海螺沟景区典型泥石流流域地貌特征及灾害防治*

倪化勇

(成都地质矿产研究所,成都610081)

海螺沟冰川森林公园景区位于贡嘎山东麓,泸定县县城以西52 km处(图1),流域面积约200 km2,沟口地理坐标东经 102°07′,北纬 29°38′。景区以大型低海拔现代冰川著称于世,融原始森林、珍稀动植物、温泉、瀑布于一沟,构成了壮丽奇特的景观,具有知识性、趣味性、惊险性、娱乐性等特色。

景区处于川西高原与四川盆地的交接带上,地势总体呈东西两侧和北面高、中部和东南部低。区域内岭谷高差一般1 500～3 000 m。区域内各支沟狭窄,多呈“V”型谷,沟床深切而陡峻,多跌坎;两岸陡峭,谷坡坡度35°～55°,沟谷宽10～ 60 m;在支沟和主沟交汇处相对开阔,两岸谷坡的坡度 25°～35°,河谷宽100～200 m。

该区出露地层由老至新分别为震旦系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、第四系,区内岩性主要为花岗质混合岩、花岗闪长岩、大理岩夹千枚岩、石英云母片岩,第四系崩坡积物、残坡积物和冲洪积物等。

该区受磨西断裂影响强烈。磨西断裂属鲜水河断裂带南延部分,活动性质为左旋走滑型,属全新世活动断裂,全长达150 km,主体呈NNW-SSE向延伸。断裂西盘为震旦系、泥盆系、二叠系地层,东盘为晋宁-澄江期花岗岩和闪长岩。主断带多由构造透镜体、千枚岩、糜棱岩、断层泥等组成,片理发育,断面光滑,多具擦痕。该区同时也是受地震影响较为严重的地区。根据地震资料统计,海螺沟景区所在的泸定县外围300 km范围内自公元1216年以来,共记载7.0～7.9级地震7次;6.0～6.9级地震21次;5.0～5.9级地震71次。近场区25～50 km范围内记载到7.0～7.9级地震2次;6级地震2次;5级地震1次。

该区气候属于大陆性季风高原型气候。根据对中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站1 600 m台地气象站(1991年 7月至2005年12月)及3 000 m台地气象站(1988年1月至2005年10月)降水资料[1]的统计分析表明,该区降水区域差异性、季节差异性和垂直地带差异性明显,降水主要集中在6-9月。海螺沟景区降雨量特征值见表1。

图1 海螺沟景区地理位置示意图

表1 海螺沟风景区降雨量特征值 mm

1 泥石流概况

受上述地形地貌、地层岩性、地质构造及气象降水特征的影响,海螺沟两岸泥石流沟发育广泛。其中,近期暴发频繁且对当地居民、游客、景区公路、旅游设施等构成威胁的典型泥石流沟有10条,分别为二台子沟、小河沟、一号营地沟、红崩溜钩、三号营地沟、黄崩溜沟、热水沟、马场沟、欧家大槽沟和无名沟。这10条典型泥石流沟的分布见图2。

从分布岸别上来看,主要分布在海螺沟的左岸;从成因上来看,除位于海螺沟上游的三号营地沟、红崩溜沟、无名沟泥石流属于暴雨-冰雪融水混合型外,其他多属于暴雨型泥石流;从威胁对象上来看,主要威胁包括游客在内的生命安全以及景区公路、索道、酒店和温泉等旅游设施的财产安全;从暴发时间来看,景区泥石流的暴发存在一定的准周期性,如1989年、1995年、2003年曾是景区泥石流群发年份(表2),间隔时间约6～8 a。

图2 海螺沟风景区泥石流灾害分布图

表2 海螺沟景区典型泥石流灾害

2 景区泥石流流域地貌特征

2.1 流域地貌要素

关于泥石流发生的地形地貌条件,前人已经作了大量的研究,泥石流发生在特定的流域面积、流域长度和流域高差或比降范围内已成定论,但不同的地区范围可能不同。在实地量测和1∶50 000地形图判读基础上,得到海螺沟景区典型泥石流沟流域地貌要素特征值(表3)。从表3可以看出,海螺沟景区泥石流流域面积均在20 km2以下,主沟长度在10 km以下,而主沟纵坡比降一般较大。

