馮 毅，劉 洋

（1.成都興蜀勘察基礎工程公司，成都610000；2.成都理工大學，成都610059）

0 引言

5.12 汶川里氏8.0級大地震，對四川造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，同時觸發(fā)了大量的滑坡和崩塌等地質災害，由于地震災害鏈作用影響[1]，震后暴雨引發(fā)了大規(guī)模泥石流的爆發(fā)，并且呈現(xiàn)出爆發(fā)規(guī)模大、頻率高、危害大的特點[2]，嚴重影響了災后恢復重建，其中位于綿遠河流域的文家溝就是典型的震后泥石流。

因此研究震后泥石流的特征對于今后西南山區(qū)震后泥石流的監(jiān)測和防治具有現(xiàn)實意義和研究價值。其中泥石侵蝕特征作為研究泥石流的基礎數(shù)據(jù)，對于今后分析泥石流的發(fā)育程度，預測其今后危害范圍和對地形地貌影響都具有重要的價值。

泥石流對于溝道主要有溝床侵蝕、溝岸侵蝕和溯源侵蝕3種[3－4]，對于侵蝕特征的研究目前集中在試驗研究和野外現(xiàn)象調查，對于利用泥石流發(fā)生前后的DEM進行對比分析的目前較少。本文主要是利用泥石流爆發(fā)前后的縱剖面、橫剖面和區(qū)域侵蝕深度三方面進行分析，對于侵蝕特征的宏觀分析具有實際意義。

1 研究區(qū)介紹

文家溝位于綿竹市綿遠河左岸，距清平鄉(xiāng)場鎮(zhèn)約500m，溝口地理坐標 N31°33′4·7″、E104°06′58·5″，地貌屬構造侵蝕中切割陡峻低—中山地貌，海拔高程883～2 402m，相對高差1 519m，最高峰位于東部的頂子崖，海拔2 402m。汶川地震觸發(fā)了文家溝滑坡，滑坡體高速滑出與溝道碰撞轉化為碎屑流高速運動到溝道口，為此后多次泥石流的爆發(fā)提供了豐富的物源[5－6]。

文家溝區(qū)域為季風性濕潤氣候區(qū)，屬于四川盆地中亞熱帶。主要氣候特點是：氣候溫和，降水充沛，四季分明，大陸性季風氣候特點顯著，年降雨量在1 500～1 700mm之間，年平均氣溫為14.4℃，多年平均降水量為1 086.4mm。

文家溝1 300m高程平臺以上屬于泥盆系上統(tǒng)觀霧山組（D2g），上部為灰白色白云巖和灰?guī)r，下部為砂頁巖夾泥質灰?guī)r、石英砂巖等，較堅硬；1 300m高程平臺以下上部為灰色、灰薄層狀長石云母石英粉砂巖及鈣泥質粉砂巖，中部為暗紫色、暗灰綠色薄層狀含磷鈣質砂巖，下部由灰綠色含綠泥石的細粒狀磷塊巖、含磷泥灰?guī)r等組成，屬較硬—堅硬巖。

文家溝主溝與北西側方向的龍門山中央斷裂帶（走馬嶺溝）的距離不到1km。區(qū)內巖層大多陡傾、直立甚至倒轉，小斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育強烈，巖體破碎，這些地質構造條件有利于泥石流的發(fā)育。

2 文家溝侵蝕特征分析

5.12 地震后，造成大量的山體滑坡、崩塌和坡面泥石流，很多流域內物源豐富，由于暴雨的影響，泥石流爆發(fā)頻繁，經(jīng)實地調查發(fā)現(xiàn)，震后泥石流與以往泥石流具有不同的特點，其中對于溝道的侵蝕程度超過了以往對泥石流的認識，本文就是利用文家溝泥石流爆發(fā)前后的DEM對泥石流侵蝕特征進行分析。

文家溝內堆積的滑坡—碎屑流體很松散，泥石流發(fā)生時在堆積體內形成了深大的、陡峻的“拉槽”現(xiàn)象[3]?，F(xiàn)在我們就通過對DEM數(shù)據(jù)來分析溝道侵蝕的特點，最后通過野外調查數(shù)據(jù)來驗證分析方法的可靠性。

