泥石流的分布特征与治理分析

摘  要：位于甘肃省东南部的陇南市武都区是全国泥石流发生频率较高、分布密度较大的地区之一。泥石流灾害给当地人民群众的生命财产安全造成了很大的损失，严重制约了当地的经济发展。本文通过调查研究区内泥石流的形成条件、分布特征，运用了动力特征计算公式认识其内在发生发展规律，并对发展趋势做了一些相关的分析，通过对泥石流的危险性分区，制定了一些合理的防范规划和治理措施，这对保障人民群众的生命财产安全，稳定区内经济发展有着十分重要的意义。

关键词：武都区；泥石流；分布特征；危险性分

   泥石流是一种灾难性很大的地质灾害，它是指在山区沟谷，地形险峻的地区，因为暴雨、洪水及江河湍流将含有大量泥沙、石块等固体碎屑物质经饱和稀释后形成的一种特殊的突发性洪流。泥石流灾害的突发性强，发生频率高，分布范围广，发生期间具有强大的冲击力和破坏作用，以致对国家和人民的生命财产造成了严重的威胁。为了保证陇南市武都区的经济建设，保障人民群众的正常生活秩序，本文有必要对该地区泥石流灾害的发生机理、动力特征和发展趋势做出一些相关分析，通过深入研究，统计调查结果，从空间分布上对研究区泥石流的分布进行了划分，有助于正确认识泥石流的分布特征，并通过研究危险性分区提出了一些防治泥石流的措施，以尽量降低泥石流灾害的发生程度，减少泥石流灾害对人民群众及城市的威胁，为武都区的城乡规划、工程建设和防灾减灾提供了理论依据，便于更好更快地促进陇南市武都区的全面发展。

1 研究区概况

陇南市武都区位于甘肃省东南部，地处长江流域嘉陵江水系白龙江中游，秦巴山系结合部，是陕、甘、川三省的交通要道。武都区是陇南市委、市政府所在地，是陇南市政治、文化、经济及商贸中心，对陇南市的经济发展起着举足轻重的作用。但是由于频繁的地质灾害的发生，给武都区人民群众的生命财产和安全造成了极大的威胁。就其泥石流灾害而言，气候、地质地貌、土壤、植被及不合理的人类活动都是造成灾害发生的原因。

武都区介于东经104°34′ ～ 105°38′，北纬32°47′ ～ 33°42′，海拔约为600—3600m，年平均气温约为14.7℃，气候属北亚热带季风气候，受境内深谷高山地势的影响，气候垂直差异明显，降水随海拔高度的增加呈上升趋势，降雨相对集中，多为暴雨，每次入渗到土体中的雨水在一定时间内达到饱和状态后，便可引发泥石流灾害；区内地形复杂，山高坡陡，沟壑纵横，地表出露的地层类型多，地层破碎，地质灾害频发，是泥石流灾害发生的严重区；区内土壤类型多为褐土、新积土、黄绵土、石质土和棕壤等，因为土质结构疏松，且土壤较薄，持水能力差，易受流水侵蚀而流失[5]，从而给泥石流的发生提供了物质条件；由于武都区冬春干旱少雨，植被很难生长，因此植被稀疏，森林覆盖率低，丧失了控制水土流失的作用，故而也是造成泥石流发生的重要因素；再者人类活动对泥石流灾害的形成起着加速或延缓的作用，由于社会发展，人口的增长逐渐形成了掠夺式的利用土地资源，结果就是降低和破坏了土壤结构，形成了水土流失，同时随着城市开发建设工程的实施，群众的环境保护意识淡薄，缺乏相应的环境保护措施，又在某种程度上加剧了泥石流灾害的发生，上述这些均为泥石流灾害的发生创造了条件。

2 泥石流的形成条件及分布特征2.1 形成条件

   泥石流是水土流失发展到极度状态下的一种表现形式。其形成受到地形地貌、松散物质来源及水源的影响。前两个条件是泥石流形成的基础，是泥石流发生的内因，而后者水源条件则是诱发泥石流发生的外因。

