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摘 要： 摘要:川藏公路波密段沿著帕隆藏布展布。帕隆藏布流域是我國海洋性冰川集中分布的地區(qū)，也是泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的強(qiáng)活動(dòng)區(qū)。因流域內(nèi)冰川分布范圍不一，泥石流發(fā)生受氣溫的影響程度存在較大差異。帕隆藏布下游無冰川流域內(nèi)的泥石流與氣溫?zé)o關(guān)，如帕隆藏布下游的
摘要:川藏公路波密段沿著帕隆藏布展布。帕隆藏布流域是我國海洋性冰川集中分布的地區(qū)，也是泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的強(qiáng)活動(dòng)區(qū)。因流域內(nèi)冰川分布范圍不一，泥石流發(fā)生受氣溫的影響程度存在較大差異。帕隆藏布下游無冰川流域內(nèi)的泥石流與氣溫?zé)o關(guān)，如帕隆藏布下游的加瑪其美溝泥石流，但中游以上的泥石流卻與氣溫有關(guān)。該文以帕隆藏布中上游九絨溝2014-2015年內(nèi)的4次泥石流為例，詳細(xì)分析了泥石流暴發(fā)前的降雨過程，并對降雨和氣溫在泥石流起動(dòng)中的作用機(jī)制進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，3次泥石流僅由暴雨激發(fā)，其作用機(jī)制與常規(guī)暴雨泥石流類似，即由降雨徑流侵蝕地表物質(zhì)產(chǎn)流，為“低溫+暴雨”模式;而2014年8月18日泥石流與迅速升高的氣溫關(guān)系密切，為“高溫+降雨”模式，其作用機(jī)制在于氣溫升高導(dǎo)致土體內(nèi)部冰顆粒快速消融從而放大土體活性，降雨徑流侵蝕濕潤的活動(dòng)性土體而迅速產(chǎn)生泥石流。二者的差異在于高溫迅速放大了冰磧物的活性，增加了表層土體的含水量，從而降低了泥石流產(chǎn)生所需要的降雨閾值。
關(guān)鍵詞:藏東南;泥石流;形成機(jī)制;降雨;高溫
川藏公路是四川通往西藏最重要的陸路通道，沿途穿越橫斷山脈、念青唐古拉山脈和喜馬拉雅山脈等三大山系和長江支流、瀾滄江、怒江和雅魯藏布江等四大水系[1]。沿途高山環(huán)繞，峽谷深切，是我國地形落差最為巨大的地區(qū)。川藏公路沿途穿越金沙江縫合帶、瀾滄江縫合帶和班公怒江蛇綠巖縫合帶，穿越穿越龍門山地震帶、康定-甘孜地震帶、雅魯藏布江地震帶，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活躍。
強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巨大的地形落差造就了川藏公路沿途頻繁發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害，其中以川藏公路波密段的地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育、類型最齊全且規(guī)模最為巨大，涵蓋了崩塌、滑坡、溜沙坡、泥石流等多個(gè)地質(zhì)災(zāi)害類型，其中的泥石流更是以成因復(fù)雜、規(guī)模巨大而著稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，然烏至培龍段的271.4km內(nèi)，有泥石流溝67條，平均4條/km[2]，這些泥石流中涵蓋了米堆光謝錯(cuò)冰湖潰決泥石流，培龍溝冰川泥石流，古鄉(xiāng)溝泥石流和天摩溝冰川暴雨泥石流，以及加瑪其美溝暴雨泥石流[2]。
