四川省都江堰龍池8·13麻柳溝泥石流災(zāi)害特征

亓 星，余 斌，馬 煜，吳雨夫，張健楠

（成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059）

0 引言

麻柳溝位于四川省都江堰市龍池鎮(zhèn)南岳村1組，距離龍池新場鎮(zhèn)約1.5km，流域面積1.2km2，主溝道長2.3km，平均縱坡降420‰。根據(jù)調(diào)查，麻柳溝在汶川“5.12”地震以前屬于清水溝，未發(fā)生過泥石流。溝內(nèi)植被發(fā)育良好，溝道內(nèi)固體物源堆積體主要為兩岸少量第四系殘坡積體等松散堆積物。由于2008年“5.12”地震的劇烈影響，使麻柳溝流域內(nèi)的山體發(fā)生大規(guī)?；潞捅浪跍瞎葍砂都皽系纼?nèi)堆積了大量的崩塌、滑坡堆積物，為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物源（圖1）。

2010年8月，都江堰市經(jīng)歷了一次較長的降雨過程，受局部強(qiáng)降雨影響，該溝在8月13日暴發(fā)泥石流，溝口堆積物總量約8×104m3。泥石流在溝口形成了大規(guī)模的堆積扇區(qū)，淤積至龍溪河口，導(dǎo)致溝口處3戶居民房屋嚴(yán)重?fù)p毀，龍池景區(qū)公路被於埋的重大經(jīng)濟(jì)損失。

由于麻柳溝泥石流的物源豐富，地質(zhì)條件和地形地貌條件都有利于泥石流的形成，在連續(xù)降雨或短時(shí)強(qiáng)降雨作用下極易再次暴發(fā)泥石流，對(duì)溝口處村民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并對(duì)龍池景區(qū)公路的正常通行造成影響。因此，通過對(duì)麻柳溝的實(shí)際調(diào)查，根據(jù)溝道內(nèi)取樣以及泥石流的洪痕斷面計(jì)算該溝的靜動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，預(yù)測麻柳溝的發(fā)展趨勢，對(duì)麻柳溝泥石流的防治有重要的意義。

圖1 麻柳溝流域平面示意圖Fig.1 Layout plan the Basin of Maliu Gully

1 麻柳溝泥石流形成條件

1.1 地質(zhì)條件

麻柳溝位于四川盆地西部邊緣山地區(qū)，地形復(fù)雜陡峭，斷裂帶發(fā)育。地質(zhì)構(gòu)造為震旦系至第三系的碎屑巖沉積，巖體為不等厚的層狀結(jié)構(gòu)，地層巖性主要為砂泥巖互層及炭質(zhì)頁巖巖組，在地質(zhì)構(gòu)造條件和地形地貌條件的共同控制下，巖層產(chǎn)狀變化大，巖體較破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，斜坡巖體的自穩(wěn)性較差，地質(zhì)災(zāi)害比較發(fā)育。

2008年“5.12”汶川大地震前，麻柳溝流域沒有典型崩塌和滑坡體，植被覆蓋良好，物源僅為巖體表層少量松散堆積物，不具備發(fā)生泥石流的物源條件，因此地震前屬于清水溝。震后，受地震影響，麻柳溝內(nèi)的崩塌和滑坡非常發(fā)育，為泥石流提供大量的松散固體物質(zhì)來源。經(jīng)調(diào)查，形成區(qū)有多處滑坡崩塌，產(chǎn)生大量的松散堆積物積累在溝道兩側(cè)同時(shí)淤塞溝道，使溝床及溝床兩側(cè)堆積有厚2～5m的松散物源，總方量約60×104m3。同時(shí)，流通區(qū)也有較多大小不等的滑坡和崩塌，在強(qiáng)降雨時(shí)這些松散堆積物在雨水的沖刷作用下會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為泥石流的物源，從而再次暴發(fā)泥石流，這也是形成泥石流的重要因素。

1.2 地形地貌條件

麻柳溝主溝高程從912m到1878m，相對(duì)高差966m，主溝長僅為2.3km，流域面積狹小，主溝平均縱坡降420‰。形成區(qū)溝道斷面主要以V形為主，溝道坡度一般在20°以上。由于形成區(qū)縱坡降大，地形陡峻，并且形成區(qū)溝道基本順直，為泥石流的發(fā)生提供了充足的勢能條件。

1.3 降水條件

由于沒有麻柳溝的直接降雨資料，參考都江堰市（距離龍池直線距離 10.3km）的降雨資料［1］，“8.13”強(qiáng)降雨從 13日14：00到 14日7：00，總降雨量達(dá)到229mm，最大 1小時(shí)（16：00-17：00）降雨量達(dá)75.0mm，連續(xù) 2小時(shí)（16：00-18：00）降雨量達(dá)到128.3mm，連續(xù)3小時(shí)（15：00-18：00）降雨量達(dá)到150mm（圖2）。麻柳溝泥石流形成過程為：13日14：00左右龍池鄉(xiāng)開始降雨，1小時(shí)后降雨量增大，約17：00左右暴發(fā)泥石流，17：50泥石流量逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹樗鳌?/p>

