玉树地震震后结古镇热翁隆泥石流灾害特征

浅析玉树地震震后结古镇热翁隆泥石流灾害特征
摘要：受玉树“4.14”地震影响，玉树县结古镇热翁隆两岸坡体多处产生拉裂现象，大量岩土体松动，致使崩塌、滑坡等灾害加剧，为泥石流形成提供了丰富的物源。

根据现场调查，从地形条件、物源条件、降雨条件分析了泥石流形成原因，并分析了泥石流发育特征，提出防治思路。

关键词：泥石流；玉树地震；成因条件；发育特征；防治对策disaster feature analysis of rewenglong gully debris flow after yushu earthquake in jiegu
gao wen-feng1, wei yue2,li ji-tao3,liu hao-ran4
（1. shandong provincial geo-mineral engineering exploration institute, jinan shandong 250014; 2. shandong provincial geo-mineral engineering exploration institute, jinan shandong 250014;3. no.1 institute of geology and mineral resources of shandong provincial, jinan shandong 250014; 4. shandong provincial geo-mineral engineering exploration institute, jinan shandong 250014;）
abstract: affected by yushu “4.14” earthquake , the slopes of the rewenglong gully that in the northeast of jiegu town appeared tensile tendency ,mass of rock and soil was activated ,collapse and landslide were exacerbated ,all of these provide a rich source of material for debris
flow .according to the field investigation ,we analyzed the reasons of debris flow in rewenglong gully from the terrain conditions ,rainfall conditions and material conditions . we analyzed the development characteristic about debris flow and proposed several prevent and control methods .
keywords: debris flow; yushu earthquake; rewenglong gully; causes conditions; development characteristic; control measures
中图分类号： p315.1 文献标识码： a 文章编号：
2010年4月14日7时49分，青海省玉树藏族自治州发生了里氏7.1级，震源深度14km之特大浅表地震，震中位于玉树县县城西北16km的拉秀乡日麻村。

“4.14”地震致使州、县府所在地结古镇城镇基础设施和生命线工程系统遭受严重破坏，面积约8km2的范围成为重灾区，居民住房几乎全部倒塌，人民生命财产蒙受巨大损失。

在地震作用下，位于结古镇新寨村北的热翁隆两岸坡体多处产生拉裂现象，大量岩土体产生松动，沟谷两侧斜坡崩塌、滑坡等现象进一步加剧，局部沟段水流受阻，物源剧增，在强降雨等条件下，存在严重的泥石流灾害隐患[1]。

本文根据对结古镇热翁隆泥石流灾害的现场调查，分析影响泥石流形成因素（地形条件、物源条件、降雨特征），定性、定量评判泥石流特征，计算其动力特征值，提出防治对策。

1地质环境概况
1.1自然地理
结古镇为玉树藏族自治州州府、玉树县县府驻地，地处青海省西南青藏高原腹地的三江源头，巴颜喀拉山南麓，唐古拉山东端，北靠通天河，总体呈构造剥蚀高山峡谷地貌。

热翁隆主沟及两侧坡体地貌类型为侵蚀剥蚀中高山，由三叠系板岩、石英砂岩组成，山体北高南低，平均海拔在3800m以上，相对高差600~1000m；冲沟发育，沟谷呈“v”型或“u”型，岸坡坡度25~45°，局部沟段近直立；寒冻风化作用强烈，片状多年冻土发育，其上岩屑坡、融冻泥流及山岳冰川冰蚀冰斗地貌发育，反映了以整体隆升为主的构造运动特点；山体植被覆盖率10%~80％。

热翁隆下游地带及沟口堆积扇地貌类型为高海拔河谷平原，受东西流向扎曲河影响较大；河谷宽度15~150m不等，不对称发育有i、ii级阶地，一般均发育于河流左侧，i级阶地断续发育，阶面宽20~60m，其前缘阶坡高出现代河床1.0~2.0m，ii级阶地局部残缺。

据玉树气象站1957~2005年观测资料，多年平均降水量485.9mm，最大年降水量达638.3mm（1989年）。

1.2地层岩性
1.2.1三叠系
三叠纪石英砂岩、板岩（t3）分布于热翁隆中上游及北部中高山区，由灰黑、黑色石英砂岩、板岩构成，中厚层~薄层状构造，易于风化剥蚀，倾向ne，倾角70°。

山体斜坡带披覆有1~2.5m的坡残积层，结构松散，受玉树“4.14”地震影响，拉张裂缝发育。

1.2.2第四系
①全新统冲洪积物（q4al+pl）分布于扎曲河漫滩、ⅰ、ⅱ级阶地，二元结构：表层亚砂土厚0.3~1.5m，含少量碎石；下部为砂卵砾石层，粒径一般4~8cm，大者25cm，其中大于2mm者约占50%~65%，余为粗砂含泥质，磨圆度一般，多呈次圆状，层厚大于10m。

