徽縣廟兒溝泥石流成因及防治措施研究

邵東橋，吳正軍，郭一兵，邵東航

（1.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅　蘭州　730000；2.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅　蘭州　730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京　100049）

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徽縣廟兒溝泥石流成因及防治措施研究

邵東橋1，吳正軍1，郭一兵1，邵東航2，3

（1.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州730000；2.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅蘭州730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

摘要：通過對徽縣廟兒溝泥石流形成條件、發(fā)育特征、規(guī)模及成因的研究，得到廟兒溝從降雨、物源和地形地貌均滿足泥石流形成的條件，廟兒溝泥石流成因主要是支溝匯流和主溝侵蝕下切造成，支溝匯流形成強(qiáng)大的動能，流通區(qū)主溝掏蝕溝岸和揭底溝床堆積物源形成泥石流，并形成一個泥石流容重和流量不斷增大的過程，在下游溝道平緩地段泥石流動能減緩，并開始堆積。在研究廟兒溝泥石流形成條件、發(fā)育特征及成因的基礎(chǔ)上，本論述提出了攔擋、排導(dǎo)、護(hù)岸和清淤的綜合防治措施建議。

關(guān)鍵詞：泥石流；形成條件；防治措施

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.001

泥石流是最為普遍和常見的地質(zhì)災(zāi)害類型之一，國內(nèi)外學(xué)者對泥石流的成因機(jī)制進(jìn)行過大量的研究［1～8］，但由于泥石流具有很強(qiáng)的地域特色［9］，與區(qū)域降雨、地形地貌、物源、地質(zhì)構(gòu)造、植被、人類工程活動等密切相關(guān)，因此不同的泥石流溝，其成因機(jī)制也不相同。本論述對廟兒溝泥石流形成條件及成因機(jī)制進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的防治措施建議，以期對該區(qū)域泥石流的研究提供一定的參考價值。

廟兒溝位于徽縣北部麻沿河鄉(xiāng)麻安村，是條老泥石流溝，自上世紀(jì)九十年代至今共爆發(fā)過多次規(guī)模不等的泥石流，其中規(guī)模較大的泥石流共四次，廟兒溝溝道上游及中下游居民較密集，泥石流災(zāi)害嚴(yán)重威脅居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。本論述通過現(xiàn)場勘查，分析泥石流形成的條件，研究其形成機(jī)制，為廟兒溝泥石流災(zāi)害的防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　泥石流形成條件

1.1地形地貌條件

廟兒溝泥石流流域面積6.2 km2（見圖1所示），流域呈東西向展布，呈“樹葉”狀，區(qū)內(nèi)地西北高東南低，最高位于西北側(cè)分水嶺，高程1 945 m，最低點(diǎn)位于溝口堆積物前緣，高程為1 445 m，相對高差500 m，流域?qū)偾治g構(gòu)造中山地貌，山勢較陡，主溝道長度3.17 km，主溝縱坡降122‰（見圖1所示），兩岸坡度一般為20°～50°（見表1所示）。主溝道呈“V”字型，中上游溝谷較為狹小，而下游溝谷較為開闊。泥石流堆積區(qū)沿溝道呈條帶狀分布，局部被改造為耕地及建筑用地。

