九寨溝縣亂水灣泥石流基本特征及防治思路

羅明星，李 斌，袁鳳凱，2

（1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，西藏 拉薩 850000；2.四川省核工業(yè)輻射測試防護院，四川 成都 610061）

九寨溝縣亂水灣泥石流基本特征及防治思路

羅明星1，李 斌1，袁鳳凱1，2

（1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，西藏 拉薩 850000；2.四川省核工業(yè)輻射測試防護院，四川 成都 610061）

結(jié)合九寨溝縣亂水灣泥石流工程地質(zhì)條件，對九寨溝縣亂水灣泥石流基本特征及防治工程進行分析研究。研究結(jié)果表明：“5.12”汶川地震之后，亂水灣泥石流流域內(nèi)巖、土體的原始應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞松弛，為泥石流形成提供了大量的物源條件；近年來，四川盆地極端天氣頻發(fā)，降雨具有強度大、持續(xù)時間長的特征，為泥石流形成提供了強大的水動力條件。2009年，“7.11”特大暴雨激發(fā)了亂水灣泥石流發(fā)生。針對九寨溝縣亂水灣泥石流的特點，提出以“攔固”為主，輔以“排導”的思路。

泥石流基本特征；工程地質(zhì)；防洪工程評價

Sichuan Province Nuclear IndustryRadiation Testingand Protection Institute Chengdu 610061,Sichuan）

Abstract:Combined with the geological conditions of the landslide in the land of Jiuzhaigou County,Jiuzhaigou County,the basic characteristics of the debris flowin the Jianshui Bay of Jiuzhaigou County and the prevention and control project.The results show that after the Wenchuan earthquake,the original stress state of the rock and soil in the muddy watershed of the Sands Bay is changed and the geological structure is damaged and loosened,which provides a lot of material conditions for the formation of debris flow.In recent years,the Sichuan Basin Extreme weather is frequent and rainfall has the characteristics of strong strength and long duration,which provides powerful hydrodynamic conditions for debris flowformation.In 2009,the"7.11"heavy rainstorm triggered the occurrence of the Riverside debris flow.Aiming at the characteristics of the debris flowin the land ofJiuzhaigou County,the author puts forward the idea of"stopping"

Keywords:Essential characteristics,Engineeringgeologyand flood control project evaluation

0 引言

汶川8.0級大地震和“4.20”蘆山強烈地震，給震源地區(qū)及周圍市縣造成極為嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，同時引發(fā)了大量的泥石流、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[1]。亂水灣位于地震重災(zāi)區(qū)九寨溝縣草地鄉(xiāng)內(nèi)，地震后溝內(nèi)發(fā)生多處崩塌，大量固體物源堆積于溝床兩側(cè)，具備發(fā)生規(guī)模更大的泥石流的物源條件，在強降雨的作用下將發(fā)生泥石流[2]。泥石流將直接威脅草地鄉(xiāng)新寨子90多戶約410余人的生命、財產(chǎn)安全，同時位于流域下游的村鄉(xiāng)公路也將受到嚴重威脅，受泥石流威脅的財產(chǎn)總計超過500萬元。

2009年7月11日，九寨溝縣草地鄉(xiāng)突降暴雨，高強降雨持續(xù)時間2～3 h，降雨量累計達45 mm，在高強度降雨的作用下，流域內(nèi)大量松散固體物質(zhì)啟動流入溝內(nèi)形成泥石流，最后堆積在亂水灣溝口，隨后爆發(fā)泥石流，據(jù)當?shù)卮迕窕貞浤嗍鞒掷m(xù)了約30 mm。當時水寬約4.0 m，深約1.2 m，流速約3～4 m/s。經(jīng)過對現(xiàn)場調(diào)查，初步測量和估算，2009年發(fā)生的泥石流大概沖出的堆積扇長約50 m，寬約20 m，平均厚度約4m，泥石流沖出量約 0.2×104m3。