地形地貌条件 

武都区在地质构造上属于西秦岭逆冲褶皱带，在地形上，是两山（南、北山）夹一谷（白龙江河谷），西北高，东南低，区内山势陡峻，沟谷切割强烈，地表起伏大，沟壑纵横[1]。武都区坐落在白龙江左岸的河漫滩及I、II级阶地和北峪河河口冲积扇的交汇部位。南北两岸密集的泥石流沟谷和上游汇集了大量泥沙[5]，使河床高于城区平均地面的高程，加之沟谷下切强烈，河床淤积，从而为泥石流的形成提供了良好的地形条件。

在地貌上，可将武都区泥石流划分为形成区、流通区、堆积区三部分。上游形成区的地形多为三面环山，一面出口为瓢状或者漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体岩层破碎、植被覆盖面积少，这样的地形对水和碎屑物质的集中十分有利；中游流通区的地形多为窄而陡的峡谷，谷床纵坡度比降大，使泥石流能沿着山谷或坡面顺势而下，冲向坡脚或山外；下游堆积区的地形多为开阔平坦的山前平原或者河谷阶地，使堆积物有堆积场所。武都区地处陇南山地中部，隶属西秦岭高中山侵蚀、剥蚀构造山地，高中山深切割峡谷[3]。区内出露地层多，地层破碎，地质构造活动强烈, 地质灾害活动频繁, 是我国四大滑坡、泥石流密集区之一[5]。

松散物质来源条件

武都区地质构造比较复杂，断裂构造发育，新构造活动较强烈，褶皱发育，岩体主要以变质砂岩、板岩、灰绿色千枚岩、砂砾岩、结晶灰岩等为主，一些地区还有黄土分布。区内泥石流沟谷坡度较陡，沟谷山体岩层结构松散，岩性软弱、破碎，有些地方岩石含较多的炭质，风化节理裂隙十分发育，是泥石流固体碎屑物质的丰富来源。另外，由于频繁的地震活动，使得地壳抬升沟谷下切，沿沟谷地带形成大量深切地形，在降水、人类工程活动或重力作用下，沟谷冲蚀或侧蚀、坡面冲蚀、沟岸坍塌、滑坡等不良地质现象为泥石流形成提供了大量松散固体物源[6]。还有由于筑路、修渠，不合理的开山采矿、采石等人类工程活动，又进一步为泥石流提供大量的物质来源。

水源条件

    水是泥石流的重要组成部分，又是搬运介质的基本动力。而泥石流的形成与短时间内突然的大量降水密切相关。武都区引发泥石流灾害的水源条件主要是暴雨和长时间的连续降水。据资料分析得出，降雨量超过25mm/d，小流域雨量在10min ～ 30min内大于10mm或20mm，就有可能爆发泥石流，而该地区雨量在一定时间段内均超过了泥石流形成所需的雨量[5]。武都区降水时空分布不均，区内年降水量400～900mm，平均降雨量为473.5 mm，降雨多集中在6～9月，占全年总水量的53%，可见这种高强度的降雨为该地区泥石流的形成提供了充沛的水源和足够的水动力条件，因此大量的降水条件就成了该地区泥石流灾害频繁发生的主要原因之一。

2.2 分布特征

陇南市武都区是中国泥石流灾害频繁发生的密集区之一。在分析武都区泥石流的分布特征时，通过走访调查及有关资料的整理获知，区内泥石流的发生主要分布在白龙江沿岸的三个片区：西路片区、北路片区和东路片区，主要呈集中分布。

西路片区的泥石流主要分布在角弓（山背后沟、小坝子沟、白草坝沟、下猴子沟）、石门乡石门沟、黄家坝（大创沟、马盐沟、硝水沟）、两水镇泥湾沟、蒲池张沟、城关镇灰崖子、姚寨沟。

