地震灾区泥石流启动机制研究及危险性评价

摘要

我国是世界上少数几个受地震影响最为严重的的国家之一。2008年5月12日四川省汶川县发生了里氏8.0级地震,不仅对震区造成了重大的人员伤亡和巨额的财产损失,同时也对震区的生态环境造成了严重的破坏。“5.12”汶川特大地震孕育了不计其数的滑坡、崩塌及潜在不稳定斜坡等不良地质体,同时也为震区内泥石流的发生提供了有利条件。地震灾区泥石流由于威胁人群数量大,一旦暴发,将造成重大的人员伤亡和经济损失,制约着山区的建设和经济发展,因此对地震灾区泥石流的启动机制研究也越来越重要。
　　 2010年8月13日晚,在汶川地震的主要震区北川、广元、汶川、映秀等县境内爆发了区域性的泥石流灾害,造成大量的人员伤亡,数千亩良田、房屋及工程设施被冲毁和淤埋,震区泥石流规模之大、破坏力之强,是其它地区泥石流灾害无法比拟的。通过这次区域性的泥石流灾害表明,“5.12”汶川震区泥石流已进入一个新的活跃期,在未来一段时间内,泥石流将成为震区内最主要的地质灾害之一。在何种条件下震区内已发生或潜在的泥石流将会启动是灾后重建中必需面对的一大难题,因此开展对地震灾区泥石流启动机制研究具有重要的理论和实践意义。鉴于目前国内较少有针对强震区泥石流启动机制的研究,本文通过对“5.12”汶川大地震强震区之一的汶川至映秀高速路段内14条泥石流沟为研究对象的基础上,开展调查、结合高分辨率遥感影像资料,对泥石流沟的区域地质背景、工程地质环境条件,以及泥石流沟地形条件,松散固体物质条件,水源条件及与人类活动的关系的研究基础上,开展了系统的对地震灾区区泥石流启动机制的研究。本次研究的主要内容和成果有有:
　　 (1)研究区泥石流以暴雨沟谷型泥石流为主,规模以中、大型为主。受地震、独特的地形地貌和水文气象条件的影响,具有成因多样,时间上的同步性,颗粒分选性极差等特点。
　　 (2)研究区泥石流的形成具备以下三个方面的条件:丰富的固体物质条件;有利的地形地貌条件和有利的水动力条件。①丰富的固体物质条件:研究区内泥石流的物质来源主要由侵蚀产生,可分为两大类,即一是集中式物源,主要由重力堆积、沟床堆积、老泥石流堆积形成,其特点是分布集中,数量较大,补给泥石流快速,根据对已发生的泥石流沟调查,一般都是在泥石流发生时就参与补给;二是分散式物源,由于研究区处于地震地区,山体大多被挤压得比较破碎,很多山体出现裂缝,流域内岩土体长年遭受雨水侵蚀从而形成物源,其特点是一般分布面积大,为长期缓慢的物源,在泥石流形成过程中逐渐加入进去。②有利的地形地貌条件:一是由于研究区处于高山峡谷地带,有利的地形地貌通过地势条件为泥石流提供位能,赋与泥石流一定的侵蚀、搬运和堆积所需的能量；二是研究区内在坡地或沟道的一定演变阶段内,提供足够数量的物质(水体和土体)。③有利的水动力条件:如果在同一地区或同一条泥石流沟中,在有丰富的物源及有利的地形条件下,如果有大量雨水的参与,就极有可能发生泥石流。研究区的多年平均年降水量在1000 mm以上,这样的降水量已经超过了我国一些半干旱、半湿润泥石流强烈活动地区的年降水量,再加上降水集中和多暴雨的特点,这表明研究区绝大部分雨季降水已经满足泥石流强烈活动对水分的要求。
　　 (3)采用泥石流启动的人工降雨实验对研究区在各种条件下的稳定行分析表明:①在不同颗粒级配下,含量超过全重50％的粒径为5-2mm的细粒组的土体最容易滑溜和启动产流；大粒径或小粒径含量过少和过多均不利于大规模土体的滑溜和启动产流。②在不同坡角下,坡度越大越容易产生泥石流。③在不同降雨、雨量总量相同的情况下,非连续强降雨更容易产生泥石流。通过降雨实验表明,研究区内粒径在5-2mm的细粒组的土体在坡度较陡加上连续非连续性降雨的情况下,极易发生泥石流,而本次研究的区域大多数都符合这个标准,由此可得出研究区内极易发生泥石流。
　　 (4)通过对整个区域的研究,运用灰色关联法对研究区进行整体评价表明,泥石流沟在综合流域面积,泥砂补给段长度比,主沟长度,切割密度,降雨量等因素条件下,只有这些因素达到一个最佳组合时才会产生泥石流。本文在综合收集该区14条泥石流沟基础资料的基础上,运用灰色关联法分别评价各沟的危险等级,为以后对震后地质灾区泥石流预测及在分析方法上有一定的参考价值。