舟曲县三眼峪沟特大型泥石流的形成和运动特征

Vol．38No．4Jul．2011水文地质工程地质
HYDROGEOLOGY ＆ENGINEERING GEOLOGY 第38卷第4期
2011年7月
舟曲县三眼峪沟特大型泥石流的形成和运动特征
胡向德，黎志恒，魏
洁，毕远宏
（甘肃省地质环境监测院，兰州
730050）
摘要：2010年8月8日凌晨，舟曲县城北侧三眼峪沟和罗家峪沟暴发了自1949年以来强度最大的特大山洪泥石流灾害。

本文基于现场调查，对三眼峪沟泥石流的运动特征进行了分析。

该流域泥石流的特征显示，三眼峪沟“8.8”泥石流在流域中游已基本形成，
但是，由于沟谷不同地段沟谷形态及固体物质的特征不同，泥石流在冲淤和流量方面差异显著。

三眼峪沟的两个支沟汇合后，泥石流流量迅速增大，但其最大峰值流量未形成叠加，主沟出山口处最大峰值流量达1833.18m 3/s 。

关键词：舟曲三眼峪沟；泥石流；暴雨中心；冲淤；流量中图分类号：P642.23
文献标识码：A
文章编号：1000-3665（2011）04-0082-06收稿日期：2011-02-21；修订日期：2011-03-28作者简介：胡向德（1966-），男，高级工程师，长期从事地质灾害
勘查、评价和治理工作。

E-mail ：hu_xiangde@
2010年8月8日凌晨，舟曲县城北侧三眼峪沟和罗家峪沟同时暴发特大山洪泥石流，
流经区域被夷为平地，造成1471人死亡，294人失踪，20227人受灾，毁埋农田1417亩，房屋5508间，泥石流堆积物堵塞白龙江形成的堰塞湖使近三分之一的城区被淹，县城道路交通、供水、供电、通讯系统陷入瘫痪。

舟曲“8·8”特大山洪泥石流灾害是新中国成立以来破坏性最强、死亡人数最多、救灾难度最大的一次地质灾害，给舟曲县城人民生命财产造成了巨大损失。

本次泥石流除了其造成的巨大灾害外，泥石流的成因和活动特征也具有显著的独特性。

本文基于为灾后重建开展的三眼峪沟泥石流灾害勘查及治理工程设计项目，在对三眼峪沟流域泥石流详细勘查的基础上，对“8.8”泥石流的形成和活动特征进行了初步分析。

1自然地理及地质环境条件概况
舟曲县位于甘肃省南部，地处西秦岭地质构造带
南部陇南山地［1］
，属嘉陵江上游白龙江流域。

境内西
秦岭与岷山山脉呈西北—东南向横贯全县，高山叠置，沟壑纵横，坡陡谷深，地势险峻。

舟曲县城依白龙江而建，夹于南北两山之间，依山傍河，地域狭窄，主城区建于三眼峪沟、罗家峪沟、寨子沟、硝水沟等泥石流堆积扇上。

三眼峪沟流域位于舟曲县城北侧，属白龙江一级
支流，流域面积24.1km 2。

区域上该处为西秦岭南带
印支期冒地槽褶皱带西段白龙江复式背斜北翼，整个流域处在两条北西走向的区域性断裂带所夹的断块之间，与区域性断裂走向一致的两条正断层、一条逆断层分别横穿沟谷的中段和前段
［1］
（图1、图2）。

断裂两
侧岩层破碎，褶曲强烈。

流域内出露的前第四纪地层以二叠系为主，
分布于流域中、上游，岩性主要为厚层块状灰岩、中到薄层硅质条带灰岩、白云质灰岩、大理岩化灰岩及白云岩化鲕状灰岩，
岩层产状192ʎ 210ʎ∠68ʎ 72ʎ。