北路片区的泥石流主要分布在清水沟、汉林沟、柏林大湾沟、城关镇（粮站沟、药王阁、郭家沟）。

东路片区的泥石流主要分布在龙风佛堂沟、汉王燕儿沟、桔柑乡、三河乡、玉皇乡、透防乡、外纳乡等。

以及位于武都区白龙江支流西侧最大的泥石流沟北峪河（见图一）。

表1  武都区泥石流灾害信息统计表

图1  武都区泥石流分布示意图

根据陇南市武都区频繁发生的泥石流灾害，总结出以下四个特点: 一是泥石流的分布密度高，面积广，据资料显示西部泥石流沟80多条，北部泥石流沟将近200多条，南部64条。武都区面积约4683km2 ，其中泥石流分布面积约占3000km2 ，仅分布面积就占全区总面积的64%；二是暴发频率高，中小泥石流沟每年均爆发2—4 次[2]；三是冲沟和坡面泥石流成片密集分布，武都区的冲沟及坡面泥石流非常发育，常成片分布，这些区域有较宽阔的河漫滩，形似河谷小盆地，尤其以白龙江和北峪河流域一带分布最为密集；四是突发性强、成灾快、破坏力大、涉及范围广，往往在短短的一两个小时甚至几十分钟就能酿成的地质灾害，给人民群众的生活和城区建设造成的灾害损失十分严重，至此本文通过对武都区泥石流灾害的分布特征和泥石流发生特点的分析，使得对该地区泥石流的发生机制又有了进一步的深刻认识。

3 泥石流动力特征分析

对泥石流动力特征的分析，是认识泥石流危害和进行泥石流防治工程设计的基本数据。文中由于缺少当地泥石流发生时的实际观测数据，所以对各个泥石流沟的分析主要根据走访得知的已有资料，并类比利用目前已有的泥石流动力特征的研究成果来进行的分析。

3.1 泥石流洪峰流量

根据数据资料，本文就对北峪河流域的泥石流洪峰流量的计算是采用配方法来进行计算的，计算公式如下[7]：

公式中，Qc—泥石流洪峰流量，m3/s；

       QP——限期清水流量，m3/s，采用陇南地区经验公式[8]：

        QP(1%)=11.2F0.84，F为北峪河流域面积432km2,得出QP=18.32m3/s；

       γc—泥石流容重，取4.86t/m3；

        γH——泥石流中固体物质重度，取26.5t/m3；

       γw—清水的重度，取1.0t/m3；

      —泥石流泥沙修正系数，，得为0.18；

         Dc—泥石流堵塞系数，根据堵塞程度取Dc为1.5。

经计算最终得出北峪河流域的泥石流洪峰流量为32.43m3/s 。

3.2 泥石流冲出量

    对泥石流沟的固体物质冲出量进行估算，计算公式如下[9]：

公式中，—泥石流冲出量，m3；

        —降水量，取34mm；

       —北峪河集水面积，取432km2。

经计算最终得出北峪河流域的泥石流冲出量为284.49m3。

3.3 泥石流流速

北峪河流域形成的泥石流属于粘性泥石流，所以根据粘性泥石流流速的计算公式来进行计算，计算公式如下[7]：

公式中，Vc—泥石流流速，m/s；

nc—粘性泥石流的河床糙率，取0.033；

        Hc—平均水深，取1.2m；

Ic—泥石流水力坡度（%），一般用沟床纵坡降代替，取17.7%。

经计算最终得出北峪河流域的泥石流流速为14.38m/s。

通过对部分泥石流动力特征的分析计算，得出相应数据，是认识泥石流危害和进行泥石流防治工程所需的重要参数设计，其特征值的计算与确定直接关系到防治工程的合理性、可行性和安全性。

4 泥石流发展趋势分析及危险性分区

4.1 泥石流发展趋势分析

根据以往资料记载，陇南市武都区屡遭泥石流侵袭。1960年～ 1998年这38年间共发生较大泥石流八次。其中1984年8月3日，武都城区出现日降雨量107.2mm的大暴雨，北峪河及北路片区诸沟同时发生爆发性泥石流，使东江水沟泥石流流量达210m3/s，将白龙江堵断，使流量达1870m3/s的江水决堤漫城，给城区造成重大危害，经济损失近亿元[4]。近年来，陇南市武都区又多次发生大大小小的泥石流灾害，泥石流灾害的频繁发生，给当地人民群众生活和城区建设造成了极大的威胁。