②全新统坡积物（q4dl）沿沟谷两侧山麓坡脚地段零星分布，碎石土为主，碎石大小不一，分布不均，多呈棱角状；粒径1~10cm 者占60%以上，母岩风化物及粘性土充填，局部为粉土。

③全新统泥石流堆积物（q4sef）分布于热翁隆泥石流沟的流通区、堆积区，碎石土为主，磨圆度差，多呈棱角~次棱角状，粒径1~5cm者占60%以上，中粗砂充填。

1.3地质构造
热翁隆所处的玉树地区,，地质构造条件复杂，位于青藏川滇歹字形构造体系—巴塘拗陷褶皱带前缘。

区内断裂及褶皱发育，构造形迹以nw、nww向为主，其次为nne-ssw向断裂；前者规模宏伟且切割深，并以左旋走滑为主兼具逆冲性质，后者则具有逆冲兼右旋走滑特征，并普遍错断nw向断裂[2]。

本区第四纪以来新构造运动频繁，具有继承性，对玉树县影响最大，直接关系到玉树灾后重建的活动断裂有玉树-甘孜断裂和年吉错南-巴塘断裂。

玉树-甘孜断裂为“4.14”玉树7.1级地震发震断裂，本次地震中烈度为ⅸ度，热翁隆距离震中（即拉秀乡日麻村）仅43km左右，受地震影响严重，大量岩土体松动。

2成因条件分析
泥石流的形成一般需要具备典型的地形地貌、强劲的水动力和充足的固体松散物质三个基本条件，对照典型泥石流沟特征，分析热翁隆泥石流沟成因条件[3]。

2.1地形条件
热翁隆流域平面形态近似“芭蕉扇”状，南北长约10.8km，东西宽约8.5km，总面积49.10km2，主沟总长14.84km，最大相对高差1360m，平均比降95.01‰。

根据泥石流的形成、运移、堆积特征，将流域划分为形成区（清水区）、形成区（物源区）、流通区和堆积区四部分（见图1）。

2.1.1形成区（清水区）
位于沟谷北部中高山区，面积约37.38km2，占总流域面积的76.14%，沟宽200~550m，长约4.2km，沟道纵坡降为156‰，沟道较弯曲；沟底宽阔平坦，沟岸山坡较陡，坡度约为10~40°，植被覆盖率约为30%~60%，寒冻风化作用强烈，片状多年冻土发育，其上岩屑坡、融冻泥流及山岳冰川冰蚀冰斗地貌发育，沟底松散堆积物较薄，大块石堆积少，呈宽阔的“u”型谷，具典型的冰槽谷特征；区内崩塌、滑坡较发育，调查显示共有5处崩塌、滑坡灾害体，是沟内松散物质的主要补给源。

2.1.2形成区（物源区）
位于流域中部区域，面积为10.01km2，占总流域面积的20.38%，
沟道狭窄，宽20-100m，长3.0km，沟道弯曲，沟道密度大，沟道纵坡降为74.1‰，沟岸山坡陡峭近乎直立，呈“v”型谷，有利于固体物质和水的汇集，植被覆盖率约为30%，沟岸山坡发育17处崩塌、滑坡，沟底和坡体覆盖崩塌堆积物和滑坡堆积物，是沟内泥石流灾害的主要松散物质供给源，并造成局部沟段沟道堵塞、挤压主沟现象。

固体松散物质补给量占流域总补量的86.8%。

2.1.3流通区
位于流域中下游区域，面积约为1.18km2，占总流域面积的2.4%，沟底宽阔平坦，宽100~300m，长1.22km，纵坡降40.0‰，水流变缓，两岸边坡约50°~70°，植被覆盖率30%左右，沟内堆积坡洪积、冲洪积碎屑物质，厚度3~8m。

沟道呈“u”型谷，是泥石流危险区。

2.1.4堆积区
位于沟谷南部下游地段，面积为0.992km2，占总流域面积的
2.02%，堆积区宽度约为300~1000m，长度为0.55km，地势较平坦，纵坡降为27.3‰，堆积扇发育完全，植被覆盖率约为10%~30%，区内建有沙石场、砖厂、蔬菜生产基地和临时居民点，国道g214在堆积扇穿过；区内已建有250m的排导渠，排导渠宽约14m，高1.5m，起到了很好的导流泄洪效果，河道趋于稳定，是爆发泥石流灾害最严重的危险区。

