西藏堆龙德庆区泥石流发育特征及孕灾地质条件分析
(西藏自治区地勘局地热地质大队, 拉萨 850000)
摘要: 西藏是全国地质灾害最严重的省区之一, 地质灾害对经济社会发展的影响日趋显著。为研究西藏堆龙德庆区典型灾害泥石流的发育特征及孕灾地质条件, 本文基于1: 5万地质灾害风险调查评价成果, 在系统总结研究区泥石流灾害发育特征及时空分布规律的基础上, 选用ArcGIS空间分析方法探讨泥石流灾害与地形地貌、地质构造、工程地质岩组、水系密度、植被覆盖率等因素的关系。研究成果显示, 区内共发育泥石流灾害点117处, 灾害规模以小型为主, 主要集中发生在7-8月, 具有沿断裂构造、河流及深切河谷区集中分布的特征。地形地貌、地质构造、工程地质岩组、水系密度与泥石流表现出了不同程度的相关性, 流域面积越小, 沟道纵坡降越大, 流域内断层和水系 密度越大, 越有利于泥石流灾害的形成; 而易滑地层则为泥石流的发育提供有利的物源条件。泥石流灾害的形成与上述孕灾因子关系密切, 是多种因素耦合作用的结果, 可为研究区泥石流灾害的防治提供参考基础。
DOI: 10.48014/cesr.20240813002
引用格式: 周鹏, 万忠焱, 李强, 等. 西藏堆龙德庆区泥石流发育特征及孕灾地质条件分析[J]. 中 国地球科学评论, 2024, 3(4): 177-184.
文章类型: 研究性论文
收稿日期: 2024-08-13
接收日期: 2024-08-24
出版日期: 2024-12-28
地质灾害是指由于自然因素或人为活动所引发的危害人民生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害[1-4]。青藏高原的隆升及其形成演化是印度-亚洲板块碰撞过程中最令人瞩目的地质事件[5]，形成了高原特殊的气候、地形地貌及岩性组合等特征，为地质灾害的形成提供了有利的孕灾环境因子。在全球变暖的背景下，青藏高原的自然灾害总体呈现点多面广，表现出了高强度与高频率、突发性、季节性、周期性、群发性和链生性等特点[6]。西藏作为青藏高原的主体，各类地质灾害十分发育，是我国地质灾害较严重的省(区)之一。根据调查成果显示[7]，截至2020年6月全区共发育地质灾害14691处，其中以泥石流为主，达8312处。堆龙德庆区作为西藏拉萨市“一心两翼”重要发展城市，地质灾害对其经济社会的发展影响日益显著。近年来西藏自治区自然资源厅先后在堆龙德庆区组织实施了1∶5万地质灾害详查、风险评价等工作[8,9]，基本查明了灾害发育及分布特征;部分学者也对该区域灾害的易发性及典型灾害特征进行了初步探讨[10,11]，但对区内典型灾害泥石流的发育特征及孕灾地质条件缺乏较系统的研究，难以为泥石流灾害的防治提供支撑。研究显示[12-17]，泥石流沟的形成往往与大尺度的孕灾条件有关，因此掌握泥石流的发育特征，系统研究孕灾地质条件是其防治的基础和关键。本文依托堆龙德庆区1∶5万地质灾害风险调查评价成果[9]，在系统分析研究区泥石流灾害发育特征及时空分布规律的基础上，利用ArcGIS空间分析方法研究泥石流灾害的形成与地形地貌、地质构造、工程地质岩组、水系密度、植被覆盖率等因素的关系，以期为堆龙德庆区泥石流灾害防治和国土空间规划提供基础数据和参考。
1 研究区地质环境概况
堆龙德庆区地处西藏自治区中南部，下辖3个镇、4个街道，根据第七次人口普查数据常住人口约9万余人。研究区位于雅江中游，念青唐古拉山南麓，地势北西高，南东地。受构造运动作用的影响，区内地貌可分为构造侵蚀剥蚀、构造溶蚀剥蚀、侵蚀堆积和冰碛地貌四大类型。根据气象资料显示，研究区多年平均降雨量约420mm，主要集中在6月至8月之间，占全年平均降雨量的80%以上，降雨的不均分布是诱发泥石流灾害形成的关键因素。研究区地处拉萨地块是班公湖-怒江缝合带与雅鲁藏布江缝合带所夹持的一条近东西向延伸的巨型狭长构造-岩浆岩带，岩浆活动十分强烈，主体以大面积分布火山岩及中酸性侵入岩为特征。出露地层主要有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和第四系，构造格架整体近东西向展布，发育近东西、北东和北西不同方向断裂构造，控制着地层及岩浆热液活动，也为泥石流的形成发育提供了基础条件。据《中国地震烈度区划图》(2016年)，研究区内地震基本烈度跨越Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ三个区，反映谱特征周期为0.45s，地震动峰值加速度为0.15g~0.3g。地震历史资料显示，研究区内无强震发生，但邻区地震带内的强震对其有不同程度影响，破坏性强震达6次之多。
2 地质灾害发育及分布规律
2.1 发育特征
根据调查成果显示[9]，研究区共发育地质灾害152处，其中泥石流117处、滑坡16处、崩塌19处(图1)。按灾害点规模划分，小型102处、中型46处、大型4处，无特大型和巨型地质灾害。可以看出，泥石流为研究区主要地质灾害类型，占全区灾害点总数的76.97%，密度达4.33处/100km2。
图1 研究区地质灾害分布图
Fig.1 Distribution map of geological hazard hazards in the study area
我们对研究区泥石流进行统计，按水源类型，发育暴雨型116处、冰雪融水型1处;按流域形态，发育沟谷型97处、山坡型20处;按物质组成，发育泥石流77处、水石流40处;按流体性质，发育粘性1处、稀性116处;按发育阶段，发育期101处、旺盛期11处、衰败期5处;按堆积体体积，发育大型2处、中型37处、小型78处;按易发性，中易发78处、低易发2处、不易发37处。