2.1 數(shù)據(jù)準備

泥石流發(fā)生區(qū)域內有2010年8月13日之前的1∶2000及2010年8月13日爆發(fā)之后的1∶2000的數(shù)字地形圖各一份，利用ARCGIS平臺將數(shù)據(jù)生成DEM數(shù)據(jù)，其中災前地形圖測量范圍只覆蓋主溝道，因此對于文家溝侵蝕特征研究也主要針對主溝道（圖1）。

圖1 8.13文家溝泥石流爆發(fā)后DEM，紅色區(qū)域為災前DEM的范圍

2.2 溝道侵蝕分析過程

針對文家溝泥石流爆發(fā)的侵蝕特點，首先對災前災后DEM分別取縱剖面，對比縱剖面坡度變化及下切深度，得到泥石流溝各段坡度和溝道侵蝕變化規(guī)律；其次在主溝道上切出橫剖面圖，對比橫剖面各段溝谷形態(tài)變化；最后將災前災后的DEM數(shù)據(jù)進行相減運算，得到主溝道的侵蝕深度分布圖，利用GIS平臺將不同侵蝕深度進行分類，利用公式（1）將不同侵蝕深度的面積Si除以總面積S得到加權值ai，可以利用公式（2）求出對于溝道的平均侵蝕深度，同時利用曲線可以分析侵蝕深度的特點。

2.2.1 主溝道的坡度及下切深度分析

首先，利用ARCGIS平臺對主溝道災前災后DEM進行縱剖面繪制，如圖2。

圖2 （a）爆發(fā)前溝道縱剖面，（b）爆發(fā)后溝道縱剖面

通過對縱剖面圖分析得出，主溝道坡度變化表（表1）。

表1 文家溝8.13泥石流災前災后主溝道坡度變化對比表

通過表1數(shù)據(jù)反映出，主溝道災前災后坡度和高程變化很大。其中災前主溝道坡度以距溝口650m分界，650m下相對較緩坡度為18.2°，650m以上坡度為34.1°。泥石流災害爆發(fā)以后，據(jù)溝口650m以下，比災前變緩坡度為15.9°，高程也下降了將近20m；650～1 030m之間，相對于災前變緩坡度為28.8°，并且此段高程也下降了30～40m；1 030～1 240m之間，較災前變得陡峻坡度為50.1°，高程下降了20m左右；1 240～1 500m之間，相對變緩坡度為31.4°，高程有將近20m的變化。另外1300平臺以上坡度較緩，自身穩(wěn)定性好，不作為泥石流物源。

分析可知，首先滑入溝道內的碎屑流十分松散、透水性強、堆積物膠結差；其次1300平臺在強降雨條件下，匯集為地表徑流，達到起動泥石流的流量，從而爆發(fā)對溝道造成嚴重侵蝕的黏性連續(xù)泥石流，容易對溝床造成劇烈侵蝕，主溝道縱剖面線高程平均下降達25m，其中流通區(qū)中部最大侵蝕深度達57m，另一個特點是朔源侵蝕非常劇烈造成1030到1240區(qū)域坡道達到50.1°。

2.2.2 溝谷形態(tài)分析

其次是對災前災后主溝道溝谷形態(tài)的分析，圖3為災前災后的橫剖面圖，選取的是主溝道中上部典型區(qū)域。

圖3 （a）爆發(fā)前溝道橫剖面，（b）爆發(fā)后溝道橫剖面

通過災前災后橫剖面圖的對比明顯看出，災前溝道呈V形谷，谷底狹窄，一側有二級階地，右岸坡度76°，左岸一級階地以下坡度58.8°，一級階地以上24.2°；災后溝道呈對稱的 V形谷，谷底將近20m，左岸坡度50°，右岸坡度52.5°，兩側坡度基本相同。對比發(fā)現(xiàn)，主溝道左岸被侵蝕下切，右岸堆積，溝谷形狀變化劇烈，平均下切近30m。同時，溝道中部的寬度也由災前的130m，增加到災后的200m。泥石流溝岸侵蝕將文家溝溝谷形態(tài)和兩岸岸坡進行了改造，對地貌影響劇烈。

