汶川縣福堂溝泥石流成因及防治建議

趙玉林，葉曉華，唐晟

(四川九○九建設(shè)工程有限公司,綿陽 621000)

汶川縣福堂溝泥石流成因及防治建議

趙玉林，葉曉華，唐晟

(四川九○九建設(shè)工程有限公司,綿陽 621000)

2013年7月特大暴雨期間，該泥石流爆發(fā)，災(zāi)情嚴(yán)重。分析泥石流的基本特征、爆發(fā)條件、形成原因及其發(fā)展趨勢，提出防治措施，為恢復(fù)受損都汶高速提供依據(jù)。

汶川縣；福堂溝泥石流；成因；治理

汶川縣位于“5.12”特大地震震中地區(qū)，也是地震災(zāi)害極重災(zāi)區(qū)。特大地震不僅造成了一定的人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)還誘發(fā)了眾多的崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害。尤其是2013年“7.10”特大暴雨期間，汶川縣映秀鎮(zhèn)銀杏鄉(xiāng)桃關(guān)村福堂溝爆發(fā)了特大泥石流，損毀都汶高速約250 m，砸毀橋梁，使橋梁垮塌30 m，掩埋福堂隧道出口,中斷了阿壩州進(jìn)出成都的生命線。直接經(jīng)濟(jì)損失約500萬元，泥石流主要威脅都汶高速公路、福堂隧道，岷江，威脅財(cái)產(chǎn)約1 000萬元。盡快恢復(fù)生命線的暢通，確保當(dāng)?shù)匕傩盏纳?cái)產(chǎn)安全是四川省委省政府的頭等大事，因此研究汶川福堂溝泥石流災(zāi)害的基本特征，提出合理可行的防治方案，對確保生命線的暢通，減少人員傷亡及過往車輛的財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會和諧發(fā)展及銀杏鄉(xiāng)居民恢復(fù)重建的順利開展尤為重要。

1 泥石流基本概況及形成條件

1.1 自然環(huán)境條件

汶川縣福堂溝泥石流位于阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)銀杏鄉(xiāng)桃關(guān)村，岷江右岸，溝口即映汶高速公路，溝口地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°29′10″，北緯31°14′53″，行政區(qū)劃上屬汶川縣映秀鎮(zhèn)桃關(guān)村，堆積區(qū)前緣有都汶高速公路通過，交通較為便利。

福堂溝所在區(qū)域地處四川盆地亞熱帶濕潤氣候區(qū)，由于本區(qū)處于岷江流域的暴雨區(qū)，冬季受青藏高原氣候影響明顯，夏季受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)影響，雨量較為豐沛，根據(jù)漁子溪水文站25 a實(shí)測，多年平均降水量1 253.1 mm，最大年降水量為1 688 mm(出現(xiàn)在1964年)，最小年降水量為836.7 mm(出現(xiàn)在1974年)，日最大降水量269.8 mm，每年6月～9月為汛期，是滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期。

2013年7月9日阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)開始出現(xiàn)暴雨極端天氣， 2013年7月9日晚8點(diǎn)至10日早上8點(diǎn)，12 h降雨量達(dá)到74.4 mm，降雨強(qiáng)度超50 a一遇，2013年7月10日上午福堂溝發(fā)生泥石流。

1.2 泥石流形成條件分析

1.2.1 溝道地形地貌及溝道條件

汶川縣福堂溝泥石流區(qū)域地形總體上屬深切割構(gòu)造侵蝕低山和中山地形，溝域內(nèi)總體上地形陡峻，地形臨空條件發(fā)育。福堂溝泥石流溝域形態(tài)近似矩形，溝域面積1.12 km2，主要由福堂溝主溝和福堂溝支溝組成，主溝長度1.3 km，坡降654.86 ‰，支溝長度0.76 km，坡降630.86 ‰。受構(gòu)造控制，整個泥石流域分布不對稱，西南側(cè)較窄(溝源地帶)，北東側(cè)較寬(溝口地帶)。溝域最高點(diǎn)位于溝谷山脊地帶，高程2 400 m，最低點(diǎn)位于泥石流溝匯入岷江口，高程1 100 m，相對高差1 300 m。見圖1和圖2。