流域下游，即出山口一带，出露中泥盆统古道岭组，岩性为炭质板岩、千枚岩夹薄层灰岩及砂岩，岩层产状234ʎ∠54ʎ。

流域内第四系广泛分布，其成因类型复杂，主要有风积黄土、残坡积、冲洪积及崩塌、滑坡堆积物等。

2
泥石流的形成特征
2.1
地形条件
三眼峪沟流域由大眼峪沟、小眼峪沟呈“Y ”形构
成，其中，大眼峪沟为主沟（图2）。

大眼峪主沟长5.3km ，沟床比降平均272ɢ，两岸山坡坡度平均50ʎ；小眼峪主沟长5.1km ，沟床比降平均281ɢ，两岸山坡平均坡度54ʎ。

流域内最高点海拔3828m ，出山口海拔1550m ，
与白龙江的汇流点海拔1340m ，最大相对高差2488m 。

流域内共有大小支沟59条，沟壑密度1.9条/km 2。

三眼峪沟属典型的标准型泥石流沟谷，大眼峪沟与小眼峪沟汇合点以上区域为泥石流形成区，呈现明显的勺状洼地地形，汇水条件极其良好。

该
区面积22.49km 2
，占整个流域面积93%，沟床比降
296ɢ；两条支沟交汇点至主沟峪门口为泥石流流通
第4期水文地质工程地质·83
·
图1区域地质构造图
Fig．1Simplified geological map of the Sanyanyu basin
1—下志留统；2—中上志留统白龙江群下段；3—中泥盆统古道
岭组下段；4—中泥盆统古道岭组上段；5—下石炭统；6—中上石
炭统；7—下二叠统下段；8—下二叠统上段；9—上二叠统；10—
三叠统下段；11—三叠统中下段；12—三叠统中上段；13—第四
系中、上更新统；14—地质界线；15—复活断层；16—正断层；
17—地层产状；18—逆断层；19—三眼峪流域范围；20—水系
区，该段长0.43km，占沟谷总长8%，沟床比降168ɢ；沟口堆积区呈扇形开阔的长条形，南北长约2050m，中前部宽437m，平均比降为98ɢ，面积0.87km2，占流域面积3.6%。

显然，三眼峪沟的地形具有形成区面积大、流通区长度短、堆积区面积相对较小、3个区域比降均较大的独特条件。

这种沟谷地形极易汇集降水，使坡面水流和支沟汇流迅速获得能量、并在主沟道集中，从而为形成具有强大冲击力的泥石流提供了有利的地形条件。

2.2固体物质来源及其分布特征
三眼峪沟内松散物质丰富，泥石流的固体物质来源主要有四类：崩塌、滑坡、坡面残坡积物及沟道堆积物。

其中，崩塌是该流域泥石流的主要补给物源。

流域内发育大、小崩塌50多处，总体积2829.4ˑ104m3。

大量崩塌在主、支沟两侧呈倒石堆状成群分布，尤其集中分布于峪门口、大峪口、小峪口、罐子坪及歪脖子等沟段（图2）。

根据现场调查测算，流域内可转化为泥石流的固体物质总量为2693.84ˑ104m3，其中崩塌补给量1926.64ˑ104m3，滑坡补给量52.6ˑ104m3，沟道物质补给量523.8ˑ104m3，危岩体49.3ˑ104m3，坡面松散物质补给量141.5ˑ104m3。

单位面积可补给量达111.78ˑ104m3。

图2三眼峪沟泥石流发育背景条件图
Fig．2Map showing geological settings and
morphological divisions of the Sanyansu basin
1—崩塌；2—滑坡；3—危岩体；4—流域界线；5—水系；
6—正断层；7—逆断层；8—泥石流流域分区界线
2.3暴雨特征
舟曲县所在的气候区域属北亚热带向北温带的过渡区，随海拔升高，气候垂直变化明显，由亚热带逐渐转变为温带。