以上數(shù)據(jù)可見，由于文家溝8.13泥石流溝內物源松散，泥石流在對溝道下切搬運侵蝕的同時，溝道兩側底部不斷被側蝕，頂部的物源不斷垮塌進入溝道，被搬運到溝口。從橫斷面看，整個文家溝隨著泥石流的爆發(fā)不斷被拓寬，深度也不斷加深，從而造成了文家溝泥石流，尤其是8.13泥石流爆發(fā)后造成了獨特的深切拉槽現(xiàn)象。

2.2.3 區(qū)域侵蝕深度分析

利用災前災后主溝道DEM相減，得出區(qū)域侵蝕深度分布圖（圖4）。

圖4 區(qū)域侵蝕深度分布圖利用ARCGIS

對圖4進行分析計算得到表2。

表2 主溝道侵蝕深度分布表

通過表2我們可以看出，侵蝕深度超過50m的區(qū)域占2%，侵蝕深度在1～3m之間占了22%，4～13m之間占了46.9%，14～49m之間占了28.9%，可以得出絕大部分區(qū)域侵蝕深度在4～13m之間。我們將侵蝕深度分布圖內的侵蝕深度和各個區(qū)域的所占比重代入公式（2），可以得出主溝道整個區(qū)域內的平均侵蝕深度為12.6m。

由區(qū)域侵蝕數(shù)據(jù)可知，地震造成文家溝巨型滑坡及周圍山體松動，暴雨導致溝內大量物源被沖出，文家溝主溝道及周圍區(qū)域被嚴重地侵蝕搬運，雖然文家溝泥石流爆發(fā)了多次，但是仍有大量物源可轉化為泥石流，文家溝流域存在進一步侵蝕下切的可能。

此外，利用溝道DEM數(shù)據(jù)對侵蝕特征分析比野外調查更具有宏觀性，也減少了野外調查的工作量，對于從宏觀層面認識侵蝕特點具有科學價值。

3 結語

（1）文家溝主溝道坡度分析發(fā)現(xiàn)，災前主溝道坡度以距溝口650m分界，650m下相對較緩，650m以上比較陡。泥石流災害爆發(fā)以后，溝道坡度變化較大，據(jù)溝口650m以下，坡度比災前變緩，高程也下降了將近20m；650～1 030m之間，坡度相對于災前變緩，并且此段高程也下降了30～40m；1 030～1 240m之間，坡度較災前變得陡峻，高程下降了20m左右；1 240～1 500m之間，坡度相對變緩，高程有將近20m的變化，其中1300平臺以上變化不大。

（2）通過對文家溝主溝道溝谷形態(tài)分析，災前災后橫剖面圖的對比明顯看出，災前溝道呈V形谷，谷底狹窄，一側有二級階地，右岸坡度76°，左岸一級階地以下坡度58.8°，一級階地以上24.2°；災后溝道呈對稱的V形谷，谷底將近20m，左岸坡度50°，右岸坡度52.5°，兩側坡度基本相同；對比發(fā)現(xiàn)，主溝道左岸被侵蝕下切，右岸堆積，溝谷形狀變化劇烈，平均下切近30m。同時，溝道中部的寬度也由災前的130m，增加到災后的200m，對地貌影響劇烈。

（3）對文家溝主溝道侵蝕深度進行分析。分析得出侵蝕深度超過50m的區(qū)域很少，其中侵蝕深度在1～3m之間占了22%，4～13m之間占了46.9%，14～49m之間占了28.9%，可以得出絕大部分區(qū)域侵蝕深度在4～13m之間。我們將侵蝕深度分布圖內的侵蝕深度和各個區(qū)域所占的比重代入公式，可以得出主溝道整個區(qū)域內的平均侵蝕深度為12.6m。

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