佛坪縣城泥石流危害與防治

李昭淑，楊　軍

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安　710069;2.佛坪縣國土資源局,陜西 佛坪　723400)

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·環(huán)境科學(xué)·

佛坪縣城泥石流危害與防治

李昭淑1，楊軍2

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安710069;2.佛坪縣國土資源局,陜西 佛坪723400)

以位于秦嶺山地的陜西佛坪縣城為研究對象，對其泥石流災(zāi)害及其防治狀況進(jìn)行研究。研究采用地質(zhì)災(zāi)害防治方法，通過野外考察，即對各條溝泥石流的形成機理、運動和致災(zāi)方式等搜集了大量第一手資料，并結(jié)合室內(nèi)分析整理，提出防治措施。認(rèn)為在實施中應(yīng)以防為主，防治結(jié)合，根據(jù)泥石流形成條件、運動規(guī)律，致災(zāi)方式等因地制宜，因害設(shè)防，并結(jié)合水土流失治理，改變生態(tài)環(huán)境，控制泥石流發(fā)展。防治中應(yīng)以工程防治為主，進(jìn)而達(dá)到綜合治理，工程措施應(yīng)在泥石流溝的形成區(qū)采取攔檔措施，堆積區(qū)采用排泄措施，即上欄下排的工程治理，這樣才能做到防患于未然。

秦嶺;佛坪縣城;泥石流;綜合治理

1　佛坪縣泥石流災(zāi)害

佛坪縣是自然災(zāi)害多發(fā)區(qū),大風(fēng)、冰雹、低溫、暴雨、連陰雨、山洪、滑坡、泥石流等類型時有發(fā)生。給人民生命財產(chǎn)造成慘痛損失,尤以泥石流災(zāi)害最甚,不僅破壞了這里山青水秀的自然壞境,而且嚴(yán)重影響了本地區(qū)國民經(jīng)濟的發(fā)展,使這里演變成為國家級貧困縣。歷史時期,佛坪曾多次發(fā)生大規(guī)模泥石流災(zāi)害,損失慘重。如2002年6月9日,因降特大暴雨,全縣34 920人受災(zāi),死亡237人,倒塌房屋10 564間,(圖1、圖2、圖3)。

圖1　2002年泥石流沖毀建在河漫灘的樓房Fig.1　Debris flow flood destroyed the buildings in 2002

圖2　2002年泥石流沖毀建在河漫灘的樓房Fig.2　The buildings were destroyed by debris flow flood in 2002

圖3　2002年泥石流河谷里的堆積物Fig.3　The accumulations of Debris flow flood in front of the buildings In 2002

全縣85%耕地受災(zāi),經(jīng)濟損失達(dá)數(shù)億元。2007年汛期全縣多次遭受暴雨襲擊,各地先后發(fā)生了突發(fā)性山洪、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害(表1),由于暴發(fā)突然,歷時短暫,具有強大的破壞力，淹埋農(nóng)田,沖毀渠道,破壞交通,毀壞民房,影響群眾生活、生產(chǎn)和社會發(fā)展。累計受災(zāi)人數(shù)3.8萬人,超過了全縣3.5萬總?cè)丝?倒塌房屋953間,受災(zāi)農(nóng)田1 456 hm2,超過總耕地的一半,直接經(jīng)濟損失1.17億元,約占該縣2006年國民生產(chǎn)總值的90%。

佛坪縣城周邊2007年遭受泥石流危害較為嚴(yán)重。8月29日20時至30日10時,城區(qū)降水量達(dá)174.1mm,暴發(fā)了多條坡面泥石流和溝谷泥石流,洪水涌進(jìn)街道、居民區(qū)、學(xué)校和縣政府,沖毀許多房屋,沿街門面房大多進(jìn)水。因災(zāi)死亡2人,受傷3人,4 000多人緊急轉(zhuǎn)移安置,淤泥3萬多m3,導(dǎo)致電力、供水中斷,基礎(chǔ)設(shè)施受損,縣城陷入半癱瘓狀態(tài),直接經(jīng)濟損失5 000萬元(圖4)。

