淺析甘肅舟曲縣泥石流地質(zhì)災(zāi)害形成原因及防治措施

黃文勝

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院第二分院,甘肅隴西 748000)

2010年 8月 8日凌晨,甘肅省舟曲縣發(fā)生特大山洪泥石流災(zāi)害(以下簡(jiǎn)稱“8.8”特大山洪泥石流),給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?、?cái)產(chǎn)造成慘重?fù)p失。筆者根據(jù)災(zāi)后泥石流溝道的應(yīng)急搶險(xiǎn)勘察及其后泥石流排洪溝道的勘察情況,就泥石流形成條件、形成機(jī)制進(jìn)行了調(diào)查分析,并在此基礎(chǔ)上提出了對(duì)泥石流災(zāi)害的防治措施。

1 災(zāi)害的誘發(fā)因素

舟曲縣水資源相對(duì)豐富,白龍江、拱壩河、博峪河由西北流向東南,其在舟曲縣境內(nèi)流程分別為67.5,78.5,37.5 k m。這 3條河及其支流多年平均徑流量36.98億 m3。流域內(nèi)降雨充沛,年均降雨量600～800mm,降水比較集中,暴雨多,雨量大,突發(fā)性降雨多于一般性降雨,集中降雨是泥石流災(zāi)害的誘發(fā)因素。

2 泥石流災(zāi)害形成的基本條件

2.1 地形地貌

舟曲縣地處西秦嶺南脈山區(qū)的岷迭山系之隴南山地,白龍江上游,山體高聳挺拔,地勢(shì)險(xiǎn)峻,河谷深切,水流湍急。流域中上游山地以中、高山為主,山高坡陡,坡度一般大于 40°,局部 60°以上,溝谷沖蝕,切割強(qiáng)烈,支溝發(fā)育,沿主溝呈樹(shù)枝狀分叉,主溝中上游及支溝呈 “V”型,平均縱坡比降 25% ～30%,下游溝谷呈 “U”型,平均縱坡比降 18% ～21%,堆積區(qū)呈扇狀,向白龍江傾斜,坡度 8°～10°。

2.2 地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上,本區(qū)位于秦嶺褶皺系 -西秦嶺南部印支褶皺帶,北以臨潭 -宕昌斷裂帶與西秦嶺北部華力西褶皺帶分界,南以瑪曲 -石坊 -岸門(mén)口 -略陽(yáng)斷裂帶與松潘 -甘孜地槽系毗鄰,構(gòu)造線方向呈 NWW-S E E展布,南北寬超過(guò) 40 k m,東西長(zhǎng)超過(guò) 200 k m。本區(qū)地處西秦嶺南部褶皺帶內(nèi)的白龍江背斜北東翼上,構(gòu)造線沿 NW285°～355°形成大致平行的擠壓帶,構(gòu)成了區(qū)域內(nèi)的褶皺、斷裂構(gòu)造框架。區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂主要為臨潭 -宕昌斷裂帶和迭部 -舟曲斷裂帶,每條斷裂又有分支斷裂。整個(gè)區(qū)域處于蔥地 -鐵家山和坪定 -化馬兩條斷裂帶所夾的斷塊中,區(qū)域內(nèi)出露地層為中泥盆統(tǒng)(D2)古道嶺組g)及二迭系(P),巖性主要有灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、炭質(zhì)板巖、千枚巖及砂巖,巖層軟硬相間,風(fēng)化強(qiáng)烈,斷裂兩側(cè)褶曲發(fā)育,巖體破碎,殘坡堆積層廣泛分布于各溝坡低洼地帶,松散,易被沖蝕,厚約0.3～3 m。溝道中部分布滑坡、崩塌、坍塌及溝道洪積物等第四系(Q4)松散堆積物。

