水利工程論文-多沙粗沙區(qū)皇甫川流域泥石流發(fā)育特征研究摘要：皇甫川流域地處黃土高原與鄂爾多斯高原的交接地帶，屬于水蝕風(fēng)蝕過渡區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。通過分析該流域的氣候、地貌地形、地面物質(zhì)組成等條件，結(jié)合皇甫川流域泥石流發(fā)育現(xiàn)狀分析后認(rèn)為，一般情況下皇甫川流域典型泥石流過程幾乎不發(fā)生，但是高含沙水流、泥流過程的高發(fā)區(qū)和多發(fā)區(qū)明顯高于其他地區(qū)?；矢Υ饔蚰嗍鞯奈：κ菨撛诘模瑢τ谠黾尤朦S泥沙，特別是對黃河沿岸的府谷、保德以及天橋電站的安全構(gòu)成潛在威脅。關(guān)鍵詞：皇甫川流域泥石流發(fā)育地面物質(zhì)組成皇甫川流域地處黃土高原與鄂爾多斯高原的交接地帶，屬于水蝕風(fēng)蝕過渡區(qū)。它是黃河中游上段，晉陜峽谷北部的一級支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗北部點畔溝，經(jīng)準(zhǔn)旗的納林、沙填至陜西府谷道堍坪匯入黃河。全長1251km，流域面積3246平方公里，全流域人口約80000人，人口密度2530人/平方公里。該流域目前還未受到資源開發(fā)的影響，土壤侵蝕包括滑坡泥石流發(fā)育主要還受控于自然因素，具有典型代表性。1皇甫川流域概況流域?qū)儆诟珊蹬c半干旱氣候，年均降水量309.54140.3mm，是鄂爾多斯高原暴雨中心區(qū)，一般發(fā)生于69月，占全年降水量的80%以上，年均暴雨5次，其中1030分鐘的短歷時暴雨2.85次、占總次數(shù)的63%；小于10分鐘暴雨1.85次占37%，60分鐘的暴雨0.55次占11%。最大一日暴雨量為52.8mm，30天降雨總量為175.6mm。流域溫差較大，土層凍融作用強(qiáng)烈，一般年份凍結(jié)厚度為90110cm，極端凍結(jié)最厚在150cm以上?；矢Υㄆ骄L(fēng)速1.93.4m/s，春季平均風(fēng)速3.2m/s，強(qiáng)大的風(fēng)力是風(fēng)蝕的動力，風(fēng)蝕是冬春兩季表現(xiàn)最為明顯的一種侵蝕方式，地面?zhèn)€別年份風(fēng)蝕深度達(dá)4cm?；矢Υ饔虻刭|(zhì)構(gòu)造屬于鄂爾多斯地臺拗陷的邊緣部分。燕山運動和喜山運動使地臺隆起成拱狀高原，流域正處于高原的東南斜坡上，中上游地區(qū)處于白于山至東勝的第四紀(jì)抬升中心，近期抬升約20mm/a，從而導(dǎo)致流域中上游一帶溝谷下切，溯源侵蝕特別強(qiáng)烈?；矢Υ饔虻匦翁攸c是深溝梁大，地形起伏較緩，呈東南傾向，上游分水嶺高地與下游河流出口處落差520m。溝間地形似倒扣著的船狀，坡面侵蝕比較強(qiáng)烈，溝深一般4050m，有的超過100m，溝坡多由基巖組成。流水除具有沖蝕外，還具有一定的淘蝕作用，從而引起崩塌，溝蝕和重力侵蝕競相發(fā)展。由表1坡度組成情況可以看出3655的坡度占48.19%，比例最大分布于谷坡；溝間地比較平緩，15以下占26.87%，另有11.88%的陡崖是基巖崩塌的直接產(chǎn)物，中上游這種特征更為明顯。皇甫川流域地面物質(zhì)組成十分復(fù)雜。中生代的基巖地層分布面積占流域總面積的51.3%，是流域出露面積最大的地層。基巖按機(jī)械組成可分（粒徑大于0.05mm的粒級占70以上）為砒砂巖，實質(zhì)上是粗砂巖，分布于中上游地帶；細(xì)粒者為羊矸石（大于0.05mm粒級小于35以下），包括青羊矸石和紅羊矸石兩種，屬于細(xì)砂巖或泥巖、頁巖等，主要分布于流域中上游地帶。砒砂巖或者粗砂巖主要是流域基巖崩塌發(fā)育的母巖，又是高含沙水流的物質(zhì)來源，而細(xì)砂巖又為形成高含沙水流或泥流提供了足夠的細(xì)粒物質(zhì)。三趾馬紅土系基巖地層之上覆蓋的新生代第三紀(jì)上新世紅色黏土，水后表面光滑，當(dāng)上部有土層覆蓋時，極易產(chǎn)生滑坡，在皇甫川流域主要分布于東西分水嶺地帶，面積僅占4.5%，集中在西部的虎石溝右岸及溝頭，十里長川右岸等地。