圖4　佛坪縣城泥石流與分布示意圖Fig.4　Foping County mud-rock flow diagram

這里以佛坪中學(xué)為例作一說明。 佛坪中學(xué)占地約26 666.8 m2, 屬市級重點中學(xué), 是該縣境內(nèi)唯一的一所全日制中學(xué), 在校學(xué)生1 500人, 教職工逾百人。 學(xué)校背后有兩條泥石流溝(大灣溝、 黃家溝), 肖家莊水電站的引水渠穿過。 大灣溝泥石流出口有8 m多的巖坎, 當(dāng)泥石流通過時, 加大流速與沖擊力, 沖斷渠道增加流量, 毀壞學(xué)校圍墻, 涌入校園。 黃家溝泥石流規(guī)模較大, 穿過校鍋爐房邊的巷道, 涌入校園。 頓時, 校園一片汪洋， 學(xué)校大門成為排洪出口(圖5、 圖6、 圖7), 兩尺多深的洪水咆哮而出, 校園淤泥厚達(dá)0.6～1.8m, 全校斷水、 斷電近72 h。 時值學(xué)校暑假, 將近500名教職工和補課學(xué)生被圍困, 新學(xué)期(9月1日開學(xué))被迫推遲到9月6日開學(xué)。 佛坪中學(xué)受兩條泥石流夾擊, 他們都是曾發(fā)生過規(guī)模較大的泥石流溝。 因此, 佛坪中學(xué)是十分嚴(yán)重的隱患點, 威脅著1 600余名師生員工生命的安全與正常教學(xué)。

表1　佛坪縣2007年遭受暴雨洪水災(zāi)情表

圖5　2007年泥石流從佛坪中學(xué)校門口涌出Fig.5　Debris flow flood outflow form FoPing Middle school′s gate in 2007

圖6　2007年泥石流洪水從佛坪中學(xué)圍墻涌出Pig.6　Debris flow flood outflow form FoPing Middle school′s wall in 2007

圖7　2007年佛坪中學(xué)教職工清理校園內(nèi)泥石流淤積的泥沙Fig.7　The staffs of FoPing Middle Schools cleaned the mud in 2007

2　泥石流的形成環(huán)境分析

佛坪縣城受地貌、地質(zhì)、氣候、人為因素的影響,有利于泥石流發(fā)育形成,造成嚴(yán)重危害。

2.1地貌

縣城周邊地處中高山峽谷地貌區(qū),山體強烈上升,椒溪河急劇下切,河谷深邃,深切曲流發(fā)育,縣城位于河流凸岸，由狹長河床邊灘、階地和洪積扇組成,地勢較寬闊平坦,寬2 000 m左右,是城市建設(shè)的主要用地,城市布局受深切曲流限制,呈藕節(jié)分布。河谷相對高程400～500m,山坡陡峻,多大于30°。河谷兩岸發(fā)育有多條溝谷,每當(dāng)大暴雨或特大暴雨時,形成坡面、溝谷和河谷泥石流,對城市安全威脅很大。

2.2地質(zhì)

佛坪縣位于秦嶺海西褶皺和楊子地臺兩個地質(zhì)構(gòu)造單元的交接部位?？h城處于短軸復(fù)背斜構(gòu)造范圍,軸部為震旦系地層,翼部依次為寒武—奧陶、志留系等地層。出露的巖石有黑云母斜長片麻巖、斜長角閃片巖、大理巖、石英巖等。由于巖性堅硬受構(gòu)造運動影響,節(jié)理發(fā)育、風(fēng)化強烈,巖體較破碎,溝谷里滑坡崩塌發(fā)育,堆積的碎屑物較多,成為稀性泥石流搬運的主要固體物質(zhì)。

2.3氣候

佛坪縣屬亞熱帶北緣山地暖溫帶濕潤季風(fēng)氣候。年均氣溫12.1℃,極端最高氣溫37.8℃,極端最低氣溫-15℃。年平均降水量1 015mm,夏季降水量最多,約占50.4%。多雷陣雨,暴雨歷時短,強度大,是泥石流產(chǎn)生的巨大能源。如2002年6月9日,椒溪河上游發(fā)生特大暴雨,沙壩村降雨中心24 h降水量高達(dá)461.6 mm,各條支流都發(fā)生泥石流匯入椒溪河,成為河谷泥石流。洪峰流量1 900 m3/s,容重1.3 t/m3,椒溪河最小枯水流量0.8 m3/s,其差值達(dá)2 375倍,洪水猛漲猛落十分突出。

2007年城區(qū)8月29日20時到30日10時,降雨量174.1mm，尤其是30日5時到8時,3h降雨達(dá)123.7mm(圖8),因暴雨強度大,降雨量超過泥石流形成的臨界值(日降雨量>100mm)。因此,縣城區(qū)發(fā)生多處坡面泥石流與溝谷泥石流,洪水涌入縣城,造成嚴(yán)重災(zāi)害。

圖8　2007年8月30日3～10時泥石流過程示意圖Fig.8　In 2007 August 3th, 3 to 10 the debris flow occurrence and rainstorm process map

