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怒江高山峡谷区泥石流堆积扇与人类活动关系

中国学术期刊网【地理地质论文】 编辑:天问 云南大学学报(自然科学版) 2016-11-03怒江高山峡谷区泥石流堆积扇与人类活动关系论文作者:李旭 黄江成 徐慧娟 祝传兵 刘涛,原文发表在《云南大学学报(自然科学版)杂志》,经中国学术期刊网小编精心整理,仅供您参考。

关键词: 怒江; 高山峡谷; 泥石流; 堆积扇; 形态特征
摘要:堆积扇是泥石流活动的重要记录,是泥石流研究的重要内容.通过遥感影像识别与现场踏勘,明确了怒江高山峡谷区泥石流堆积扇空间分布特征,并对堆积扇形态特征展开了分析.结果显示:研究区200条泥石流沟中,形成明显泥石流堆积扇的有176条,堆积扇平均面积为0.052km2;堆积扇平均坡度多分布在5°~10°之间,占总数的59.7%,与主河下游的夹角多分布在90°~120°之间,与主河关系以阻河型分布最为广泛;泥石流流域面积、主沟比降与堆积扇面积关系不明显;堆积扇是当地居民重要的生活生产场所,堆积扇上分布的耕地、道路和桥梁受泥石流威胁严重.该研究对怒江高山峡谷区泥石流减灾防灾工作有一定的指导作用.

泥石流堆积扇是泥石流侵蚀、输移和堆积的产物, 具有生长快、变幅大等特点[1].泥石流堆积扇地形开阔, 水热条件较好, 具有较高的生产能力, 是山区居民从事生活、生产活动的重要场所[2].人们在泥石流堆积扇上进行生活、生产活动的同时, 由于对泥石流活动规律的认识不足, 一旦泥石流复发将造成人员伤亡与财产损失[3].泥石流堆积扇的研究是判别泥石流性质、发育阶段和危险度的重要依据[4, 5], 对防灾减灾有一定的指导意义.目前许多国家都非常重视泥石流堆积扇的研究, 日本、美国等国将其视为山地灾害重要的研究对象[6].日本对泥石流形态特征的研究起步较早, 1980年水山高久等对泥石流堆积地貌进行了研究[7].国内泥石流堆积扇的研究相对较晚, 唐川提出了比较典型的扇形地模式, 并总结了泥石流堆积扇纵横剖面特征与不同发育阶段的扇形地特征, 概括了小江流域泥石流动力堆积过程与河谷扇形地模式, 并分析了泥石流扇形形态与组合特征[7, 8].田连权对云南东川蒋家沟考察, 论述了粘性泥石流的堆积地貌[9]; 刘希林论述了云南小江泥石流堆积扇扩展与河床平面形态的关系[10].

目前, 泥石流堆积扇特征与流域环境相关性的研究方法主要有2种[4, 11, 12], 第1种方法是通过大量的实地考察, 运用统计学的方法分析出特征值之间的关系; 第2种方法是运用数学方法模拟泥石流堆积.

对怒江高山峡谷区实地调查与观测, 结合遥感影像分析并阐述了泥石流堆积扇的空间分布、面积规模、平均坡度以及泥石流堆积扇与主河下游的交汇关系.

1 研究区概况
怒江-萨尔温江, 地处西南纵向岭谷的核心地带, 是东南亚重要的国际河流.研究区(图1)为怒江中游即六库至贡山段, 总长311.4km, 位于云南省西北角边缘, 西与缅甸接壤, 东与大理州、迪庆州相连, 属于高山峡谷区, 东有碧罗雪山, 西有高黎贡山, 两山对峙, 相对高差达4391m, 呈V字型河谷, 最宽处43.8km, 最窄处仅17.3km, 峡谷底部宽200~600m.


图1
Fig.1
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图1 研究区示意图
Fig.1 Location of the study area

怒江高山峡谷区主要受西南季风气候影响, 径流补给主要来源于降水, 年平均降雨量为900~1700mm, 24h大暴雨均值在55~80mm之间, 福贡、贡山及以上地区存在双雨季特征.