亂水灣泥石流在地震作用的影響下演變?yōu)橐粭l高頻泥石流溝，雖然在2009年7月11日暴發(fā)了歷史上最大規(guī)模的泥石流，但受環(huán)境破壞的影響，加之流域內(nèi)仍然存在大量的松散物質(zhì)，在將來還極有可能暴發(fā)更大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。本文在亂水灣泥石流進行現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對泥石流的基本特征、物源分布特征、泥石流形成機制、形成過程及泥石流的各重要特征參數(shù)以及防治思路、理念進行分析。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然環(huán)境條件

九寨溝縣屬川西高原氣候的暖溫帶干溫河谷氣候，特點是溫和偏冷，夏短冬長，垂直差異大，冬暖夏涼，晝夜溫差變化大，年均氣溫12.7℃。九寨溝縣位于川氣候受地形影響顯著，降雨集中，主要集中在7～9月，常出現(xiàn)局地性暴雨和冰雹；據(jù)縣氣象站25年的觀測資料，年最大降水量為750.2 mm，七月份降水量最多，為100.5 mm，1975～2000年期間區(qū)域內(nèi)6個小時最大降雨量為37.3 mm，同時雨量隨海拔高度升高而增加，平均降雨梯度約為4 mm/100 m；1小時最大雨強和10分鐘最大雨強分別為40 mm和20 mm。降雨具有波動變幅大、降水集中、雨強大和暴雨頻率高的特點，這些特點有利于洪水災(zāi)害和泥石流等災(zāi)害的發(fā)育。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌

該泥石流溝的流域面積約3.5 km2，主溝長約2.3 km，流域內(nèi)最高點海拔2559 m，位于勘查區(qū)的東南側(cè)，最低點海拔1675 m，位于主溝與草地溝河交匯口處，相對高差884 m，主溝最高點海拔2410 m，平均溝床縱比降約319‰。其中兩條支溝，左側(cè)溝長約0.5 km，平均溝床縱比降約390‰；右側(cè)溝長約1.2 km，平均溝床縱比降約325‰。形成區(qū)山高坡陡，高差變化大，地形狹窄，形態(tài)呈“V”型，岸坡坡度一般70°，局部接近90°；流通區(qū)溝道形態(tài)呈“U”型，平均溝床縱比降240‰，岸坡坡度一般 50°，局部達 80°；堆積區(qū)擴散角約 45°，地形坡度約 5°～10°。主溝及其支溝在平面上呈樹枝狀發(fā)育，清水區(qū)、形成流通區(qū)、堆積區(qū)劃分明顯，呈現(xiàn)出典型泥石流溝的地形地貌特征。

1.2.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)主要地層由泥石流堆積層（Q4sef）、沖洪積層(Q4al+pl)、殘坡積層(Q4el+dl)和泥盆系中統(tǒng)三河口組（D2s）地層組成。

（1）泥石流堆積層（Q4sef）

黃灰色，含碎石粉質(zhì)粘土，塊石粒徑一般20～40 cm，可見最大粒徑達80 cm，含量約占25%，碎石粒徑一般2～6 cm，含量約占35%，砂質(zhì)粉土約占40%，稍密～中密，母巖為變質(zhì)砂巖、板巖，碎塊石級配差，磨圓度差，呈次棱角狀。主要分布于主溝上游溝床及支溝下游溝床部位。

（2）沖洪積層(Q4al+pl)

主要分布于溝床及兩側(cè)及溝口堆積扇部位，主要物質(zhì)為卵石土，中密—密實，母巖為砂巖和砂板巖，卵石級配差，磨圓度好，一般 10～30 cm，含量在50%～60%。

（3）殘坡積層(Q4el+dl)

以碎塊石層為主，灰黃色、灰色，松散～中密，碎石粒徑一般3～15 cm，少數(shù)可達18 cm；塊石粒徑一般20～40 cm，少數(shù)可達55 cm以上；母巖為板巖、砂巖等，呈中等～強風化狀，分選性較差，磨圓度差，呈塊狀、棱角狀，充填角礫及粗砂，局部地段粘性土含量較大，流域內(nèi)廣泛分布于溝谷、斜坡下段，厚度較大。