紅土由于因干濕冷熱交替影響而發(fā)生膨脹收縮現(xiàn)象，在土體表面形成厚1015cm的松散碎屑層，從而發(fā)生自然移動的瀉溜現(xiàn)象，在坡面下部或堆積物被水流沖走或形成堆積裙。黃土在皇甫川流域面積上并不占明顯優(yōu)勢，僅占總面積的31.6%。目前黃土分布占優(yōu)勢的地方主要集中在十里長川支流域，特別是其左岸，還能看到整片而厚層的黃土分布。從侵蝕產(chǎn)沙角度而言，黃土仍是目前遭受侵蝕特別是坡面流水侵蝕最強(qiáng)烈的物質(zhì)。風(fēng)成沙是水蝕風(fēng)蝕交錯帶的產(chǎn)物，風(fēng)成沙主要分布于中上游地帶，面積占8.7%，重力作用下以瀉沙的形式在坡角形成坡積裙，促使高含沙水流或泥流的形成。2皇甫川流域的泥石流發(fā)育受流域地形特征的影響，發(fā)育于皇甫川流域的泥石流過程主要表現(xiàn)為主BFQ河道的泥石流或高含沙水流過程。而典型的泥石流過程則很少發(fā)育，究其原因在于缺乏塊石狀的粗粒物質(zhì)，初看起來，這似乎與流域崩塌、淺層滑坡發(fā)育能夠提供大量物質(zhì)相矛盾。然而仔細(xì)研究流域的地形特征之后發(fā)現(xiàn)，皇甫川流域（或者說整個蒙陜接壤區(qū)）溝谷地形的最大特點表現(xiàn)在：溝頭狹窄而深切，溝口寬淺而開闊，上游為深“V”字溝谷，而下游為寬“U”形溝谷。以上面介紹的崩塌類型分布來看，在溝谷上游多以粒狀崩解居多，特別是在溝谷緣線附近，往往因粒狀物崩解剝落而形成一些特殊的類似半個“葫蘆”或倒“瓢”狀的溝坡形態(tài)，很難有塊狀物質(zhì)堆落溝底。而大多數(shù)類型的崩塌現(xiàn)象均出現(xiàn)于下游寬“U”形谷的谷坡之上，在這里也多由于溝谷側(cè)蝕的結(jié)果，形成了許多臨空面，在溝底谷坡多形成倒石堆和坡積裙，然而溝谷臨時性洪流在攜帶了大量上游松散物質(zhì)之后到達(dá)下游時，由于溝谷變淺變寬，流水?dāng)U開，沖擊力減弱，因此充其量只能從谷底、谷坡倒石堆中攜帶一些相對粗粒成分，而難以攜帶塊狀物質(zhì)。此外，這些倒石堆BF由于谷底相對平坦，沒有足夠的臨河坡度，使這些物質(zhì)傾入河道，因此從泥石流形成角度而言，沒有完善的（甚至缺乏）形成區(qū)，以石塊、沙、細(xì)粒物質(zhì)和水的混合物難以形成，促使典形的泥石流難以發(fā)育。但是，皇甫川流域一直是黃河中游的粗沙多沙中心，高含沙水流、泥流過程連年不斷，只要有大的洪水，每次洪峰過程均是泥流或高含沙水流過程，如果以日均含沙量超過200公斤/立方米作為高含沙水流過程或泥流過程，每年平均有14.4次，200400公斤/立方米有8次、400600公斤/立方米有3次、600800公斤/立方米有2次、8001000公斤/立方米有1.1次、超過1000公斤/立方米的有0.3次（表2）。高含沙水流或者說泥流之所以形成頻繁，主要是由于流域侵蝕劇烈能夠給河流提供足夠的物質(zhì)。挾泥沙水流與一般水流明顯不同，日均洪水含沙量最高可達(dá)到800公斤/立方米以上，有許多超過1000公斤/立方米，且含沙量越高，所攜帶泥沙越粗。而在黃土區(qū)，則多在800公斤/立方米以下。在烏蘭木倫河流域，開礦前地面主要由風(fēng)成沙覆蓋，缺乏細(xì)粒成分作骨架，加之侵蝕量有限，從而難以形成高含沙水流或泥流，即使主流窟野河出現(xiàn)高含沙水流，其次數(shù)也小于皇甫川流域。然而，開礦后，剝離了表面沙層，同時大量破壞了下伏基巖地層，而基巖地層中含有大量的細(xì)粒成分如泥巖、頁巖、細(xì)砂巖等，易形成粗細(xì)泥沙的搭配，且侵蝕量、人工提供的待運物質(zhì)量驟然增高，促使了河流高含沙水流或泥流，甚至泥石流的形成。例如，在19871989年3年之中，大于800公斤/立方米含沙量的高含沙水流出現(xiàn)3次與皇甫川一致，但最大洪峰含沙量達(dá)1630公斤/立方米的記錄超過了皇甫川1370公斤/立方米的記錄（3年之中最大）。在神木水文站實測一堆積體，體積約2萬立方米；選擇5m5m的樣區(qū)，發(fā)現(xiàn)有直徑大于0.5m的石塊6塊，0.30.5m的石塊1