雅安漫哈溝泥石流形成機(jī)理及防治建議

蔣清明，宋志

(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都 610000；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,成都 610081)

雅安漫哈溝泥石流形成機(jī)理及防治建議

蔣清明1，宋志2

(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都 610000；
2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,成都 610081)

通過(guò)對(duì)四川省雅安市石棉縣漫哈溝的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，從地形地貌，物源，水源等基本條件入手，分析了漫哈溝泥石流的特征與形成機(jī)理。并提出了專門針對(duì)漫哈溝泥石流物源豐富、堆積區(qū)建筑物密集、溝口過(guò)流斷面狹窄的特點(diǎn)的防治建議。

漫哈溝；泥石流；形成機(jī)理；防治建議

在汶川地震后，泥石流等次生災(zāi)害在西南山區(qū)尤為嚴(yán)重[1]，漫哈溝位于石棉縣西部蟹螺鄉(xiāng)猛種村一、二、三組，為藏民居住區(qū)，距蟹螺藏鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府所在地約8 km，距石棉縣城約25 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°08′54″～102°11′34″，北緯29°13′32″～29°16′04″。

漫哈溝為一老泥石流溝，曾于1930年和1985年雨季發(fā)生泥石流，其中1985年泥石流災(zāi)情較為嚴(yán)重，沖毀溝口和溝兩側(cè)的農(nóng)田6.667 hm2，沖毀房屋10間，并致一人死亡，牲畜死亡數(shù)十頭，道路損毀數(shù)百米，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100余萬(wàn)元?，F(xiàn)漫哈溝泥石流威脅對(duì)象主要為漫哈溝下游及溝口附近猛種村3組近50戶共247人的生命財(cái)產(chǎn)安全，并可能威脅到6.667 hm2耕地、800 m長(zhǎng)的村村通公路和890 m長(zhǎng)的高壓線網(wǎng)，威脅資產(chǎn)1 350萬(wàn)元，其險(xiǎn)情級(jí)別劃分屬中型。因此，對(duì)其實(shí)施防治工程顯得十分必要而迫切[2]。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形地貌

漫哈溝屬侵蝕構(gòu)造地貌，為深切割高中山、高山寬脊溝谷地形。溝谷呈“V”型，地形臨空條件好，溝域內(nèi)崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育較好，為泥石流松散固體物源的匯集提供了有利條件。溝域岸坡以陡坡地貌為主，坡度在35°～45°，岸坡植被發(fā)育，喬、灌、草均有生長(zhǎng)，汶川地震前地質(zhì)災(zāi)害較少，生態(tài)環(huán)境良好。但由于斜坡較陡，地形臨空條件發(fā)育，客觀上具備崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育的地形條件，汶川地震后，溝內(nèi)新出現(xiàn)了大量的崩滑不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流的發(fā)育提供了大量松散固體物源(圖1)。

1.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)地層為泥盆系中統(tǒng)(D2z)紙廠組大理巖、板巖，巖體破碎，裂隙發(fā)育，出露于東側(cè)山脊處，層間褶皺現(xiàn)象發(fā)育，巖層產(chǎn)狀為60°∠25°。三疊系中下統(tǒng)(T1-2)灰?guī)r、絹云母板巖、片巖等，呈薄層狀，巖體破碎，裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，為區(qū)域內(nèi)主要出露地層，巖層產(chǎn)狀為75°∠75°。以及新生界第四系滑坡堆積層(Qdel)、崩塌堆積物(Qcol)、崩坡積層(Qcol+dl)、沖洪積層(Qal+pl)、泥石流堆積物(Qsef)及人工堆積(Qml)等。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域地處鮮水河斷裂帶與安寧河斷裂帶交匯處，又鄰近龍門山斷裂帶，處于川西地震構(gòu)造帶上，斷層帶縱橫交錯(cuò)，地層破碎，因而地震頻繁。受斷層影響，滑坡區(qū)巖體破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，片巖、板巖多發(fā)育褶皺?；聟^(qū)東側(cè)山坡中后緣處發(fā)育一條近南北走向的逆斷層，全長(zhǎng)約50 km，斷裂面總體向東陡傾，傾角約70°，屬次級(jí)斷裂。