根據(jù)都江堰1957年～2008年50年降雨資料統(tǒng)計(jì)，得到該區(qū)域暴雨量值如表1：

表1 不同頻率歷時(shí)暴雨量Table 1 Rainfall in different duration

圖2 都江堰龍池鄉(xiāng)8.13、8.18降雨資料Fig.2 Rain fall data of meteorological station on Aug.13 and 18，2010

8月13日16：00到17：00龍池鄉(xiāng)實(shí)測降雨量達(dá)到75mm，為20a一遇降雨量值；8月18日20：00到21：00，龍池鄉(xiāng)降雨量達(dá)到 69.0mm，降水量相當(dāng)于10a一遇，這也是8.18麻柳溝僅產(chǎn)生洪水而沒有暴發(fā)泥石流的主要原因。

2 麻柳溝泥石流特點(diǎn)

2.1 泥石流形成區(qū)

麻柳溝主溝上游有兩條主要分支溝，兩條分支溝交匯處以上區(qū)域?yàn)樾纬蓞^(qū)，形成區(qū)高程1120～1878m，溝谷相對(duì)狹窄，溝內(nèi)底寬約2～3m，最長支溝為麻柳溝左支溝，長約1300m。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查，麻柳溝形成區(qū)溝道淤塞（圖3），8.13前后均沒有崩滑體完全堵塞溝道形成的堰塞湖，因此，8.13泥石流暴發(fā)的起動(dòng)機(jī)理為溝道起動(dòng)。

2.2 泥石流流通區(qū)

流通區(qū)主要位于溝谷堆積區(qū)后緣以上至溝道分支口處，溝谷長度約700m，寬度3～6m，平均縱坡降約243‰，橫斷面主要呈U型。

流通區(qū)主要以沖刷為主，中部由于溝道彎曲度大產(chǎn)生部分淤塞，有大量巨石在此堆積，淤塞段長30m，淤塞平均厚度約2m。

2.3 泥石流堆積區(qū)

堆積區(qū)位于東岳村1組龍溪河口，高程912～950m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，堆積區(qū)長250m，溝口堆積扇最寬處120m，堆積扇物質(zhì)組成以碎石、塊石和砂土為主，於厚5m，最大於埋深度達(dá)8m，堆積區(qū)后緣坡度為5°，前緣堆積坡度約1°。堆積物從溝道內(nèi)100m處於埋至龍溪河邊，將溝口3戶居民房屋於埋沖毀，龍池公路於埋約100m，同時(shí)有部分堆積物沖入龍溪河中，但并未對(duì)主河產(chǎn)生明顯的擠壓作用。通過現(xiàn)場估算，麻柳溝沖出固體物質(zhì)總量約8×104m3。

圖3 形成區(qū)溝道內(nèi)堆積大量物源Fig.3 Accumulation of a large number of source in forming region gullies

3 麻柳溝泥石流靜動(dòng)力學(xué)參數(shù)

3.1 容重

根據(jù)實(shí)際調(diào)查，麻柳溝泥石流堆積物沉積分選性差，有泥包石現(xiàn)象，塊石間未直接接觸，充填有大量細(xì)粒砂土，粘性泥石流特征明顯。因此，初步確定麻柳溝泥石流為粘性泥石流。

通過在麻柳溝溝口的取樣（小樣），由顆粒分布曲線（圖4）可以計(jì)算出黏性泥石流的容重［2］。

容重計(jì)算公式如下：

γ= γ+PP0.35γ

D 0205v

式中：γD——黏性泥石流容重（g/cm3）；

γv——黏性泥石流最小容重（取2.0 g/cm3）；

γ0——泥石流的最小容重（取1.5 g/cm3）；

P2——＞2mm的粗顆粒百分含量（按小數(shù)計(jì)）；

P05為 ＜0.05mm的細(xì)顆粒百分含量（按小數(shù)計(jì)）。

計(jì)算結(jié)果如表2。

圖4 顆粒分布曲線圖Fig.4 Particle size distribution curve

計(jì)算出泥石流容重2.0kg/m3，為黏性泥石流。

表2 泥石流容重計(jì)算表Table 2 Caculation of densities of debris flow s

3.2 泥石流流量

通過麻柳溝溝道流通區(qū)的實(shí)際調(diào)查，在較順直的溝道處選取2個(gè)斷面（表3），確定泥石流洪峰斷面面積，利用形態(tài)調(diào)查法計(jì)算通過斷面的泥石流峰值流量。

表3 斷面特征參數(shù)Table 3 C ross-section parameters

選用粘性泥石流流速公式計(jì)算斷面流速［3］：

式中：VC——泥石流斷面平均流速（m/s）；

HC——計(jì)算斷面平均泥深（m）；

IC——泥石流水力坡降，采用溝床坡降代替（‰）；

nc——粘性泥石流的河床糙率，查粘性泥石流糙率表取值；

泥石流洪峰流量由洪峰流速和形態(tài)調(diào)查法得到的泥石流斷面面積計(jì)算：

Qc=Vc×S

式中：S——泥石流洪峰斷面面積（m2）

Qc——泥石流洪峰流量（m3/s）

泥石流流速和流量的計(jì)算結(jié)果見表4：

兩個(gè)斷面的泥石流流量值相差不大，因此取兩個(gè)斷面的流量平均值計(jì)算泥石流總量，平均流量為104.9m3/s。

表4 泥石流流速和流量的計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of velocities and discharges of debris flow s in Gullies