2.4人類經(jīng)濟社會活動

人類不合理的活動也是導(dǎo)致泥石流發(fā)生的重要因素。佛坪縣隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，人口增多。在城市建設(shè)中，因?qū)δ嗍魑：φJ(rèn)識不夠,盲目建設(shè):一是在河流凹岸河漫灘建樓房,縮窄洪水?dāng)嗝?增強彎道侵蝕能力。泥石流攜帶巨大巖塊,沖毀許多樓房;二是在洪積扇上亂建房,有的建房為了擴大面積,侵占排洪渠。當(dāng)泥石流暴發(fā)后,渠道排洪不暢,或被堵塞,或被洪水漫溢造成危害;三是房屋建在泥石流沖擊范圍; 四是在泥石流溝中毀林開荒,破壞了地表植被,使其失去天然被覆,增強了水土流失,破壞了自然生態(tài)環(huán)境,引起滑坡、崩塌發(fā)生,促進(jìn)了泥石流活動強度。

從以上泥石流形成的環(huán)境分析,佛坪縣城具備泥石流形成的條件,根據(jù)歷史資料記載,泥石流發(fā)生頻繁,對佛坪縣危害十分嚴(yán)重。

3　溝谷泥石流的流速與災(zāi)害發(fā)展預(yù)估

3.1溝谷泥石流的流速與流量計算

佛坪縣城溝谷周邊泥石流有后溝、堰溝、廟埡子溝、東岳溝、范家溝、黃家溝、大灣溝、韓盤溝、犁翻溝、白家溝等。2007年對城市造成危害的是后溝、廟埡子溝、東岳溝、大灣溝和黃家溝。這些溝的泥石流共同特點是:都有明顯的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。形成區(qū)位于溝谷上游的集水盆地,在集水盆區(qū)內(nèi),不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育、坡降陡、徑流匯集快。流通區(qū)位于溝谷下游泥石流沖淤變化不大的溝谷地段。堆積區(qū)位于溝口以下,因溝床坡度變緩,水流動能減弱,泥石流搬運物質(zhì)發(fā)生大量淤積。佛坪縣城泥石流按結(jié)構(gòu)性質(zhì)分類,應(yīng)是稀性泥石流,由漿體與砂礫塊石組成,漿體起著搬運介質(zhì)的作用,流體中粗粒塊石等物質(zhì)的運動速度小于漿體的運動速度,粗粒物質(zhì)以推移、滑溜、滾動、跳躍前進(jìn)。作者對危害較大的后溝、廟埡子溝和黃家溝進(jìn)行了泥石流固體物質(zhì)總量測算(表2)。以后溝泥石流規(guī)模最大。

表2　佛坪縣城泥石流流速、流量等計算表

3.2佛坪縣城泥石流發(fā)展的預(yù)估

通過堆積物粒度觀測與測量,這次泥石流溝床塊石堆積物體積遠(yuǎn)比以往的粒徑小。以廟埡子溝和黃家溝最為明顯,說明了佛坪縣城的溝谷都是老泥石流溝,曾經(jīng)多次發(fā)生過規(guī)模較大的泥石流,故在泥石流溝床兩側(cè),泥石流支溝都堆積有較大的古泥石流塊石。據(jù)在廟埡子溝觀測斷面測量范圍里,以前古泥石流塊石粒徑體積測量統(tǒng)計,平均總值14.53m3;大于這次塊石體積的測量統(tǒng)計平均總值6.7m3的一倍。黃家溝曾發(fā)生特大泥石流,大量堆積物填充了溝谷約10m,至今流水尚未切開堆積物,即溝床未見基巖,沿溝巨大漂石累累。最大漂石體積達(dá)325m3(12.5m×5.2m×5m),重達(dá)845t。洪積扇相應(yīng)也堆積著許多大塊石。黃家溝觀測斷面范圍里塊石測量,以前古泥石流塊石體積平均總值14.53m3，大于這次塊石體積平均總值5.26m3的一倍多。因此預(yù)估佛坪縣城泥石流發(fā)展,若遇特大暴雨還會發(fā)生規(guī)模較大的泥石流,造成更為嚴(yán)重的災(zāi)害。