图1热翁隆流域卫星图片
2.2物源条件
热翁隆固体松散物源丰富：上游汇水地带受冻寒风化作用，表层岩土体多为风化侵蚀碎屑物，受冲洪积作用堆积于沟道；中上游地带岸坡不稳定边坡发育，多有崩塌、滑坡等发育堆积于坡脚及沟道内；中下游地带多有采石场、搅拌站等人类活动所遗留并暂存在泥石流沟内的固体松散物源；主沟、各支沟沟口为泥石流活动堆积碎石土，结构相对松散，受冲洪积掏蚀堆积强烈；全流域沟道内多为冲洪积、泥石流活动等沿沟床底部及沟岸坡脚掏蚀堆积的碎石土，沿程沟岸坡脚及坡度较缓岸坡受水流冲蚀而堆积大量松散碎屑物。

根据固体物源成因，可将其划分为沟道堆积物源、坡面侵蚀物源、滑坡堆积物源、崩塌堆积物源及人工开采废料等五大类别。

经野外调查初步估算，考虑各类别物源之间相互转化及重复计算等因素，按照当地经验系数85%进行总量折算后，热翁隆沟总固体松散物质静储量为171.176×104 m³，动储量约为58.060×104 m³（见表1）。

表1 热翁隆固体松散物源储量估算
2.3降雨条件
据多年气象资料显示，结古镇地区多年平均降水量480.9mm，日最大暴雨强度38.8mm/d，10分钟最大降雨量19.2mm。

降水主要集中在7~9月份，占全年总降水量的72％以上，同时段一般有流域洪水发生。

流域洪水为单峰型洪水，具有涨落缓慢，洪峰低，历时长，年际变化较小的特点。

区内短历时、大强度的降水为泥石流的形成
提供了强劲的水动力条件。

通过对结古地区1957~2003年泥石流暴发降雨量占强降雨量爆发频次进行数理统计, 表明区内泥石流的
形成与强降雨密切相关（见表2）。

表21957-2003年结古镇泥石流暴发降雨量占强降雨量数理统计
因此，将本区泥石流临界降雨量初步定为15mm/h，10mm/10min。

3发育特征分析
3.1历次泥石流发育特征分析
热翁隆泥石流沟流域宽广，汇水面积大，地势高低不平，纵坡降较大，泥沙沿程补给长度较大，沟岸边坡陡峻，下游宽阔平坦；沟内固体松散物源丰富，岸坡崩塌、滑坡等地质灾害发育，人工开采活动强烈；流域内强降雨历史记录丰富，暴雨洪峰特征明显。

故历史上多次发生泥石流灾害，距离最近的一次为2003年7月29日发生的小规模泥石流灾害，半毁院墙30m及2座简易桥，所幸无人员伤亡。

通过对各沟口泥石流堆积物颗粒进行取样分析，结果表明，勘查区内泥石流堆积物以卵石、碎石为主，含量达50%以上，而泥质含量均小于7%，说明流域内泥石流水动力较强(见图2)；垂向上，沟内泥石流堆积物粒径呈现不规律变化，反映了流域内泥石流多次沉积旋回；水平方向上，沟内泥石流堆积物粒径由上游向下游逐渐变细，砂、泥质成分有增加的趋势，说明泥石流在运移过程中能量逐渐减少。

图2泥石流堆积物粒径级配
3.2泥石流特征值计算
3.2.1泥石流容重
由于研究区内泥石流无实测资料，因此只能根据实际调查，按现场配浆法与查表法进行综合取值确定。

即通过采取区内泥石流堆积物现场加水搅拌，邀请当地泥石流发生时的目击者确定泥石流样品含沙量；以及通过在野外调查，综合评分赋值查表确定其相应的泥石流容重。

配浆法按式（1）计算泥石流容重：
γc=q/w(1)
式中：γc-泥石流容重（t/m3）；q-泥石流样品重量（t）；w-泥石流样品体积（m3）。

根据上述两种方法取得热翁隆泥石流容重值为1.502t/m3，初步定性为稀性水石流。

3.2.2泥石流流速、流量和总量
泥石流流速、流量和总量是衡量泥石流动力学性质及泥石流防治基本参数。

通过沟口断面测量及泥石流颗粒分析，利用半经验或经验公式计算确定泥石流流速、流量和总量[4]，计算结果见表3。

vc=（15.3/a）·hc2/3· ic3/8 (2)
qc=（1+φ）qp· dc(3)
q=0.264t· qc(4)
qh=q（γc –γw）/ (γh-γw）(5)
式中：vc-泥石流断面平均流速（m/s）；a=[γh·(φ+1)]1/2；hc-平均水深（m），取0.35；ic-泥石流水力坡度（‰）；γh-泥石流中固体物质比重（t/m3），取2.65；φ-泥石流泥沙修正系数，φ=(γc –γw)/(γh-γc)；γc-泥石流容重（t/m3），取1.502；γw-清水重度（t/m3），取1；qc-频率为p的泥石流洪峰值流量（m3/ s）；qp-频率为p的暴雨洪水设计流量（m3/ s）；p-设计洪峰频率，取2%；dc-泥石流堵塞系数，取2.5；q-一次泥石流总量（m3）；t-泥石流历时（s），取1800；qh-一次泥石流冲出的固体物质总量（m3）。

