母底落河泥石流排導(dǎo)槽設(shè)計要點回顧

趙軍

【摘要】由于特殊的地形、地質(zhì)和氣象原因，南澗縣水土流失嚴(yán)重。1994年7月17日爆發(fā)的公郎鎮(zhèn)母底落河泥石流洪澇災(zāi)害，造成嚴(yán)重?fù)p失。泥石流排導(dǎo)槽是排泄泥石流的通道，是否具備良好的排泄能力，關(guān)乎居民生命財產(chǎn)安全。本文通過對母底落河矩形泥石流排導(dǎo)槽設(shè)計要點回顧，希望能對山區(qū)泥石流河道整治提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】泥石流 矩形排導(dǎo)槽斷面 設(shè)計要點

1994年7月17日，南澗縣公郎鎮(zhèn)發(fā)生暴雨泥石流洪澇災(zāi)害，災(zāi)害危及全鄉(xiāng)10個村公所（辦事處）160個農(nóng)業(yè)社，3500戶15340人受災(zāi)，7人死亡，167人受傷。其中，母底落河兩岸公郎鎮(zhèn)老街區(qū)受災(zāi)最為嚴(yán)重，7人死亡，兩岸居民100余戶房屋損毀，近岸泥石流堆高超過街區(qū)平均標(biāo)高6m以上。

災(zāi)情發(fā)生后，及時得到省、州黨委、政府的關(guān)心，根據(jù)省州領(lǐng)導(dǎo)指示，縣委政府決定成立重建家園規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)組，縣水電局負(fù)責(zé)河道整治規(guī)劃。

95年底，完成母底落河泥石流河道整治747m。工程投入運行至今，經(jīng)歷了多次較大暴雨洪水，運行情況良好，達(dá)到了不沖不淤的效果，確保了兩岸公郎鎮(zhèn)老街區(qū)居民生命財產(chǎn)安全。

1、流域調(diào)查

流域調(diào)查的目的是確定是否屬于泥石流流域。如為泥石流流域，則應(yīng)按泥石流河道規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行河道整治。公郎河流域調(diào)查情況如下：

母底落河屬公郎河流域，徑流面積11.2k㎡，主河道長3.2km，流域形狀呈長條形或柳葉形，河道自然坡降63‰。流域?qū)儆趤啛釒У蜔岷庸葰夂?，氣候垂直變化明顯，年均氣溫17.3℃，年平均降雨量為1072mm。山坡降雨量豐富，常有單點暴雨出現(xiàn)，年降雨量1500-1700mm，降雨量集中在5-10月。一九九四年七月十七日4：00-5：30，流域普降暴雨，局部地區(qū)（母底落、羅白克上游）降特大暴雨，據(jù)縣氣象觀測資料，暴雨中心24小時降雨量達(dá)200mm以上，單點暴雨在母底落、羅白克上游觸發(fā)大規(guī)模泥石流。

流域中心高程高程1630m，區(qū)內(nèi)有舊村河、大小螞蝗箐等數(shù)條泥石流沖溝，泥石流物質(zhì)補(bǔ)給充沛，沖溝岸坡較陡。

區(qū)內(nèi)主要受無量山斷裂及公郎弧形斷裂控制，境內(nèi)較大斷裂為公郎-板橋斷裂，次生小斷裂若干。母底落主要出露 、 兩套地層。

：為寒武系公郎變質(zhì)巖群第三段，微晶片巖，板巖夾云母砂巖。

：為寒武系公郎變質(zhì)巖群第四段，黑色灰質(zhì)、鈣質(zhì)、硅質(zhì)板巖夾片巖。

以上兩套地層，在公郎母底落河有廣泛分布，具有易風(fēng)化、易破碎、易搬運的特點，給泥石流的形成提供了充沛的碎屑物質(zhì)。

公郎河流域?qū)儆跒憸娼饔颍挥谀蠞?耿馬地震帶上，歷史上境內(nèi)5級以上地震有4次，屬地震活動強(qiáng)烈區(qū)。該區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度，50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.2g。

通過調(diào)查，母底落河流域具備泥石流流域的氣候特征條件、流域形態(tài)特征條件、地質(zhì)及地震條件、泥石流特征條件等評定泥石流溝的直接影響因素條件，且已爆發(fā)泥石流并造成嚴(yán)重災(zāi)害損失，滿足泥石流發(fā)生的物質(zhì)、水體、壓力坡三個基本條件和水體突然增加的激發(fā)、觸發(fā)和誘發(fā)條件，判定為泥石流流域，應(yīng)按泥石流溝道進(jìn)行河道治理。