4　佛坪縣城泥石流的防治

佛坪縣城泥石流防治,應(yīng)以防為主,防治結(jié)合,根據(jù)泥石流形成條件、運動規(guī)律、致災(zāi)方式等因地制宜,因害設(shè)防,并結(jié)合水土流失治理,改變生態(tài)環(huán)境,控制泥石流發(fā)展。防治措施應(yīng)是全面綜合防治,并以工程防治為主,才能控制泥石流防患未然。工程措施應(yīng)在泥石流溝的形成區(qū)采取攔檔措施,堆積區(qū)采用排泄措施,即上欄下排的工程治理。攔檔工程是欄擋泥石流的固體物質(zhì),減小泥石流的流速、容重與規(guī)模,抬高溝床臨時侵蝕基準(zhǔn)面,護(hù)床護(hù)坡,減小泥石流沖刷和沖擊,穩(wěn)定坡面滑塌,抑制泥石流發(fā)展和暴發(fā)規(guī)模。排泄工程是讓泥石流通過槽形建筑物,使其沿著一定路線排泄,槽內(nèi)不發(fā)生或少發(fā)生淤積,并不會造成漫溢,為了防止沖刷,淤積等危害，槽體應(yīng)選有較好的抗沖和耐蝕材料。

佛坪縣2007年遭受泥石流災(zāi)害后,作者經(jīng)過考察,撰寫了《佛坪縣泥石流危害與防治》一文，總結(jié)了泥石流形成原因,提出治理措施?？h政府在經(jīng)濟極其困難情況下,動員了各方面力量,籌措了有限資金,對5條泥石流溝下游進(jìn)行了排洪渠工程的修建,而中上游因缺乏資金修建攔擋工程，使其在治理上仍難以控制泥石流發(fā)生與危害。2011年作者再赴佛坪縣城對泥石流防治進(jìn)行考察,認(rèn)為佛坪縣城周邊泥石流是秦巴山地泥石流威脅最嚴(yán)重的城市之一。泥石流對縣城安全、經(jīng)濟發(fā)展會造成很大影響,特別是佛坪中學(xué)，隱患十分嚴(yán)重。于是致信省政府及相關(guān)部門，希能解決佛坪縣城泥石流治理經(jīng)費問題。在省政府和相關(guān)部門通過實地考察后，即時劃撥專項治理經(jīng)費200萬元。同時,將佛坪縣城周邊泥石流治理工程納入《陜西省“十二五”地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》重點的治理項目,現(xiàn)正積極開展泥石流溝綜合治理工程,佛坪泥石流溝的治理工程將會成為陜西省秦巴山地城市泥石流防治的典范。

[1]中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所.中國泥石流[M].北京：商務(wù)印書館，2000.

[2]康志成，李焯芬，馬藹乃，等.中國泥石流研究[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]李德基.泥石流減災(zāi)理論與實踐[M].北京：科學(xué)出版社，1997.

[4]李昭淑.陜西省泥石流災(zāi)害與防治[M].西安：西安地圖出版社，2002.

[5]韓恒悅，李昭淑，常星源，等.陜西佛坪,寧陜“6.9”山地自然災(zāi)害考察研究[J].災(zāi)害學(xué),2004，19(2)：42-46.

[6]張秦嶺，劉利年，潘宣，等.陜西長治工程與研究[M].西安：陜西出版集團(tuán),陜西人民出版社,2010.

[7]陜西省減災(zāi)協(xié)會.秦巴山區(qū)山地自然災(zāi)害[M].北京：世界圖書出版公司,1999.

[8]吳積善，田連權(quán)，康志成，等.泥石流及其綜合治理[M].北京：科學(xué)出版社,1993.

(編輯徐象平)

Foping County debris flow disaster and its prevention

LI Zhao-shu1， YANG Jun2

(1.College of Urban and Environmental Science, Northwest University, Xi′an 710127， China； 2.Bureau of Natural Resources of Foping Country, Foping 723400， China)

The mountain located in Qinling Mountains of Shaanxi Province in Foping County is chosen as the research object on the debris flow disaster and its prevention and control situation. The methods of the prevention and control of geological disasters, through field investigation, to study the debris flow formation mechanism, motion and induced disasters were used a large amount of first-hand information is collected, combined with indoor analysis of consolidation, prevention measures and are put forward. Prevention and control measures in the implementation should be given priority to prevention, combining prevention with control, according to the debris flow formation conditions, regular exercise, disaster mode suiting measures to local conditions, fortification, and according to the soil erosion control, change the ecological environment, control the development of debris flow. The specific prevention measures should be based on the prevention of debris flow, and then reach comprehensive management, engineering measures should be formed in the region taking Blocking-Barring measures of debris flow accumulation area, the excretion is stopped. With these, we can nip in the mud.

Qinling; Foping Country; the debris flow disaster; Comprehensive management

2015-04-17

陜西省科技計劃基金資助項目(2015SF084)

李昭淑,男,山西臨猗人,西北大學(xué)教授,從事滑坡、泥石流等自然災(zāi)害學(xué)研究。

X43

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-03-023