云南東川區(qū)燒房溝“7?31”棄渣型泥石流成災(zāi)機理

杜野裴向軍張御陽李正

摘要：2008年7月31日晚持續(xù)強降雨導(dǎo)致云南省東川區(qū)舍塊鄉(xiāng)燒房溝爆發(fā)泥石流災(zāi)害，造成了人員傷亡、公路、民房以及大量公共基礎(chǔ)設(shè)施受損。這次泥石流發(fā)生在地質(zhì)環(huán)境較為脆弱的工礦區(qū)，該泥石流的爆發(fā)是棄渣的不合理堆放與強降雨共同作用的結(jié)果。通過現(xiàn)場實地調(diào)查與試驗等方法，分析了泥石流形成的降雨條件、地形條件、物源條件，研究了燒房溝泥石流啟動、流通以及堆積過程。研究結(jié)果表明：集中的松散棄渣物源以及強降雨是燒房溝發(fā)生泥石流的主要原因。從發(fā)展趨勢上看，燒房溝泥石流處于發(fā)展期，仍存在爆發(fā)泥石流的可能性。根據(jù)泥石流特征提出如下治理措施：攔、護為主，結(jié)合潛壩消能；及時清淤，恢復(fù)植被；實時監(jiān)測，臨災(zāi)預(yù)警。

關(guān)鍵詞：棄渣型泥石流；機理；治理措施

中圖分類號：P624.22；P624.23文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

16721683（2016）06017105

Hazard mechanism analysis of Shaofang ditch waste slag debris flowin Yunnan Dongchuan district on July 31th

DU Ye1，PEI Xiangjun1，ZHANG Yuyang1，LI Zheng2

（1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.Sichuan Geology and Mineral Exploration and Development Bureau Panxi Geological Team，Xichang 615000，China）

Abstract：The continuous heavy rainfall in the evening of 31 July 2008 led to the outbreak of Shaofang ditch debris flow in Yunnan Dong chuan Shekuai district，and it caused casualties and damage to roads，houses and a number of public infrastructure.The debris flow occurred in the geological environment of vulnerable mining areas，and the outbreak of debris flow was the result of interaction between unreasonable spoil pile and heavy rainfall.The rainfall conditions，terrain conditions and source conditions of debris flow were analyzed，and the starting，circulation and accumulation process of the debris flow in the Shaofang ditch were studied by field survey and test methods.The research results showed that：the loose residue source and strong rainfall were the main reasons for the occurrence of debris flow of Shaofang Ditch.Judging from the trend，the Shaofang ditch debris flow was at the stage of development，and the possibility of the outbreak of debris flow still existed.According to the characteristics of debris flow，the following measures were put forward，and these measures were stopping and supporting，combined with dam energy dissipation，vegetation restoration，timely dredging，realtime monitoring，and disaster earlywarning.

Key words：waste slag debris flow；mechanism；control measures

[HJ1.93mm]

泥石流是我國西部山區(qū)常見的自然現(xiàn)象，與崩塌、滑坡共同構(gòu)成了山區(qū)常見的三大自然災(zāi)害，具有爆發(fā)突然、危害大、[JP2]歷時短、致災(zāi)能力強的特點，以成為我國山區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的一大阻礙[12]。對于泥

石流的研究越來越受到人們的重視，近些年來隨著我國西部山區(qū)建設(shè)的快速發(fā)展，工程活動中形成了大量工程棄渣（水電工程棄渣、道路修建棄渣、礦山開采棄渣等），越來越成為山區(qū)突出的環(huán)境問題。而由于棄渣不合理的堆放而引發(fā)的棄渣泥石流災(zāi)害與自然條件下形成的泥石流有所不同，棄渣泥石流無論是形成條件（物源、水源）還是其形成和堆積過程，同常規(guī)泥石流相比，均存在著一定的差異性[3]，因而越來越受到地質(zhì)工作者、災(zāi)害研究學(xué)者和管理者的關(guān)注[4]。