据调查分析，武都区各个泥石流沟道普遍发育，发展趋势受诸多因素影响，主要有以下几个方面：

(1)地震活动频繁

陇南市武都区坐落在白龙江上游的高山峡谷之中。城区南北两山地形错综复杂，绝对高度在800m左右，地势陡峭，坡度在45度以上，均处在我国南北地震带上，历史上曾发生过1879的武都8级大地震和2008年的“5.12”汶川8级大地震，致使山体松动、地表结构支离破碎，再加上两山分布有大小11条山洪沟道，极易产流、汇流，山洪泥石流并发，百年一遇洪峰流量达290 m3/s，山洪隐患巨大，是全国四大泥石流的高发区，地质灾害隐患巨大。

(2)气候条件特殊

武都区气候垂直差异明显，依西南向东北、从河谷到高山变化较大。降水时空分布不均，夏秋暴雨集中，多发生在6—9月，降水历时短，强度大，在各个泥石流沟道形成汇流的速度极快，故而极易引发泥石流灾害。

(3)生态环境

由于山高坡陡，山体逐渐开裂，致使植被死亡，山体崩塌、滑坡埋毁植被，并加剧了土壤的侵蚀，尤其是北山的植被逐渐退化，山体裸露，使得水土流失严重，生态环境进一步恶化，加大了该地区发生泥石流灾害的可能性，随机性也增大，对泥石流的预测也增添了困难。   

(4)人类工程活动

人类活动对泥石流的影响越来越显著，随着经济的发展，人类长期不合理的工程开发活动，逐渐加深了泥石流隐患的发展。一是人口过快增长导致乱砍滥伐，过度开垦，致使植被退化，林线快速后移，加剧了城区上游和南北两山水土流失，加深了泥石流灾害的隐患。二是河道、沟道内乱采滥挖，致使部分河段河床下切，河堤地基外露，加深了江河堤防跨堤、决口的隐患。三是开山炸石和沟道内挖砂取土、乱修乱建，使其山体地表岩石破碎，引起崩塌、滑坡等不良地质现象的发育，为泥石流活动创造了基础，从而加剧了泥石流灾害形成的隐患。

综上可知，该地区泥石流在地震作用、自身地理环境以及人类工程活动等因素的影响下，泥石流灾害十分活跃，灾害发生的次数逐渐增多，爆发频率和规模呈逐渐增加的趋势。

4.2 泥石流危险性分区

武都区内泥石流活动频繁，来势凶猛，其爆发常使人猝不及防。泥石流的爆发常具有广泛的破坏性，主要表现为：埋陷村庄房屋、农田、矿山、工厂、工程设施等，造成人员的伤亡和财产的损失；破坏公路、桥梁、车站；破坏水陆交通运输；淤积河道、湖泊、水库，使大量泥沙涌入白龙江，抬升河床，破坏水利工程，降低城区的防洪能力；破坏国土资源和白龙江一带流域的生态环境，使区内水土流失严重，加剧了环境的恶化。

根据武都区内不同地段的泥石流灾害发生的危害程度，并结合往年发生泥石流灾害冲淤的范围，现将全区划分为以下三种泥石流危害区：高度危害区，主要分布于白龙江干流流域、北峪河流域，其地质环境条件很差，泥石流灾害发育十分强烈；中度危害区，主要分布于沟坝河上游流域、米仓沟、三河、洛塘河上中游流域一带，地质环境条件较差，泥石流灾害一般发育：低度危害区，主要分布于池坝、马营、隆兴、黄坪等地，地质环境条件一般，泥石流灾害发育缓慢[5]（见图2）。

表2  武都区主要泥石流灾害发生点的危险性评价

图2   武都区泥石流危险性分区图

5 泥石流的治理分析

陇南市武都区频繁发生的泥石流已多次给这个正在发展中的城市形成灾难性的危害。随着城市的逐步发展，防治泥石流灾害的发生已是迫在眉睫的紧急任务。根据泥石流的形成条件、分布特征、发展趋势以及危险性的评价，并结合该地区的实际情况，以及以往治理泥石流的经验，提出了以下治理方案：

5.1 工程保护措施

5.1.1工程治理措施

(1)拦挡工程：在白龙江流域泥石流易发的主干流两侧修建拦挡堤坝，拦截泥石流，以削弱泥石流的危害强度，减小泥石流破坏能力；或者加筑堤坝高度，利用拦挡山谷沟道冲出的泥沙来稳固两侧沟岸，并且适时疏通淤积在白龙江主干流各个沟道的泥沙，以保持流通顺畅。