2.2 分布规律
本次对研究区内泥石流灾害发生历史进行统计分析。结果显示，区内有记载历史的泥石流灾害共发生了107次，主要集中发生在7—8月，分别发生了45次和58次(图2)。可以看出，堆龙德庆区地质灾害多发生在降雨集中季节，泥石流灾害发生次数与月平均降雨量之间表现出明显的相关性，特别是7—8月为降雨量最为集中的时段，也是泥石流灾害分布数量最多的月份。
在空间分布特征上，研究区内各乡镇均有泥石流灾害分布(图3)，其中德庆镇最多达42处，其次为古荣镇发育23次，最少为东嘎街道仅发育2处。同时，区内泥石流灾害具有沿断裂构造、河流及深切河谷区集中分布的特征。
图2 泥石流灾害发生历史统计
Fig.2 Historical statistics of debris flow disasters
图3 研究区各乡镇泥石流灾害统计
Fig.3 Statistics of debris flow disasters in various townships in the study area
3 泥石流孕灾地质条件分析
本文基于研究区117处泥石流灾害数据，利用ArcGIS空间分析工具提取泥石流流域范围内地形地貌、地质构造、工程地质岩组、水系密度、指标覆盖率等各类孕灾地质条件因子，统计灾害发育数量及密度，系统分析泥石流形成的孕灾地质条件。
3.1 地形地貌条件
地形地貌是泥石流形成的必要条件[12-13]，控制着泥石流物源的启动、搬运与堆积。区域的地貌分布只要是从宏观大尺度进行概略分析，为更为精细的评价地形地貌对泥石流的影响，本文从流域面积、沟道纵坡降、沟道岸坡坡度三个因子进行综合分析。
图4 流域面积与泥石流关系图
Fig.4 Relationship between watershed area and debris flow
(1)流域面积。本次将区内不同流域面积的泥石流进行统计分析(图4)。结果显示，流域面积小于1km2，泥石流灾害点密度为197.07处/100km2;流域面积1~5km2，点密度为49.89处/100km2;流域面积5~10km2，点密度为33.97处/100km2;流域面积大于10km2，点密度为9.47处/100km2。可以看出，流域面积越小，泥石流灾害点密度越大。通常流域面积越小，沟谷具有较好的汇水条件，但又不足以形成常年性水流，在突发降雨条件下，容易将沟内堆积松散物源带出形成泥石流，导致灾害发生可能性升高。
(2)沟道纵坡降。沟道纵坡降提供泥石流产生的能量条件[18]。统计分析显示(图5)，沟道纵坡降大于500‰发育泥石流灾害31处，分布最多;其次是在纵坡降300‰~400‰之间，发育有30处。从灾点密度分析，纵坡降500‰以上点密度为42.09处/100km2，总体表现出纵坡降越大，灾害点密度越高的特征。研究表明，纵坡降越大，泥石流启动时流速越快，为泥石流启动提供了有利的势能条件。
(3)沟道岸坡坡度。对研究区内泥石流沟谷的沟岸坡度统计显示(图6)，泥石流隐患点主要发育在沟道岸坡坡度27°~31°之间，有53处，其次在31°~36°之间，发育27处。从点密度来看，沟道岸坡坡度在10°~24°之间密度最高，达129.09处/100km2;其次为31°~36°之间，密度为85.70处/100km2。
图5 沟道纵坡降与泥石流关系图
Fig.5 Relationship between longitudinal slope and debris flow in the channel
图6 沟道岸坡坡度与泥石流关系图
Fig.6 Relationship between Slope of Gully and Debris Flow
图7 断层密度与泥石流关系图
Fig.7 Relationship between Fault Density and Debris Flow
3.2 地质构造条件
通常认为断层破碎带内岩土的物理力学参数相对较差，且容易风化，容易转化为泥石流的潜在物源，因此断层可作为泥石流易发性影响要素[19]。本次利用ArcGIS空间分析方法(图7、表1)，计算研究区泥石流流域范围内断层发育程度，结果显示泥石流主要分布在断层密度小于0.1km/km2区域，发育89处之多。但从点密度来看，断层密度大于1km/km2区域，点密度达149.99处/100km2;其次为0.5~1km/km2区域，点密度为29.00处/100km2。总体而言流域断层密度越大，泥石流密度越大，断层密度与泥石流发育程度呈正相关关系。
表1 研究区断层密度与泥石流统计表
Table 1 Statistical table of fault density and debris flow in the study area
|
断层密度 (km/km2) |
灾害点数 |
面积 (km2) |
点密度 (处/100km2) |
|
小于0.1 |
89 |
308.81 |
28.82 |
|
0.1~0.5 |
2 |
7.30 |
27.40 |
|
0.5~1 |
10 |
34.48 |
29.00 |
|
大于1 |
16 |
10.66 |
149.99 |
3.3 工程地质岩组条件