多年來，對流域內(nèi)的冰川型泥石流進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生與氣溫升高引發(fā)的冰川變化有關(guān)，其中米堆泥石流是由冰崩涌浪引起光謝錯(cuò)冰湖潰決[2-3]，潰決洪水沖刷土體起動(dòng)，培龍溝泥石流由冰川躍動(dòng)誘發(fā)[2，4]，古鄉(xiāng)溝泥石流由大規(guī)模冰崩誘發(fā)[2，5]，天摩溝泥石流由冰川融水和降雨聯(lián)合作用誘發(fā)[6]。但是，由于冰層面積的迅速減少，少冰川流域內(nèi)泥石流起動(dòng)能否用暴雨泥石流理論[7-8]進(jìn)行解釋尚需要探討。研究發(fā)現(xiàn)，帕隆藏布流域下游加瑪其美溝海拔較低，冬季凍融作用弱，夏季常年氣溫偏高，也是當(dāng)?shù)氐谋┯陞^(qū)，該流域內(nèi)泥石流的發(fā)生用暴雨泥石流理論能得到很好的解釋[2];隨著海拔升高，帕隆藏布流域上游部分流域雖然沒有冰川分布，但源區(qū)土體的凍融作用十分顯著，其是否能影響泥石流的發(fā)生呢。本文針對這一問題，選取帕隆藏布流域中上游的九絨溝泥石流為研究對象，基于流域2014-2015年至今發(fā)生的4次泥石流，分析泥石流暴發(fā)前后的氣溫和降雨條件，并研究這種相應(yīng)條件下的形成機(jī)制。
1區(qū)域概況
1.1區(qū)域背景
川藏公路波密段沿著帕隆藏布江干流展布，帕隆藏布江是雅魯藏布江的一級支流，其干流發(fā)源于伯舒拉嶺處的來古冰川，頂端海拔4900m，途經(jīng)經(jīng)266km后到達(dá)與雅魯藏布江匯口，落差3360m，平均比降1.26%。帕隆藏布干流為典型的“香腸式”河道，包含了然牛踏溝段、松宗興空段和通麥段等多個(gè)峽谷地段，以及然烏湖、松宗、波密-古鄉(xiāng)等多個(gè)寬谷地段。
區(qū)域位于印度板塊和歐亞板塊碰撞擠壓作用的接觸地區(qū)，高喜馬拉雅基底推覆構(gòu)造體的北側(cè)，受該推覆體的強(qiáng)烈擠壓，帕隆藏布流域一帶構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對流域影響最大的地震為1950年發(fā)生在察隅縣的8.5級大地震，而現(xiàn)在每年均有小規(guī)模地震發(fā)生。
青藏高原是一個(gè)巨大的臺(tái)地，阻擋了從印度洋過來的暖濕氣流，氣流在高原邊界處爬升時(shí)逐步冷卻形成豐富的降水區(qū)，如在喜馬拉雅山南坡的乞拉朋齊是降水最集中的地區(qū)。在西藏東南部，印度洋暖施氣流可以通過雅魯藏布江及其支流向高原內(nèi)部輸送，在該地區(qū)形成一個(gè)舌狀的多雨區(qū)[9]。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，帕隆藏布干流的降雨分配極不均勻，整個(gè)流域的年降雨量變化于400～2000mm。豐富的降水加上巨大的地形差異在藏東南地區(qū)形成了我國面積最大的海洋性冰川區(qū)，根據(jù)遙感解譯結(jié)果，1988年，2002年和2010年流域內(nèi)的冰川面積分別為3556.72km2，3193.09km2和2381.47km2，冰川面積年均退縮25.97km[10]。
1.2流域概況
