帕隆藏布流域(波密-索通)典型冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流发育特征分析
【类型】期刊
【作者】高波,王军朝,张佳佳,陈龙,李元灵(中国地质科学院探矿工艺研究所中国地质调查局地质灾害防治技术中心)
【作者单位】中国地质科学院探矿工艺研究所中国地质调查局地质灾害防治技术中心
【刊名】科学技术与工程
【关键词】 帕隆藏布;冰碛物;崩滑型物源;泥石流;发育特征
【资助项】国土资源部中国地质调查局项目(DD20160729)资助
【ISSN号】1671-1815
【页码】P176-182
【年份】2019
【期号】第19期
【期刊卷】1;|7
【摘要】帕隆藏布流域是藏东南地区地质灾害最为发育的地区之一,其中,泥石流灾害在此区域具有发育密度高,危害性强等特征。针对该区域(波密-索通段)发育的一种较为特殊的冰川泥石流,即冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流,研究在现场调查的基础上,结合遥感解译,进行典型泥石流发育特征调查和分析,总结了此类泥石流较其他类型泥石流在物源、沟谷地形和水源方面的不同特征。分析结果表明:冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流物源以沟源冰碛物和沟岸崩滑型堆积物源为主,分布面积广,储量大;沟谷宽缓呈"U"形,为典型冰川作用侵蚀地形;流域内水源以冰川融水为主,水量大。此类泥石流沟谷支沟暴发泥石流概率大于主沟,暴发频率为中~高频,主沟泥石流潜在威胁更大。
【全文】 文献传递
帕隆藏布流域(波密-索通)典型冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流发育特征分析
帕隆藏布流域(波密-索通)处于青藏高原东南地区,研究区海拔2 000 m以上,气候湿润,山高谷深,地壳运动活跃,泥石流灾害发育,受到诸多学者关注。从1954年川藏公路建设初期交通部门对公路沿线的灾害普查[1]开始,至今国内外学者针对该区域的泥石流灾害在区域泥石流发育分布规律[2—5]、泥石流主导及诱发因素[3,6,7]、冰川泥石流形成机理[3,8,9]、冰川泥石流特征[10—12]、泥石流风险评价[13—15]、泥石流防治对策[16—18]等方面做了较细致深入的研究,丰富和完善了该区泥石流的基础理论研究。在此阶段中,针对冰川泥石流有了较深入研究,但对于帕隆藏布流域(波密-索通段)冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流的形成条件和发育特征系统总结相对较少。本文针对该区域该类型泥石流,开展地面调查和遥感解译,基于GIS平台和无人机,有效获取泥石流物源、水源和地形信息,较系统地总结了该类泥石流发育特征,为整个帕隆藏布流域冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流调查、评价和防治提供了理论支持,同时对川藏公路和扎墨公路等交通要道的保护有借鉴意义。
1 区域地质环境背景及泥石流发育概况
1.1 区域地质环境背景概况
调查区位于西藏东南部,青藏高原的藏东南谷底与藏东横断山脉高山峡谷区过渡段,山势陡峻,属深切割高地河谷地貌,地势东高西低,最高海拔6 643 m,最低海拔2 001.4 m,山顶河谷相对高差一般在2 000 m,最大高差达4 646 m。地形地貌复杂多样,其主要包括了冰川地貌、高山峡谷地貌、河流堆积地貌等。研究区岩浆岩、变质岩相对发育,未变质的沉积岩出露零星,第四纪堆积物以湖积、冰川堆积、冰水堆积、冲积、洪积为主,另有崩滑流堆积物,兼具混合特征。研究区地跨冈底斯陆块、雅鲁藏布江结合带、喜马拉雅陆块东部南迦巴瓦构造结(图1[19]),为一强烈挤压、碰撞、旋扭走滑、急剧伸展隆升地质构造极其复杂的造山带。区内沉积作用类型复杂、岩浆活动强烈,变形变质作用、构造样式复杂多样。研究区主要断裂有雅鲁藏布江断裂、嘉黎断裂、墨脱断裂等,这些断裂构成近南北向或北北东向的剪切拉张断裂构造带,形成于第四纪初期,晚第四纪以来活动十分明显。强烈的构造作用,陡峻的地形和特殊的岩性,构成了研究区特殊的地质灾害背景。
1.2 研究区泥石流发育概况
研究区区内具有构造作用强烈、岩体破碎、松散物储量大、降雨充沛、冰川广布等特点,泥石流发育数量多、频率高、规模大,基本呈“逢沟就是泥石流”的特征。调查区内共发育泥石流37条,沿帕隆藏布河谷两岸展布,其中冰川泥石流17条(图2),多呈现流域面积大、规模大的特点。
2 典型冰碛物-崩滑物源型冰川泥石流实例
针对区域内冰川泥石流发育特征,文章选取研究区内典型的3条泥石流沟谷(图3),即卓隆沟、嘎隆沟和旦卡隆巴泥石流沟作为研究对象。
2.1 卓隆沟泥石流