表3泥石流流速、流量和总量计算结果
3.2.3泥石流其它动力学特征值确定
泥石流整体冲压力、爬高和最大冲起高度、弯道超高是泥石流防治工程设计的重要参数。

采用经验公式进行计算，计算结果见表4。

式中：δ-泥石流体整体冲击压力(kpa)；γc-泥石流容重(t/m3)；vc-泥石流流速(m/s)；g-重力加速度(m/s)，取9.8；α- 建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角(°)，取90；λ-建筑物形状系数，矩形取1.33；δh-泥石流爬高和冲起高度(m)；b-迎面坡度的函数(迎面坡度90°，b=1.0）；δh-弯道超高值(m)；r2-凹岸曲率半径(m)，取286；r1-凸岸曲率半径（m），取254。

表4泥石流整体冲压力、爬高和最大冲起高度、弯道超高计算结果
3.3泥石流危害特征及发展趋势分析
3.3.1泥石流危害特征分析
热翁隆泥石流的危害主要是在沟谷下游及主沟、各支沟沟口堆积区发生淤埋、冲刷及挤压主河道等现象。

热翁隆沟道狭长而多弯曲，泥石流往往来不及排泄而越过泄洪沟道，淤埋各种受威胁对象；受强降雨作用，流域内内大量坡面土体被带至沟道底部，泥石流沿程接受岸坡及沟床松散物质的补给，重度不断增高，尤其在流通区及沟口排洪道一带冲刷增强，使得排导渠受损及路基受掏蚀而破坏；泥石流中的块石含量大，运移过程中对受威胁对象易产生严重的撞击危害；在进入下游扎曲河流域时，存在泥石流与主河冲突的可能性，若泥石流携带的泥沙、块石不能被主河及时搬运，就会停淤下来挤压河道，减小沟道纵坡降，致使危险性增大。

3.3.2泥石流发展趋势分析
热翁隆所处区域地形条件的变化比较缓慢，降水条件受区域气候变化规律控制，而固体松散物质条件受玉树“4.14”地震影响，其累积速率明显剧增。

且热翁隆中下游地带遍布因玉树灾后恢复重建而临时修建的混凝土搅拌厂、采石场及砖厂等临时性建筑等，随着未来结古镇三年跨越二十年城镇建设规模的发展，对地质环境的破坏将进一步加剧，热翁隆泥石流的发生频率将增高，较大规模的灾害性泥石流发生的可能性极大。

同时，由于沟口新寨村片区以成为地震灾后恢复重建规划区，今后泥石流造成的损失也将越来越大。

4防治工程方案
防治目标是通过对该泥石流沟的综合防治，在防治工程设防标准范围内有效减小泥石流暴发对调查范围内人民生命及财产安全的
危害。

总体思路是排挡结合、沟坡兼治、监测预警。

排挡结合工程：拦挡坝（上游格栅坝、下游重力坝）+排导渠+排水沟（利用现有河道）；沟坡兼治工程：消方回填+岸坡护墙+坝后护坦+上游植被；在工程防治的基础上，运用先进的监测仪器加强对泥石流的监测预警预报。

5结论
① 2010年4月14日，青海省玉树藏族自治州发生了里氏7.1级地震，受其影响，位于结古镇新寨村北的热翁隆地质环境遭受破坏，松散物源剧增，在遇强降雨等条件下，存在严重的泥石流灾害隐患。

②热翁隆总流域面积约49.10km2，主沟总长14.84km，最大相对高差1360m，平均比降95.01‰；热翁隆固体物源按成因分为沟道堆积物源、坡面侵蚀物源、滑坡堆积物源、崩塌堆积物源及人工开采废料等，初步估算总固体松散物质静储量约171.176×104m3，动储量约58.060×104m3；热翁隆泥石流临界雨量初步定为15mm/h或10mm/10min。

③通过对热翁隆流域地形、地貌，泥石流形成和发育特征调查和分析研究，热翁隆泥石流属稀性水石流；泥石流容重为
1.502t/m3，泥石流流速为
2.97m/s，五十年一遇泥石流峰值流量为160.58m3/s。

④热翁隆流域地形地貌变化比较缓慢，降水条件受区域气候变化规律控制，而固体松散物源在玉树“4.14”地震作用下，其发育状态及累积速率剧增；热翁隆泥石流的发生频率将增高，较大规模的灾害性泥石流发生的可能性极大，因此热翁隆泥石流防治工作需长期进行。

参考文献：
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