福堂溝流域內(nèi)山高坡陡，平均坡度在40°以上，溝谷縱坡較大，溝道上游段縱坡多在600‰以上，有利于降雨的匯集，根據(jù)不同地段坡度、植被情況、斜坡結(jié)構(gòu)特征等的差異，降雨的徑流系數(shù)一般在0.2～0.3左右，為泥石流水源的匯流集中提供了基礎(chǔ)。

福堂溝泥石流沒有典型的流通區(qū)，溝域主要為物源流通區(qū)和堆積區(qū)組成，堆積區(qū)主要分布于溝口扇形地區(qū)，其余地段為物源流通區(qū)。在高程2 074 m以上植被較好，植被覆蓋率在80%以上，在地震中未出現(xiàn)大的變形破壞跡象，主要為基巖區(qū)，物源分布較少，因此劃為泥石流形成區(qū)(清水區(qū))；在高程2 074 m至溝口地帶植被覆蓋率在60%左右，道溝兩岸崩滑現(xiàn)象發(fā)育，溝床堆積物豐富，為溝域內(nèi)泥石流松散固體物源的主要分布區(qū)域，劃為泥石流物源流通區(qū)；溝口至岷江為泥石流流通堆積區(qū)。

1.2.2 物源條件

福堂溝泥石流溝(主溝、支溝)主要物源包括崩塌堆積物源、坡面侵蝕物源和溝床堆積物源等三類，其中崩滑堆積物源總量15.17×104m3，坡面侵蝕物源8.92×104m3，溝內(nèi)溝床堆積物源23.76×104m3，物源總量為47.85×104m3，其中可參與泥石流活動的動儲量為13.26×104m3。從空間上分布，福堂溝泥石流溝道和坡面物源主要集中在溝道下游近溝口地帶，崩塌堆積物源主要集中在溝道中上游，福堂溝泥石流各類物源基本情況匯總?cè)绫?和圖3。

2 泥石流基本特征

從福堂溝泥石流堆積扇體的形態(tài)及擠壓主河的特征分析，汶川縣福堂溝泥石流為老泥石流溝，通過訪問泥石流最近一次發(fā)生泥石流最少在50 a以上。“5.12”汶川大地震后，福堂溝內(nèi)增加了豐富的物源，但并沒有形成泥石流。2013年7月9開始降暴雨， 7月10日福堂溝爆發(fā)泥石流，一次性沖出量約4.36×104m3，擠壓岷江河道，但未使岷江受堵，損毀都汶高速約250 m，砸毀橋梁，使橋梁垮塌30 m，掩埋福堂隧道出口,中斷了阿壩州進(jìn)出成都的生命線，直接經(jīng)濟(jì)損失約500萬元，本次泥石流歷時(shí)約2 h。

泥石流沖淤特征：福堂溝上游清水區(qū)普遍坡度較大(多在50°～70°左右)，溝谷縱坡較陡(普遍在600‰以上)，溝段多為基巖裸露，且上游溝源地帶植被覆蓋率達(dá)到80%以上，溝床抗沖刷能力較強(qiáng)，該區(qū)溝床大多表現(xiàn)為沖淤不明顯。形成流通區(qū)沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)。堆積區(qū)分布于福堂溝溝口至岷江段，同時(shí)該段為福堂溝和支溝交匯段，該溝段縱坡較小，平均縱坡僅400‰左右，而溝道寬度相對較大，寬度在50～100 m，這種條件決定該溝段沖淤特征仍為以淤為主的特點(diǎn)。

泥石流堆積物顆粒特征：采用溝道堆積物(包括泥石流堆積物和部分清水沖溝內(nèi)的沖洪積物)顆粒級配試驗(yàn)，試驗(yàn)方法是將探槽表層0～50 cm的土樣采集進(jìn)行現(xiàn)場篩分試驗(yàn)，得出顆粒大小為<5 mm、5～20 mm、20～50 mm、50～100 mm、100～150 mm、150～200 mm、>200 mm等粒級的顆粒重量及所占百分比，然后采集部分篩出的粒徑<5mm土樣送室驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步的篩析試驗(yàn)。試驗(yàn)成果均反應(yīng)出其土石比較小，最大值為福堂溝溝口段的顆粒級配，其值為0.38，最小值為福堂溝上游的試驗(yàn)值為0.16，從溝道上游至下游土石比由小變大，說明福堂溝流域總體上水源豐富，水動力條件強(qiáng)大，正是由于強(qiáng)大水動力條件下，同時(shí)由于物源分布特征，在溝道上游以崩滑物源位置，而在中下游以溝道和坡面侵蝕物源為主，導(dǎo)致了土石比隨著變化。