2.3 不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

受白龍江背斜核部及其兩翼炭質(zhì)或含炭千枚巖、板巖和地質(zhì)復(fù)雜構(gòu)造復(fù)合、疊加和強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓,以及晚更新世以來(lái)區(qū)域地殼活動(dòng)影響,舟曲縣城、周邊地域及其白龍江上游地區(qū)河谷深切,三眼峪、羅家峪均處于白龍江北岸中、高山區(qū),流域內(nèi)最高海拔3828.0 m,最低處白龍江入口海拔1326.3 m,相對(duì)高差2143.0～2502.0 m。山勢(shì)由北向南傾斜,山峰林立,溝谷切割強(qiáng)烈,加之從 20世紀(jì)中葉以來(lái)的大面積毀林墾荒等活動(dòng),使區(qū)內(nèi)天然植被生態(tài)系統(tǒng)遭受了嚴(yán)重破壞。因此區(qū)內(nèi)巖體卸荷變形、崩塌、滑坡和泥石流頻繁發(fā)生;降雨量豐富,又多為突發(fā)性暴雨形式,時(shí)間集中在 7、8、9月,使崩塌、滑坡、泥石流等物理地質(zhì)現(xiàn)象十分突出,尤其是白龍江沙川壩 -武都河段滑坡、泥石流活動(dòng)頻繁且規(guī)模很大。區(qū)內(nèi)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下方面。

(1)山體傾倒變形與卸荷。溝道中上游段地勢(shì)陡峻,溝谷深切,岸坡巖石中軟弱易滑、易變形、易碎的各種千枚巖、板巖和砂巖分布普遍,傾倒巖體比較發(fā)育,其厚度一般為 5～10 m,體積小,經(jīng)常發(fā)生崩塌,是泥石流固體物質(zhì)來(lái)源之一。

(2)滑坡相伴而生泥石流。泥石流多與滑坡相伴而生,泥石流頻發(fā)的溝中普遍存在滑坡或滑坡群。白龍江兩岸大型滑坡主要分布在中上游河段兩岸,大小滑坡有 100余處,大多分布于左岸。三眼峪溝、羅家峪溝中上游段地勢(shì)陡峻,溝谷深切,次級(jí)支溝十分發(fā)育,岸坡巖體軟弱易滑,溝兩岸滑坡或滑坡群發(fā)育,大多滑坡體前緣已至溝中,滑坡堆積物成為泥石流固體物質(zhì)的主要來(lái)源?？h城白龍江南北兩岸由于山地植被稀疏,坡體陡峻,水土流失嚴(yán)重,多在暴雨之后,山洪攜帶大量碎石、泥沙等,形成泥石流,對(duì)白龍江河道及堤壩破壞作用強(qiáng)烈。據(jù)地質(zhì)調(diào)查,城區(qū)北側(cè)分布的泥石流規(guī)模大、危害大、發(fā)生頻率高。舟曲境內(nèi)較大泥石流溝左岸有寨子溝、老鴉溝、硝水溝、三眼峪溝、羅家峪溝,右岸有河南村溝。

2.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域溝道內(nèi)常年有地表徑流,在無(wú)大雨時(shí)地表徑流相對(duì)穩(wěn)定且較小,但若降雨量大,降雨歷時(shí)長(zhǎng),降雨籠罩面積大,則地表徑流增大,降雨強(qiáng)度愈大,所產(chǎn)生的洪峰流量也愈大。三眼峪溝、羅家峪溝平常徑流量約為0.19 m3/s和0.14 m3/s,頻率 5%時(shí)洪峰流量約為 136 m3/s和 98 m3/s,頻率 10%時(shí)洪峰流量約為 136 m3/s和 98 m3/s。 “8.8”三眼峪泥石流最大流量達(dá) 2000 m3/s,泥石流沖出山口瞬時(shí)速度達(dá) 10 m/s,羅家峪泥石流最大流量達(dá) 300 m3/s。這次洪峰流量大 ,而且沖刷能力強(qiáng),不僅搬運(yùn)松散堆積物,且可搬運(yùn)巨大巖塊,“8.8”泥石流后溝口堆積巖塊最大尺寸達(dá)十多米,重達(dá)上百噸。

區(qū)內(nèi)的地下水,按含水層性質(zhì)和地下水賦存條件可分為基巖裂隙水和第四系孔隙水兩種類型。

(1)基巖裂隙水。主要賦存于溝道兩側(cè)中低山區(qū)及溝腦中高山區(qū)和溝谷區(qū)的基巖表層風(fēng)化帶和斷裂構(gòu)造裂隙中,主要受大氣降水補(bǔ)給,溝谷底部受第四系潛水補(bǔ)給,而溝谷兩側(cè)基巖裂隙水向溝谷排泄,補(bǔ)給孔隙潛水,部分形成溝谷地表徑流。