特別是在工礦區(qū)，由于棄土棄渣數(shù)量巨大，時

有啟動產(chǎn)生泥石流災(zāi)害事件，造成人員傷亡與財產(chǎn)

損失[56]，棄渣型泥石以成為了山區(qū)泥石流防災(zāi)減災(zāi)研究中一個重要的課題。

對于棄渣泥石流的研究，先后開展了一系列研究工作，包括泥石流的形成條件[79]、棄渣泥石流的分類[4]、危險性評價[1012]、以及棄渣泥石流的防治[34，13]等方面。但是對于在短歷時強降雨作用下，棄渣泥石流的形成、啟動、運動與堆積研究較少。

本文研究的云南東川區(qū)舍塊鄉(xiāng)燒房溝泥石流為暴雨作用下形成的棄渣型泥石流。

在2008年7月31日晚，在持續(xù)強降雨作用下，燒房溝發(fā)生泥石流災(zāi)害，總沖出量達(dá)到504萬m3，此次泥石流造成了人員傷亡、農(nóng)作物受災(zāi)、公路、民房等受損（圖1），直接經(jīng)濟損失約400萬元。

圖1“7·31”泥石流掩埋公路

Fig.1Road buried by "7·31" debris flow

本文根據(jù)對燒房溝“7·31”泥石流發(fā)生后，第一時間進入現(xiàn)場詳細(xì)調(diào)查，結(jié)合區(qū)域資料的收集與整理，在分析了泥石流發(fā)育背景、災(zāi)害特征、泥石流發(fā)育條件、致災(zāi)機理基礎(chǔ)上，提出了防治方案及建議。該研究為進一步認(rèn)識棄渣泥石流災(zāi)害提供參考，由于目前燒房溝還未進行治理，該研究同時可為燒房溝泥石流防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。

1“7·31”泥石流孕育條件分析

泥石流形成具備3個基本條件：物源條件、降雨條件和地形條件，其中形成泥石流的能量來源主要為地形相對高度提供的勢能和勢能轉(zhuǎn)化的動能，以及暴雨徑流提供的動能[14]。燒房溝流域內(nèi)松散的棄渣物源以及溝道物源等為泥石流啟動提供了松散物質(zhì)，利于泥石流活動。

1.1地形條件

燒房溝溝域形態(tài)呈現(xiàn)典型的樹葉型（圖2），溝域面積為1745 km2，支溝發(fā)育，流域內(nèi)最高點為南側(cè)山脊部位，最高海拔3 141 m，最低點位于主溝與金沙江交匯口處，海拔728 m，相對高差2 413 m，主溝平均溝床縱比降343‰[15]。燒房溝上游段較為狹窄，多呈現(xiàn)“V”型谷，平均縱坡404‰，下游段溝谷寬度略大，溝谷寬度約為30～60 m，平均縱坡為182‰。燒房溝泥石流沒有典型的流通區(qū)，主要為形成區(qū)（清水區(qū)、物源區(qū)）和流通堆積區(qū)組成。流通堆積區(qū)主要分布于選礦廠以下溝段。

1.2降雨條件

燒房溝地區(qū)屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候年平均降水量約為1 0005 mm，月最大降雨量2083 mm，日最大降雨量1533 mm，降雨主要集中在5月-9月。

由于燒房溝未設(shè)置雨量監(jiān)測站，根據(jù)國土部門了解到，燒房溝此次降雨達(dá)到了50年一遇。根據(jù)《云南省暴雨洪水查算實用手冊》[16]所附暴雨量等值線圖，東川區(qū)舍塊鄉(xiāng)燒房溝地區(qū)的1 h、6 h、24 h多年最大暴雨量平均值分別為25 mm、45 mm、62 mm，完全具備引發(fā)泥石流災(zāi)害的降雨條件。加上燒房溝溝道縱坡陡峻，利于地表水的匯流，上述因素為泥石流提供了有利的水源條件。