1.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)地下水按賦存類型分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水二類。松散巖類孔隙水含水巖組主要是第四系各種堆積物組成，按地貌形態(tài)、堆積成因、物質(zhì)成分、巖層結(jié)構(gòu)不同，富水性分兩級(jí)，松林河等主干河流河谷漫灘、一級(jí)階地全新統(tǒng)砂礫卵石層含水層水量較豐富；河谷高階地區(qū)及坡腳崩坡積等多為泥礫和泥夾石，含水性差，水量貧乏?；鶐r裂隙水主要賦存于三疊系、泥盆系灰?guī)r、大理巖地層中，其為主要含水巖層，主要為大氣降水補(bǔ)給，其次為巖溶水側(cè)向補(bǔ)給。大部分地區(qū)溝谷發(fā)育，地形切割較深，地下分水嶺與地表分水嶺相一致，地下水徑流途逕短，循環(huán)交替強(qiáng)烈。水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型，礦化度0.58 g/l。據(jù)水質(zhì)檢測(cè)，區(qū)內(nèi)地下水無(wú)侵蝕性。

2 泥石流形成條件和基本特征

2.1 地形條件

漫哈溝的溝域形態(tài)近似矩形，溝域平均縱向長(zhǎng)度7.0 km，平均寬度2.7 km，溝域面積21.6 km2。受構(gòu)造控制，溝域分布不對(duì)稱，西側(cè)(右岸)較寬，東側(cè)(左岸)較窄，相對(duì)高差2 440 m。上游集水范圍大，樹(shù)枝狀支溝水系有利于降水的迅速匯流形成山洪，兩岸高陡谷坡，有利于坡面表層松散物源隨水流向主溝匯集。主溝較大的縱坡降，有利于溝域物源碎屑啟動(dòng)并向下游運(yùn)移。

2.2 地貌條件

該區(qū)溝谷岸坡陡峻，構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷層發(fā)育，松散堆積體厚度相對(duì)較大，不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，除原有的木耳滑坡及其北側(cè)崩滑堆積體兩處大型災(zāi)害體外，特別是汶川大地震后新產(chǎn)生大量小型崩塌和滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流的發(fā)育提供了大量松散固體物源。充足的物源在暴雨及強(qiáng)匯流作用下易集中搬運(yùn)形成規(guī)模較大的泥石流。

2.3 水源條件

漫哈溝流域海拔高程1 100～3 500 m，區(qū)域內(nèi)年均降水量為900～1 000 mm，日最大降雨量為108.6 mm，6 h最大降雨量56 mm，1 h最大降雨量30 mm，10 min最大降雨量13 mm，且多以暴雨或陣雨出現(xiàn)。

四川山區(qū)泥石流激發(fā)雨量一般為一次1 h雨量48～50 mm左右或10 min雨量8～12.2 mm，1 min雨強(qiáng)0.8～1.2 mm左右[3]。由于地震后，漫哈溝內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，松散物源量大增，其激發(fā)雨量將會(huì)降低，區(qū)域內(nèi)降雨較充沛，其雨強(qiáng)完全可以滿足激發(fā)泥石流的條件。

2.4 基本特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的勘察數(shù)據(jù)計(jì)算得到漫哈溝泥石流流體容重1.697 t/m3，泥石流平均流速為4.46 m/s，泥石流整體沖擊力為50.6 kN；在20 a一遇的情況下，泥石流峰值流量為204.75 m3/s，一次泥石流過(guò)程總量為19.45×104m3，一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量為8.22×104m3；在50 a一遇的情況下，泥石流峰值流量為304.08 m3/s，一次泥石流過(guò)程總量為28.88×104m3，一次沖出的最大固體物質(zhì)總量為12.2×104m3。泥石流規(guī)模為大型[4-6]。

2.5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

(1) 在連續(xù)強(qiáng)降雨的情況下暴雨強(qiáng)度達(dá)到56 mm以上或6 h以上的連續(xù)暴雨時(shí)，該溝有暴發(fā)泥石流的可能性。

(2) 根據(jù)溝內(nèi)各類物源的性狀特征，該溝發(fā)生泥石流時(shí)仍以稀性泥石流為主，而在暴發(fā)泥石流2～3次之后，隨著物源量的減少，其暴發(fā)規(guī)模也將隨之減小，在人類活動(dòng)強(qiáng)度得到控制、坡面生態(tài)得以改善的前提下，該泥石流溝會(huì)停歇或終止。

(3) 發(fā)生泥石流時(shí)，由于流通區(qū)至堆積區(qū)段溝道較短，彎道較急，泥石流外溢可能性較大，并對(duì)位于扇體上的猛種村3組居民區(qū)構(gòu)成直接危害。

3 泥石流溝的防治建議

3.1 泥石流基本特征參數(shù)檢算

泥石流峰值流量、一次泥石流固體物質(zhì)沖出量、泥石流沖壓力以及泥石流爬高和最大沖起高度是設(shè)計(jì)攔擋壩斷面、拱形結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)[7-8]。由四川水文手冊(cè)可知，現(xiàn)采用雨洪法[4]計(jì)算漫哈溝泥石流峰值流量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。用鐵二院公式[4]計(jì)算泥石流整體沖壓力，結(jié)果見(jiàn)表2，并得到泥石流爬高和最大沖起高度見(jiàn)表3。