(2)第四系孔隙潛水。主要賦存于溝床及其兩岸洪積扇下部的砂礫碎石土層中。溝床地下水埋深0.3～0.5 m,洪積扇地下水埋深3.5～8.5 m,滲透系數(shù) 20～40 m/d,第四系孔隙潛水主要受大氣降水和溝谷兩側(cè)基巖裂隙水補(bǔ)給,在沿溝谷徑流時(shí)與地表徑流相互轉(zhuǎn)化。

3 泥石流形成的機(jī)制

(1)有豐富的泥石流固體徑流物質(zhì)來(lái)源。三眼峪溝、羅家峪溝泥石流形成區(qū),兩岸谷坡巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,滑坡、崩塌體普遍發(fā)育,在千枚巖、板巖構(gòu)成的山坡及坡腳,堆積有崩、坡積塊石碎石土,厚度變化較大,結(jié)構(gòu)疏松,多具架空結(jié)構(gòu),最大塊石直徑約 2 m,一般 20～30 cm,含 20%～30%的砂壤土。

在沖溝溝底,為塊碎石土或砂礫碎石土,厚度 8～30 m不等,局部大于 35 m。塊碎石是以棱角狀的巖石塊體和碎石混雜堆積,有少量泥土充填于空隙間,主要為灰?guī)r、砂巖、千枚巖等,粒徑大小混雜,結(jié)構(gòu)疏松,質(zhì)地不均。

強(qiáng)降雨致使兩岸滑坡、崩塌以及溝道內(nèi)溝床松散堆積物為泥石流形成提供了大量的松散固體物質(zhì),這些固體物質(zhì)是這次泥石流固體徑流物質(zhì)的主要來(lái)源。

表1 溝道取樣顆粒級(jí)配分析

對(duì)三眼峪溝和羅家峪溝溝口洪積扇“8.8”特大泥石流堆積物取樣進(jìn)行室內(nèi)顆粒級(jí)配分析(見(jiàn)表1)。分析結(jié)果表明:洪積砂礫碎石量大,天然滲透系數(shù)較大。這樣在暴雨或陣雨形成的條件下,天然降水量集中,歷時(shí)長(zhǎng),使得徑流量陡然增大,洪水沖刷力加大,使原本疏松的地表造成崩塌、滑坡,從而容易形成較大的泥石流。

(2)泥石流溝道的形態(tài)特征便于泥石流物質(zhì)匯集、蓄積能量、高速?gòu)搅?。此次泥石流山洪?zāi)害形成的溝道(三眼峪溝、羅家峪溝)均位于縣城東北側(cè),溝道長(zhǎng)度較短,比降大,洪水流速較大,在溝口發(fā)育一定規(guī)模的泥石流及洪水洪積形成的洪積扇,其前緣伸入白龍江河床。

三眼峪溝流域?qū)侔埥蟀兑患?jí)支流,是一條災(zāi)害性泥石流溝。溝內(nèi)轄區(qū)面積約25.75 k m2,呈“瓢”狀。三眼峪溝流域最高海拔 3828 m,最低海拔僅有 1340 m,落差高達(dá) 2488 m,主溝由大眼峪溝和小眼峪溝組成。羅家峪溝與三眼峪溝相鄰,流域面積15.43 k m2,主溝 8 k m,溝道流域最高海拔3410 m,入白龍江口 1320 m,相對(duì)高差 2090 m。流域上游為中高山區(qū),山高坡陡,地勢(shì)險(xiǎn)峻,溝谷沖蝕、切割強(qiáng)烈,支溝發(fā)育,沿主溝呈樹(shù)枝狀分叉,呈“V”字型,溝中有常年性流水。兩側(cè)山坡坡度大都在 45°～50°以上。長(zhǎng)期以來(lái)的泥石流在三眼峪溝與另外幾條大溝的匯合處淤積,形成了一個(gè)面積約0.87 k m2的泥石流洪積扇。從三眼峪溝溝口到白龍江江邊的這塊空地看起來(lái)像一把扇子,地形相對(duì)平緩,舟曲縣城和城郊的 10個(gè)自然村就坐落在這泥石流洪積扇上。