九絨溝位于帕隆藏布流域中上游東側(cè)(圖1)，流域面積7.36km2，溝口海拔3173m，最高海拔位于流域東側(cè)，高程5296m。主溝分為南北兩支，溝道處比降175‰～833‰;從溝口向源頭延伸約2.6～2.8km至4300m左右到源區(qū)坡面。流域源頭區(qū)域?yàn)橐粋�(gè)巨大的坡面，高陡的聳立，比降578‰～1250‰，且多集中在850～950‰左右，即源區(qū)坡面多集中在40°～43°。
流域中游被兩條平行的小斷層穿過，將出露的巖性分為三部分，下部和上部為灰?guī)r、白云巖并夾雜變質(zhì)的砂巖和板巖，中部為黑云母二長花崗巖。流域巖性總體以硬質(zhì)巖為主，導(dǎo)致源區(qū)能以高陡坡面存在。
根據(jù)近幾年的觀測，九絨溝所在位置的年降雨量約700～800mm，降雨多集中在每年6-9月。根據(jù)遙感影像，僅在流域溝口堆積扇上有喬木分布，主要為松木和青杠樹;溝口堆積臺(tái)地到海拔4200m為灌叢帶，灌叢分布密度隨海拔高度增加而遞減;海拔4200m以上為裸露的基巖或巖屑堆(圖2)，厚度估計(jì)在2～4m以下。根據(jù)遙感影像，流域內(nèi)無冰川分布，但由于流域源區(qū)在5000m左右，氣溫低，冬季降水入滲土體后結(jié)冰導(dǎo)致巖屑堆內(nèi)的冰顆粒膠結(jié)作用顯著，土體穩(wěn)定性較好(圖3)。夏季中，土體中冰顆粒接收太陽輻射后消融，表層土體中的冰顆粒接收太陽輻射能力強(qiáng)，消融快;但氣溫梯度在土體中迅速衰減，導(dǎo)致深層土體中的冰顆粒因表層覆蓋而消融緩慢。
2泥石流事件
據(jù)調(diào)查，1980年代，九絨溝內(nèi)已無冰川分布，泥石流多次暴發(fā)，但規(guī)模不大[11]。由于九絨溝位于帕隆藏布V型谷地段，溝道出口與318國道的過水路面高程一致，道路下方即為帕隆藏布。現(xiàn)場考察時(shí)可見帕隆藏布在該位置明顯被束窄，水流變得湍急。峽谷段水流侵蝕搬運(yùn)能力強(qiáng)，表明九絨溝泥石流一次泥石流規(guī)模不大，但頻率較高。
2010年后最初幾年，九絨溝泥石流較為平靜，溝口由規(guī)整的漿砌塊石護(hù)底。2014年開始，泥石流幾乎每年都會(huì)暴發(fā)，但規(guī)模總體不大(圖4)。由于流域附近沒有居民區(qū)，只能根據(jù)過往車輛向路政部門報(bào)告時(shí)間，導(dǎo)致泥石流暴發(fā)時(shí)間確定一直較為困難。經(jīng)過多方收集，最終收集到2014年后的4次泥石流，其暴發(fā)的大致時(shí)間和大概規(guī)模見表1。
3降雨過程分析
為了清晰的表現(xiàn)出泥石流發(fā)生前的激發(fā)降雨過程，在給出的降雨過程線中，需要合理設(shè)定降雨過程線的起點(diǎn)。對發(fā)生在12:00以后的泥石流，以當(dāng)日的0點(diǎn)為起點(diǎn);對發(fā)生在00:00～12:00的泥石流，以前1d的12:00為起點(diǎn)，則泥石流起動(dòng)時(shí)刻都位于24h降雨曲線的后半段。基于此種設(shè)定，4次泥石流發(fā)生前的降雨過程和累計(jì)降雨過程線見圖5。
根據(jù)泥石流暴發(fā)前的降雨歷時(shí)和降雨強(qiáng)度(圖5)，4次泥石流可以分為三類:①泥石流由短歷時(shí)降雨激發(fā)，累計(jì)降雨量很低;DF1泥石流暴發(fā)前1h內(nèi)雨強(qiáng)很低，僅0.5mm/h，之后雨強(qiáng)增加到4.5mm/h，但累計(jì)降雨量僅為5.5mm。②泥石流由短歷時(shí)降雨激發(fā)，累計(jì)降雨量中等;DF3暴發(fā)當(dāng)日上午有明顯的降雨過程，泥石流暴發(fā)前1h內(nèi)無降雨，但泥石流暴發(fā)前出現(xiàn)了暴雨，雨強(qiáng)達(dá)到6.5mm/h，累計(jì)降雨量14.5mm。③泥石流由長歷時(shí)降雨激發(fā)，累計(jì)降雨量較大。DF2和DF4暴發(fā)前數(shù)小時(shí)內(nèi)均為持續(xù)降雨過程，但雨強(qiáng)差異較大，DF2發(fā)生的激發(fā)降雨為7mm/h，而DF4發(fā)生時(shí)的降雨量較小;二者的累計(jì)降雨量均較高，達(dá)到30～50mm以上。
