则、德姆拉、阿扎贡拉和察隅4条大致平行的花岗岩带,川藏公路然乌—中坝段和迫隆藏布正从其中的德姆拉花岗岩带南部边缘穿过(图1),河流右岩山坡(公路岩)主要为花岗岩,时代为燕山晚期—喜马拉雅期。花岗岩的物理风化产物主要为石英和长石砂粒,为溜砂坡的发育提供了丰富的物源。松棕—嘎达断裂带从研究区内经过,迫隆藏布该段河谷便沿此断裂带发育。该断裂带在松棕—米美一段走向北西50°,倾向南西,倾角70～80°(图1),形成山高、谷深、坡陡的地貌形态,山坡顶部冰川发育,寒冻风化作用强裂。强裂的寒冻风化作用为山坡花岗岩的风化产砂提供了有利的气候环境,陡峻的地形为砂粒提供了重力搬运条件。1.2降水量大、集中而集中的影响研究区气候以松棕—然乌一线划分,该线以南由于受印度洋海洋性湿润气候影响,降雨量比较丰富;该线以北属大陆性气候的高寒区,常年平均气温4℃左右,多年平均降水量600～700mm。由于气候垂直差异性影响,山坡上部气温逐渐降低,降水量则有所增加。因该地区受西南季风影响,干湿季分明。寒冷和干湿季分明的气候条件下岩石的物理风化作用强烈,较少的降水和低温不利于植被的生长。1.3支沟两岩坡积相由于气温、降水和地形及基岩条件的限制,研究区内植被条件较差,仅沿河谷和支沟两岩山坡底部有条带状植被分布。阳坡植被类型多为松,阴坡和半阴坡有杉分布。绝大部分山坡为裸岩或冰雪覆盖,处于强烈的寒冻风化和冰雪作用之下。没有植被覆盖的山坡有利了基岩的物理风化,加快了基岩风化物的重力搬运过程。2滑斜带的类型和原因川藏公路中坝—然乌段溜砂坡有两种类型,一种是原生型溜砂坡,另一种是次生型溜砂坡,两种溜砂坡在其成因、危害和形态特征上都显著不同。2.1原生型帮扶型外部构造原生型溜砂坡是最常见的一种溜砂坡,是坡面基岩风化物在重力作用下汇集到坡脚堆积而成的动态临界平衡状态的砂粒堆。原生型溜砂坡的形成与多种因素有关,其中主要因素有基岩条件、地形条件、气候条件和植被条件。寒冷、干燥气候条件下,由花岗岩构成的陡峭山坡植被难以生长,造成基岩裸露,基岩物理风化作用强烈,花岗岩风化形成的砂粒在重力作用下沿陡峭的山坡汇集到坡脚,形成溜砂坡。2.2初次型开展降低典型边坡型次生型溜砂坡是以砂粒为主要物质组成的河流阶地或老坡积物在外力条件下失稳,造成砂粒的再次重力搬运而形成的砂坡堆积。次生型溜砂坡形成的主要原因是物质组成、胶结程度和外力条件。河流阶地或老坡积物的物质组成和胶结程度是决定该种类型溜砂坡能否形成的内在原因,外力作用破坏原堆积物的稳定性是次生型溜砂坡形成的诱发因素。能够形成溜砂坡的河流阶地或老堆积物其物质组成以砂粒为主,且无胶结或只有轻微胶结,所以其形成时间较晚,一般为第四纪形成的河流阶地或老堆积物。在气候条件上以干旱和半干旱条件为主,降水较少,粗颗粒空隙不易被充填而形成胶结。河流阶地和老堆积物在自然条件下一般处于稳定状态,在人为开挖边坡或河流侵蚀坡脚后易造成原坡面失稳,破坏了原边坡植被条件,使以砂粒为主的边坡裸露,在重力作用下砂粒再次搬运而形成溜砂坡。研究区内的次生型溜砂坡主要是因修筑公路开挖边坡而形成的。3磁体特征和遥感解释符号溜砂坡在砂粒运动和堆积过程中改变了原有的地貌形态和植被条件,这种变化在遥感图像上有明显的反映,为溜砂坡的遥感解译提供了解译标志。3.1磁体特征和遥感图像特征的轨迹特征3.1.1坡面基岩的沟系由于溜砂坡在形成过程中并不产生显著改变地貌形态的块体运动和侵蚀能力很强的流体运动,所以在大的地貌形态上并没有明显的特征,但在坡面沟系形态和坡脚堆积形态上还是有着较明显的特征。溜砂坡多发育在较干旱的地区,坡面流水侵蚀过程相对较弱,但在坡面上仍发育了明显的沟系。坡面基岩在强烈的物理风化作用下产生的砂粒,在重力作用下,沿坡面由流水作用形成的沟系汇集向下运动。这种砂粒运动不象水流运动那样具有较强的侵蚀作用并有溯源侵蚀现象,但砂粒运动具有较强的磨蚀作用,所以溜砂坡的沟系的地貌形态与一般坡面沟系地貌形态有较大的差别。溜砂坡沟系沟槽宽浅,沟槽边沿平缓,沟系流线平滑。流砂在坡脚堆积,多形成圆滑的倒锥形堆积体,这种倒锥型堆积体与一般的倒石锥有较大的区别。