汶川震區(qū)北川五星溝暴雨泥石流災(zāi)害調(diào)查

董建輝，魏良帥，張國(guó)強(qiáng)

汶川震區(qū)北川五星溝暴雨泥石流災(zāi)害調(diào)查

董建輝，魏良帥，張國(guó)強(qiáng)

（四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610072）

汶川地震誘發(fā)形成了大量高位崩滑坡地質(zhì)災(zāi)害，為泥石流的形成提供了豐富的物源。震后每年均產(chǎn)生多起泥石流災(zāi)害，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。通過調(diào)查2008年9年24日因暴雨引發(fā)的五星溝泥石流基本特征，討論了泥石流物源堆積過程、活動(dòng)特征、強(qiáng)度，預(yù)測(cè)了震后地震災(zāi)區(qū)泥石流發(fā)展趨勢(shì)，為震后泥石流研究提供了典型實(shí)例，對(duì)地震災(zāi)區(qū)泥石流防治工作具有指導(dǎo)意義。

泥石流；震區(qū)；調(diào)查；北川五星溝

四川汶川地震對(duì)震區(qū)地質(zhì)壞境造成了嚴(yán)重破壞，震后10年期間是泥石流活躍期。震區(qū)五星溝泥石流發(fā)生頻率高、規(guī)模大、成災(zāi)機(jī)理復(fù)雜，特征顯著。2008年9月24日（9.24），五星溝遭遇了20年一遇的暴雨襲擊，誘發(fā)了泥石流災(zāi)害。該泥石流沖毀了數(shù)百間居民房屋，當(dāng)時(shí)大多數(shù)居民仍在安置區(qū)生活，雖未造成重大的人員和財(cái)產(chǎn)損失，但泥石流的發(fā)生給當(dāng)?shù)鼐用窕謴?fù)生產(chǎn)和保障生活增加了極大的難度。

圖1　五星溝物源區(qū)滑坡

1　泥石流流域特征

五星溝泥石流位于安昌鎮(zhèn)與擂鼓鎮(zhèn)之間的蘇寶河西側(cè)，溝口地理坐標(biāo)E104°25′50.7＂，N31°44′58.1＂，據(jù)北川新縣城約10km。該地區(qū)屬寬谷和深切割中低山地貌，地形較陡峻。五星溝流域面積36.77km2，溝長(zhǎng)度11.92km，最高點(diǎn)高程1 670m，最低點(diǎn)677m，高差1 200m左右，溝道平均縱坡降83.3‰。該流域在構(gòu)造上屬龍門山前山和后山交界地帶，緊鄰5.12大地震的主震斷裂，位于映秀-北川斷裂上盤。5.12地震時(shí)該斷裂發(fā)生了較為明顯的右旋逆沖，是典型的不穩(wěn)定構(gòu)造區(qū)域。區(qū)內(nèi)主要分布二疊系地層，主要巖性為灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，夾少量砂板巖。

該區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，多年平均氣溫15.6℃；該區(qū)為著名的鹿頭山暴雨區(qū)，雨量充沛，年均降雨量1 399.1mm，6-9月降雨量占全年71%～76%，最大90%。

五星溝支溝發(fā)育，受地質(zhì)構(gòu)造的影響呈不對(duì)稱分布，溝域右岸發(fā)育1條較大支溝，其縱坡降較??；其左岸發(fā)育8條較大支溝，支溝的溝谷較長(zhǎng)，縱坡降較大。5.12地震前五星溝流域植被較發(fā)育，植被覆蓋率達(dá)到65%以上，無地質(zhì)災(zāi)害。5.12地震后，溝域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育且植被遭到較嚴(yán)重破壞。溝流域內(nèi)發(fā)育有17處崩塌、86處滑坡及多處的淺表層土體溜滑。根據(jù)五星溝流域地形地貌及物源補(bǔ)給特征等相關(guān)因素，可分為物源區(qū)、流通堆積區(qū)（圖1、2、3）。

圖2　五星溝流通堆積區(qū)

物源區(qū)位于溝上游，為中山地貌，流域面積15km2，溝道的縱長(zhǎng)6km，高程最高點(diǎn)1 670m，最低點(diǎn)784m。該段溝道地形陡峭，縱坡降較大，平均縱坡降180.00‰，多為呈“V”形，溝谷兩側(cè)岸坡較陡峭，多在42°～65°，局部達(dá)到70°，溝谷寬度8～40m。