地层岩性是地质灾害发生、发展的重要内因和物质基础[20,21]。按照岩土沉积环境、结构组合特征及其工程特性，将研究区划分为第四系松散岩类工程地质岩组，坚硬块状侵入岩工程地质岩组，软硬相间层状砂岩、页岩工程地质岩组等共八类工程地质岩组。为进一步探讨研究区泥石流与工程地质岩组的关系，结果显示(图8、表2)泥石流主要发育在第四系松散岩类工程地质岩组中，共发育35处。从点密度来看，软硬相间层状砂岩、页岩工程地质岩组，点密度最大，达48.69处/100km2。以上特征表明，软硬相间层状砂岩、页岩工程地质岩组因强度低，抗风化能力差，可为泥石流灾害发育提供有利的物源条件，易形成泥石流灾害。
表2 研究区工程地质岩组与泥石流统计表
Table 2 Statistical table of engineering geological rock formations and debris flows in the study area
|
岩组 |
灾害 点数 |
面积 (km2) |
点密度 (处/100km2) |
|
坚硬块状侵入岩工程地质岩组 |
12 |
712.49 |
1.68 |
|
坚硬块状火山岩工程地质岩组 |
23 |
1114.20 |
2.06 |
|
软硬相间层状板岩、粉砂岩工程地质岩组 |
12 |
138.03 |
8.69 |
|
第四系松散岩类工程地质岩组 |
35 |
245.85 |
14.24 |
|
软硬相间层状砂岩、页岩工程地质岩组 |
9 |
18.48 |
48.69 |
|
较坚硬层状砂岩、粉砂岩工程地质岩组 |
16 |
272.61 |
5.87 |
|
坚硬层状灰岩、砂岩工程地质岩组 |
8 |
107.13 |
7.47 |
|
坚硬块状变质岩工程地质岩组 |
2 |
76.46 |
2.62 |
3.4 水系密度条件
水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的重要诱发因子和动力条件，也是松散固体物质的搬运介质[22]。形成泥石流的水源主要包括大气降水、冰雪融水等，水在下渗的过程中影响了斜坡的稳定性，部分滑坡体或崩塌体进入泥石流沟沟谷内，则为泥石流的发生提供了物源条件。本次将泥石流流域范围内水系密度与泥石流进行统计分析，结果显示(图9)水系密度低于1km/km2，泥石流密度为26.18处/km2;水系密度1~2km/km2，点密度为28.02处/km2;水系密度2~4km/km2，点密度为120.34处/km2;水系密度大于4km/km2，密度为312.79处/km2。以上特征表明，泥石流流域范围内水系密度愈大，泥石流灾害密度愈大，泥石流密度与水系密度整体呈正相关关系。
图8 工程地质岩组与泥石流关系图
Fig.8 Relationship diagram between engineering geological rock formations and debris flows
图9 水系密度与泥石流关系图
Fig.9 Relationship diagram between water system density and debris flow
3.5 植被覆盖率条件
本次基于研究区1∶5万遥感数据，并利用ArcGIS软件进行波段运算获得研究区植被指数(NDVI)图，开展植被覆盖率与泥石流关系分析。统计结果显示(表3)，泥石流灾害在植被指数0.15~0.28之间，点密度最大，达8.48处/100km2。泥石流灾害在不同植被指数区间具有不同密度分布，且无明显规律性特征，表明泥石流的形成与指标覆盖率相关性较小。
表3 研究区泥石流与植被指数统计表
Table 3 Statistical Table of Debris Flow and Vegetation Index in the Study Area
|
植被指数 |
灾害点数 |
面积 (km2) |
点密度 (处/100km2) |
|
<0.15 |
12 |
598.82 |
2.00 |
|
0.15~0.28 |
54 |
636.62 |
8.48 |
|
0.28~0.4 |
39 |
1011.83 |
3.85 |
|
>0.4 |
12 |
438.74 |
2.74 |
4 结论
(1)堆龙德庆区共发育地质灾害152处，其中泥石流117处，灾害规模以小型为主，点多面广。区内泥石流灾害主要集中发生在7—8月，灾害发生次数与月平均降雨量之间表现出明显的相关性。在空间分布特征上，具有沿断裂构造、河流及深切河谷区集中分布的特征。
(2)因子相关性分析结果显示，研究区地形地貌、地质构造、工程地质岩组、水系密度与泥石流表现出了不同程度的相关性。流域面积越小，沟道纵坡降越大，流域内断层和水系密度越大，有利于泥石流灾害的形成。而易滑地层则可为泥石流的发育提供有利的物源条件。泥石流灾害的形成与上述孕灾地质条件密切相关，是多种因素综合作用的结果。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[②] *通讯作者 Corresponding author:万忠焱，654535420@ qq.com
收稿日期:2024-08-13; 录用日期:2024-08-24; 发表日期:2024-12-28
基金项目:西藏自治区地质灾害防治体系项目(项目编号:54000021210200001372)
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Analysis on the Development Characteristics and Geological Conditions of Debris Flow in Duilong Deqing District,Xizang
