南迦巴瓦峰则隆弄冰川泥石流发育特征及成因机制分析

日期:2019.12.16 阅读数:45

【类型】期刊

【作者】韩立明,冯倩倩(成都理工大学环境与土木工程学院)

【作者单位】成都理工大学环境与土木工程学院

【刊名】内蒙古科技与经济

【关键词】 则隆弄冰川;泥石流;发育特征;成因机制

【ISSN号】1007-6921

【页码】P58-59

【年份】2019

【期号】第4期

【摘要】则隆弄冰川泥石流曾多次爆发,甚至堵塞雅鲁藏布江,对流域居民造成严重威胁。通过现场实地调研,结合遥感影像解译分析,得出该泥石流沟在外界强震或者高温冰雪融水的条件下的形成机制,为高寒山区泥石流的监测与防治提供依据。

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南迦巴瓦峰则隆弄冰川泥石流发育特征及成因机制分析

韩立明,冯倩倩

(成都理工大学 环境与土木工程学院,四川 成都 610059)

摘 要:则隆弄冰川泥石流曾多次爆发,甚至堵塞雅鲁藏布江,对流域居民造成严重威胁。通过现场实地调研,结合遥感影像解译分析,得出该泥石流沟在外界强震或者高温冰雪融水的条件下的形成机制,为高寒山区泥石流的监测与防治提供依据。

关键词:则隆弄冰川;泥石流;发育特征;成因机制

雅鲁藏布江大峡谷入口处的则隆弄冰川为一海洋性冰川,近几十年的时间内曾经多次爆发泥石流[1],泥石流堆积体甚至堵塞雅鲁藏布江[2]。泥石流的爆发不仅对下游的直白村造成直接的威胁,堵江后还对雅鲁藏布江大峡谷上下游的居民造成间接的影响。由于该区域交通不便,对其研究相对较少。通过对则隆弄冰川泥石流沟实地调查,结合历史遥感影像,详细勘察了则隆弄冰川泥石流沟的基本特征,并在发育特征的基础之上分析了该泥石流沟的成因机制,为青藏高原高寒区的冰川泥石流起到一定的参考作用,对该区域泥石流预测及治理提供科学依据。

1 泥石流发育基本特征

则隆弄冰川泥石流沟处于南伽巴瓦峰的西坡,雅鲁藏布江的右岸;该泥石流沟流域处在深切高山峡谷区,位于世界最大峡谷—雅鲁藏布江大峡谷入口处;流域面积为53.62km2,主沟长度可达12.49km,主沟道的平均纵比降为386‰,流域形状为不规则的“沙漏状”,泥石流支沟的谷底形成整体呈“Y”字形,与青藏高原高寒峡谷区其他泥石流沟相似,则隆弄冰川泥石流沟也分为形成区、流通区与堆积区3个区域(如图1所示)。

1 则隆弄冰川主沟纵剖面图

1.1 形成区特征

则隆弄冰川泥石流在海拔4 000m~7 664m的区域为形成区,该区域泥石流沟谷底呈“V”字形,一条支沟宽度为1km~1.5km的冰川沟谷在4 000m的海拔位置处与主沟交汇,由于该区域都在雪线以上,主沟以及支沟两侧的基岩大部分被积雪掩埋,鲜有被植被覆盖的基岩及堆积体,这种地表特征加速了基岩的风化速率,加快了物源的堆积时间;该区域总体的地貌形态为三面背靠南伽巴瓦峰,只有一面出口为漏斗状的盆地,形成区的沟谷坡度大,沟谷底部纵比降可达582‰,为主沟及支沟两侧的基岩冻融崩落创造了完美的地形条件,该区域为主要得汇水区域和物源区域。

该区域的物源种类主要有两种,一种为主沟和支沟沟底残留的冰碛堆积体;另一种为泥石流沟两侧的风化基岩的崩、坡积物;其中冰碛堆积体为泥石流爆发的主要物源堆积。两种形成区泥石流物源在某些环境中相互转化,物源堆积并非一次性堆积于4 000m高程处的支沟与主沟交汇口处,而是呈现多级堆积在一定的临界值状态下逐渐往前运移,并且呈多期堆积,在形成区与流通区交界处积累,经过外部条件诱发(短时间强降雨、冰崩、地震等),最终冲出沟谷形成泥石流。

