甘肃镇原县金龙沟泥石流的发育特征及形成条件分析

甘肃镇原县金龙沟泥石流的发育特征及形成 条件分析作者：朱利辉张新民 来源：西部资源2021年第02期摘要：受强降水以及地震影响，镇原县金龙沟泥石流沟沟谷内斜坡稳定性降低，特别是镇 原县，在强降水等条件下，金龙沟沟内滑坡、滑塌频发，形成泥石流的物源剧增，存在较严重 的泥石流地质灾害隐患。本文从镇原县的自然地理特征、岩石地层特征等方面入手，分析了金 龙沟泥石流的发育特征及形成条件，为该处泥石流灾害的防治、预警和治理提供依据。关键词：金龙沟；泥石流；发育特征；形成条件Analysis of basin characteristics and formation conditions of debris flow in Jinlong Gully Zhenyuan County， GansuZHU-Li hui1，ZHANG-Xin min21. Geological Survey of Gansu Province， Lanzhou 730000 2. Qingyang Natural Resources Bureau， Gansu， Qingyang 745000Abstract : under the influence of strong rainfall and earthquake, the stability of slope collapse， landslide and other geological hazards in the gully of debris flow gully in Jinlong Gully Zhenyuan County， Gansu has been reduced. In addition， the rainfall in Qingyang， especially in Zhenyuan County， Gansu， has increased significantly in recent years， under the condition of heavy rainfall， the landslide and collapse developed in Jinlonggou Gully， and the material source of debris flow increased sharply. In this paper， the development characteristics and formation conditions of debris flow in Jinlong Gully are analyzed from the aspects of physical geography and rock stratum characteristics of Zhenyuan County， Gansu， which can provide basis for prevention， early warning and treatment of debris flow disasters.Key Words : Jinlong Gully ； Debris Flow ； development characteristics ； formation conditions镇原县位于甘肃省东部陇东黄土高原区，金龙沟位于镇原县城关镇金龙村，为茹河右岸一 级支沟，为一泥流沟谷，沟口为镇原县金龙工业集中园。该沟历史上曾多次发生泥流灾害，引 起了庆阳市委及镇原县委、县政府的高度重视。为了确保金龙沟周边人民生命财产的安全，维 护当地居民的正常生产和生活秩序，本区地质灾害治理刻不容缓。基于此背景，本文从金龙沟 泥石流的发育特征以及形成条件等两个方面进行分析研究，为该泥石流沟的监测预警和治理提 供重要的参考依据。1. 自然地理环境概况金龙沟位于镇原县金龙工业集中园区，地理坐标北纬353823354002，东经 10712011071201。镇北路从工作区经过，交通十分便利。1.1气象镇原县属温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温9.5r，最高气温372C，最低气温- 23.3。镇原县多年平均降水量480mm，降水年内分配不均，大部分集中在7、8、9三个月， 其降水量占年降水总量的70%。