泥石流形成區(qū)山高坡陡,溝谷沖蝕,切割強(qiáng)烈,支溝發(fā)育,有豐富的固體徑流物質(zhì)來(lái)源,便于泥石流物質(zhì)匯集;流通區(qū)為主溝下游,溝道縱比降大,溝谷順直,兩側(cè)山坡坡度陡峻,溝道束窄,使泥石流流速大,能量高,過(guò)流迅猛;出溝后的堆積區(qū)洪積扇地形相對(duì)平緩,大部被開(kāi)發(fā)為城郊居民區(qū)和部分縣城區(qū),僅留有約 4 m寬的地表徑流溝槽,泥石流出山后失去兩岸山坡約束,但流速高,沖擊力大,其過(guò)流區(qū)建筑損毀嚴(yán)重,人民生命財(cái)產(chǎn)遭受慘重?fù)p失。

(3)集中強(qiáng)降雨的誘發(fā)。2010年 8月 7日 23時(shí)許,甘肅省甘南州舟曲縣城北部山區(qū)突降特大暴雨,時(shí)最大降雨量達(dá)77.3mm。瞬間性集中強(qiáng)降雨在舟曲縣城北面的羅家峪、三眼峪等 4條溝的地質(zhì)及地形條件下,大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì),洪積粉細(xì)砂和砂礫碎石土,使其穩(wěn)定性降低,飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力及洪水沖刷作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng),出現(xiàn)特大山洪泥石流,由北向南橫穿縣城北部涌入白龍江,泥石流截?cái)喟埥?形成長(zhǎng)1.5 k m、寬 100～120 m、水深 10 m、蓄水量約150萬(wàn) m3的堰塞湖,白龍江河床抬高近 10 m,縣城約 1/3被淹,城內(nèi)大面積積水,街道上水深超過(guò) 2 m,積水最深的路段水深達(dá) 3～4 m。泥石流長(zhǎng)約5000 m,平均寬度 300 m,平均厚度 5 m,總體積 750萬(wàn) m3,流經(jīng)區(qū)域被夷為平地?？h城白龍江沿岸防洪堤基本全部淹沒(méi)。集中強(qiáng)降雨誘發(fā)本次山洪泥石流災(zāi)害的發(fā)生。

4 歷史泥石流的活動(dòng)狀況

據(jù)有關(guān)資料記載,自 1823～2000年以來(lái)的 170多年間,三眼峪溝曾爆發(fā)過(guò) 11次較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。1992年 6月 4日,舟曲驟降暴雨,引發(fā) 50 a一遇的大規(guī)模泥石流。小規(guī)模泥石流在三眼峪二級(jí)支溝每年都有發(fā)生,較大規(guī)模泥石流平均 2～3年也會(huì)發(fā)生 1次。

在歷史上的幾次大地震中,崩塌的山體在溝內(nèi)形成了 4座高 80～283 m的巨大淤積石壩,淤積石壩攔蓄了溝內(nèi)大部分泥沙,造成三眼峪溝等泥石流溝內(nèi)的堆積物增多。三眼峪溝內(nèi)和溝道堆積物超過(guò)5000萬(wàn) m3,其中 2000萬(wàn) m3堆積物是不穩(wěn)定的,突發(fā)性降雨時(shí)可直接變成泥石流的補(bǔ)給物。

5 人類活動(dòng)對(duì)泥石流的影響

墾荒、放牧、砍柴等人為活動(dòng)破壞了區(qū)內(nèi)的原始植被,直接誘發(fā)了滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的不斷發(fā)生。

(1)過(guò)度砍伐,開(kāi)墾坡地,嚴(yán)重破壞了原有植被。舟曲縣農(nóng)業(yè)人口近 12萬(wàn)人,農(nóng)作物實(shí)際總播種面積14360.51 h m2,農(nóng)業(yè)人口平均占有耕地0.08 h m2,單一的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)迫使農(nóng)民大量開(kāi)墾坡地。多年來(lái),平均每年增加土地面積181.76 h m2,40°以下的坡地大部分被開(kāi)墾,造成大面積水土流失,為泥石流形成創(chuàng)造了有利條件。

(2)工程建設(shè)中進(jìn)行的大規(guī)模的取土削坡等活動(dòng),使溝道內(nèi)的巖體松動(dòng),坡腳遭開(kāi)挖,從而不斷引發(fā)崩塌、滑坡,大量的人工棄渣在溝道內(nèi)堆積,為泥石流形成提供了豐富的松散固體物質(zhì)。