1.2 流通区特征

在海拔3 000m~4 000m的高程区域为则隆弄冰川泥石流的流通区,主沟最宽处为1.26km,最窄处为4 000m形成区与流通区交汇处的地方,主沟宽度也达到了1.06km。其中主沟的纵比降达到了203‰,该区域较雅鲁藏布江河谷流域的泥石流沟的流通区有所不同,主要表现为泥石流沟的形态特征及沟谷两岸的物源不同,则隆弄冰川泥石流流通区的主沟中部有高度在300m~500m的垄,物质组成为末次冰期的冰碛物堆积体,其粒级范围很宽,巨砾砾径最大可达5m~8m、角砾、粗砂、粉砂和粘土的混杂,粒度相差悬殊,明显缺乏分选,在多期泥石流以及山洪冲刷下,形成坡度大于60°的陡壁,胶结较差,时有块碎石垮落。

沟谷的两侧均为冰碛物堆积体,冰碛物堆积体趴伏在基岩之上,据前人实地调研,曾有温泉透过百米厚的冰碛物涌入沟谷中,佐证了冰碛物堆积体内架空结构,胶结较差。

流通区特殊的形态特征及沟谷两侧冰碛垄的存在,为泥石流运移过程中进一步提供物源,增加泥石流的危险性。

1.3 堆积区特征

堆积区坐落于高程在河面高程的2 840m之上至流通区的下界3 000m的海拔处,堆积区的沟谷纵比降为125‰。

其中主沟被中部的冰碛垄分割为左右两条支沟,北侧支沟沟缘堆积扇面积较大,可达2.24km2,现今直白村坐落其上;而南侧支沟延伸至雅鲁藏布江之中,形成的堆积体由于没有冰碛垄的阻挡,多被雅鲁藏布江江水冲蚀,仅仅保留面积为0.2km2的扇体。泥石流爆发的流通通道具有选择性,可能同时沿着两条支沟爆发,也可能只沿着一条支沟运移;例如1950年墨脱地震诱发的泥石流同时沿着两条支沟行进,而1968年及1984年由于高温融雪爆发的泥石流仅仅沿着南侧支沟流通。

2 成因机制研究

2.1 地震活动

2017年11月18日06时34分,在西藏林芝市米林县(北纬29.75°,东经95.02°)发生6.9级地震,震源深度10km,而这次地震震中仅距则隆弄冰川只有12km。作为印度板块与板块碰撞的东构造结部位,该区域在新近纪以来抬升运动最为强烈,地震频发,其中对则隆弄冰川泥石流沟影响最为严重的为1950年墨脱8.5级大地震,则隆弄冰川泥石流短时间内突然爆发,距档案文献记载:“直白村房屋全部坍塌,直白村民死亡98人,牲畜全被压毙。土地被震裂毁,则隆弄沟冲出的堆积体阻塞雅鲁藏布江,筑起大坝,堵江至8月16日黎明始流[1]。”

则隆弄冰川泥石流沟形成区的主沟及支沟两侧的坡体坡度陡峭,坡度在70°以上,长期在强震作用影响下,造成岩体强烈卸荷作用,局部坡体失去原有的平衡状态,再加上降雨及冰雪融水的渗入,两侧坡体逐渐达到饱和状态,抗剪强度逐渐降低,相应坡体稳定性下降,容易发生局部滑动或者垮落[3],在形成区形成新的物源,堆积在主沟及支沟的沟道中,日积月累达到一定的厚度,而这种过程在地震的过程中及震后会持续的存在。

强地震发生之时,在地震波的背坡效应和高位放大效应共同影响下[4],形成区内主沟及支沟中的堆积体达到一定的临界启动状态,沿着沟谷急速冲出形成区,而南伽巴瓦峰上部覆盖的冰雪顺势垮落至冰川泥石流沟中,与物源的堆积体混杂在一块,在运移过程中逐步碰撞、摩擦、融化成水,为泥石流的爆发提供丰富的水动力条件。

形成区的物源堆积体经过相对高差在3 000m左右的势能转化为动能,沿着则隆弄冰川泥石流主沟垄的两侧,急速下涌,呈现出流体状的运动状态,沿途会携卷刮铲流通区主沟底部及两侧的浅层冰碛堆积体,最终涌出泥石流沟,堆积在冰碛扇上部或者古泥石流扇上部,一次的堆积体规模较大情况下会堵塞泥石流沟下游的雅鲁藏布江,造成断流(至今仍旧可以在则隆弄冰川泥石流沟对岸见到古泥石流堆积体),规模稍小的会挤压河道。