多年平均降水量435.8mm，年最大降水量579.1mm，年最小降水量253mm［2］。

年内降水分配不均，主要分布在5 9月份，具有降雨集中、暴雨多、局地性降雨强度大的特点，使泥石流形成具备充足的降水条件。

2010年8月8日特大型泥石流就是在40min降雨量达77.3mm的极端降雨条件下激发形成的。

现场调查发现，激发“8.8”特大型泥石流的降雨在三眼峪沟流域内的分布具有特征鲜明、分界明显的暴雨和非暴雨两个区域。

暴雨区域集中于泥石流形成区的中上游，即峪支沟—罐子坪以上的区域（图2），暴雨区面积17.27km2，占该沟流域总面积的71.6%，占形成区面积的76.8%。

暴雨区内，坡面冲蚀及汇流痕迹明显，支沟多冲出泥沙或形成泥石流。

非暴雨区域在泥石流形成区的下游至沟口区域，沟坡及凹形汇流
·84·胡向德，等：舟曲县三眼峪沟特大型泥石流的形成和运动特征2011年
负地形未形成明显的地表径流痕迹，坡脚处堆积的细
粒松散物质也未见冲蚀迹象。

灾后访问证实，三眼峪
沟下游区域“8.8”时的降雨为小至中雨。

3泥石流冲淤特征
三眼峪沟“8.8”泥石流的活动具有以主沟冲蚀为
主、支沟汇流为辅的特点。

暴雨区域内，短时间、高强
度降雨迅速汇集后，形成冲击力巨大的坡面径流，并直
接冲蚀、启动了区内植被覆盖条件良好的残坡积层，特
别是高山草地、乔灌木混交林覆盖下陡坡段的大量细
粒物质，随即迅速汇入沟内，并冲蚀启动主沟道两侧堆
积的崩塌堆积物及沟道内松散物质。

因而，在形成区
的中游，泥石流已基本形成（图3），在纵比降大的沟床
上带着巨大能量疾速冲出。

然而，在大眼峪沟、小眼峪
沟泥石流的形成过程中，由于沟谷形态变化和沟道内
固体松散物质特征及储量不同，泥石流在流动过程中
或冲或淤，不同区段泥石流的冲淤特征差异显著。

图3三眼峪沟特大泥石流形成及冲淤变化图Fig．3Map showing the sections where deposition or
erosion occurred during the debris flow
1—“8.8”泥石流形成区；2—汇水（砂）区；3—冲蚀沟段；
4—淤积沟段；5—堆积区；6—推测暴雨界线；7—断面及编号
3.1三眼峪主沟
三眼峪主沟，即大眼峪沟罐子坪以上沟段，泥石流运动以主沟冲蚀为主，支沟汇流为辅，罐子坪以下为单一的主沟冲蚀区段。

从上游至下游，各沟段泥沙输移及形成特征不同。

竹塔沟上游主沟段长1.67km，沟道纵比降在380ɢ以上，汇流面积6.87km2。

沟道狭窄，主支沟内物质储量较少，沟坡植被覆盖率大于60%，部分沟段乔灌木混交林淤塞沟道，属典型的降雨汇流区段，泥石流活动特征以沟坡面状冲蚀及支沟携带泥沙汇流为主，下切侵蚀较强烈，形成携砂洪水。

竹塔沟—罐子坪段，主沟沟道狭窄，谷底宽3.8 36m，主沟道长2.05km，汇流面积2.72km2，平均沟床纵比降324ɢ。

沟道两侧堆积大量的崩塌、滑坡、崩坡积等松散物质，沟床粗糙，巨石、块石集中，估算可补给泥石流的固体松散物质总量达987ˑ104m3。

该沟段是大眼峪沟泥石流的形成和启动地段，泥砂沿沟道全程补给，以主沟冲蚀为主。

两侧支沟，由于植被覆盖良好，以汇流为主，但是泥砂汇入量较少。

主沟内地表径流沿程不断侧蚀沟道两侧崩塌体及滑坡前缘，泥砂含量不断增高。

特别是罐子坪地段，沟道两侧巨型崩塌堵塞沟道，堆积物质总体积达612ˑ104m3，占大眼峪沟松散固体物质总储量的52%［3］，形成宽3.8 12m 的狭窄沟槽地形。