表1　廟兒溝地形要素統(tǒng)計(jì)表

圖1　廟兒溝全流域圖

1.2物源條件

研究區(qū)物源主要為坡面侵蝕物源、滑坡崩塌物源和溝道堆積物源。廟兒溝發(fā)育三條支溝，崩塌滑坡主要在支溝內(nèi)發(fā)育，廟兒溝溝道兩岸植被較發(fā)育，覆蓋率達(dá)80%以上，受植物根系影響，大面積的坡面松散物補(bǔ)給較少，僅對裸露坡面且結(jié)構(gòu)松散地段進(jìn)行坡面侵蝕物源統(tǒng)計(jì)計(jì)算。主溝道兩側(cè)滑坡和溝岸崩塌發(fā)育地段，局部坡面植被被破壞，表層土體裸露且結(jié)構(gòu)松散，一旦遭遇強(qiáng)降雨，以表層沖刷方式進(jìn)行泥石流補(bǔ)給。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，廟兒溝流域內(nèi)共發(fā)育2處滑坡，4處崩塌，以小型為主，物質(zhì)組成主要為殘坡積碎石土，滑坡崩塌堆積體結(jié)構(gòu)松散（見圖2所示），顆粒相對較小，利于泥石流補(bǔ)給運(yùn)移。流域內(nèi)早期泥石流物質(zhì)在搬運(yùn)過程中沿溝道及溝口堆積（見圖3所示），為后期泥石流形成提供了物質(zhì)來源，溝床堆積厚度較厚，在中下游溝段，溝道變寬，輸砂能力減弱，堆積厚度變薄，根據(jù)溝床切割形成的溝坎揭露，沿程堆積物主要由塊石、礫石、碎石土組成，土石比例可達(dá)1∶9，可見塊石粒徑最大約0.1 m×0.15 m× 0.3 m，塊石粒徑大部分集中在0.01 m～0.1 m之間，主要由灰?guī)r、板巖、砂巖等組成，土質(zhì)成分含量較少，主要為粉土。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，廟兒溝流域內(nèi)泥石流固體松散物質(zhì)總量22.56×104m3，其中，溝床堆積物源所占比例最大，占28.28%，其次為滑坡堆積物源，占26.86%，崩塌堆積物源占24.73%，坡面侵蝕物源量占20.12%。總固體松散物質(zhì)儲量可轉(zhuǎn)化為泥石流的動儲量為2.78×104m3，其中，坡面侵蝕物源占總動物源的53.56%，其次為滑坡堆積動物源量，占17.69%，崩塌堆積動物源量占16.53%（見表2所示）。廟兒溝單位面積物源儲量動儲量達(dá)2.78×104m3/km2，可見形成泥石流的物源條件非常豐富。

1.3降雨條件

廟兒溝多年平均降水量750.9 mm，降水年際變化大，最多年份1983年為967 mm，最少年份1997年為458 mm。年內(nèi)降水分配不均，全年降水集中在7～9月，占年降水量的50～58%。降雨多以暴雨和連陰雨的方式出現(xiàn)，最大日降水量138 mm，最大降水量為64.1 mm/h。降雨強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隴南地區(qū)形成泥石流的界限雨值［10］。

圖2　崩塌物源　

圖3　溝床堆積物源

2　泥石流特征及成因分析

2.1泥石流特征

2．1．1泥石流性質(zhì)

通過現(xiàn)場大容重試驗(yàn)、調(diào)查訪問和參照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，綜合以上方法確定廟兒溝泥石流容重為1.63 t/m3，屬黏性泥石流。

2．1．2泥石流規(guī)模

廟兒溝泥石流爆發(fā)頻率較高，自上世紀(jì)九十年代至今共爆發(fā)過多次規(guī)模不等的泥石流，其中規(guī)模較大的泥石流共四次，2013年泥石流規(guī)模最大，麻沿河鄉(xiāng)11 h降雨量達(dá)120 mm，泥石流爆發(fā)時伴有較大響聲，泥石流流體為泥夾碎石，呈黃褐色稀粥狀，持續(xù)時間近1 h，沖出固體物質(zhì)總量約3 000 m3，主要堆積于居民區(qū)段的平緩溝道內(nèi)，下游溝道居民所在處50年一遇流量為75.46 m3/s，泥石流一次最大沖出量達(dá)3 900 m3。

表2　廟兒松散固體物質(zhì)儲量匯總表

2.2泥石流成因分析

研究區(qū)具備激發(fā)泥石流的降雨條件，流域內(nèi)滑坡崩塌發(fā)育，溝床堆積大量物源，固體物質(zhì)儲量豐富，地勢陡峻，溝床縱比降大，降雨匯流和泥沙的運(yùn)輸提供了良好的地形條件，以上說明廟兒溝具備泥石流形成的三大條件。廟兒溝發(fā)育3條支溝和1條主溝，支溝溝道狹窄，溝床基巖裸露，泥石流以匯流為主，主溝溝道寬闊，溝床堆積大量物源，泥石流以沖蝕下切和溝床揭底為主。崩塌滑坡松散物質(zhì)主要在支溝內(nèi)發(fā)育，降雨帶動其匯入主溝道，形成溝道堆積物源，強(qiáng)降雨從坡面及支溝迅速匯集于主溝道形成巨大的動能，在主溝道溝床坡降大于100‰地段水流啟動溝道堆積物源向下游排泄，泥石流速度不斷增大，主要以掏蝕溝岸帶動崩塌物和溝床掀底帶動溝床堆積物質(zhì)的方式運(yùn)動，使其產(chǎn)生新的物源繼續(xù)參與泥石流運(yùn)動，泥石流流量和規(guī)模進(jìn)一步增加，在主溝道溝床坡降小于100‰地段，泥石流流速減慢，隨著坡降減緩，泥石流開始在溝床堆積，泥石流的運(yùn)動從侵蝕變?yōu)槎逊e，堆積區(qū)居民密集，主要危害方式為淤埋房屋。