(Geothermal and Geological Party, Tibet Bureau of Mineral Resource Exploration and Development, Lhasa 850000, China)
Abstract: Xizang is one of the provinces and regions with the most serious geological disasters in China. The impact of geological disasters on economic and social development is becoming increasingly significant. To study the development characteristics and geological conditions of typical disaster debris flows in the Deqing District of Duilong, this article is based on the results of a 1: 50000 geological hazard risk investigation and evaluation. Based on a systematic summary of the development characteristics and spatiotemporal distribution patterns of debris flow disasters in the research area, ArcGIS spatial analysis method is used to explore the relationship between debris flow disasters and factors such as topography, geological structure, engineering geological rock formations, water system density, and vegetation coverage. The research results show that there are a total of 117 debris flow disaster points developed in the area, the scale of disasters is mainly small-scale disasters, mainly occurring in July and August, which characterized by concentrated distribution along fault structures, rivers, and deep river valleys. There is a varying degree of correlation between topography, geological structure, engineering geological rock formations, water system density, and debris flow. The smaller the watershed area, the greater the longitudinal slope of the channel, and the higher the density of faults and water systems within the watershed, which is more conducive to the formation of debris flow disasters; And the easily slippery strata provide favorable source conditions for the development of debris flows. The formation of debris flow disasters is closely related to the above-mentioned disaster prone factors, and is the result of the coupling effect of multiple factors, which can provide a reference basis for the prevention and control of debris flow disasters in the study area.
Keywords: Debris flow, geological conditions of disaster prone areas, distribution pattern, Duilong Deqing District
DOI: 10.48014/cesr.20240813002
Citation: ZHOU Peng, WAN Zhongyan, LI Qiang, et al. Analysis on the development characteristics and geological conditions of debris flow in Duilong Deqing District, Xizang[J]. Chinese Earth Sciences Review, 2024, 3(4): 177-184.