地震诱发的则隆弄冰川泥石流规模较大,反应时间短,水动力条件不足,大块石含量多,刮擦及剖蚀和侧蚀作用不明显,并且多为强地震诱发的一次性泥石流,造成堵江的可能性大,对泥石流下游居民的生命财产造成严重威胁。

2.2 冰雪融水

据世界气象组织和联合国环境规划署第4次评估报告,1905年至今全球平均气温升高 0.74℃[5],施雅风院士的预测, 今后的五十年的时间内,青藏高原温度可比20世纪末升高2.5℃左右[6]。冰川系统可分为大陆性冰川和海洋性冰川两大类型,则隆弄冰川受印度洋季风海洋气流影响,为典型的海洋性冰川,而海洋性冰川对温度较为敏感,较低幅度的温度变化都会引起则隆弄冰川得冰进和冰退。

1968年9月2日,中午左右,艳阳高照,突然则隆弄冰川泥石流再次复活,物源沿着泥石流主沟的南支沟滚入雅鲁藏布江中,再度筑起高约10m的堆积坝,次日上午决堤。此次泥石流事件明显为高温冰雪融水诱发的泥石流。

则隆弄冰川泥石流的形成区在海拔4 000m以上,沟谷两侧大部分流域被现在冰川覆盖,而强大的冰雪融水是该泥石流的主要水源,即使未发生泥石流,则隆弄泥石流沟也保持流量可观的长流水状态。则隆弄冰川对全球温度的升降有明显我的反应,在夏日持续高温的状态下,南伽巴瓦峰上部冰川内部逐渐消融,冰川体内部会出现拉裂缝的现象,在重力作用过程中失稳,形成冰崩,冰雪块体急速垮落,坠入形成区主沟及支沟中,由于摩擦生热,固态水在运动过程中逐渐转化为液态水,推动形成区沟谷中的冰碛物堆积体积崩坡积堆积体,从海拔在7 000m左右的高程下启动,3 000m左右的势能转化为动能,最终转化为冰雪融水型泥石流。在流通区进一步剥蚀搬运沿途的冰碛物,冰雪融水能够形成充足的水力条件,为水力类泥石流,对沟道进行冲刷和掏蚀,则隆弄冰川主沟中冰碛垄微地貌的形成与该类泥石流有着千丝万缕的联系。

冰川冰舌在高温下退缩后,致使冰川下部的基岩大面积暴露在表层,在高寒的环境下持续冻涨冻融,加之强烈的物理风化,再次造成岩体的破碎,为下一次泥石流爆发提供物源。

冰雪冻融诱发的泥石流有较强的可预测性,这类泥石流发生的频度高,规模较地震诱发的泥石流规模稍小,威胁性也相对较低,而这类泥石流对该地区微地貌地形地貌的塑造却起着主导的作用。

3 结束语

则隆弄冰川因多次冰期间冰期交互,在沟谷两侧及谷底冰碛物堆积厚百米,泥砾混杂无序,为泥石流爆发提供了丰富的物源,加之相对高差为3 500m左右的地形,为泥石流爆发提供了基础条件;在外界强震或夏季高温冰雪融水条件下,堆积体冲出则隆弄泥石流沟,爆发泥石流,对下游居民造成威胁。鉴于该泥石流沟仍然有爆发毁坏性泥石流的潜在可能性,应对其提高设防标准,强化工程治理和专业监测预警。

[参考文献]

[1] 张文敬. 南迦巴瓦峰的跃动冰川[J]. 冰川冻土, 1983,(4):75~76.

[2] 刘宇平,D. R. Montgomery,B. Hallet,唐文清, 张建龙, 张选阳. 西藏东南雅鲁藏布大峡谷入口处第四纪多次冰川阻江事件[J]. 第四纪研究, 2006,(1):52~62.

[3] 张金达. 大理市双廊镇甸心洪沟泥石流特征及危险性分析[J]. 内蒙古科技与经济,2017,(20):56~57.

[4] 王运生, 徐鸿彪, 罗永红,等.地震高位滑坡形成条件及抛射运动程式研究[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28(11):2 360~2 368.

[5] 沈永平,王国亚.IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点[J]. 冰川冻土, 2013, 35(05):1 068~1 076.

[6] 施雅风. 2050年前气候变暖冰川萎缩对水资源影响情景预估[J]. 冰川冻土, 2001,(4):333~341.

收稿日期:2017-12-16

作者简介:韩立明(1991-),男,汉族,河南南阳人,在读硕士,研究方向:地质灾害防治及区域稳定性评价。

中图分类号:P694(275)

文献标识码:A

文章编号:1007—6921(2018)04—0058—02

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