年最大降水量为699.2mm (1990)，最小降水量323.5mm (1997),日最大降水量106.9mm (1980年7月27日)，最大小时降水量44.9mm (1980年 8月18日)。镇原县境内降水具有明显的地区差异性，各地水量分布不均，南部多于北部， 在县南部的新城、平原、中原一带多年平均降水可达520mm，而北部三岔以北只有450mm。1.2水文工作区内的河流为茹河，茹河为蒲河一级支流。茹河发源于宁夏固原县大湾、开城一带， 途经镇原武沟、开边、城关、屯子、太平等乡镇东流注入蒲河，全长156km，流域面积 3263km2，境内流程60km，其特征与蒲河相似。1976年实测泥砂含量498kg/m3。茹河在7、 8、9月为汛期，洪峰流量大、泥砂含量大，破坏性很强，使河床改道，冲刷耕地，淘蚀坡 脚。11月至翌年3月为平水期，4月6月为枯水期。1.3 土壤、植被镇原县土壤种类主要有黄绵土、红黏土两大类，黑垆土和砂土有少量分布。镇原县植被在 水平带上系温带灌草植被带类型。境内植被稀疏，现状植被为仅存的少量经济林、人工水土保 持乔木林、灌木林以及零星人工草地和天然草地，林草覆盖率为28%。主要为沟坡上的针茅、 蒿类、胡枝子、地椒和长梁上本氏针茅、蒿类以及陡坡狼牙刺灌木，大部分覆盖率在10%左 右。人工林树种以山杏、刺槐、沙棘、杨树为主，并有少量的榆树、柳树等，山杏经济林和苹 果主要分布于邻近村庄避风向阳梁峁坡地上，杨树、榆树等乔木林主要分布于沟道和村庄周 围，刺槐、沙棘林主要分布在梁峁顶和小流域中下游陡坡地上。人工草主要为紫花苜蓿，分布 于靠近居民点缓坡地上。2. 地质环境条件工作区位于镇原县主城区东南的金龙沟，工作区及周边地貌类型主要为河谷地貌、黄土残 塬地貌和黄土丘陵沟壑地貌三类。工作区金龙沟流域为沟谷地貌。该沟塬区最高点海拔 1422m，最低点为与茹河交汇处海拔1136m，相对高差286m，沟道总长3.0km，平均比降为 50.6%，山坡平均长0.4km，平均坡度27, 2030占52%, 3040占28%,大于40。占 10%，沟谷切割深度100m250m。沟谷狭窄，沟床宽7m20m，中上游呈V字形沟谷形态， 下游呈U字形沟谷形态，沟口以下入茹河河谷，地形比较宽阔，阶地形态被泥流形成的堆积 扇所代替。2.2地层岩性工作区出露的地层按由新到老的顺序分述如下：第四系（Q）：冲洪积物（Q4al+pl）、泥石流堆积物（Q4sef）、重力堆积物（Q4del、 Q4col）、坡积物（Q4dl）、黄土（Q1eolQ3eol）。新近系粉砂质泥岩（N）：仅在沟道下游局部出露，为灰白色灰褐色粉砂质泥岩，成分 以长石、云母和石英为主，薄层状产出，产状近水平，厚度仅2m5m。该层岩体固结程度较 差，易风化。下白垩系志丹群罗汉洞组（K1Lh）：仅在金龙沟主沟下游沟口附近零星出露，为棕红色 粉砂岩、薄层泥岩，岩性自上而下逐渐变粗，下部多为中粗及含细砾中粗砂岩，上部为粉砂岩 及细砂岩。砂岩成分以石英、长石为主，暗色矿物次之，长石部分已风化成白色高岭土。砂岩 以泥质胶结为主，疏松易碎，颗粒分选中等，孔隙性较好，具大型斜交层理。2.3地质构造镇原县境在构造上位于祁吕贺兰山字形构造贺兰褶皱带南端以东伊陕盾地的西南部。新生 代以来，陇西系旋卷构造由于受贺兰褶带的阻挡，向盆地内虽有波及，但规模较小，有六个小 断层，断距小，零星分布，对下白垩系地层影响不大，属局部范围的小构造。2.4新构造运动与地震新构造运动在县内有明显反映，主要表现为中更新世末期以来地壳的抬升，由于地壳的抬 升，塬体破碎，河流发育，从而使塬体边缘及其下部沟谷流水深切，为现今地貌的形态奠定了 基础，也为滑坡、崩塌、泥流的形成提供了条件。根据2015年出版的中国地震动峰值加速度区划图（1：400万）（GB18306 2015）,工作区50年超概率为10%时的地震基本烈度为W度，地震动峰值加速度为0.10g,属 第二组，地震动反应谱特征周期为0.45s。2.5水文地质条件工作区水文地质分区属陕甘黄土高原半干旱气候水文地质区（II1区）。区内地下水类型 主要为碎屑岩类孔隙裂隙水和第四系松散岩类孔隙裂隙水。碎屑岩类孔隙裂隙水径流模数多小于51m3/s.km2，单泉丰水期流量多小于31m3/s，水质 一般良好，供人畜饮用。第四系松散岩类孔隙裂隙水：分为河谷区松散岩类孔隙潜水和黄土孔隙裂隙潜水两个亚 类。河谷区松散岩类孔隙水含水层岩性为砾石层和砂砾卵石层。