根據(jù)福堂溝流域內(nèi)物源分布特征和“7.10”暴發(fā)泥石流性質(zhì)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)計(jì)算出主溝泥石流重度為1.85t/m3，福堂溝泥石流屬粘性泥石流。按照50 a一遇暴雨強(qiáng)度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，泥石流運(yùn)動特征參數(shù)為：福堂溝溝口泥石流流速5.78 m/s，流量32.7 m3/s，整體沖壓力83.95 kN，沖起高度1.71 m，爬高2.73 m；福堂溝泥石流泥石流彎道超高主溝0.52 m，支溝1.27 m；直道沖刷深度在福堂溝主溝溝口可達(dá)2.03 m。

泥石流規(guī)模特征：“7.10”暴雨福堂溝主溝、支溝發(fā)生泥石流，其中主溝沖出量約4.2×104m3，支溝沖出量約0.16×104m3，一次性總量沖出量約4.36×104m3。規(guī)模為中型。

3 泥石流成因分析

(1) 適宜的地形條件。福堂溝主溝流域坡度較大，平均縱坡降654.86‰。清水區(qū)、形成流通區(qū)縱坡達(dá)到731‰。，溝谷兩岸陡峭，形成流通區(qū)溝谷狹窄，堆積區(qū)溝谷相對較寬。這種地形為泥石流的形成以及流通堆積提供了適宜的地形條件。

(2) 有豐富的松散固體堆積物源條件(包括崩塌堆積物源、坡面侵蝕物源和溝床堆積物源)。其中崩滑堆積物源總量15.17×104m3，坡面侵蝕物源8.92×104m3，溝內(nèi)溝床堆積物源23.76×104m3，物源總量為47.85×104m3。溝道和坡面物源主要集中在溝道下游近溝口地帶，崩塌堆積物源主要集中在溝道中上游，這為泥石流的發(fā)生提供了充足的物源條件。

(3) 充足的水源條件。2013年7月9日阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)開始出現(xiàn)暴雨極端天氣，12h降雨量達(dá)到74.4 mm，降雨強(qiáng)度超50 a一遇，為泥石流暴發(fā)提供了充足的水源條件。

綜合以上三個因素福堂溝泥石流屬“暴雨”泥石流。形成過程分為以下幾個階段：

(1) 暴雨激發(fā)。泥石流的發(fā)生雖是一個突發(fā)過程，但在它的形成過程中降雨關(guān)系重大，2013年7月9日阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)開始出現(xiàn)暴雨極端天氣， 2013年7月9日晚8點(diǎn)至10日早上8點(diǎn)，12 h降雨量達(dá)到74.4 mm，降雨強(qiáng)度超50 a一遇，2013年7月10日上午8點(diǎn)左右福堂溝發(fā)生泥石流。由于福堂溝泥石流溝域內(nèi)清水區(qū)和形成流通區(qū)地形較陡，基本都是基巖裸露，所以雨水在短時(shí)間內(nèi)難以入滲，基本全部沿坡面匯入主溝。 促使坡面和溝道的松散物體啟動，在溝口地帶形成揭底拉槽，形成泥石流。

(2) 側(cè)蝕拉槽發(fā)展。泥石流在暴雨激發(fā)階段也同時(shí)經(jīng)歷側(cè)蝕拉槽階段，強(qiáng)降雨匯流形成的洪峰對溝床、岸坡產(chǎn)生巨大的水壓力，洪水側(cè)蝕岸坡、松散固體物質(zhì)的加入起動泥石流，在溝道中下游段，由于大量的物源堆積于溝道內(nèi)，在該段泥石流拉槽揭底導(dǎo)致溝床物質(zhì)大量啟動，在拉槽揭底過程中使岸坡和溝床物質(zhì)失穩(wěn)，泥石流向前運(yùn)動，其側(cè)蝕、刨蝕能力逐漸加強(qiáng)，如此側(cè)蝕、拉槽發(fā)展，沿途不斷有新物質(zhì)加入，使泥石流規(guī)模越來越大，流體流速不斷加快。