怒江是云南六大流域泥石流灾害最为严重的流域[13], 呈羽状水系, 降水及地表径流汇集过程短, 极易形成山洪, 河道比降陡, 地质结构性差, 岩石破碎, 受季风影响降水集中, 从而导致流域内滑坡、泥石流灾害点分布面广、活动频繁.据相关资料记载, 研究区近几年多次暴发泥石流并造成了人员伤亡与较大的财产损失.如:2010年8月18日, 怒江贡山县普拉底乡发生泥石流, 灾害共造成22人死亡, 90人失踪; 2011年6月24日, 贡山县北部丙中洛乡毕比里村发生引发泥石流, 损毁民房500余间, 直接经济损失近4500万元; 2014年5月10日, 福贡县城腊吐底沟突发泥石流, 造成经济损失1.8亿元.

2 泥石流堆积扇发育特征
怒江高山峡谷区处于欧亚板块与印度洋板块强烈碰撞挤压带, 新构造运动活跃, 褶皱强烈, 发育有怒江深大断裂带、丙中洛褶皱束以及次级断裂带等, 出露地层年代主要以元古代Pt& Z、石炭纪C为主; 怒江河谷谷底狭窄, 两岸支流密集且比降较大, 岩性以花岗岩、片岩、片麻岩、大理岩为主, 岩体坚硬、性脆、抗风化能力较弱, 为松散堆积物的大量累计奠定了基础.经实地调查与统计得出:研究区怒江河流两岸发育有泥石流沟200条, 空间分布线密度达0.64km-1, 右岸较左岸发育, 由于高山峡谷区特殊的地貌、地质条件以及受到主河冲刷(图2 Google Earth影像)的影响, 能形成明显规模泥石流堆积扇(图3)的泥石流沟有176条, 占总数的88%.(下文只对形成明显规模的泥石流堆积扇进行研究)


图2
Fig.2
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图2 泥石流堆积扇侵蚀
Fig.2 Erosion of debris flow fan


图3
Fig.3
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图3 研究区泥石流堆积扇分布(堆积扇位置为形心位置)
Fig.3 Debris flow fan of study area

2.1 泥石流堆积扇面积分级
对研究区实地调查发现, 泥石流堆积扇规模较大、发育较完整的有六排路上沟堆积扇(0.88km2)、听命河沟堆积扇(0.54km2)、推拉河沟堆积扇(0.33km2).该河段泥石流堆积扇平均面积为0.052km2, 远小于我国泥石流比较发育的白龙江(0.17km2)及小江(0.79km2)2个地区.对研究区泥石流堆积扇面积进行分级统计(表1), 可知:怒江高山峡谷区泥石流堆积扇面积在0.01~0.1km2间的沟谷数达102条, 占所统计泥石流沟谷数的51%; 其次是泥石流堆积扇面积< 0.01km2的泥石流沟为75条, 占所统计泥石流沟谷数的37.5%; 泥石流堆积扇面积> 0.1km2的沟谷数为23条, 占所统计泥石流沟谷数的11.5%.可知怒江高山峡谷区泥石流堆积扇以中、小型堆积扇为主.

表1
Tab.1
表1(Tab.1)

表1 研究区堆积扇面积分级 Tab.1 Classification of debris flow fan area in study area堆积扇面积/km2 泥石流沟数 比率/%
< 0.01 75 37.5
0.01~0.1 102 51.0
> 0.1 23 11.5
表1 研究区堆积扇面积分级
Tab.1 Classification of debris flow fan area in study area
2.2 泥石流堆积扇平均坡度分级
对研究区的各泥石流堆积扇平均坡度进行统计, 由表2可知:怒江高山峡谷区泥石流堆积扇平均坡度分布在5° ~10° 间的泥石流沟最多, 达105条, 占所统计泥石流沟总数的59.7%; 其次是堆积扇平均坡度< 5° 的泥石流沟为39条, 占所统计泥石流沟总数的22.2%; 堆积扇平均坡度> 15° 的泥石流沟只有8条, 占所统计泥石流沟总数的4.5%.