主沟汇流在该沟段强烈冲蚀堵塞沟道的崩塌堆积体，大量泥砂、块石汇入地表径流，泥石流重度迅速增大。

至此，该沟泥石流基本形成。

罐子坪下游的崖脚里沟段，长度0.86km，汇流面积0.45km2，该沟段地形开阔，谷底宽40 125m，沟道平均纵比降14.5ɢ。

“8.8”特大型泥石流携带的大量泥砂、石块在该沟段淤积，沟床上可见垄岗地形，淤积厚度在1 5.7m不等，堆积巨石最大粒径3.8m。

泥石流流面最大宽度78m，沟道两侧崩塌堆积体未参与泥石流活动。

由于大量固体物质停淤，使泥石流能量趋于减弱。

至大眼峪沟沟口（大峪口），沟段长0.72km，汇流面积0.33km2，主沟槽宽2.8 8.5m，沟床平均纵比降307ɢ。

该段右岸崩塌堵塞沟道，形成峡沟地形。

泥石流侧蚀、底蚀十分强烈，冲蚀的崩塌物质、迅速汇入流动的泥石流中，能量进一步加大。

两沟汇合—峪门口段，沟段长0.34km，汇流面积0.46km2，沟床纵比降163ɢ，沟道地形较开阔。

泥石流在该段侧蚀和淤积作用兼有，少量巨石、块石在沟道内停积，淤积厚度0.5 2.4m，带着巨大能量的泥石流主体从该段疾速冲出沟口，造成巨大灾难。

3.2小眼峪沟
与大眼峪沟相似，小眼峪沟内“8.8”泥石流的运动也表现为以主沟冲蚀为主、支沟汇流为辅的特征。

第4期水文地质工程地质·85·
滴水崖上游主沟长2.15km，汇流面积5.05km2，沟床纵比降大于360ɢ。

主支沟内物质储量较少，沟坡植被覆盖良好，各支沟沟口无新的泥石流堆积物质，主沟两侧沟壁泥痕不明显，呈现出暴雨冲蚀沟坡残坡积松散物质、支沟汇流携带泥沙汇入主沟的特征，该段为典型的汇流、汇砂区段。

滴水崖—峪支沟段，主沟道长1.96km，沟道狭窄呈“之”字型弯曲，谷底宽17 34m，汇流面积3.19km2，平均沟床纵比降214ɢ。

主沟道两侧崩塌、崩坡积物质成群分布，并依次分布有干岔沟、水泉流沟、峪支沟等支沟，各支沟内松散物质储量丰富，沟床纵比降大，老泥石流物质在沟口形成扇状或锥状堆积，压缩主沟道，阻碍水流。

初步估算，该沟段可补给泥石流的固体松散物质总量达776ˑ104m3。

该段是小眼峪沟泥石流的主要启动和形成沟段，主沟冲蚀作用强烈，除干岔沟外，其它支沟泥砂汇入量较少。

由于沟道狭窄，主沟地表径流不断冲蚀沟道两侧崩塌、崩坡积及沟床松散物质，侧蚀和底蚀作用也极为强烈，大量泥沙汇入使泥石流能量迅速增大，重度不断增高，至峪支沟沟口处，小眼峪沟泥石流已基本形成。

