瀘定縣寨子溝泥石流基本特征及危險性評價

高 揚，王 衛(wèi)，劉立波，宋海波

（1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都610059；2.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，濟寧272100）

泥石流作為山區(qū)常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，具有突發(fā)性、歷時短以及危害嚴(yán)重等特點，是山區(qū)建設(shè)中嚴(yán)重威脅人民財產(chǎn)安全的地質(zhì)災(zāi)害之一。因此對山區(qū)泥石流溝特征進(jìn)行研究以及對其進(jìn)行危險性評價具有重要的現(xiàn)實意義［1］。

寨子溝泥石流位于四川省瀘定縣興隆鎮(zhèn)境內(nèi)。根據(jù)調(diào)查，寨子溝歷史上曾多次發(fā)生過泥石流災(zāi)害，其中以1937年和1975年的規(guī)模為最大。5·12地震以及4·20地震后至今，主溝雖尚未發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，但溝域內(nèi)松散固體物源量有所增加，崩塌滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，主溝中已堆積了大量的松散固體物質(zhì)。近年來寨子溝內(nèi)有小型泥石流頻繁流出，如遇大暴雨則寨子溝發(fā)生大規(guī)模泥石流災(zāi)害的可能性較大，嚴(yán)重威脅到人民群眾生命財產(chǎn)安全。本文對該泥石流成災(zāi)原因、動力特征及其危險性進(jìn)行了研究。

1 泥石流形成條件

1.1 地形地貌

寨子溝總體上為深切割“V”型谷，局部為“U”型谷，總體上具有岸坡陡峻，切割深度較大的特點，流域形態(tài)為倒漏斗形。主溝縱長3.38km，面積為2.63km2。主溝溝頭最高點高程為2 598.5m，溝口與興隆河交匯處高程為1 422.5m，相對高差1 176m，主溝平均縱坡降358.9‰，水系較為簡單，目前溝內(nèi)無水流。寨子溝上游地形開闊，有利于雨水的匯集，下游寬度一般可達(dá)40～60m，大量松散物質(zhì)堆積于溝內(nèi)，同時溝口局部地段也較為狹窄，形成寬窄相間的變化特點，局部形成卡口，為泥石流束流加速提供了有利的地形條件。

1.2 物源

1.2.1 崩滑堆積物源

崩滑堆積物源是寨子溝泥石流的主要物源。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，寨子溝溝谷內(nèi)共發(fā)育較大規(guī)模的崩塌8處，老滑坡堆積體2處。其中崩塌主要發(fā)育于閃長巖中，分布于溝域中上游左側(cè)岸坡，其總物源量約為47.37萬m3。寨子溝內(nèi)的崩塌堆積物坡度大多處于33°以下，小于天然休止角，處于穩(wěn)定狀態(tài)。其參與泥石流的方式為暴雨激發(fā)或者洪水泥石流沖刷坡腳，按照可動物源厚度0.5m計算，其可能參與泥石流活動的物源量為5.89萬m3。

本次調(diào)查范圍內(nèi)的2處滑坡均為古滑坡堆積體，滑坡穩(wěn)定性良好，目前2個滑坡均未出現(xiàn)變形現(xiàn)象，發(fā)生整體性滑動、堵塞河床的可能性不大。但如果遭受暴雨沖刷及洪水掏蝕坡腳時則可能引發(fā)其復(fù)活變形，因此本次勘查也將其納入物源統(tǒng)計，其參與泥石流的方式為泥石流沖刷坡腳，使滑坡堆積物被裹挾參與進(jìn)泥石流活動，其總堆積量為12.58萬m3，可能參與泥石流活動的物源量為1.1萬m3。

1.2.2 溝床堆積物源

根據(jù)野外調(diào)查，寨子溝中下游溝床縱坡較陡，且松散堆積物源豐富，當(dāng)?shù)鼐用駥⒃撎帨洗舱頌楦兀茐牧嗽嫉纳鷳B(tài)環(huán)境，加重了溝道物源的松散程度，且植被稀少，使得溝床物源更容易被啟動，溝床可能被刨蝕，大量溝床堆積物被裹挾從而形成大規(guī)模的泥石流，造成巨大的危害。結(jié)合本次調(diào)查的歷史上泥石流沖切情況，預(yù)測其沖刷深度為2～3m，視溝域面積及匯流條件、溝道堆積物顆粒特征和結(jié)構(gòu)、溝道縱坡及堵塞情況等會略有差異。據(jù)此估算溝床揭底沖刷可能參與泥石流活動的松散固體物源總量約6.882×105m3，其中可動物源量達(dá)約1.155×105m3左右。