流通堆積區(qū)位于五星溝主溝的中下游，為中低山地貌，流域面積21.70km2，溝道縱長(zhǎng)5.90km，最高點(diǎn)高程784m，最低點(diǎn)677m。溝谷兩側(cè)岸坡較陡峭，溝道平均縱坡降18.5‰，溝谷立面形態(tài)多呈“U”字形，，多在28°～50°，局部達(dá)到50°以上，溝谷寬度30～55m。各主要支溝的泥石流匯入五星溝主溝后，流通且堆積于此段。五星溝中下游的地形坡度較小，縱坡降較小，不利于泥石流的形成。

2　成因分析

地震破壞山坡巖土體結(jié)構(gòu)，為泥石流的爆發(fā)提供了松散固體物質(zhì)，地震活動(dòng)為溝谷侵蝕，極為有利于泥石流溝的發(fā)育和形成［5-7］。五星溝泥石流災(zāi)害的形成主要受地層巖性、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造以及地震活動(dòng)等4大因素的影響，在強(qiáng)烈地震和暴雨作用基礎(chǔ)上，導(dǎo)致了五星溝9.24泥石流的爆發(fā)［8-9］。

1） 降雨，2008年9月23日凌晨到24日上午，據(jù)唐家山雨量站記錄24h降雨量達(dá)173.8mm，其中最大小時(shí)雨強(qiáng)61mm（圖4）；9月24日0:00～5:00為57.9mm（圖5），最終誘發(fā)大范圍泥石流的雨量是在5:00～6:00，雨量達(dá)到41mm/h。此時(shí)，前期累積雨量已達(dá)231.7mm，引發(fā)五星溝上游多處滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)，在主溝和支溝溝道兩側(cè)山坡松散殘破積堆積層發(fā)生大面積滑塌，在局部較狹窄溝段造成較為嚴(yán)重堵塞并形成小型堰塞湖，流域上游洪水迅速匯流后，猛烈沖刷溝谷溝道和岸坡松散固體堆積物，導(dǎo)致了泥石流的暴發(fā)。

2）地形地貌，溝谷形態(tài)在中上游段多呈“V”字形，溝道兩側(cè)坡度35°～60°，局部達(dá)到60°以上。溝谷寬度8～40m。中下游段多呈“U”字形，溝谷寬度25～55m，縱坡降較陡，各支溝溝谷縱坡降較大，特別是上游段及各支溝縱坡多在350‰以上，降雨的徑流系數(shù)一般在0.2～0.3左右，為水源的匯流集中提供了基礎(chǔ)。

3）物源條件，五星溝地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體破碎，為泥石流的發(fā)生提供了充足的物源。五星溝主溝崩滑類物源共計(jì)19處，崩滑類物源總量50.45×104m3，崩滑類物源動(dòng)儲(chǔ)量10.36×104m3，坡面侵蝕物源5處，坡面侵蝕物源總量0.18×104m3，坡面侵蝕類物源動(dòng)儲(chǔ)量0.15×104m3，溝道堆積物源4處，溝道堆積物源總量18.9× 104m3，溝道堆積物源動(dòng)儲(chǔ)量1.75×104m3。

4）水源條件，五星溝流域地處四川盆地西北邊緣暴雨中心，降雨量豐富，統(tǒng)計(jì)至1967年，年均降雨量1 399.1mm，最大2 340mm，24小時(shí)大降雨量279mm，時(shí)最大降雨全年降雨量的71%～76%都集中在6～9月，最大占據(jù)北川縣氣象局資料，2008年9月23日8點(diǎn)至24日7點(diǎn)北川縣降20年一遇暴雨，擂鼓山鎮(zhèn)降水量達(dá)275mm。5.12地震時(shí)在鄧家溝上游形成三個(gè)堰塞湖，暴雨誘發(fā)堰塞湖的潰決，都為泥石流暴發(fā)提供了充足的水源條件。

圖3　五星溝主溝及支溝物源分布示意圖

圖4　2008年9月23日降雨量唐家山雨量觀測(cè)站（2008年9月24日觀測(cè)數(shù)據(jù)）

圖5　2008年9月24日降雨量

3　泥石流爆發(fā)過程及影響

五星溝主溝在5.12大地震之前歷史上就曾發(fā)生過兩次較大規(guī)模泥石流：1988年7月和1998年8月受暴雨激引發(fā)。當(dāng)時(shí)溝道內(nèi)固體物源較少，泥石流主要為渾濁水流攜帶少量碎石、塊石，未形成人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)的重大損失。