（4）泥盆系中統(tǒng)三河口組（D2s）

上部為灰、深灰色厚層—快狀板巖。下部為深灰色中厚層-塊狀致密結(jié)晶灰?guī)r，中細粒結(jié)構(gòu)，含黑色燧石條帶及團塊，表面可見白色鈣膜，局部表面附有乳黃色鈣華。構(gòu)造裂隙及卸荷裂隙較發(fā)育。

2 泥石流流域基本特征

亂水灣流域?qū)贅?gòu)造侵蝕的中山地貌，地勢東南高西北低，形態(tài)上呈典型的櫟葉形，流域面積3.5 km2，主溝長約2.3 km，流域的完整系數(shù)為0.6616，最高點海拔2559 m，最低海拔1660 m，嶺谷相對高差下游為200～900 m，平均溝床比降319‰。

在亂水灣流域上游，地形起伏較大，常見有跌水坎，溝道彎曲、狹窄，岸坡坡度陡，主要以“V”字形溝谷為主，溝床縱比降較大，平均縱坡367‰，溝谷兩岸地形基本對稱，坡度一般為50°，局部接近85°；在流域中游，溝床縱坡變化不大，坡度較緩，區(qū)域內(nèi)彎道較多，局部溝谷較寬且較順直平緩，在寬緩溝谷地帶可見河流下切作用形成的臺地，一般切割深度2.0 m，最大可達 4.2 m，溝谷多呈“V～U”字形，坡度一般為 25°～60°，局部可達85，溝床縱平均縱坡276‰；流域下游，溝床縱坡變化不大，坡度平穩(wěn)，平均縱坡165‰，溝道較順直，溝谷以“U”字形為主，坡度一般為6°～25°，局部可達35°。通過調(diào)查及計算，流域內(nèi)未被切割的面積約1.5 km2，未被切割區(qū)域內(nèi)的面積與最大地形高差約之比為40%，表明該流域地貌發(fā)育階段為壯年期。

綜上分析可知，亂水灣流域的完整系數(shù)、相對高差、流域地貌發(fā)育階段、溝床最小縱坡比降及最小岸坡坡度等條件均滿足泥石流的形成的地形條件[3]。

3 泥石流暴發(fā)過程及成因

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，亂水灣歷史上曾發(fā)生過兩次較大規(guī)模的泥石流：

（1）1934年8月份暴發(fā)泥石流，亂水灣兩岸表面松散物質(zhì)被雨水浸濕而土體達到飽和，泥石流由地下潛水飽和土體引發(fā)，泥石流比較粘稠，規(guī)模較大，在匯入主溝時漿體高度約4.0 m，在溝口處漿體一邊運動一邊堆積，主河被堵斷約一半，該次泥石流規(guī)模是調(diào)訪當?shù)厝艘娺^最大規(guī)模的泥石流。經(jīng)過對現(xiàn)場調(diào)查，初步測量和估算，1934年發(fā)生的泥石流大概沖出的堆積扇長約90 m，寬約70 m，平均厚度約2 m，泥石流沖出量約 0.8×104m3；

（2）2009年7月11日又發(fā)生過一次泥石流，當時早上8點到11點下大雨，持續(xù)3個小時，隨后轉(zhuǎn)為小雨持續(xù)了一天一夜，發(fā)生了泥石流，據(jù)當?shù)卮迕窕貞浤嗍鞒掷m(xù)了約30 min。當時水寬約4.0 m，深約1.2 m，流速約3～4 m/s。經(jīng)過對現(xiàn)場調(diào)查，初步測量和估算，2009年發(fā)生的泥石流大概沖出的堆積扇長約50 m，寬約20 m，平均厚度約4 m，泥石流沖出量約0.2×104m3。

亂水灣近一百年來暴發(fā)過2次較大泥石流，造成一定的損失，初步確定該溝屬于中頻泥石流溝，調(diào)訪時間約100年左右，調(diào)訪結(jié)果推斷2009年泥石流相當于五十年一遇，從堆積物特征及調(diào)訪資料初步判定，該次泥石流屬于粘性泥石流，推測其容重在1.6～1.8 g/cm3之間，初步確認亂水灣泥石流為中頻粘性泥石流溝。