峪口里沟段，主沟长0.67km，沟道宽63 186m，汇水面积0.81km2，沟床平均纵比降183ɢ，沟谷地形开阔。

两岸崩塌堆积体远离主沟槽，“8.8”泥石流基本未冲蚀两侧崩塌物质，泥沙汇入量少。

该段主沟内泥石流在以淤积为主，淤积厚度0.5 5.6m，块石最大直径4.2m。

泥石流在该沟段的大量停积后，能量略有降低。

小峪口沟段，长0.31km，沟床平均纵比降385ɢ，汇水面积0.19km2。

巨型崩塌堵塞沟道，形成狭窄沟槽地形，因此，泥石流在该沟段冲蚀作用十分强烈，陡坡地段大量崩塌物质汇入泥石流。

小眼峪沟内泥石流从小峪口冲出后，汇入主沟。

值得指出的是，小眼峪沟沟口泥石流堆积大致呈扇状，扇前缘压迫大眼峪沟主沟道，呈现向主沟凸出的月牙形，扇前缘高出主沟床10 50cm。

由此判断，小眼峪沟泥石流的形成滞后于大眼峪沟，至少最后波段两沟的泥石流是从小眼峪沟冲出。

4泥石流的流量变化特征
由于沟谷断面形态和汇流特性的变化，泥石流流量沿着沟道也不断变化。

“8.8”特大泥石流发生后，沟谷断面上泥石流泥痕非常清晰（图4），为比较准确地确定泥石流流量提供了有利条件。

现场调查中，在沟段较为顺直、泥痕清晰的断面上进行了详细的测量。

采用基于形态调查法的流量计算公式［4］（式（1）、（2）），可以估算不同沟段典型断面处的泥石流峰值流量。

估算结果如表1、图4。

表1三眼峪沟不同沟段典型断面处泥石流流速、流量估算结果
Table1Flow rate and runoff of the debris flow at different sections of the Sanyanyu gulley
沟段及断面编号断面平均泥深H c（m3）沟床纵比降I c泥石流平均流速V c（m/s）泥石流断面峰值流量Q c（m3/s）大眼峪沟沟口（大1） 6.480.145 6.611532.25
大眼峪沟沟口（大2） 5.490.3128.671461.39
大眼峪沟中游崖脚里（大3） 5.780.136 5.931501.38
大眼峪沟罐子坪段（大4） 6.640.3158.831594.33
大眼峪沟罐子坪段（大5） 3.040.380 6.471546.96
大眼峪沟上游（大6） 4.180.230 5.941292.68
小眼峪沟沟口（小1）7.010.2909.861507.07
小眼峪沟峪口里（小2） 4.430.166 5.491411.59
小眼峪沟峪支沟下游（小3） 5.030.212 6.771566.66
小眼峪沟中游歪脖子（小4） 5.590.176 6.611463.97
小眼峪沟上游滴水崖（小5） 4.990.190 6.361154.81
三眼峪沟出山口（主1）7.560.116 6.561786.45
三眼峪沟峪门口（主2） 6.570.141 6.601833.18
Q
c =W
c
·V
c
（1）
式中：Q
c
———泥石流断面峰值流量（m3/s）；
W
c
———泥石流过流断面面积（m2）；
V
c ———泥石流断面平均流速（m/s）。

流速计算采用下式：
V
c
=（1/N
c
）·H2/3
c
·I1/2
c
（2）
式中：H
c
———计算断面的平均泥深（m3）；
I
c
———泥石流的沟床纵比降；
·86·胡向德，等：舟曲县三眼峪沟特大型泥石流的形成和运动特征2011
年
图4三眼峪沟特大泥石流典型断面泥位痕迹
Fig．4Traces of the debris flow observed at four typical sections of the Sanyanyu gulley
N
c
———泥石流沟床糙率。

根据粘性泥石流糙率表，结合三眼峪沟的实际情况，三眼峪沟泥石流沟床糙率系数取0.20。

从估算结果可以看出，三眼峪沟内泥石流最大峰值流量出现在小眼峪沟与大眼峪沟两沟交汇处的下游侧（主2断面），流量为1833.18m3/s；小眼峪沟内最大峰值流量出现在中游段（小3断面），流量为1566.66m3/s；大眼峪沟内最大峰值流量出现在中游段（大4断面），流量为1594.33m3/s。