據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果和分析測(cè)試結(jié)果，按P=5%計(jì)算漫哈溝1985年泥石流暴發(fā)時(shí)泥石流沖出量為Q=19.45×104m3，泥石流重度γc=1.697 t/m3，水的重度γw=1 t/m3，泥石流固體物質(zhì)重度γH=2.65 t/m3，據(jù)此計(jì)算出一次泥石流固體物質(zhì)沖出總量為QH=8.22×104m3。按P=2%計(jì)算曼哈溝1985年泥石流暴發(fā)時(shí)泥石流沖出量為Q=28.88×104m3，據(jù)此計(jì)算出一次泥石流固體物質(zhì)沖出總量為QH=12.2×104m3。

3.2 防治建議

主溝中游(崩滑堆積體上游30 m處)布置攔擋壩，起到穩(wěn)攔物源和削峰減流的作用，減少到達(dá)漫哈溝下段的固體物質(zhì)量，降低泥石流容重，并調(diào)節(jié)下游泥石流洪峰流量，減輕下游排導(dǎo)的壓力；攔擋壩斷面設(shè)計(jì)尺寸見(jiàn)表4。

在漫哈溝主溝下游4-4′斷面40 m處及其下游流通堆積區(qū)部分溝段左側(cè)溝坡修建防護(hù)堤，同時(shí)利用自然溝槽進(jìn)行排導(dǎo)，將攔擋壩下游的泥石流物質(zhì)順暢地導(dǎo)入主河松林河，保護(hù)流通堆積區(qū)猛種村三組居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。防護(hù)堤斷面尺寸見(jiàn)表5。

4 結(jié)語(yǔ)

漫哈溝是一老泥石流溝，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)兩次較大的泥石流，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，其險(xiǎn)情級(jí)別屬中型，對(duì)其實(shí)施防治是十分必要的。通過(guò)對(duì)泥石流采用穩(wěn)攔、排導(dǎo)為主的工程措施結(jié)合，可有效保護(hù)危險(xiǎn)區(qū)人們生命財(cái)安全和公路交通安全，對(duì)當(dāng)?shù)鼗謴?fù)重建和社會(huì)的穩(wěn)定與發(fā)展、民族的團(tuán)結(jié)和人民群眾的安居樂(lè)業(yè)均將起到積極的作用，由此帶來(lái)的社會(huì)效益將是非常顯著的。

[1] 陳寧生,張飛.2003年中國(guó)西南山區(qū)典型災(zāi)害性暴雨泥石流運(yùn)動(dòng)堆積特征[J].地理科學(xué),2006,(6):701-705.

[2] 湖北省地質(zhì)環(huán)境總站. 四川省石棉縣漫哈溝泥石流應(yīng)急治理工程[R]. 成都：湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2010.

[3] 吳積善,等.泥石流及其綜合治理[M].北京：科學(xué)出版社,1993.

[4] 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京:地質(zhì)出版社, 2004.

[5] 周必凡,李德基,羅德富,等.泥石流防治指南[M].北京:科學(xué)出版社, 1991.

[6] 李德基.泥石流減災(zāi)理論與實(shí)踐[M]. 北京:科學(xué)出版社,1997.

[7] 鄧敏,吳新星,徐慶.翻身溝泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)及防治研究[J].金屬礦山,2010,(8):160-162.

[8] 崔鵬.我國(guó)泥石流防治進(jìn)展[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2009,05:7-13、31.

FORMATION MECHANISM AND PREVENTION RECOMMENDS OF THE DEBRIS FLOW AT ManHaGOU GULLY IN YA’AN

JIANG Qing-ming1，SONG Zhi2

(1.College of Environmental and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610000,China; 2.Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu 610081,China)

Based on the site investigation of ManHaGou Gully Debris Flow and the basic conditions of topography, material source and rainfall etc. The characteristics and formation mechanism of the Man Ha Gully Debris Flow is analyzed. In allusion to the characteristics (such as abundant material source, close-packed buildings at accumulation area and the narrow gully exit) of ManhaGou gully debris flow, the prevention and control measures is proposed in this article.

ManhaGou Gully; debris flow; Formation Mechanism; prevention and control measures

1006-4362(2015)04-0001-04

2015-08-20改回日期：2015-10-17

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，12120114069501；成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所青年基金項(xiàng)目，所控基[2014]-05。

P642.23

A

蔣清明(1990- )，男，碩士研究生，研究方向：地質(zhì)工程及地質(zhì)災(zāi)害防治。E-mail: vincent-jqm@qq.com