卓隆沟沟口坐标N29°50′24.01″,E95°45′58.51″,流域面积29.20 km2,主沟长度10.5 km,纵坡163‰。沟谷平面形态似“倒水瓶状”,沟道整体呈U形,为冰川的强烈侵蚀形成,沟源及沟口下游分布冰碛侧垄,主沟宽缓较顺直,沟岸陡峻,支沟沟道呈V形,为典型冰川侵蚀地貌(图3)。卓隆沟内松散物源储量丰富(图4),沟源处沟谷内冰川侧碛垄发育十分明显,大量冰碛物堆积沟道之内(图5),在暴雨及冰雪融水作用下形成4条小型泥石流,冲出物质集中堆积于主沟道内,成为重要的泥石流物源。中下游沟道两侧坡脚分布多处因冻融作用形成的崩落物(图6),总物源储量约为97.0×104 m3。沟内流水主要以冰川融水为主,水量约2.5 m3/s。
图1 藏东南大地构造单元分区[19]
Fig.1 Block the tectonic unit of the Southeast Tibet[19]
图2 研究区泥石流分布
Fig.2 The distribution of debris flow in the study area
图3 研究区典型冰川泥石流沟谷(底图来源谷歌地球)
Fig.3 Typical glacial debris flow gully in the study area(base map from Google Earth)
图4 卓隆沟物源分布图(遥感解译+地面调查)
Fig.4 Materials source distribution in Zhuolong Gully (remote sensing interpretation and ground survey)
图5 冰碛物物源
Fig.5 Materials source of moraines
图6 沟岸坡脚崩落物
Fig.6 Colluvial deposits at the foot of slope
据现场调查,该泥石流主沟近几十年未再暴发泥石流活动,已进入衰退期,危险性较小,目前以中频水石流或者山洪为主。左侧支沟沟道狭窄且堆积大量松散物质,物源补给条件较好,纵比降大于主沟,目前以中频中等规模黏性泥石流为主。近年来时有暴发,冲出物质多堆积于支沟上部,上部居民已经搬迁,对下部近主河居民仍有一定威胁该泥石流支沟目前未做任何防治措施,再次暴发时可能威胁居民住宅,造成重大人身财产安全损害。
2.2 嘎龙沟泥石流
图7 嘎龙沟物源分布
Fig.7 Materials source distribution in Galong Gully
图8 沟源冰碛物
Fig.8 Moraines in the source of groove
嘎龙沟沟口坐标N29°52′1.06″,E95°43′48.28″,流域面积67.00 km2,主沟长度14.1 km,平均纵坡123‰。沟谷平面形态似“Y”形,冰川发育,沟源左右两侧冰川相向运动直低主沟内,形成嘎隆沟“Y”形沟谷形态的上部。中下部沟谷形态为冰川侵蚀的冰幽谷,下游沟口处分布冰川遗迹冰碛侧垄。沟道整体呈“U”形,支沟众多呈“V”形,但流域面积较小,纵比降大。形成区沟道两侧有多处冰碛垄,包括新冰期的堆积物,块石粒径大无胶结,架空现象明显(图7)。两侧基岩结构面发育,岩体破碎,在冻融和风化作用下坡脚堆积大量似锥形堆积物,因长期少量的碎屑物质持续从斜坡顶部崩落滚动堆积于此,可称之为崩塌碎屑流(图8),倒石锥特征不太明显。加之雪崩和支沟泥石流堆积物,这些松散物质可以被启动形成泥石流物源,合计约238.9×104 m3动储量(图9)。沟内水流以冰川融水为主,流量12 m3/s。
图9 坡脚崩落物
Fig.9 Colluvial deposits at the foot of slope
根据调查分析,嘎龙曲为中频度、大型规模和中等易发的稀性泥石流。主要承灾对象为沟口段X402扎墨公路和巴琼村部分房屋和农田。主要工程措施为排导槽,X402以桥梁形式跨过主沟。在山洪暴发时,桥梁过流能力满足,在极端工况下或者多年淤积情况下泥石流可能淤埋桥梁和公路,建议每年汛期前疏通沟道。
2.3 旦卡隆巴泥石流
旦卡隆巴沟口坐标N29°53′24.57″,E95°40′26.18″,流域面积39.6 km2,主沟长度8.87 km,平均纵坡144‰。该沟谷平面形态呈“两头窄中间宽的糖果形”,同样为冰川“U”形谷,沟谷较宽,沟源处分布一定面积冰川和冰湖,沟岸陡峻40°~60°,右岸稍缓。流域内物源以沟源冰川作用形成的冰碛物和沟岸两侧因冻融、风化作用形成的崩塌碎屑流物质较多,加上上游沟源基岩表面的坡面侵蚀物源(坡面碎屑物),总储量约82.0×104 m3,物源丰富(图10)。沟内水量大,流量约6 m3/s,容易在连续高温或多雨天气诱发条件下发生泥石流。根据调查分析,旦卡隆巴为中频度、中规模强度的泥石流。
图10 旦卡隆巴物源分布
Fig.10 Materials source distribution in Dankalongba Gully