(2)治水工程：在泥石流易发点的沟谷或山坡处修建引水、排水渠道，当发生有暴雨或连续降雨时，以调蓄、引导泥石流流域的地表水，进而改善泥石流形成与发展的水动力条件。

(3)排导工程：在泥石流爆发的冲出地修建排导沟、导流堤、顺水坝等工程，以引导规范泥石流的流出途径，削减泥石流冲出强度，降低泥石流对周围建筑设施及农田等的危害程度。

(4)防护工程：在公路、铁路、桥梁等交通要道修建防护坡、挡墙、顺坝、丁坝等,保护周围房屋、通信设施等建筑物和铁路、公路、桥梁等交通要道，以抵御泥石流的强大冲击，减小破坏程度。

(5)停淤工程：在下游泥石流发生堆积的开阔平坦的山前平原或河谷阶地修建人工停淤场，给泥石流提供一个不会对人民正常生活造成困难的可堆积场所，事后再对淤积的泥沙、石块进行适当的处理。

5.1.2生态治理措施

(1)退耕还林：在城区南北两山和白龙江的支流北峪河流域一带大力开展退耕还林的工作，以提高林地涵水固土的能力。

(2)植树造林：鼓动人民群众在南北两山通过大量种树来改善生态环境，提高地表植被的覆盖率，减少暴雨径流，保持水土，以减轻因水土流失造成的泥石流灾害。

(3)修建梯田：鼓励农民在白龙江和北峪河流域一带兴修水平梯田，并通过种树种草，以改善城区的生态环境使其逐步渐入良性循环。

5.2 非工程保护措施

(1)加强泥石流的监测预警：通过监测白龙江流域的降雨过程和降雨量，根据经验判断因降雨激发泥石流灾害形成的可能性；并监测山体滑坡、崩塌的活动情况和沟谷中松散土石的堆积情况，分析这些因素引发泥石流的危险性；在泥石流的形成区设置观测点，发现上游有形成泥石流的态势后，可以及时向下游发出预警信号，以便做好防范准备。

(2)加强宣传工作：通过利用各种媒体要大力开展泥石流的防范工作，并在学校、各个单位、农村乡镇开设讲堂，普及防洪应急自救知识宣传，提高人民群众对泥石流的避险自救能力，增强人民群众的防范意识。

6 结语

    陇南市武都区地形复杂，新构造运动强烈，岩层破碎，土质松散，地震发生频率较高，以及该地区降雨过于集中且暴雨多，降水量大，这些自然因素给泥石流的爆发提供了充分的条件。再者，因为人类工程的频繁活动，山中植被覆盖面积越来越少，绿化建设也相对薄弱，极易引发泥石流灾害，给当地人民群众生命财产和人身安全造成了严重的威胁。因此，本文通过研究分析武都区的泥石流灾害，并借鉴了一些其他地区治理泥石流灾害的防治对策和经验，提出了一些可以采取的措施预防泥石流，目的就是为了减少泥石流灾害对区内人民群众和城区建设的危害，这对于保障城市安全、社会和谐稳定，促进城市科学发展、跨越发展的意义十分重大，所以现今对泥石流灾害的防治工作刻不容缓。  

当然本文还存在了一些不足之处，因为缺少实地观察，只能根据已有资料和调查的数据进行局部分析，所以可能在文中出现了有些不合理的地方；还有就是武都区地理环境比较特殊，泥石流分布点多，本应该对每一个泥石流分布点做出详细的危险性评价和治理规划，但因数据资料有限，故而文中并没有对所有的分布点进行一一研究，所以分析的不是太全面，也许在一些地方会存在以偏概全的现象，这还有待于以后在通过各方面的进一步了解分析之后进行纠正，使得本文对陇南市武都区泥石流灾害的分析研究不断取得完善。

文章最后还想申明的是：泥石流灾害的频繁发生应该留给我们深度的思考，我们无法改变当地地理环境带给我们的不利，但是我们可以通过对自然的尊重，对科学的探究，来逐步改善环境，并且通过秉承生态环境协调的发展观，促进经济与资源、环境的协调发展，从而构建与自然相和谐的美好家园。