表2
Tab.2
表2(Tab.2)

表2 研究区堆积扇平均坡度分级 Tab.2 Classification of debris flow fan average slope in study area平均坡度/(° ) 泥石流沟数 比率/%
< 5 39 22.2
5~10 105 59.7
10~15 24 13.6
> 15 8 4.5
表2 研究区堆积扇平均坡度分级
Tab.2 Classification of debris flow fan average slope in study area
2.3 泥石流堆积扇与主河交汇角度分级
研究泥石流沟口堆积物与主河的交汇情况是很有必要的, 泥石流堵塞主河引起的灾害链效应是泥石流危害的重要形式[14].经实地调查发现研究区主要以堵河型泥石流堆积扇为主.在形成明显规模泥石流堆积扇中, 95条泥石流沟堆积物造成主河流向发生偏移, 占总数的54%.对研究区泥石流堆积扇沟口与主河下游的交汇角进行统计, 由表3可知:怒江高山峡谷区泥石流与主河交汇角在90° ~120° 间的泥石流沟达86条, 占总数的48.9%; 其次是交汇角> 120° 的泥石流沟为32条, 占总数的18.2%; 交汇角在70° ~90° 范围的泥石流沟为30条, 占总数的17%; 交汇角在50° ~70° 范围的泥石流沟为25条, 占总数的14.2%; 交汇角< 50° 的泥石流沟最少, 只有3条, 占总数的1.7%.

表3
Tab.3
表3(Tab.3)

表3 泥石流与主河交汇角度分级 Tab.3 Classification of intersection angle between debris flow with main river交汇角度/(° ) 泥石流沟数 比率/%
< 50 3 1.7
50~70 25 14.2
70~90 30 17.0
90~120 86 48.9
> 120 32 18.2
表3 泥石流与主河交汇角度分级
Tab.3 Classification of intersection angle between debris flow with main river
3 泥石流堆积扇形态及组合形式
3.1 泥石流堆积扇形态特征
经过实地调查发现, 该河段的泥石流堆积扇平面形态(Google Earth影像)主要以扇形(图4)为主, 如甲生沟泥石流堆积扇, 主要形成于相对宽阔的河谷地段, 泥石流流出沟口后由于地形坡度迅速减缓, 纵向和横向得以充分扩展, 最终淤积形成比较完整的堆积扇; 其次是椭圆形堆积扇(图5), 如恰马嘎上沟泥石流堆积扇; 长条形堆积扇(图6), 如席瓦洛沟泥石流堆积扇, 主要形成于河谷阶地面积较小的河段, 由于堆积区面积较小, 沟口与主河距离较短, 一部分泥石流直接冲入主河, 扇顶部分缺失; 其它相对少见的泥石流堆积扇形态有银杏叶形(图7), 如斯尼当沟泥石流堆积扇, 其泥石流沟口至堆积区段坡度逐渐减小, 粒径粗大的颗粒沿主流线堆积, 同时流体以及粒径较小的颗粒物逐渐分叉向主流线的两侧低洼地流动并淤积, 往往需几次泥石流堆积形成; 透镜形(图8), 如推拉河沟泥石流堆积扇, 在主河较狭窄的河段, 发生大规模的泥石流且形成比较大的泥石流堆积扇, 把主河主流线向对岸推移, 再一次发生泥石流, 新的堆积物覆盖在老泥石流堆积扇上, 随着规模的扩大, 进一步把主河主流线向对岸推移; 上叠形堆积扇(图9), 如木香下沟泥石流堆积扇, 形成于泥石流发生频率较高的小流域内, 首次流出的泥石流在沟口堆积有较大规模的泥石流堆积扇, 后发生的泥石流流量、规模明显小于前次, 新的堆积扇覆盖在老堆积扇上, 扇顶位置逐次向后移动.