主要承灾对象为沟口居民区、农田和乡道,一旦爆发泥石流,易发生淤埋房屋和农田,阻断道路,中断交通。据访问,该泥石流沟几乎年年爆发规模不同的泥石流活动(图11和图12)。现有工程治理措施为沟口两侧防护堤,高度较低,对防止沟口河道横向加宽、排泄泥石流有一定作用。
图11 支沟泥石流
Fig.11 Tributary debris flow
图12 泥石流堆积扇
Fig.12 Fanofdebrisflow
3 冰碛物-崩滑物源型冰川泥石流总体发育特征
该类型泥石流沟谷均由冰川侵蚀作用形成,呈典型“U”形,主沟宽缓,沟岸陡峻,冰川地貌(冰幽谷、冰碛垄等)明显。冰川作用形成的沟谷往往流域面积大,多处于20~100 km2,主沟整体较顺直,纵比降多小于267‰。沟岸多支沟,纵比降较大;物源方面以冰碛物和沟岸崩塌碎屑流为主,共同控制泥石流形成。冰碛物多分布在沟源位置或上游,以块石土或块石为主,崩塌碎屑流物源多分布于沟谷中上游两岸,因所处环境高寒,基岩结构面发育,岩体破碎,冻融作用明显,山体顶部岩屑不断崩落滚动至坡脚,该堆积物粒径普遍小于冰碛物颗粒粒径。同时沟源基岩斜坡表层碎屑物质可作为坡面侵蚀物源随雨水或冰川融水进入沟道。沟岸物源整体分布位置相对较低,因此该类泥石流一般形成区范围较大。水源方面冰川融水为沟内主要水流来源,夏季随气温上升融水加速水量变大,冰川退缩。冬季水量较小,部分支沟干涸断流,冰川向前推进。
该类沟谷历史上均暴发过大型泥石流活动,呈多期次特征,堆积扇明显。现状下,支沟活动性强于主沟,易发性更高,暴发频率中~高频,主沟暴发泥石流活动对所需水动力和固体物质要求更高,加之主沟宽缓,纵比降较小,主沟泥石流难以冲出沟口堆积,暴发大型泥石流活动可能性较小。但随着时间的推移,主沟内泥石流暴发所需水、石条件满足要求,在外界触发因素下主沟可暴发泥石流,这种泥石流活动往往具有突发性,规模较大,危害性强。
4 结论与讨论
文中选取波密县城3条典型冰川泥石流沟谷进行地面调查和遥感解译,获取了泥石流沟谷的物源、地形和水源信息,同时将其与泥石流沟谷活动性进行耦合分析发现:
(1)冰期冰川运动至沟口的沟谷呈典型冰川侵蚀“U”形谷,主沟宽缓较顺直,纵比降小于267‰,沟岸陡峻,流域面积20~100 km2,冰碛垄、冰碛物和冰湖等冰川遗迹发育程度高,冰川作用十分明显。
(2)冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流物源类型分为两大类,即沟源冰碛物和沟岸崩滑物源,冰碛物多分布在上游沟源位置,主要由冰川运动形成,崩塌碎屑流物源多分布于沟谷中上游两岸,冻融风化作用为其形成的主导作用,堆积物颗粒整体较冰碛物小。另有少量支沟泥石流堆积物和沟源基岩表层碎屑物质作为补充物源,共同控制泥石流形成,总体储量大。
(3)冰川融水为沟域内主要水源,季节性特征明显。
(4)大型冰川“U”形谷形成的泥石流沟历史上均暴发过大型泥石流活动,呈多期次,主沟有活动性减弱的发展趋势,支沟暴发泥石流活动的可能性更高,暴发频率中~高频,但主沟泥石流具有突发性,规模大,危害性强的特征。
(5)此类泥石流由于物源由多种类型组成,呈多点分布,主沟宽阔,“以拦为主”的治理方式并不适合此类泥石流,多以沟岸单体物源治理和沟口排导为主,整体治理难度大。
文中利用地面调查和遥感解译的方法,借助于无人机,对冰碛物-崩滑型物源冰川泥石流的发育特征进行了总结分析。但由于帕隆藏布流域山高谷深,研究区内泥石流沟谷流域面积大,高差大的特点使得地面调查时人力无法到达沟源等位置,因此应充分利用遥感解译手段。但由于该区雨水充沛,植被茂密,使得遥感解译在此区应用时的准确率并不理想,使得物源量的精确获取成为一个难点,尤其是崩滑类物源的解译和冰川与雪区的区别。在未来研究中,需进一步提高遥感解译技术在植被茂密区的使用,提高物源解译精度和准确率,逐步减小研究误差。此外,进一步加强多学科多技术的交叉研究,如InSAR技术对冰川冰湖变化的研究,对物源变形的动态监测等,都是笔者今后继续研究和学习的方向。
1 梁光模. 川藏公路南线(西藏境内)泥石流灾害与防治对策. 成都:西南交通大学,2007
Liang Guangmo. On the debris flows hazards ant its countermeasure along south section of sichuan-tibet road (the part Tibet). Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2007
2 中国科学院-水利部成都山地灾害与环境研究所,西藏自治区交通科学研究所.西藏泥石流与环境.成都:成都科技大学出版社,1999
Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS, the Traffic Department of the Tibet Autonomous Region. Debris flow and environment in Tibet. Chengdu: Chengdu Science and Technology University Publishing House, 1999