(3) 堆積。福堂溝泥石流由于2013年7月10日上午10點(diǎn)左右開始進(jìn)入泥石流堆積階段。在福堂溝溝道溝道段由于溝道相對較寬，開始進(jìn)入堆積，福堂溝泥石流進(jìn)入堆積區(qū)后，在都汶高速公路形成帶狀堆積，堆積至岷江后擴(kuò)散角逐漸變大，形成不規(guī)則的扇形堆積體。至此，完成了泥石流的全部運(yùn)動過程。

4 泥石流發(fā)展趨勢

根據(jù)泥石流溝域基本特征和參數(shù)，按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[1]中“泥石流溝的數(shù)量化綜合評判及易發(fā)程度等級標(biāo)準(zhǔn)”，福堂溝泥石流易發(fā)程度評分為111分，其易發(fā)程度屬易發(fā)，其危險(xiǎn)性較大。

根據(jù)泥石流災(zāi)害史的調(diào)查，福堂溝泥石流溝以往屬低頻泥石流，通過訪問，自2013年“7.10”暴雨發(fā)生泥石流以前70 a以來沒有發(fā)生過泥石流，其時(shí)間間隔最少為70 a。但“5.12”地震后，溝內(nèi)崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象大大增加，坡面侵蝕加劇，可能參與泥石流活動的松散固體物源量大增，現(xiàn)溝內(nèi)可參與泥石流活動的固體物源動儲量達(dá)13.26×104m3，激發(fā)泥石流的臨界雨強(qiáng)可能降低，因此，泥石流的爆發(fā)頻率可能提高，成為中頻甚至高頻泥石流，震后5～10 a預(yù)計(jì)其發(fā)生頻率可能達(dá)到1～3 a一次，以后，隨著植被的恢復(fù)和部分物源趨于穩(wěn)定，其發(fā)生頻率可能逐漸降低為低頻，據(jù)此估算，50 a內(nèi)可能發(fā)生5次左右的泥石流災(zāi)害，固體物質(zhì)沖出量計(jì)20.8×104m3。目前福堂溝泥石流所處發(fā)展階段為發(fā)展期(壯年期)。

福堂溝屬暴雨溝谷型泥石流，泥石流規(guī)模主要與溝域內(nèi)松散固體物源的累計(jì)和動態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關(guān)，當(dāng)溝域內(nèi)松散固體物源累計(jì)較多，且遇到集中暴雨時(shí)，勢必引發(fā)較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，威脅阿壩州進(jìn)成都的高速生命通道及岷江河谷以及當(dāng)?shù)匕傩盏纳踩?/p>

5 泥石流防治建議

泥石流防治措施從大的方面可劃分為避讓搬遷、工程治理、生物工程和群測群防等。從泥石流的形成條件、運(yùn)動特征、發(fā)生頻率、易發(fā)程度和危險(xiǎn)性、危害性分析，單純的采取群測群防措施已不能滿足福堂溝泥石流防治的要求，因此必須在群測群防和監(jiān)測預(yù)警的基礎(chǔ)上，采用工程治理措施對其進(jìn)行綜合防治。

泥石流工程治理措施常用的有控制水源的治水工程(如蓄水工程、引排水工程)、控制松散固體物源的治土工程(如攔碴壩和攔擋壩、擋土墻、護(hù)坡、變坡工程及潛壩工程等)、排導(dǎo)工程(如排導(dǎo)堤、順?biāo)畨?、排?dǎo)槽、渡槽、明硐及改溝工程等)、停淤工程(如停淤場和攔泥庫等)、農(nóng)田水利工程(如水改旱、水渠防滲、坡改梯、夯填滑坡裂縫及修建截水溝等)。其中治土工程中的穩(wěn)欄措施和各種排導(dǎo)工程經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，特別是鐵路部門等的研究和總結(jié)，其技術(shù)條件日趨成熟，為泥石流治理工程中采用最多的手段。