泥石流災(zāi)害的發(fā)展趨勢與孕育泥石流災(zāi)害的環(huán)境密切相關(guān)。該溝自然地理和地質(zhì)環(huán)境條件決定了該區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有脆弱性和泥石流災(zāi)害的易發(fā)性。而人類大量的砍伐森林，陡坡墾荒，還有不合理的放牧等，將導致流域內(nèi)山坡上大量土體松散，進一步導致邊坡失穩(wěn)，形成崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，將加劇該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的繼續(xù)惡化，在一定時期內(nèi)，將加劇泥石流災(zāi)害的發(fā)生。目前，受“5.12”地震和大量人類工程活動影響，泥石流流域內(nèi)堆積的松散固體物質(zhì)不斷增加，在大雨、特大暴雨或地震的激發(fā)下，仍有發(fā)生中～大規(guī)模泥石流災(zāi)害的可能。

4 泥石流防治措施

根據(jù)亂水灣泥石流發(fā)育特點、物源特征、泥石流規(guī)模及危害等級等因素，綜合確定亂水灣泥石流防治等級為二級，主體工程設(shè)計頻率為20年一遇（5%），校核頻率為50年一遇（2%）。防治工程以“攔擋和排導結(jié)合”為指導思想，采用“谷坊壩+排導槽”對亂水灣泥石流進行治理。谷坊壩不僅能對泥石流提供一定的庫容量以攔擋沖出的固體物質(zhì)，亦能起到消能的作用，一定程度上減小泥石流的活動規(guī)模，并能利用其回淤壓腳穩(wěn)固溝岸崩塌堆積體和防止溝床進一步下切。經(jīng)上游攔擋工程控制后，泥石流下泄流量顯著減小，溝口處的自然溝道已能滿足過流要求，因此在溝口設(shè)置排導槽對泥石流起到導流的作用，使其有規(guī)律、有秩序的排導至主河溝道內(nèi)[4]。

5 結(jié)語

（1）亂水灣流域內(nèi)松散物源儲量約21×104m3，其中溝床堆積方量約5×104m3，溝床兩側(cè)老崩塌堆積體約1.5×104m3，5.12地震后崩塌堆積體約1.5×104m3，近期可能參與泥石流活動的動儲量約 1.8×104m3；

（2）亂水灣泥石流20年一遇容重為1.63 g/cm3；其流速沿程變化范圍為5.6～7.4 m/s。地震以后20年一遇的泥石流峰值流量為23.4～25.2 m3/s；50年一遇的泥石流峰值流量為36.8～34.0 m3/s；20年一遇可能沖出的固體物質(zhì)約為0.41×104m3；50年一遇可能沖出的固體物質(zhì)約為0.66×104m3；

（3）亂水灣泥石流屬于暴雨類-溝谷型-粘性-低頻率-中等規(guī)模-泥石型泥石流，易發(fā)程度為中等易發(fā)，泥石流活動性強，危害性等級為中等，危險性為中等。泥石流危險區(qū)預測面積超過0.3 km2，進行工程治理是必要的。

[1]許強.汶川大地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害主要類型與特征研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護.2009.20（1）.

[2]蘇遠東;袁鳳凱.九寨溝縣干溝泥石流形成機制及防治工程評價[J].科技視界.2014.01.15.

[3]王影,陳國輝.黃家溝泥石流的基本特征及成因分析[J].四川地質(zhì)學報.2009.09（3）.

[4]黃星高,楊少武,錢麗華.泥石流基本知識及防治措施[J].四川建筑.2009.04（2）.

Essential Characteristics and Control Measures of Water Chaos Bay Debris flow in Jiuzhaigou County

Luo Mingxing,Li Bin,Yuan Fengkai

（Tibet Geological SurveyofNuclear Industry Lhasa 850000,Tibet

P642.23

B

1673-9000（2017）05-0087-03

2017-04-06

羅明星（1971-），男，四川平昌人，助理工程師，主要從事工程地質(zhì)、環(huán)境工程、水文地質(zhì)勘察工作。