3 中国科学院-水利部成都山地灾害与环境研究所,西藏自治区交通科学研究所.川藏公路典型山地灾害研究.成都:成都科技大学出版社,1999
Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS,the Traffic Department of the Tibet Autonomous Region. A study of typical mountain hazards along Sichuan-Tibet highway. Chengdu: Chengdu Science and Technology University Publishing House, 1999
4 马艳鲜,余忠水.西藏泥石流、滑坡时空分布特征及其与降水条件的分析.高原山地气象研究,2009;(1):55—58
Ma Yanxian, Yu Zhongshui. Analysis on temparaland spatial distribution characteristic of mud-rock flow and landslide with the rainfall condition. Plateau and Mountain Meteorology Research, 2009; (1): 55—58
5 陈宁生,周海波,胡桂胜.气候变化影响下林芝地区泥石流发育规律研究.气候变化研究进展,2011;(6):412—417
Chen Ningsheng, Zhou Haibo, Hu Guisheng. Development rules of debris flow under the influence of climate change in nyingchi. Advances in Climate Change Research, 2011; (6): 412—417
6 蒋忠信.西藏帕隆藏布泥石流沟谷纵剖面形态统计分析.中国地质灾害与防治学报,2001;(4):43—49
Jiang Zhongxin. A statistical analysis on longitudinal profile shape of debris flow valley along palongzangbu river in Tibet. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2001; (4): 43—49
7 胡桂胜,陈宁生,邓明枫,等.西藏林芝地区泥石流类型及形成条件分析.水土保持通报,2011;(2):193—197
Hu Guisheng,Chen Ningsheng, Deng Mingfeng, et al. Classification and initiation conditions of debris flows in Linzhi area, Tibet. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2011; (2): 193—197
8 铁永波,李宗亮.冰川泥石流形成机理研究进展.水科学进展,2010;(6):861—866
Tie Yongbo,Li Zongliang. Progress in the study of glacial debris flow mechanisms. Advances in Water Science, 2010; (6): 861—866
9 何果佑,白武军,向天葵,等.浅析西藏东南部地区地质灾害的形成机理及分布规律.资源环境与工程,2012;(5):483—488
He Guoyou,Bai Wujun,Xiang Tiankui,et al. Discussion on formation mechanism and distribution law of geological hazards in the southeast of Tibet. Resources Environment & Engineering, 2012; (5): 483—488
10 杜榕桓,章书成.西藏高原东南部冰川泥石流的特征.冰川冻土,1981;(3):10—16
Du Ronghuan,Zhang Shucheng. Characteristics of glacial mud-flow in south-eastern qinghai-xizang plateau. Journal of Glaciology and Geocryology, 1981; (3): 10—16