9.24泥石流屬暴雨+潰決溝谷型泥石流，通過對(duì)五星溝主溝溝的調(diào)查表明，該溝內(nèi)松散固體物質(zhì)的堆積量大，堆積扇規(guī)模較大，主河河型略有彎曲，泥沙補(bǔ)給長(zhǎng)度比30%～60%，其活動(dòng)強(qiáng)度屬于強(qiáng)類型，其爆發(fā)過程為。

1）前期降雨，在9.24泥石流之前有較大規(guī)模的強(qiáng)降雨，使區(qū)內(nèi)表層松散土體含水達(dá)到飽和、容重增加，抗滑力減小，穩(wěn)定性得到降低，為泥石流的發(fā)生提供了前提條件。

2）2008年9月23日8:00至24 日7:00，北川縣遭遇20年一遇的特大暴雨，擂鼓鎮(zhèn)區(qū)域降水量高達(dá)275mm，此次暴雨促使五星溝溝內(nèi)的三個(gè)堰塞湖潰決，激發(fā)了五星溝泥石流的產(chǎn)生。

3）滾動(dòng)式發(fā)展，強(qiáng)降雨匯流形成的洪峰對(duì)岸坡、溝道產(chǎn)生了巨大的水壓力。洪水刨蝕溝槽側(cè)蝕、岸坡，繼而擴(kuò)大原滑坡動(dòng)儲(chǔ)量的范圍，松散固體物質(zhì)隨著洪水向溝谷運(yùn)動(dòng)形成泥石流。形成的泥石流向前運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)側(cè)蝕、刨蝕能力，溝銘，如此滾動(dòng)發(fā)展，使泥石流規(guī)模越來越大。

4）泥石流進(jìn)入流通堆積區(qū)后，在鄧家溝下游形成帶狀堆積，堆積至雙流1社安置點(diǎn)下的砂場(chǎng)后擴(kuò)散角逐漸變大，形成不規(guī)則的扇形堆積面，即完成了泥石流的運(yùn)動(dòng)過程。

5.12地震后造成的巖體崩塌，9.24泥石流沖開了溝道上游的堰塞體，則大增加了該區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率，如以后一旦遭到大暴雨，勢(shì)必引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)調(diào)研資料，區(qū)內(nèi)魏家溝泥石流處于發(fā)展階段。

4　結(jié)論

1）二疊系的灰?guī)r及砂板巖組成的斜坡體受汶川地震強(qiáng)烈作用，導(dǎo)致溝谷兩岸坡體大面積失穩(wěn)，形成較大規(guī)?；?，并在溝床堆積了大量松散堆積物，成為泥石流固體物質(zhì)補(bǔ)給源。

2）地震后的強(qiáng)降雨過程是誘發(fā)泥石流的動(dòng)力因素，泥石流爆發(fā)是前期累積雨量和當(dāng)時(shí)激發(fā)雨強(qiáng)共同作用下的結(jié)果。

3）2008年9月24暴雨條件下五星溝泥石流的搬運(yùn)輸移能力巨大，一次性沖出量高達(dá)38×104m3，整體上形成條帶狀堆積區(qū)域，堆積面積0.56km2。

4）五星溝主溝泥石流的活動(dòng)強(qiáng)度屬于強(qiáng)類型，未來幾年該區(qū)域泥石流發(fā)生將更加頻繁。

因此，特別加強(qiáng)對(duì)汶川震區(qū)的泥石流溝危險(xiǎn)源識(shí)別調(diào)查工作，根據(jù)泥石流災(zāi)害成災(zāi)體的易損性分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，采用有效的工程防治工作來控制泥石流的發(fā)生和降低其危害性。

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The Rainstorm-induced Debris Flow in Wuxing Valley，Beichuan after the Wenchuan Earthquake

DONG Jian-hui WEI Liang-shuai ZHANG Guo-qiang
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation， Chengdu 610072）

The Wenchuan earthquake induced a large number of high landslide which provided a rich source for debris flow. This paper has a discussion on debris flow initiation process， deposition process and activity intensity of the rainstorm-induced debris flow in Wuxing Valley， Beichuan on Sep. 24， 2008 and predicts its development trend.

debris flow； rainstorm； Wuxing Valley； Wenchuan earthquake

P642.23

A

1006-0995（2015）04-0593-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.027

2015-01-018

董建輝（1984～），男，江西人，博士，工程師，主要從事巖土體穩(wěn)定性、信息化施工及設(shè)計(jì)的研究工作