溝床堆積物源占總物源的45.88%，其可動物源占總可動物源的48.35%。因此如何有效防止溝床物源的啟動應(yīng)是寨子溝泥石流防治工程的重點。

1.2.3 坡面侵蝕物源

寨子溝溝域內(nèi)坡面侵蝕物源主要發(fā)育于花崗巖、閃長巖等巖漿巖全風(fēng)化所形成的表層殘坡積土內(nèi)，由于殘坡積土厚度巨大，且多被農(nóng)民整理成耕地，從而植被破壞嚴(yán)重，加重了其松散程度。溝域內(nèi)坡面侵蝕物源參與泥石流活動的方式主要為水土流失，包括面蝕和溝蝕。侵蝕強烈的情況下可能形成坡面泥石流或坡面沖溝泥石流。根據(jù)調(diào)查可提供的松散固體物源總量約3.383×105m3，按特大暴雨條件下侵蝕厚度0.5m計，其可參與泥石流活動的動儲量約為6.45×104m3。

1.3 水源

寨子溝泥石流的水源主要來源于大氣降水，暴雨是泥石流的主要激發(fā)因素。研究區(qū)內(nèi)受到東南季風(fēng)和來自四川盆地的暖濕氣流的影響，雨量充沛。區(qū)內(nèi)年最大降水量1 113.6mm，年平均降水量897.8mm，月最大降水量300.5mm，月平均降水量81.4mm，日最大降水量75.3mm，日平均降水量2.8mm。根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》所附暴雨量等值線圖，寨子溝附近地區(qū)的1／6h、1h、24h多年最大暴雨量平均值分別為7.5mm、23mm、70mm。在P＝2%的條件下，1／6h、1h、24h雨強可分別達(dá)到16.875mm、45.77mm、132.3mm，完全具備引發(fā)泥石流災(zāi)害的降雨條件。研究區(qū)2個小時內(nèi)不同頻率下的降雨量值如圖1所示。

圖1 不同頻率下的累積降雨量值

2 泥石流動力學(xué)特征

2.1 重度

泥石流流體重度是泥石流動力學(xué)特征的關(guān)鍵參數(shù)，本次研究采取了現(xiàn)場配漿法、查表法、公式法等方法來綜合確定。

1）現(xiàn)場配漿法計算公式為

式中：γc為泥石流重度（t／m3）；Gc為配制泥漿重量（t）；V 為配制泥漿體積（m3）。

求得泥石流重度為1.96t／m3。

2）查表法按照DZ／T 0220—2006《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》附錄H填寫泥石流調(diào)查表并按附錄G進(jìn)行易發(fā)程度評分，求得泥石流重度為1.752t／m3。

3）公式法參照文獻(xiàn)［2］采用公式

式中：γc為容重（g／cm3）；x為泥石流中的黏粒含量，求得泥石流重度為1.762t／m3。

本次泥石流重度的綜合取值采用1.752t／m3。

2.2 泥石流流速

采用甘肅武都地區(qū)泥石流的公式

式中：Vc為泥石流流速（m／s）；Hc為平均泥深（m），根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查泥痕；Mc為流速參數(shù)；Ic為泥位縱坡率。

求得溝口處的泥石流流速為6.16m／s。

2.3 泥石流流量

2.3.1 暴雨洪水流量

采用文獻(xiàn)［3］推薦的公式計算設(shè)計頻率下的洪水洪峰流量

式中：ψ為洪峰徑流系數(shù)；Sp為單位歷時的暴雨平均強度或稱暴雨雨力（mm／h）；n為暴雨遞減指數(shù)。

2.3.2 設(shè)計泥石流流量

假設(shè)計算斷面的暴雨洪水流量全部轉(zhuǎn)變成泥石流流量，采用修正的東川公式進(jìn)行計算

式中：Qc為頻率為P 的泥石流洪峰值流量（m3／s）；Qp為頻率為P 的暴雨洪水設(shè)計流量（m3／s）；Dc為泥石流堵塞系數(shù)；φ為泥石流泥沙修正系數(shù)。