图4
Fig.4
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图4 扇形堆积扇(甲生沟)
Fig.4 Fan-shaped debris flow fan (Jiasheng Gully)


图5
Fig.5
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图5 椭圆形堆积扇(恰马嘎上沟)
Fig.5 Ellipse-shaped debris flow fan (Qia Maga Gully)


图6
Fig.6
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图6 长条形堆积扇(席瓦洛沟)
Fig.6 Elongated shape debris flow fan(Xi Waluo Gully)


图7
Fig.7
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图7 银杏叶形堆积扇(斯尼当沟)
Fig.7 Ginkgo leaf -shaped debris flow fan(Si Nidang Gully)


图8
Fig.8
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图8 透镜形堆积扇(推拉河沟)
Fig.8 Lens-shaped debris flow fan(Tuila river Gully)


图9
Fig.9
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图9 上叠形堆积扇(木香下沟)
Fig.9 The stack-shaped debris flow fan(Mu Xiangxia Gully)

3.2 泥石流堆积扇群组合形式
发育于该河段的泥石流堆积扇受怒江高山峡谷区特殊地质地貌条件的影响, 在河段不同位置有着不同的组合形式.

经实地调查以及参考前人的分类方法[6], 该河段泥石流堆积扇群组合形式(Google Earth影像)主要有以下3种:①扇顶融合型(图10), 如洛咱吗河沟与罗坡吗河沟泥石流堆积扇, 主要发生在2个泥石流沟口相离较近, 堆积扇发育的地方, 扇顶部分堆积物相连形成更大的堆积扇; ②扇缘结合型(图11), 如斯豆河沟与戛美利依玛沟泥石流堆积扇, 由于泥石流沟谷相离较近, 两扇从侧向扩近, 扇的侧翼边缘相连接; ③阻河型(图12), 如月各河沟与甫拉底乙马落河沟泥石流堆积扇, 由于较大规模泥石流冲入主河, 迫使河流流向发生改变甚至堵塞, 是形成堰塞湖的主要形式, 该种类型的泥石流堆积扇在研究区最为广泛.


图10
Fig.10
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图10 洛咱吗河沟(左) 罗坡吗河(右)
Fig.10 Luozanma river Gully (left) Luo Poma river Gully(right)


图11
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图11 斯豆河沟(左) 戛美利依玛沟(右)
Fig.11 Sidou river Gully(left) Gamaliyima Gully(right)


图12
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图12 月各河沟(左) 甫拉底乙马落河沟(右)
Fig.12 Yuege river Gully(left) Fuladiyimaluo river Gully(right)

3.3 流域面积、沟床比降与泥石流堆积扇面积关系分析
以一级分水岭为分界线, 对研究区单沟泥石流流域进行分析得出:堆积扇面积之间存在较大差异, 堆积扇面积并不取决于小流域面积, 两者之间的变化关系不明显(图13), 如上排路上沟泥石流堆积扇面积达0.88km2, 流域面积为4.17km2; 拉布罗河堆积扇面积为0.09km2, 流域面积达94.17km2.此外, 还统计了泥石流堆积扇沟床比降之间的关系(图14), 分析得出研究区泥石流堆积扇面积也不取决于主沟比降, 两者之间相关性较小, 如杂罗河沟泥石流堆积扇面积达0.49km2, 主沟比降为33.1%; 格利底沟泥石流堆积扇面积为0.047km2, 主沟比降达71.4%.以上验证了前人的研究[15], 流域面积、沟床比降与泥石流冲出量不存在线性相关.


图13
Fig.13
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图13 流域面积与堆积扇面积的关系
Fig.13 The relationship between basin area and debris flow fan area


图14
Fig.14
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图14 主沟比降与堆积扇面积的关系
Fig.14 The relationship between gully slope and debris flow fan area

由于该河段河谷形态呈“ V” 字型, 谷底狭窄, 岩性以花岗岩为主, 从而难以发育较大堆积扇; 两岸支流比降较大, 泥石流沟出山口距离主河距离较短, 流出山口后速度较快, 无较大的开阔淤积地, 泥石流冲出物直接进入怒江, 被主流带走; 白龙江、小江泥石流流域沟口多发育有年代较老的阶地, 泥石流可在阶地上不断堆积, 受主河流水作用影响较小, 而怒江泥石流堆积扇年代较新, 多在洪水位附近, 怒江干流水动力条件极强, 对泥石流堆积扇侵蚀较强烈, 泥石流堆积物难以保留.