11 邓养鑫.冰碛转化为冰川泥石流堆积过程及其沉积特征. 沉积学报,1995;(4):37—48
Deng Yangxin. Process of accumulation and characteristics of glacial debris flow deposits trangformed by moraine. Acta Sedimentologica Sinica, 1995; (4): 37—48
12 何易平,胡凯衡,韦方强,等.川藏公路迫隆藏布流域段泥石流活动特征.水土保持学报,2001;(3):76—80
He Yiping,Hu Kaiheng,Wei Fangqiang,et al. Characteristics of debris flow in polongzangbu basin of Sichuan-Tibet highway. Journal of Soil and Water Conservation, 2001; (3): 76—80
13 马 捷,丁继新,卞 潇.川藏公路然乌-鲁朗段泥石流灾害危险性的动态分析.工程勘察,2006;(11):25—29
Ma Jie,Ding Jixin,Bian Xiao. The dynamic analysis of the risk of debris flow disaster in the Sichuan-Tibet highway from ranwu to Lulang. Journal of Geotechnical Investigation & Surveying, 2006; (11): 25—29
14 胡桂胜,陈宁生,邓 虎.基于GIS的西藏林芝地区泥石流易发与危险区分析.水土保持研究,2012;(3):195—199
Hu Guisheng,Chen Ningsheng,Deng Hu. Analysis of debris flow-prone and dangerous area in Nyingchi of tibet based on GIS. Research of Soil and Water Conservation, 2012; (3): 195—199
15 邹 强.川藏公路泥石流灾害风险分析.北京:中国科学院大学,2014
Zou Qiang. Risk xnalysis of debris flows along Sichuan-Tibet highways. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2014
16 曾庆利,杨志法,张西娟,等.帕隆藏布江特大型泥石流的成灾模式及防治对策——以扎木镇-古乡段为例.中国地质灾害与防治学报,2007;18(2):27—33
Zeng Qingli,Yang Zhifa,Zhang Xijuan,et al. Hazard model and countermeasure to super-large debris-flow in Parlung river—Case study of the section from Zamu town to Guxiang gully. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2007; 18(2): 27—33
17 崔 鹏,陈晓清,程尊兰,等.西藏泥石流滑坡监测与防治.自然杂志,2010;(1):19—25
Cui Peng,Chen Xiaoqing,Cheng Zunlan,et al. Monitoring and prevention of debris-flows and landslides in Tibet. Chinese Journal of Nature, 2010; (1): 19—25
18 余 苗,禤炜安,成志强.国道G318线(西藏段)山区公路泥石流防治措施.中外公路,2014;(1):28—31
Yu Miao,Xuan Weian,Cheng Zhiqiang. Highway G318 (Tibetan segment) mountain road debris flow control measures. Journal of China & Foreign Highway, 2014; (1): 28—31
19 董汉文. 东喜马拉雅构造结墨脱剪切带的研究. 北京:中国地质科学院,2014
Dong Hanwen. The study of the medog shear zone of the eastern himalayan syntaxis: deformation/metamorphism, ages and tectonic evolution. Beijing: Chinese Academy of Geological Science, 2014