图5三眼峪沟特大型泥石流流量变化曲线
Fig．5Runoff variation of the debris flow along the Sanyanyu gulley
流量调查结果进一步证实，大眼峪沟内泥石流在
罐子坪下游处（大4断面）已基本形成，因而，该流域
内最大流量在此段出现；其下游沟道开阔，泥石流出现
淤积现象，泥石流流量减小（崖脚里）；大眼峪沟口处
（大1断面），泥石流冲蚀汇入狭窄沟段的崩塌物质，
流量又进一步增加。

同样，小眼峪沟流域的泥石流在
中游峪支沟沟口处已基本形成（小3断面），该流域内
最大峰值流量在该段出现；下游峪口里段，由于沟道较
开阔，泥石流流速减缓，因而，泥石流出现淤积现象；在
小峪口附近（小1断面），由于崩塌堵塞沟道，沟形狭
窄，大量固体物质汇入泥石流，流量再次增大。

尽管三
眼峪主沟最大流量位于大眼峪沟与小眼峪沟交汇处下
游（主2断面），但是远小于大眼峪沟与小眼峪沟出沟
流量之和，这不仅说明小眼峪沟与大眼峪沟的泥石流
洪峰未形成叠加，同时也证实了三眼峪沟泥石流在流
动过程中，除了具有强大的冲击、下蚀作用外，还存在
局部淤积现象。

5结论
（1）三眼峪沟的地形具有形成区面积大、流通区
长度短、堆积区面积较小、3个区域比降均较大的独特
条件。

第4期水文地质工程地质·87·
（2）三眼峪沟内松散物质丰富，分布有崩塌、滑坡、坡面残坡积物及沟道堆积物四类，流域内可转化为泥石流的固体物质总量约2693.84ˑ104m3。

其中，崩塌是该泥石流的主要补给物源，可补给的崩塌总量约1926.64ˑ104m3。

（3）激发舟曲县三眼峪沟“8.8”特大泥石流的暴雨集中于形成区的中上游，暴雨区面积17.27km2，占形成区总面积的76.8%。

（4）三眼峪沟“8.8”特大泥石流在流域中游已基本形成，其后随各沟沟谷形态及固体松散物质分布的不同，泥石流或冲或淤，能量随之增减。

（5）三眼峪沟内大、小眼峪沟最大峰值流量出现在流域中游，分别为1594.33m3/s、1566.66m3/s。

主沟最大流量位于大、小眼峪沟交汇处下游侧，流量1833.18m3/s，大、小眼峪沟最大峰值流量未形成叠加。

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Zhouqu County，Gansu Province［R］．2002.（in
Chinese）］
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2010.）
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－2006Code of Investigation for Prevention Works
against Debris Flow［S］．（in Chinese）］
Formation and kinematic characteristics of the debris flow disaster at the Sanyanyu gulley，Zhouqu County of Gansu Province
HU Xiang-de，LI Zhi-heng，WEI Jie，BI Yuan-hong
（Gansu Institute of Geo-Environment Monitoring，Lanzhou730050，China）
Abstract：Debris flow occurred in the early morning of October8，2010at the Sanyanyu Gulley and Luojiayu Gulley，Zhouqu County in Gansu Province has been the most destructive debris flow event in China since 1949.In this paper，characteristics of the debris flow in Sanyanyu Gulley are analyzed in terms of its formation conditions and kinematics based on a site investigation immediately after the disaster．It is found that initiation
of the debris flow was in the middle reach of the Sanyanyu basin，and that kinematics of the debris flow showed great variation in the course of its movement due to variation of shapes of the gulley at different sections and nature of source materials along the gulley．In particular，deposition，erosion and runoff of the debris flow either increased or decreased during the debris flow．Runoff of the debris flow reached its maximum value at
the confluence of two tributaries of the Sanyanyu gulley．The runoff of the debris flow at the pass of the Sanyanyu gulley was estimated as1833.18m3/s．
Key words：Sanyanyu gulley at Zhouqu County；debris flow；center of rainstorm；deposition and erosion；runoff
责任编辑：张明霞。