2.2 流域形态指数

流域形状对泥石流汇水区、形成区的汇水速度以及沟道中洪峰流量大小具有重要影响。流域形状可用形态指数来定量计算:

式中:δ——形态指数;A——流域面积(km2);L——主沟长度(km)。

根据上式对海螺沟景区10条典型泥石流沟的流域形态指数分别进行计算,计算结果见表4。根据形态指数计算结果和1∶50 000地形图,发现景区内泥石流沟流域形状多为栎叶形和桃叶形,这种形态均有利于泥石流的发生。进一步可以看出,景区内3号营地沟的流域形态指数最大,明显高于其他泥石流沟流域的形态指数,而无名沟流域形态指数最小。据研究[2],δ值越大,反映沟道中洪峰流量越大。因此,可以初步判断,景区内3号营地沟泥石流易发程度和频度应大于其他泥石流沟。事实上,据调查访问和文献查阅[3]得知,自1976年以来,该沟已经发生6次泥石流事件,造成了严重的损失,其暴发频率明显高于其他泥石流沟。

表3 景区泥石流沟流域地貌要素特征值

表4 景区泥石流沟流域形态指数

图3 景区泥石流沟流域面积和主沟长度关系图

2.3 流域地貌演化模式

泥石流流域地貌演化过程中,由于沟床揭底、溯源侵蚀和侧蚀,沟谷长度、流域面积和沟床比降等都发生变化。统计发现,海螺沟景区上述10条泥石流沟流域地貌演化过程中,沟谷长度和流域面积之间存在幂函数关系(图3)。两者之间的定量关系式为

式中:A——流域面积(km2);L——主沟长度(km),R2=0.9588。

该关系在一定程度上反映了景区内泥石流流域地貌演化的模式,根据该模式可以判断泥石流沟今后的演化趋势和活动程度。

2.4 流域面积-高程曲线

2.4.1 面积-高程曲线分析 面积-高程曲线分析越来越多地应用于河流地貌与泥石流流域地貌特征分析及其演化阶段的定量判别[4-11]。设流域面积为A,该流域内某等高线以上的面积为a,该等高线与流域最低点的高差为h,流域最高点与最低点的高差为H。首先在地形图上,确定某泥石流流域范围,再量出每一条等高线以上流域的控制面积和每条等高线与流域最低点的高差。以 x=a/A,y=h/H分别为横坐标和纵坐标,显然x,y的值域为[0,1],根据一系列(ai,hi)值,就可在x,y坐标系上绘出曲线:

该曲线即为流域面积-高程曲线,如图4所示,将其积分记为S:

根据Stranler理论,当0.6＜S＜1时,表示流域的地表物质被侵蚀小于40%,此时曲线形状为上凸,地貌发育阶段为幼年期;当0.35≤S≤0.6时,表明地表物质被侵蚀大于40%而小于65%,曲线接近直线,地貌发育阶段为壮年期;当 0＜S＜0.35时,表明有65%以上的物质被侵蚀掉,曲线形状为下凹,此时为老年期。

因此,根据曲线形状与S值的大小,按照一定的划分标准就可确定泥石流流域的发育阶段,如图5所示。

图4 面积-高程曲线图

2.4.2 景区泥石流流域面积-高程曲线及其发育阶段 根据上述面积-高程曲线分析方法,在1∶50 000地形图上分别绘制了海螺沟景区泥石流沟流域范围,利用MapGis软件进行地形图矢量化并分别统计了不同高程(等高距约200 m)以上的控制面积。最后用 Excel进行相关处理,得出一系列(xi,yi),采用拟合的方式分别绘制出景区内各泥石流沟流域的面积-高程曲线。比较发现,三次多项式拟合效果最佳。拟合曲线和方程及相关系数分别见图6和表5。

图5 面积-高程曲线反映的地貌发育阶段

从表5可以看出,拟合方程相关系数均在0.99以上,拟合精度高。据此,分别对曲线方程在[0,1]区间进行积分计算,计算出景区10条典型泥石流流域的面积-高程积分S。