(3)舟曲縣自建制以來(lái),縣城就一直坐落在三眼峪溝泥石流堆積扇上。過(guò)去人口較少,城區(qū)集中分布在泥石流危害較輕的白龍江兩岸。自解放及改革開(kāi)放以來(lái),縣城的范圍迅速擴(kuò)大(舟曲城區(qū)人口從 1996年 2萬(wàn)多增加到 2010年的 4萬(wàn)多),受當(dāng)?shù)氐匦螚l件所限,泥石流危險(xiǎn)區(qū)也被開(kāi)發(fā),危險(xiǎn)區(qū)隨著人口的增長(zhǎng)而增大。三眼峪溝流域內(nèi)林地面積減少100 k m2,原始植被受到很大的破壞,加劇了當(dāng)?shù)厮亮魇Ш湍嗍鞯男纬伞?/p>

6 泥石流地質(zhì)災(zāi)害的防治

針對(duì)泥石流地質(zhì)災(zāi)害,應(yīng)以預(yù)防與治理相結(jié)合,采取有效的預(yù)警機(jī)制,合理規(guī)劃城市及居民居住區(qū),避開(kāi)泥石流危險(xiǎn)區(qū),加強(qiáng)水土保持、生態(tài)環(huán)境的改善及工程的綜合治理,避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。對(duì)于泥石流發(fā)生過(guò)的溝谷,有效治理措施包括生物和工程措施。泥石流災(zāi)害的防治措施可概況如下。

(1)采用生物措施和水土保持防治。在區(qū)域內(nèi)禁止濫砍濫伐,進(jìn)行封山育林、植樹(shù)種草、保護(hù)植被。植被可增加地表對(duì)降雨的滯蓄能力,還可保持水土、改善生態(tài)環(huán)境等,因此要大力保護(hù)和治理極易發(fā)生滑坡及有泥石流發(fā)生的區(qū)域的植被。

(2)采用工程措施治理。在三眼峪溝、羅家峪溝進(jìn)行水利防治。具體措施是在三眼峪溝、羅家峪溝開(kāi)挖應(yīng)急排洪槽的基礎(chǔ)上,修建排洪渠道,排洪渠布置均以泥石流溝道出山口為起點(diǎn),沿現(xiàn)有應(yīng)急排洪槽布設(shè),將不利于永久布設(shè)排洪渠的局部段進(jìn)行改線,末段匯入白龍江。布設(shè)中應(yīng)充分考慮泥石流溝口段排洪渠與末段白龍江防洪堤的充分銜接。

(3)采取積極有效的監(jiān)測(cè)、預(yù)警措施。制定地質(zhì)災(zāi)害避防的預(yù)案,合理規(guī)劃城區(qū)建筑和人口布局,疏通排洪溝道,對(duì)原有治理工程采取加固和后期規(guī)劃工程進(jìn)行建設(shè),以減輕災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模和危害,減小災(zāi)害造成的損失。

(4)利用科學(xué)的防洪技術(shù)。隨著現(xiàn)代防洪科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)水資源綜合利用的迫切要求,相鄰學(xué)科的滲透、促進(jìn),以及洪水給人類社會(huì)經(jīng)常造成重大災(zāi)害損失等,促使人們利用科學(xué)的防洪技術(shù)。根據(jù)山洪災(zāi)害分布成因、特點(diǎn)及防治任務(wù),以小流域?yàn)閱卧?因地制宜建設(shè)包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、縣級(jí)山洪災(zāi)害防御信息接收平臺(tái)、預(yù)警系統(tǒng)和群測(cè)群防體系組成的山洪災(zāi)害防治非工程措施平臺(tái)。利用新技術(shù)、新設(shè)備提高洪水預(yù)報(bào)警報(bào)的水平,為山洪災(zāi)害防治提供先進(jìn)手段,為指揮調(diào)度決策提供科學(xué)依據(jù),為社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。

[1] 崔冠英,潘品蒸.水利工程地質(zhì)學(xué)(第二版)[M].北京:水利電力出版社,1989.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部.G B50487-2008.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2009.

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).D L/T 5356-2006,水利水電工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社,2007.