该类地下水矿化度一般小于 0.5g/L，水化学类型为HCO3SO4-Ca.Mg型。黄土孔隙裂隙潜水含水层为离石黄土，水质一 般较好，矿化度在0.3g/L1.0g/L之间。大气降水是黄土孔隙裂隙潜水唯一补给来源。2.6岩土体类型及工程地质特征2.6.1岩体类型及工程地质特征工作区岩体主要为下白垩系志丹群罗汉洞组粉砂岩，色棕红，成分以石英、长石为主，暗 色矿物次之，厚层状产出，层理近水平，上部强风化层厚度约1m2m，全风化后呈砂土状， 属较软岩类。其物理力学指标如下：干容重2.20g/cm32.71g/cm3,干抗压强度21.5MPa 60MPa，软化系数 0.50 0.96,内聚力 0.1MPa 2.2MPa，摩擦系数 0.5 1.10。2.6.2 土髓类型及工程地质特征区内土体根据其成因、粒度成分和土体结构可分为一般土和特殊土两大类型。一般土：砂性土、黏性土：分布在金龙沟沟道及两岸，分两类。泥石流堆积物天然密度 1.6g/cm31.8g/cm3,稍密，中低压缩性，允许承载力120kPa 140kPa。滑坡、崩塌区堆积物 天然密度1.5g/cm31.7g/cm3，稍密，硬塑一可塑，中等压缩性，允许承载力105kPa 120kPa。卵砾类土：主要分布于茹河两岸，构成I、I级阶地，岩性以卵砾石为主，分选、 磨圆均较好，具二元或多元结构，胶结较差，压缩性低。特殊土：黄土 ：风积成因，包括马兰黄土、离石黄土和午城黄土。马兰黄土疏松，透水 性强，具湿陷性；离石黄土和午城黄土致密，透水性弱，无湿陷性，地基承载力可取 180KPa。素填土：沿省道S303外侧路基分布在黑洼沟左岸及沟脑、金龙沟主沟沟脑一带， 土质松散，工程性能差，具较强湿陷性和高压缩性。3. 泥石流的发育特征金龙沟为茹河右岸一级支沟，为一泥流沟谷，流域面积3.40km2，相对高差约289m，主 沟长约3.0km，呈近南北向展布，沟床平均纵比降50.6%。沟谷狭窄，沟坡陡峻，坡度20 35,植被覆盖率为20%。沟口地形开阔平缓，早期泥流堆积于茹河II级阶地之上，扇面大部 分被人为改造，目前为镇原县工业集中园区。根据泥流发育情况，可将金龙沟流域划分出清水汇流区、形成区、流通区和堆积区1。清水汇流区：位于吊沟一玉子沟一线以南，该区位于流域中、上游，沟床纵比降20%。 30%，谷坡较缓，一般坡度为20 - 35，坡面侵蚀和沟床下切侵蚀程度相对较弱，该区汇水面 积较大，约2.1km2，沟内植被发育较好，是降水向主沟汇集的区域，一般形成含砂洪水。形成区：位于沟谷中上游，面积相对于流通区、堆积区较大，沟谷总体呈V”字形，沟床 宽一般为3m 20m，弯道较多，支沟较发育，沟坡坡度一般为3050，形成区两岸植被覆 盖率较低，主沟纵坡比较大，各沟谷均互不相同，一般都在50% 110%，地层岩性主要为第 四系黄土，切蚀作用强烈，形成高2m8m不等的陡坎，残坡积物结构松散，在长期雨水下 渗、重力、地震或沟道水动力作用下（侧蚀、冲蚀）容易产生小型崩塌或滑塌，成为泥流固体 补给物质。2. 地质环境条件2.1地形地貌工作匾位于镇原县主城区东南的金龙沟，工作区及周边地貌类型主要为河谷地貌、黄土残 塬地貌和黄土丘陵沟壑地貌三类。工作区金龙沟流域为沟谷地貌。该沟塬区最高点海拔 1422m，最低点为与茹河交汇处海拔1136m，相对高差286m，沟道总长3.0km，平均比降为 50.6%，山坡平均长0.4km，平均坡度27，20 30占52%，30 40占28%，大于40。占 10%，沟谷切割深度100m 250m。沟谷狭窄，沟床宽7m 20m，中上游呈V字形沟谷形态， 下游呈U字形沟谷形态，沟口以下入茹河河谷，地形比较宽阔，阶地形态被泥流形成的堆积 扇所代替。2.2地层岩性工作区出露的地层按由新到老的顺序分述如下：第四系（Q）：冲洪积物（Q4al+pl）、泥石流堆积物（Q4sef）、重力堆积物（Q4del、 Q4col）、坡积物（Q4dl）、黄土（Q1eolQ3eol）。新近系粉砂质泥岩（N）：仅在沟道下游局部出露，为灰白色，一灰褐色粉砂质泥岩，成分 以长石、云母和石英为主，薄层状产出，产状近水平，厚度仅2m5m。该层岩体固结程度较 差，易风化。下白垩系志丹群罗汉洞组（K1Lh）：仅在金龙沟主沟下游沟口附近零星出露，为棕红色 粉砂岩、薄层泥岩，岩性自上而下逐渐变粗，下部多为中粗及含细砾中粗砂岩，上部为粉砂岩 及细砂岩。砂岩成分以石英、长石为主，暗色矿物次之，长石部分已风化成白色高岭土。