2、設(shè)計斷面泥石流流量計算公式的確定

設(shè)計斷面泥石流流量計算有多種方法，如形態(tài)調(diào)查法、配方法、地區(qū)經(jīng)驗公式法、實測法等。母底落河設(shè)計斷面泥石流流量，按配方法計算。即下式：

式中： 為設(shè)計斷面泥石流峰量；

為泥石流流量增加系數(shù)；

為某一頻率的暴雨洪水設(shè)計流量；

為堵塞系數(shù)。

上式表明，設(shè)計斷面泥石流流量，與常規(guī)河道治理比較，多考慮了泥石流流量增加和堵塞因素。

母底落河設(shè)計洪峰流量 的計算，因缺乏水文資料，采用《大理州水文手冊》所載經(jīng)驗公式計算，計算結(jié)果山區(qū)加大15%的安全修正值。該方法適用于大理州一般的石山區(qū)、山區(qū)、半山區(qū)，即：

式中： 為設(shè)計洪峰流量；

為不同洪峰頻率常數(shù)；

為徑流面積；

泥石流流量增加系數(shù) 的計算，采用下式計算：

式中： 為泥石流流體容重；

為清水容重；

為土體實體容重；

母底落河泥石流堵塞系數(shù) 的確定，根據(jù)實際調(diào)查分析，按輕微堵塞情況考慮，取1.1。

母底落河泥石流排導(dǎo)槽設(shè)計斷面的泥石流流量，計算結(jié)果為122.9m?/s，與設(shè)計洪峰流量48 m?/s比較，增加了2.56倍?？梢姡Ｒ?guī)河道設(shè)計洪峰流量與泥石流河道設(shè)計計算流量的差異還是較大的。判斷是否屬于泥石流流域，是否按泥石流規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)防治，將影響整治工程規(guī)模與投資效果。

3、河床斷面設(shè)計要點

母底落河自然坡降大，結(jié)合實際地形考慮，并參考有關(guān)資料，選定65‰。；

河床地質(zhì)條件較好，河床橫斷面結(jié)構(gòu)采用為分離式漿砌石擋土墻-肋檻組合結(jié)構(gòu)。

斷面設(shè)計應(yīng)首先判斷泥石流屬于粘性還是稀性。因為粘性泥石流、稀性泥石流斷面計算方法、參數(shù)不同。經(jīng)初步分析計算，母底落河為稀性泥石流。稀性泥石流計算橫斷面尺寸按滿足下式過流能力確定河道斷面寬度B和深度H：

式中： 為防沖肋檻總高度； 為沖刷線以下埋深； 為排導(dǎo)槽槽底縱坡； 為通過設(shè)計最大流量時，軟基沖刷的檻間實際縱坡；

以上計算過程，合理選定寬深比很重要，應(yīng)根據(jù)過流能力最大、滿足允許流速、合理利用土地等原則選定。

母底落河斷面計算結(jié)果是：母底落河選定寬深比采用B/H=6；河道寬度B=10m，河床以上擋土墻高度2.0m（考慮安全超高）；肋檻間距30m。

三、結(jié)語

母底落河泥石流河道整治工程治理設(shè)計，首先對流域是否屬泥石流流域進(jìn)行流域調(diào)查分析判斷，這關(guān)乎治理工程的工程規(guī)模和投資效果；其次對泥石流流體特征進(jìn)行分析測定，這是判斷泥石流屬于粘性還是稀性的依據(jù)，也是斷面設(shè)計的計算方法、參數(shù)選擇的依據(jù)；再三對斷面結(jié)構(gòu)、寬深比、肋檻間距的設(shè)計原則進(jìn)行了簡要說明。由于彼時我縣對泥石流設(shè)計理論、檢測方法、手段的局限性，設(shè)計過程過于簡單，但整治效果良好。我縣后來進(jìn)行的羊角箐等高速攜沙水流河道治理工程，也引入了分離式擋墻-肋檻斷面結(jié)構(gòu)，考慮了河道寬深比因素對河道不沖不淤的影響，效果較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國科學(xué)院、水利部、成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 《泥石流 防治指南》