图6 景区泥石流沟面积-高程曲线

表5 景区泥石流沟流域-面积高程曲线方程、积分及发育阶段

从表5进一步可以看出,景区内10条典型泥石流流域面积-高程曲线积分值S介于0.43～0.58之间,其中以位于景区三号营地下游500 m处的无名沟和位于海螺沟下游的欧家大槽沟S值相对较大,曲线近乎上凸,而位于海螺沟下游的二台子沟和小河沟S值相对较小,曲线近乎下凹。根据A.N.Stanler地貌侵蚀循环理论对流域地貌发育阶段的划分,海螺沟景区内10条典型泥石流流域地貌全部处于壮年期发育阶段,其中欧家大槽沟和无名沟泥石流流域地貌处于壮年偏幼期,山坡从凸形坡转为凹形坡,松散物质聚集速度快,沟槽堆积严重,形成区将进一步扩大,流通区将进一步向上游延伸。据此可以判断,这10条典型泥石流沟正处于泥石流暴发的旺盛阶段。因此,在今后时间里,景区内仍然存在暴发泥石流的可能且暴发频率较高,应加以防范。

3 泥石流防治措施

(1)在游览线路图和旅游门票设计上,标明风景区主要泥石流灾害点,加简要说明,让人们了解景区内泥石流灾害的分布;

(2)在游览道路上和风景点受泥石流威胁的地段,竖立明显的地质灾害警示牌,并标明逃避路线;

(3)组织旅游区工作人员、导游、马夫及酒店和温泉场所工作人员进行地质灾害科学预防知识与救灾技能的培训。

(4)二号营地和三号营地及其附近修建有索道站、酒店、温泉等游客住宿、休闲和娱乐等场所,分别受到热水沟和三号营地沟泥石流的威胁,建议在这两条沟的下游修建排导槽或堡坎等工程以确保这些场所的安全。

(5)景区公路受到多条泥石流沟的威胁,如无名沟、红崩溜沟、二台子沟等。近年来,多次出现景区公路被泥石流冲毁而导致游客滞留的险情,如1989年、1995年及2005年等。对此,建议在泥石流沟沟口修建石拱高桥跨越或吊桥通过,或修建防冲低凹式过水路面通过,以确保在泥石流等地质灾害发生的情况下,游客能够迅速撤离。

4 结论

(1)受地形地貌、地层岩性、地质构造和气候特征的影响,海螺沟景区泥石流灾害分布广泛。调查发现,近年来活动频繁且对景区居民、游客以及景区公路、酒店、索道、温泉等旅游景点和设施构成威胁的典型泥石流沟有10条。

(2)通过对景区内泥石流流域形态要素统计计算发现,景区内10条典型泥石流沟流域形态指数集中在0.15～0.50,流域形状多为栎叶形或桃叶形,有利于降水的迅速汇集和松散固体物质的启动。

(3)景区内10条典型泥石流沟流域地貌演化过程中,沟谷长度和流域面积之间存在幂函数关系,该关系在一定程度上反映了景区内泥石流流域地貌演化的模式,据该模式,可以判断泥石流沟今后的演化趋势。

(4)通过对景区内10条典型泥石流流域进行面积-高程分析,发现曲线积分值S均介于0.43～0.58之间,说明这10条典型泥石流沟均处于壮年期或壮年偏幼期,山坡从凸形坡转为凹形坡,松散物质聚集速度快,沟槽堆积严重,据此判断这10条沟谷正处于泥石流暴发的旺盛阶段,应加以防范。

(5)提出了景区泥石流防治的工程措施和非工程措施。

致谢:野外考察得到了泸定县国土局和海螺沟景区管理局的支持,参加野外考察的还有成都地质矿产研究所教授级高级工程师李宗亮、工程师巴仁基、刘宇杰,在此一并谢意。

[1] 倪化勇,李宗亮,巴仁基,等.贡嘎山东坡磨西河流域泥石流暴发的临界雨量值初探[J].山地学报,2007,25(6):719-728.

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