福堂溝泥石流物源豐富，且以溝床中堆積物源所占比例較大，而且縱坡較大，溝道較窄，溝道縱坡降均大于600‰， 所以在暴雨、特大暴雨時(shí)溝床堆積物源容易啟動，造成強(qiáng)大的水動力條件，其揭底沖刷啟動溝床堆積物源，在急水流的沖刷下很容易形成坡面泥石流。因此，福堂溝泥石流治理工程的關(guān)鍵在于降低泥石流水動力條件，避免其啟動溝床堆積的大量物源。

由于福堂溝泥石流整體縱坡較大，沒有修建攔擋工程的地形條件，所以治理工程主要通過溝道下游物源堆積集中區(qū)域位置布置溝床固源工程，布設(shè)防沖肋檻和排導(dǎo)槽起到穩(wěn)床固源的作用，同時(shí)在溝口寬敞地帶修建停淤堤，防治泥石流對都汶高速公路、福堂溝隧道、岷江造成威脅[2]。據(jù)此福堂溝泥石流總體思路為以固、停和排導(dǎo)相結(jié)合的綜合治理措施。具體采用防治措施為：

在福堂溝主溝和支溝匯合段修建歸流壩，在歸流壩下修建排導(dǎo)槽，槽底采用防沖肋檻，肋檻之間用大塊石回填，同時(shí)在堆積區(qū)緩坡地帶修建停淤堤，在大規(guī)模泥石流時(shí)起到二次保護(hù)的作用。在福堂溝主溝中下游至溝口(修建歸流壩以上)段修建潛壩，防治泥石流拉槽揭底，所以采用“潛壩+歸流壩+排導(dǎo)槽+停淤堤“進(jìn)行治理的綜合方案[3]。

6 結(jié)論

(1) 2013年“7.10”特大暴雨，汶川縣福堂溝爆發(fā)了特大泥石流，該泥石流位于阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)銀杏鄉(xiāng)桃關(guān)村，岷江右岸，溝口即映汶高速公路，損毀都汶高速約250 m，砸毀橋梁，使橋梁垮塌30 m，掩埋福堂隧道出口,中斷了阿壩州進(jìn)出成都的生命線。直接經(jīng)濟(jì)損失約500萬元。因此研究汶川福堂溝泥石流災(zāi)害的基本特征，提出合理可行的防治方案，對確保生命線的暢通，減少人員傷亡及過往車輛的財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會和諧發(fā)展及銀杏鄉(xiāng)居民恢復(fù)重建的順利開展尤為重要。

(2) 汶川縣福堂溝的地形地貌條件是泥石流形成的前提和基礎(chǔ)，同時(shí)有豐富的松散固體物質(zhì)，暴雨是泥石流發(fā)生的主要誘因。

(3) 在充分認(rèn)識了福堂溝泥石流災(zāi)害的基本特征的基礎(chǔ)上，提出了泥石流防治方案采取固、停和排導(dǎo)相結(jié)合的綜合治理措施，同時(shí)結(jié)合該泥石流的地形地貌、施工條件等具體情況，建議采用“潛壩+歸流壩+排導(dǎo)槽+停淤堤”進(jìn)行綜合治理。

[1] 泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范(DT /T0220—2006 )[S].國土資源部發(fā)布，2006.6.

[2] 蔣忠信.震后山地地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計(jì)概要[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.7.

[3] 趙玉林,等.汶川縣福堂溝泥石流應(yīng)急勘查報(bào)告[R].綿陽：四川九0九建設(shè)工程有限公司，2014.2.

CAUSES AND CONTROL OF FUTANGGOUDEBRIS FLOW IN WENCHUAN

ZHAO Yu-lin,YE Xiao-hua,TANG Sheng

(Sichuan 909-th Construction Engineering Co., Ltd.,Mianyang 621000，China)

The debris flow occurred during the heavy rainfall in July, 2013 with serious calamities. We analyzed its basic characteristics, occurrence conditions, causes and trends. And control measures were put forward to provide basis for restoring Du-wen Highway.

Wenchuan; Futanggou Debris Flow; causes; control measures

1006-4362(2015)03-0017-05

2015-06-03改回日期：2015-08-23

P642.23

A

趙玉林(1981- )，男，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害勘查及設(shè)計(jì)工作。E-mail:yxh909@qq.com