3　防治措施建議

廟兒溝物源主要由滑坡崩塌堆積物源、溝床堆積物源及坡面侵蝕物源三部分組成，能夠參與泥石路活動的動物源儲量較大，且空間分布較分散，采取工程措施全部攔固非常困難。溝道上游和中下游居民房屋集中分布在溝道兩側(cè)，溝道排導(dǎo)能力十分有限，遠(yuǎn)無法滿足排導(dǎo)五十年一遇的泥石流的要求，一旦發(fā)生泥石流災(zāi)害，必將造成無法挽回的損失。因此，對該溝道采取相應(yīng)的排導(dǎo)、護(hù)岸措施成為泥石流災(zāi)害防治的關(guān)鍵。筆者建議防治方案采用“以排導(dǎo)為主，輔以攔固部分物源”的綜合治理措施。

3.1攔固措施

在主溝上游段布設(shè)一座攔擋壩（5-5'剖面處），將上游物源進(jìn)行攔固，減緩泥石流的啟動。Ⅱ號支溝和Ⅲ號支溝崩塌滑坡發(fā)育，因此在Ⅱ號支溝中布設(shè)兩座攔擋壩（7-7'剖面和8-8'剖面處），在Ⅲ號支溝中布設(shè)一座攔擋壩（2-2'剖面處），將滑坡崩塌物源攔固在溝道內(nèi)，同時提高溝床比降，減緩泥石流洪峰流量，減輕主溝泥石流排導(dǎo)壓力。

3.2排導(dǎo)措施

在主溝和Ⅱ號支溝交匯處為麻安村居民，因此建議在穿越村莊段（3-3'、4-4'、6-6'剖面處）布設(shè)排導(dǎo)堤和護(hù)岸堤，使泥石流能夠在設(shè)計(jì)頻率下順利排導(dǎo)而不造成災(zāi)害。同樣在溝道下游堆積區(qū)段（1-1'剖面處）村莊密集區(qū)布設(shè)左岸單側(cè)護(hù)岸堤，防治泥石流掩埋村莊。

3.3清淤措施

村莊所在局部地段泥石流淤積嚴(yán)重，建議對其進(jìn)行清淤，以提高排導(dǎo)能力。

4　結(jié)論

（1）廟兒溝流域相對高差大，兩岸山坡陡峭，溝床縱比降大，為泥石流的形成提供了很好的地形條件；流域內(nèi)崩塌滑坡發(fā)育，曾發(fā)生過多次泥石流災(zāi)害，溝道堆積大量物源，為泥石流的形成提供了固體物質(zhì)來源；同時，此區(qū)域降雨強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過能夠激發(fā)泥石流的雨強(qiáng)界限值。因此，廟兒溝完全具備泥石流形成的三大條件，歷史上也發(fā)生過多次泥石流災(zāi)害，造成不同的損失。

（2）廟兒溝泥石流成因機(jī)制只要為支溝匯流和主溝侵蝕下切，支溝溝道狹窄，溝床基巖裸露，泥石流以匯流為主，主溝溝道寬闊，溝床堆積大量物源，泥石流以沖蝕下切和溝床揭底為主。強(qiáng)降雨從坡面及支溝迅速匯集于主溝道形成巨大的動能，啟動溝道堆積物源向下游排泄，泥石流速度不斷增大，主要以掏蝕溝岸帶動崩塌物和溝床掀底帶動溝床堆積物質(zhì)的方式運(yùn)動，使其產(chǎn)生新的物源繼續(xù)參與泥石流運(yùn)動，泥石流流量和規(guī)模進(jìn)一步增加，在道溝床坡降小較小地段流速減慢并堆積，泥石流的運(yùn)動從侵蝕變?yōu)槎逊e。

（3）廟兒溝泥石流防治措施為在主溝上游和支溝布設(shè)攔擋壩，將部分物源攔固在溝道內(nèi)，同時抬升溝床，減緩泥石流匯流形成的巨大動能；在穿越村莊段布設(shè)排導(dǎo)堤和護(hù)岸堤，使泥石流能夠順利排導(dǎo)而不造成災(zāi)害，同時在布設(shè)排導(dǎo)堤和護(hù)岸堤段進(jìn)行清淤，提高泥石流排導(dǎo)能力。

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作者簡介：邵東橋（1987 -），男，甘肅定西人，碩士，助理工程師，主要研究方向：地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與防治。

收稿日期：2016- 3- 28

中圖分類號：P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A