4泥石流成因機(jī)制
DF1的激發(fā)降雨僅為持續(xù)1h雨強(qiáng)4.5mm/h的降雨，而其他3次泥石流暴發(fā)之前均出現(xiàn)過相近雨強(qiáng)但持續(xù)時(shí)間更長的降雨，如DF2暴發(fā)之前有持續(xù)1h雨強(qiáng)5mm/h的降雨，DF3暴發(fā)前持續(xù)2h雨強(qiáng)4mm/h的降雨，而DF4暴發(fā)前有持續(xù)3h雨強(qiáng)4～4.5mm/h的降雨。但是，這些降雨并未激發(fā)泥石流，而是在更長時(shí)間的降雨后發(fā)生的，這顯示，除了降雨作用，DF1的發(fā)生存在另外的影響因素，比如氣溫過程。這4次泥石流也可以據(jù)此分為2類。
4.1“低溫+暴雨”模式
九絨溝源區(qū)海拔高，風(fēng)化作用以物理風(fēng)化為主，化學(xué)風(fēng)華弱;源區(qū)基巖風(fēng)化后形成的巖屑難以在陡坡位置堆積，轉(zhuǎn)而沿基巖表面滑動(dòng)，并在緩坡和溝道內(nèi)堆積。由于基巖裸露面積大，降雨在基巖表面難以下滲，轉(zhuǎn)而直接形成地表徑流。由于源區(qū)坡度大，徑流侵蝕能力強(qiáng)，徑流沿基巖表面進(jìn)入巖屑堆，首先在巖屑堆頂部侵蝕細(xì)顆粒形成小股泥石流，進(jìn)而沿運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)一步放大從而轉(zhuǎn)化為泥石流。
暴雨起動(dòng)泥石流機(jī)制的研究較多，其主要受控于徑流量、坡度和表面土體的顆粒組成等因素[8，12]，泥石流多發(fā)生在豐富的降雨過程中，如九絨溝泥石流的DF2和DF4均由長歷時(shí)降雨激發(fā)，累計(jì)降雨量達(dá)到30～50mm以上，而DF3由最高的峰值降雨激發(fā)，前期也有一定的降雨量，累計(jì)降雨也達(dá)到15mm。
4.2“高溫+小雨”模式
DF1暴發(fā)前1h開始降雨，峰值雨強(qiáng)為4.5mm/h。相比而言，DF1的激發(fā)降雨比其他三場泥石流(DF2、DF3和DF4)的峰值雨強(qiáng)都低，但泥石流規(guī)模卻較其他場次更大，這與暴雨泥石流規(guī)模受降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間影響的研究成果相悖[13-14]。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)道路清運(yùn)的武警同志表示泥石流當(dāng)天下午異常炎熱，高溫解凍可導(dǎo)致源區(qū)凍結(jié)的土體迅速活化。為此，筆者收集了本次泥石流暴發(fā)前后的降雨和氣溫過程，并進(jìn)行分析。
為了分析氣溫在此次泥石流中的作用，需要收集距離泥石流發(fā)生位置最近的氣象站的氣溫?cái)?shù)據(jù)，最終收集到了距離九絨溝溝口36km的米堆光謝錯(cuò)冰湖湖岸的氣溫?cái)?shù)據(jù)(高程3850m)。由于九絨溝泥石流物源主要存在于海拔4200m以上的裸露帶，按照幾何運(yùn)算，求得九絨溝4200m以上部分的質(zhì)心點(diǎn)位于海拔4450m，按照帕隆藏布地區(qū)通用的氣溫垂直遞減率0.6℃/100m[15]換算得到源區(qū)位置的日平均氣溫和最高氣溫過程(圖6)。同時(shí)，圖6也給出了在這一時(shí)段內(nèi)每1d內(nèi)的最大1h降雨強(qiáng)度。