一般的倒石锥下部堆积物颗粒粗大,上部堆积物颗粒较细,因不同颗粒粒径堆积物的自然休止角不同,造成锥体上下部的坡度有较大变化,而溜砂坡的颗粒粒径较为均一,堆积体坡度无明显变化。溜砂坡倒锥型堆积体顶部有明显的细长锥尾。3.1.2砂坡的植被特征上述溜砂坡的地貌形态特征在遥感图像上均有明显的影像特征,这些特殊的影像特征成为溜砂坡遥感解译的地貌标志。(1)坡面部沟系坡面上部沟系流线平滑。由于砂粒运动的磨蚀作用,坡面上部沟系无任何植被生长,且含水量低,在遥感图像上为强反射区,在彩红外航片上呈现白色的光滑流线。(2)形堆积体显色溜砂坡的堆积体前缘因无崩落的零星石块,其形态呈圆润的扇形堆积体。因溜砂坡透水性好,持水性差,且缺少植物生长的细粒物质,植被难以生长,在遥感图像上为强反射区,在朋红外航片上呈现白色前缘形态圆润的扇形体,前缘无白色毛刺。(3)砂粒的堆积体每个溜砂坡堆积体都有一个供砂沟槽,这个供砂沟槽汇聚了坡面上部的砂粒,并在沟槽下部散流堆积,形成倒锥型堆积体。这个沟槽连接坡面上部沟系和坡脚的堆积体,在遥感图像上为强反射区,在彩红外航片上呈现白色光滑的尾状线条,线条下粗上细。3.2边坡上的植被特征3.2.1无植被生长区基岩的生长状况,主要分为自然和年溜砂坡发育地区气温较低,降水量少,再加上强烈的物理风化作用和重力搬运过程,山坡上部多为裸露的基岩,无植被生长;山坡下部因有坡积物存在,土壤和持水条件相对较好,有植被生长,但在溜砂坡堆积区植被不连续或不完整。在强烈活动的溜砂坡堆积区无植被生长;在活动时间较短的溜砂坡堆积区无草灌生长,但仍有稀疏的乔木生长;在活动较弱或静止期溜砂坡堆积区有稀疏草灌生长,但无乔木生长。3.2.2磁浮滩的遥感解释植被特征上述溜砂坡的植被特征在遥感图像上亦有明显的影像特征,这些影像特征成为溜砂坡遥感解译的植被标志。(1)不连续植被带溜砂坡发育地区的山坡上部为裸露基岩,底部有一不连续的植被带。在遥感图像上,山坡上部为强反射区,山坡底部为不连续的弱反射区;在彩红外航片上,山坡底部为一不连续的红色条带。(2)坡下边坡地形空间强烈活动的溜砂坡堆积造成植被无法生长,在山坡底部的植被带上形成一个扇形植被缺失,在遥感图像上表现为扇形强反射区,在彩红外航片上表现为红色条带中的一白色扇形区。(3)稀疏植被生长在活动时间较短、活动较弱或静止期的溜砂坡堆积区,仍有稀疏植被生长,在遥感图像上与条带状植被有明显区别,稀疏的乔木在彩红外航片上表现为零星的红色分布,稀疏的草灌在彩红外航片上表现为零星的粉红色分布。3.3刷滑波和坡砂坡溜砂坡与滑坡在遥感图像上有较大的相似性,在遥感解译时易与滑坡产生混淆,现根据过去对滑坡遥感解译的研究,就溜砂坡和滑波在遥感图像上的地貌形态、植被特征和水系特征等方面的区别进行分析,以防止遥感解译时发生溜砂坡和滑坡的误判。3.3.1刷斜面为红外坡,堆积体为红砂坡溜砂坡堆积体和滑坡在地貌形态上有很大相似性,就是都有着圆孤状形态,它们的主要区别有:(1)滑坡有陡峭的后壁,而溜砂坡堆积体无陡峭后壁,溜砂坡堆积体的坡度较均一;(2)滑坡后壁一般有明显的孤形裂缝,在遥感图像上有明显的标志,而溜砂坡后壁则多为基岩,无裂缝;(3)溜砂坡堆积体顶部有一输砂沟槽,在遥感图像上呈浅色的倒置漏斗状,而滑坡顶部无明显沟槽;(4)滑坡体呈阶梯状,而溜砂坡堆积体则有着平滑的坡面。3.3.2斜拉索湿地结果(1)滑坡造成的缺失或稀疏的条带状植被多为长条状,而溜砂坡造成的缺失或稀疏的条带状植被多为扇形;(2)滑坡造成的缺失或稀疏的条带状植被有纵向条带也有横向条带,而溜砂坡造成的缺失或稀疏的条带状植被只有纵向条带。3.3.3遥感图像上的有色调溜砂坡对坡面排水系统并没有本质性的改变,只是将坡面沟槽磨蚀得比较光滑平缓,长期的砂粒流动影响了水流的溯源侵蚀,在遥感图像上表现为浅色的平滑流线沟系。由于滑坡活动破坏了原地表结构,造成原有的排水沟系遭到破坏,使排水条件紊乱,排水模式不规则,这种改变在遥感图像上表面为不同的影象特征:(1)积水区的出现,在遥感图像上表面为局部的深色图斑;(2)坡面脚部有流水渗透区域,造成完全不同的土壤湿度条件,这在遥感图像上表现为浅色调;(3