1.3物源條件

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)燒房溝流域內(nèi)物源主要分為3類：崩滑物源、棄渣物源、溝道堆積物源。崩滑物源主要分布在燒房溝下游岸坡，崩滑物源點共5處，規(guī)模較??；[JP2]棄渣物源主要分布于燒房溝溝道中下游，為公路棄渣以及礦山棄渣。現(xiàn)場調(diào)查燒房溝存在3處棄渣堆積體，燒房溝“7·31”泥石流形成條件中，棄渣物源是泥石流形成的主要物源；溝道堆積物源主要分布于溝道高程1 025 m以下溝段，有大量的松散物源堆積溝道堆積物源為燒房溝泥石流一類重要的物源。從物源分布數(shù)量上看，棄渣物源與溝道堆積物源總量為11萬m3，占總物源量的904%?！?·31”泥石流主要為棄渣物源發(fā)生了啟動而形成泥石流。

從物源分布位置上看，物源主要分布于燒房溝中下游溝段，物源具有相對集中的特點。上述物源

為“7·31”泥石流的孕育和發(fā)生提供了物源條件。

2“7·31”泥石流成災(zāi)機理

2.1[STBZ]“7·31”泥石流爆發(fā)及運動特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與訪問，燒房溝近50年來常有山洪發(fā)生，但真正發(fā)生泥石流的只有一次（即2008年 “7·31”泥石流）。2008年7月31日晚，燒房溝流域內(nèi)發(fā)生強降雨持續(xù)時間約為3 h，泥石流爆發(fā)的時間約在7月31日晚上10點30分左右。由于強

降水的作用，燒房溝溝道內(nèi)松散堆積體在洪水作用

下，大量的礫石、沙粒、粉粒在地面徑流的作用下

被帶往下游，至10點45分，由于鄉(xiāng)村公路堵塞溝道，橋涵過流斷面有限，致使泥石流漫溢鄉(xiāng)村公路

和選礦廠處橋涵，進入兩岸的居民房及選礦廠內(nèi)，導(dǎo)致人員傷亡以及機械設(shè)備損壞、公共基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重。該次泥石流使得溝道嚴(yán)重淤積，泥石流攜帶的大石塊大多堆積于溝道內(nèi)，堆積平均厚度約為15 m。泥石流連續(xù)流動，最大的流量過程約為025 h，迅速減小后，泥石流轉(zhuǎn)變?yōu)樯胶?，并繼續(xù)流動數(shù)小時。

綜合上述分析，“7·31”泥石流具有一次爆發(fā)，持續(xù)時間短、泥石流爆發(fā)后轉(zhuǎn)換為山洪的特點。

2.2[STBZ]“7·31”泥石流動力學(xué)特征

泥石流容重、運動速度、流量和一次沖出總量是泥石流的重要[HJ2.2mm]動力學(xué)特征參數(shù)，也是工程防治的重要參數(shù)[17]。

對燒房溝泥石流容重采用現(xiàn)場配漿稱重法[17]按照下式（1）計算泥石流容重，對溝道不同部位采用泥石流堆積物配合溝水進行配漿稱重。

γc=Gc/V[JY]（1）

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）。

[JP3]計算結(jié)果顯示，燒房溝主溝泥石流重度為135～156 t/m3，表現(xiàn)為從上游到下游重度降低的規(guī)律。由于泥石流在選礦廠橋涵處發(fā)生了漫溢，因此取156 t/m3為2008年“7·31”燒房溝泥石流的容重，屬于稀性泥石流。

斷面11′、1212′位于泥石流溝口位置及流通區(qū)中游典型斷面，選用如下公式（2）、（3）計算流速和流量[18]，計算公式如下：

Ⅴc=Rc2/3×Ic1/2 /na[JY]（2）

Qc=（1+φ）Qp·Dc[JY]（3）

式中：Vc為泥石流斷面流速（m/s）；Qc為頻率為P的泥石流峰值流量（m3/s）；Qp為頻率為P的暴雨洪水設(shè)計流量（m3/s）；Rc為水力半徑（m），一般可用平[JP2]均水深H代替；Ic為泥石流水力坡降，采用溝床坡降代替（‰）；1/n為清水河床糙率系數(shù)；a=（γH×φ+1）1/2，γH為泥石流固體物質(zhì)重度，φ為泥石流泥沙修正系數(shù)。