根據(jù)圖6可以看出，2014年8月18日暴發(fā)前，氣溫有顯著升高，在疊加短時(shí)降雨(4.5mm/h)作用后，泥石流發(fā)生了，其控制性作用為“高溫+降雨”，這種機(jī)制可表述為:
(1)九絨溝源區(qū)海拔高，巖屑堆內(nèi)孔隙大，孔隙內(nèi)富含冰顆粒后使得土顆粒粘結(jié)成整體，強(qiáng)度較高[16]，前期氣溫導(dǎo)致表層消融但深度依然處于凍結(jié)狀態(tài);
(2)泥石流發(fā)生前期，氣溫偏低，流域源區(qū)的平均氣溫接近0℃，夜晚的溫度應(yīng)在0℃以下，白天降雨殘留在表層土體中的水分逐漸轉(zhuǎn)化冰顆粒，增加顆粒間的膠結(jié)與強(qiáng)度，降低土體活動(dòng)性，但氣溫在0℃附近波動(dòng)，表層土體內(nèi)新產(chǎn)生的冰顆粒的膠結(jié)左右有限;
(3)隨后，氣溫迅速升高，表層土體內(nèi)新產(chǎn)生的冰顆粒逐漸消融，顆粒粘結(jié)強(qiáng)度降低[16]，土體活動(dòng)性增加，且孔壓和含水量增加[17];特別是受冰顆粒膠結(jié)而具有陡坡的巖屑堆在消融作用下可能只能滑動(dòng)并產(chǎn)流;
(4)表層土體的消融使土體含水量偏高，源區(qū)而來的降雨地表徑流在經(jīng)過解凍后濕潤表層土體時(shí)侵蝕并產(chǎn)生泥石流。
相比而言，雖然8月初一直高溫，但降雨強(qiáng)度較低，說明只靠源區(qū)凍結(jié)土體的消融尚不足以引發(fā)泥石流，或即使引發(fā)泥石流，其規(guī)模也很小，以堆積為主。中旬以后，雖然雨強(qiáng)顯著增加，但氣溫降低的非常顯著，最低平均氣溫降低到2.4℃，若按照氣溫垂直遞減率0.6℃/100m，則海拔4600m以上的平均氣溫已降低到0℃以下;考慮到凍結(jié)土體表層由未凍土覆蓋，其內(nèi)部溫度可能更低，土體尚處于凍結(jié)狀態(tài)，活動(dòng)性低，因此，即使雨強(qiáng)較高，也沒有泥石流發(fā)生。
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5結(jié)論
藏東南帕隆藏布流域是我國海洋性冰川和泥石流集中分布的地區(qū)，泥石流的發(fā)生往往受降雨和氣溫的雙重影響，其受氣溫的影響程度主要與冰川分布面積有關(guān)。而在一些沒有冰川分布的高海拔流域，氣溫仍然對泥石流發(fā)生具有重要影響。
帕隆藏布流域中上游的九絨溝2014-2015年的4次泥石流的起動(dòng)機(jī)制可分為2類。3次泥石流直接由暴雨激發(fā)，表現(xiàn)為持續(xù)降雨與較高的累計(jì)降雨量，起動(dòng)方式為徑流沖刷起動(dòng)泥石流，其作用機(jī)制與常規(guī)的暴雨泥石流相同，為“低溫+暴雨”模式。2014年8月18日的泥石流發(fā)生在氣溫回升以后，為“高溫+降雨”模式，其機(jī)制為:高溫導(dǎo)致土體中冰顆粒消融而轉(zhuǎn)化為濕潤的活動(dòng)性物源，降雨徑流在經(jīng)過濕潤活動(dòng)性物源時(shí)侵蝕土體從而產(chǎn)生泥石流。由于高溫導(dǎo)致土體活性顯著增加且土體處于濕潤狀態(tài)，在疊加后期短歷時(shí)低累計(jì)降雨后即可產(chǎn)生泥石流。