砂岩 以泥质胶结为主，疏松易碎，颗粒分选中等，孔隙性较好，具大型斜交层理。2.3地质构造镇原县境在构造上位于祁吕贺兰山字形构造贺兰褶皱带南端以东伊陕盾地的西南部。新生 代以来，陇西系旋卷构造由于受贺兰褶带的阻挡，向盆地内虽有波及，但规模较小，有六个小 断层，断距小，零星分布，对下白垩系地层影响不大，属局部范围的小构造。2.4新构造运动与地震新构造运动在县内有明显反映，主要表现为中更新世末期以来地壳的抬升，由于地壳的抬 升，塬体破碎，河流发育，从而使塬体边缘及其下部沟谷流水深切，为现今地貌的形态奠定了 基础，也为滑坡、崩塌、泥流的形成提供了条件。根据2015年出版的中国地震动峰值加速度区划图（1：400万）（GB18306 2015）,工作区50年超概率为10%时的地震基本烈度为W度，地震动峰值加速度为0.10g,属 第二组，地震动反应谱特征周期为0.45s。2.5水文地质条件工作区水文地质分区属陕甘黄土高原半干旱气候水文地质区（II1区）。区内地下水类型 主要为碎屑岩类孔隙裂隙水和第四系松散岩类孔隙裂隙水。碎屑岩类孔隙裂隙水径流模数多小于51m3/s.km2，单泉丰水期流量多小于31m3/s,水质 一般良好，供人畜饮用。第四系松散岩类孔隙裂隙水：分为河谷区松散岩类孔隙潜水和黄土孔隙裂隙潜水两个亚 类。河谷区松散岩类孔隙水含水层岩性为砾石层和砂砾卵石层。该类地下水矿化度一般小于 0.5g/L，水化学类型为HCO3SO4-Ca.Mg型。黄土孔隙裂隙潜水含水层为离石黄土，水质一 般较好，矿化度在0.3g/L1.0g/L之间。大气降水是黄土孔隙裂隙潜水唯一补给来源。2.6岩土体类型及工程地质特征2.6.1岩体类型及工程地质特征工作区岩体主要为下白垩系志丹群罗汉洞组粉砂岩，色棕红，成分以石英、长石为主，暗 色矿物次之，厚层状产出，层理近水平，上部强风化层厚度约1m2m，全风化后呈砂土状， 属较软岩类。其物理力学指标如下：干容重2.20g/cm32.71g/cm3,干抗压强度21.5MPa 60MPa，软化系数 0.50 0.96,内聚力 0.1MPa 2.2MPa，摩擦系数 0.5 1.10。2.6.2 土体类型及工程地质特征区内土体根据其成因、粒度成分和土体结构可分为一般土和特殊土两大类型。一般土：砂性土、黏性土：分布在金龙沟沟道及两岸，分两类。泥石流堆积物天然密度 1.6g/cm31.8g/cm3,稍密，中低压缩性，允许承载力120kPa 140kPa。滑坡、崩塌区堆积物 天然密度1.5g/cm31.7g/cm3,稍密，硬塑一可塑，中等压缩性，允许承载力105kPa 120kPa。卵砾类土：主要分布于茹河两岸，构成I、II级阶地，岩性以卵砾石为主，分选、 磨圆均较好，具二元或多元结构，胶结较差，压缩性低。特殊土：黄土 ：风积成因，包括马兰黄土、离石黄土和午城黄土。马兰黄土疏松，透水 性强，具湿陷性；离石黄土和午城黄土致密，透水性弱，无湿陷性，地基承载力可取 180KPa。素填土：沿省道S303外侧路基分布在黑洼沟左岸及沟脑、金龙沟主沟沟脑一带， 土质松散，工程性能差，具较强湿陷性和高压缩性。3. 泥石流的发育特征金龙沟为茹河右岸一级支沟，为一泥流沟谷，流域面积3.40km2，相对高差约289m，主 沟长约3.0km，呈近南北向展布，沟床平均纵比降50.6%。沟谷狭窄，沟坡陡峻，坡度20 35,植被覆盖率为20%。沟口地形开阔平缓，早期泥流堆积于茹河I级阶地之上，扇面大部 分被人为改造，目前为镇原县工业集中园区。根据泥流发育情况，可将金龙沟流域划分出清水汇流区、形成区、流通区和堆积区1。清水汇流区：位于吊沟一玉子沟一线以南，该区位于流域中、上游，沟床纵比降20% 30%，谷坡较缓，一般坡度为20 35，坡面侵蚀和沟床下切侵蚀程度相对较弱，该区汇水面 积较大，约2.1km2，沟内植被发育较好，是降水向主沟汇集的区域，一般形成含砂洪水。形成区：位于沟谷中上游，面积相对于流通区、堆积区较大，沟谷总体呈V”字形，沟床 宽一般为3m 20m，弯道较多，支沟较发育，沟坡坡度一般为30 50，形成区两岸植被覆 盖率较低，主沟纵坡比较大，各沟谷均互不相同，一般都在50% 110%，地层岩性主要为第 四系黄土，切蚀作用强烈，形成高2m8m不等的陡坎，残坡积物结构松散，在长期雨水下 渗、重力、地震或沟道水动力作用下（侧蚀、冲蚀）容易产生小型崩塌或滑塌，成为泥流固体 补给物质。