3.3 泥石流總量計(jì)算

一次泥石流總量Q可通過泥石流歷時(shí)T（S）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)將其過程概化為五角形，按下式計(jì)算：

Q=K·T·Qc

式中：K值的變化隨流域面積的大小而變化，麻柳溝泥石流形成區(qū)無明顯的堰塞湖和嚴(yán)重的淤塞，不屬于潰決型泥石流。該泥石流暴發(fā)機(jī)理為溝道起動(dòng)，按洪水型泥石流計(jì)算，K值取0.264。根據(jù)現(xiàn)場在溝口處居民的調(diào)查記錄，泥石流歷時(shí)T值為50分鐘。

一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量QH：

QH=Q（γc- γw）/（γH- γw）

式中：γc——泥石流容重（t/m3），取 2.0t/m3；

γH——泥石流固體物質(zhì)比重，取2.7t/m3；

γw——水容重（t/m3），取 1 t/m3。

麻柳溝泥石流一次過程總量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果如表5。

表5 一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果一覽表Table 5 Parameters and calculation results of total volume and sediment flush-out of the debris flow

根據(jù)麻柳溝泥石流的現(xiàn)場調(diào)查，溝口堆積區(qū)堆積體積約8×104m3，結(jié)構(gòu)松散，空隙大，堆積體積在暴發(fā)泥石流后變化不大，因此判定溝口堆積量為泥石流一次過程總量，與形態(tài)調(diào)查法計(jì)算的一次過程總量值基本相符。

4 麻柳溝泥石流發(fā)展趨勢

麻柳溝泥石流主要危害溝口處東岳村1組3戶村民的生命財(cái)產(chǎn)安全，於埋溝口處龍池景區(qū)公路。同時(shí)，麻柳溝泥石流出口與龍溪河呈近于直角，8月13日暴發(fā)泥石流堆積物已經(jīng)堆積至龍溪河口，再次暴發(fā)泥石流時(shí)堆積物很容易沖入主河道中對(duì)主河產(chǎn)生擠壓，甚至堵塞龍溪河。

“5.12”汶川大地震后，麻柳溝流域內(nèi)產(chǎn)生大量的崩塌和滑坡，根據(jù)對(duì)溝內(nèi)形成區(qū)物源、流域內(nèi)地形的現(xiàn)場調(diào)查，以及2010年8月13日暴發(fā)泥石流的記錄判斷，麻柳溝由清水溝變?yōu)榈湫偷哪嗍鳒希瑢儆谥蓄l泥石流。由于麻柳溝溝內(nèi)松散物貯量很大，形成區(qū)仍有溝道淤塞和大量的邊坡松散物堆積，物源量在暴發(fā)泥石流前后變化不大，因此，在短時(shí)強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨作用下極有可能再次暴發(fā)較大的泥石流。

5 結(jié)論

（1）麻柳溝泥石流是“5.12”地震后由清水溝轉(zhuǎn)變而成的典型泥石流溝，根據(jù)實(shí)際調(diào)查，麻柳溝泥石流屬于暴雨類-溝谷型-中型-粘性型泥石流，流域面積1.2km2，主溝道長2.3km，平均縱坡降 420‰。溝口堆積物總量約8×104m3。

（2）計(jì)算出泥石流的容重為2.0t/m3，通過形態(tài)調(diào)查法計(jì)算出麻柳溝泥石流峰值流量為104.9m3/s。初步確定震后麻柳溝泥石流的主要暴發(fā)因素為降雨條件。

（3）麻柳溝泥石流流域內(nèi)仍有大量的崩塌和滑坡堆積物，形成區(qū)溝道部分堵塞，物源豐富，在有充足降雨量的情況下極有可能再次暴發(fā)較大的泥石流，威脅溝口處東岳村1組3戶居民生命財(cái)產(chǎn)安全和龍池鎮(zhèn)景區(qū)公路，并可能擠壓甚至堵塞龍溪河。

［1］四川省地質(zhì)工程勘察院.龍池“8.13”暴雨地質(zhì)災(zāi)害排查報(bào)告［R］.2010.9.Sichuan GEII.“8.13”Rainstorm of geological hazards investigation report in Longchi［R］.2010.9.

［2］余斌.根據(jù)泥石流沉積物計(jì)算泥石流容重的方法研究［J］.沉積學(xué)報(bào).2008.26（5）：789-796.YU Bin.Method of calculation of debris flow density based on the Sediments［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2008，26（5）：789-796.

［3］DZ/T 0220-2006.泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范［S］.DZ/T 0220 -2006.Debris flow disaster prevention engineering investigation［S］.