不同設(shè)計暴雨頻率（P）下，寨子溝泥石流的流量計算結(jié)果見表1。

表1 寨子溝泥石流流量統(tǒng)計參數(shù)及結(jié)果

由表1可知，寨子溝泥石流50a一遇（P＝2%）時的流量為71.01m3／s，這與現(xiàn)場調(diào)查訪問的結(jié)果基本一致。

通過以上對泥石流運動特征的分析，可知該泥石流的規(guī)模為中等，流速較大。

3 泥石流危險性評價

3.1 發(fā)生頻率與發(fā)展趨勢

寨子溝作為一條老泥石流溝，歷史上曾多次暴發(fā)大規(guī)模泥石流。近期則在1937年、1975年以及1996年暴發(fā)過較大規(guī)模的泥石流。據(jù)此推算，寨子溝暴發(fā)較大規(guī)模泥石流的頻率為3.90次／100a。

本文根據(jù)文獻(xiàn)［4］推薦的方法計算寨子溝流域地形體積比Vw／HbAb，得Vw／HbAb＝50.67%，寨子溝泥石流高程曲線如圖2所示。寨子溝的發(fā)展階段為壯年期，屬于溝谷泥石流發(fā)育的旺盛期。計算模型從1︰50 000數(shù)字地形圖上獲取。

3.2 危險性評價

本次判定寨子溝泥石流的危險程度，采取劉希林［5］推薦的單溝泥石流危險度評價方法：

H＝0.29 M＋0.29F＋0.14S1＋0.09S2＋0.06S3＋0.11S6＋0.03S9

式中：M為泥石流規(guī)模；F為泥石流發(fā)生頻率；S1為流域面積；S2為主溝長度；S3為流域相對高差；S6為流域切割密度；S9為不穩(wěn)定溝床比例。

其中M、F為2個主要因子，其余為輔助性因子。寨子溝泥石流各項因子的實際值及轉(zhuǎn)換值見表2。

圖2 寨子溝流域高程曲線

由表2可知寨子溝泥石流的危險度H單＝0.40，按照危險度分級標(biāo)準(zhǔn)：極低危險（0～0.2）、低度危險（0.2～0.4）、中度危險（0.4～0.6）、高度危險（0.6～0.8）、極高度危險（0.8～1.0），可知寨子溝泥石流屬于中度危險的泥石流溝。

表2 泥石流危險度評價因子實際值及轉(zhuǎn)換值

4 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和以上分析，針對寨子溝的實際情況，得出了以下幾點結(jié)論：

1）寨子溝流域內(nèi)地形陡峻、物源豐富、降水充沛，具備泥石流發(fā)育的良好條件。

2）寨子溝泥石流容重為1.752t／m3，溝口處流速為6.12m／s，50a一遇（P＝2%）時的流量為71.01m3／s。由此可知寨子溝泥石流的規(guī)模為中等，流速較大。

3）寨子溝泥石流是一條老泥石流溝，其暴發(fā)頻率為3.90次／100a，發(fā)生階段屬壯年期；寨子溝泥石流的危險度H單＝0.40，屬中度危險泥石流溝。

4）該泥石流溝可采取以治為主，以防為輔的治理措施［6］。建議溝域內(nèi)實行生物工程以及土建工程等綜合治理措施抑制泥石流的發(fā)生；對受泥石流威脅的重點項目，應(yīng)建有適當(dāng)?shù)姆雷o措施。

［1］Liu Xilin.Assessment on the severity of debris flows in mountainous creeks of southwest China［C］／／Proveedings of International Symposium of Interpraevent 1996，1996：145－154.

［2］陳寧生.泥石流勘查技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2011：127－129.

［3］四川省水利廳.四川省中小流域暴雨洪水計算手冊［M］.成都：［出版者不詳］，1984：8－17.

［4］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，1991：16－23.

［5］劉希林，李秀珍，蘇鵬程.四川德昌縣凹米羅溝泥石流成災(zāi)過程與危險性評價［J］.災(zāi)害學(xué)，2005，20（3）：78－83.

［6］劉希林，唐川.泥石流危險性評價［M］.北京：科學(xué)出版社，1995：25－26.