一次泥石流總量及一次泥石流固體物質(zhì)總量按公式（4）、公式（5）計算[19]，計算公式如下：

Q=0.264TQc[JY]（4）

QH=Q（γc-γw）/（γH-γw）[JY]（5）

式中：Q為一次泥石流總量；QH為一次泥石流固體物質(zhì)總量；T為為泥石流持續(xù)時間；Qc為泥石流峰值流量；γc為泥石流重度（t/m3）；γw為水的重度（t/m3）；γH為泥石流固體物質(zhì)的重度（t/m3）。

燒房溝“7·31”泥石流爆發(fā)時間約為15 min，計算得出燒房溝泥石流一次泥石流總量以及固體總量，見表3。

表3“7·31”泥石流一次沖出總量計算結(jié)果

Tab.3Calculation results of the total runoff volume of "7·31" debris flow

[JZ]流量[]設(shè)計頻率/（2%）

[BHD]一次泥石流總量/萬m3[]5.04

[BHDW]一次泥石流固體物質(zhì)總量/萬m3[]1.71

[HT]

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，泥石流堆積物主要堆積于選礦廠以下的中下游溝段，溝口處的堆積扇不發(fā)育，大部分泥石流堆積物堆積于溝道中，根據(jù)堆積厚度以及堆積面積測算確定此次泥石流一次物質(zhì)沖出量約為5萬m3，與表3結(jié)果比較分析，“7·31”泥石流相當(dāng)于50年一遇降雨沖出規(guī)模，為一中型泥石流。

2.3“7·31”泥石流成災(zāi)機理分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與訪問分析得出2008年“7·31”泥石流其形成機理如下。

（1）溝道縱坡較大，燒房溝流域內(nèi)屬于高山峽谷地貌，燒房溝中上游坡度較大，溝床縱坡及兩岸邊坡較陡。陡峻的地形條件為泥石流的形成提供了充足的勢能，地面徑流匯流時間短，峰值流量大。

（2）單點暴雨：短時間內(nèi)的強降雨，導(dǎo)致溝道松散物源飽水，暴雨迅速在溝道內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)閺妱诺纳胶?，沖擊溝道棄渣堆積體中的大量礫石、塊石和粉砂并將其帶往下游，從而形成泥石流。

（3）隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，流域內(nèi)的原始森林大量的被砍伐，并改造成了坡耕地。調(diào)查期間，其森林覆蓋率不足20%，喬、灌、草和腐殖質(zhì)層有效攔截降水的能力減弱，在溝道的上游有大量的沖溝出現(xiàn)，水土流失嚴(yán)重；由于溝道內(nèi)的工程活動，如在溝道內(nèi)直接修建道路堵塞溝道，修筑公路產(chǎn)生了大量的棄渣堆積在溝道當(dāng)中，礦山選礦棄渣等為泥石流的形成提供了較多的松散物源。

（4）選礦廠附近的橋涵過流能力不足，從而導(dǎo)致泥石流在選礦廠橋涵處發(fā)生了漫溢，大量的塊石和泥石流直接的沖到居民房和選礦廠當(dāng)中。排泄能力不足是泥石流致災(zāi)的重要原因。

2.4泥石流發(fā)展趨勢分析

燒房溝2008年“7·31”泥石流的發(fā)生說明當(dāng)集中堆放的松散棄渣物質(zhì)遇到強降雨的時候極易發(fā)生泥石流活動。場調(diào)查顯示，燒房溝流域內(nèi)仍有近12萬m3固體物源，且局部堵塞溝道，流域內(nèi)水動力條件較好，而“7·31”泥石流啟動的物源大部分仍停淤在溝道中下游段，進入金沙江的物質(zhì)有限，燒房溝泥石流仍處于發(fā)展期，因此，當(dāng)在一次遇到強降雨時，燒房溝發(fā)生泥石流災(zāi)害的可能性仍然很大。

3防治方案及建議

根據(jù)以上分析，燒房溝流域內(nèi)仍有大量的松散物源存在，選礦廠上游段溝域內(nèi)仍有大量集中松散溝道物源以及公路棄渣物源，這可能降低泥石流啟動的臨界雨量條件。燒房溝威脅對象為下游段的茂麓村以及選礦廠。燒房溝溝道總體特征上游縱坡較大，下游段逐漸變緩，溝道寬度上游段總體較窄，下游段寬度較寬，局部寬窄相間。根據(jù)以上溝道條件以及物源分布特征提出如下防護措施。

（1）攔、護為主，結(jié)合潛壩消能。

根據(jù)燒房溝溝谷的地形條件以及物源分布特征，結(jié)合保護對象分布位置進行防護。選礦廠以上溝段分布大量的溝道物源以及殘留的棄渣物源。在距選礦廠上游溝段內(nèi)設(shè)置3座攔擋壩，這三座攔擋壩處均為狹窄的溝谷，壩基及壩肩位置較好，局部有基巖出露，縱坡坡度較緩，上部為寬緩的溝谷，庫容量較大。這3座攔擋壩的作用主要為穩(wěn)攔上部松散的棄渣物源以及堆積于溝道泥石流堆積物，以控制泥石流固體物質(zhì)以及雨洪徑流，削弱泥石流峰值流量，同時減少對下游處單邊防護堤的沖壓力，減少對下游選礦廠處撞擊、淤埋。在近選礦廠處上游約為500米范圍內(nèi)溝段內(nèi)大量的溝道物源采用潛壩穩(wěn)固溝床，降低泥石流揭底沖刷，防止溝床物質(zhì)啟動。在下游茂麓村處設(shè)置單邊防護堤，防止泥石流直接對其危害，保護威脅對象。

（2）及時清淤，恢復(fù)植被。

由于“7·31”泥石流過后，燒房溝溝道中大量堆積了大量的松散物源，為了防止泥石流堆積物堵塞溝道且成為泥石流的物源，應(yīng)及時對其清除。對公路棄渣物源、礦山棄渣物源區(qū)域進行植被恢復(fù)，加強流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護。

（3）實時監(jiān)測，臨災(zāi)預(yù)警。

由于燒房溝內(nèi)目前無泥石流監(jiān)測措施，建議加強雨量監(jiān)測，[JP2]以及洪水位監(jiān)測，以及對棄渣含水量、穩(wěn)定性監(jiān)測。在雨季過程中，群防群治，設(shè)置專門巡視人員，做好應(yīng)急準(zhǔn)備，必要時啟動防災(zāi)預(yù)案進行撤離。

（4）合理堆放棄渣。

“7·31”泥石流的爆發(fā)是強降雨作用下棄渣的不合理堆放而引起的泥石流災(zāi)害，因此對棄渣堆放場地應(yīng)進行科學(xué)選址，對已經(jīng)堆放的棄渣應(yīng)做好防護工作，以降低泥石流發(fā)生率。

4結(jié)論

（1）燒房溝泥石流為降雨作用下形成的棄渣型泥石流，目前處于發(fā)展期。溝域形態(tài)近似樹葉狀，流域面積為1745 km2，主溝平均縱坡降為343‰。

（2）燒房溝上游段存在大量的礦山棄渣以及溝道松散物源，在2008年7月31日晚局地強降雨的作用下，上部松散礦山棄渣物源以及溝道物源發(fā)生啟動，最終形成了“7·31”暴雨棄渣型泥石流。集中的松散物源以及短歷時的強降雨是發(fā)生此次泥石流的主要原因。

（3）[JP3]燒房溝泥石流近溝口位置，流速約為373 [JP4]m/s，泥石流峰值流量為21975 m3/s，一次泥石流總量為[JP2]504萬m3，一次泥石流固體物質(zhì)總量為171萬m3。[HJ1.7mm]

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