四川雷波碉樓溝泥石流特征及防治對策

孫瑜，李宏俊，曹樹波，王剛

(1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610061; 2. 云南國土資源職業(yè)學(xué)院，昆明 652501; 3.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，成都 610059)

四川雷波碉樓溝泥石流特征及防治對策

孫瑜1，李宏俊2，曹樹波1，王剛3

(1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610061; 2. 云南國土資源職業(yè)學(xué)院，昆明 652501; 3.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，成都 610059)

碉樓溝泥石流溝為西蘇角河左岸的一級支流，位于四川省雷波縣西側(cè)，流域面積0.85 km2，主溝長度1.6 km，縱比降504.4‰。碉樓溝流域?qū)贅?gòu)造侵蝕高中山地貌，呈葉狀，支溝眾多，主溝較少暴發(fā)泥石流。2015年5月7日碉樓溝暴發(fā)山洪災(zāi)害, 造成8人死亡和嚴(yán)重財產(chǎn)損失，并對下游馬頸子場鎮(zhèn)居民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了威脅。在地質(zhì)勘查的基礎(chǔ)上，分析泥石流基本特征、形成條件，計算泥石流的重度、流速、一次泥石流總量等動力學(xué)參數(shù)。結(jié)合碉樓溝泥石流的特征和場鎮(zhèn)社會、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，提出防治方案，對該類泥石流溝谷的調(diào)查和防治具有一定實際意義。

泥石流；工程地質(zhì)；動力學(xué)參數(shù)；防治對策

泥石流是發(fā)生在山區(qū)的一種常見地質(zhì)災(zāi)害，近年來，在強(qiáng)降雨、地震等自然因素和工程活動的人為因素作用下，泥石流地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)愈發(fā)頻繁。我國每年因泥石流災(zāi)害造成的損失均較為嚴(yán)重[1]，由于泥石流暴發(fā)突然、歷時短且成因復(fù)雜[2]，因此，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查泥石流發(fā)育分布特征、啟動條件、暴發(fā)規(guī)模、活動方式及其危害性，并在此基 礎(chǔ)上提出切合實際的減防災(zāi)治理方案是泥石流治理的重要思路。

四川省雷波縣碉樓溝最早于2002年8月9日發(fā)生泥石流，沖毀溝口橋涵和溝道兩側(cè)4間民房，未造成人員傷亡。2015年5月7日碉樓溝暴發(fā)山洪，沖毀房屋6間，造成8人死亡，轉(zhuǎn)移受災(zāi)群眾約400人。目前，碉樓溝泥石流主要威脅溝口40戶250人生命財產(chǎn)和場鎮(zhèn)公路，潛在經(jīng)濟(jì)損失近2 000萬元。通過多次泥石流災(zāi)害的實地勘查，分析泥石流暴發(fā)的起動機(jī)理和成災(zāi)演進(jìn)過程，結(jié)合災(zāi)害特征和危害對象，提出相應(yīng)減防災(zāi)對策。

1 碉樓溝流域概況

碉樓溝位于四川省涼山州雷波縣馬頸子鄉(xiāng)境內(nèi)，發(fā)育于西蘇角河一級支流下游，溝口距離雷波縣城約40 km。碉樓溝流域面積0.85 km2，主溝長約1.6 km，溝谷縱坡504‰，流向由北向南(圖1)。碉樓溝流域形態(tài)完整系數(shù)為0.33，說明流域較完整，具有良好的匯流條件，對山洪和泥石流的形成有利。碉樓溝流域陡峭的山坡、陡急的溝床和良好的流域匯流條件，均為泥石流的形成提供了較好的地形地貌條件。

圖1 碉樓溝流域圖

1.1 地形地貌及地層巖性

碉樓溝流域地勢北高南低，地貌類型屬于中山地貌。主溝溝道呈南北向窄長型展布，在海拔683 m處匯入西蘇角河。從地貌上看，碉樓溝溝域內(nèi)山高坡陡，平均坡度在45°以上，溝谷總體上較為狹長，溝道深切，溝谷呈“V”形谷，跌坎較為發(fā)育，中下游溝道內(nèi)分布較多塊石和巨石。

碉樓溝出露基巖巖性為震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbd)、寒武系下統(tǒng)筇竹寺組(∈1q)、寒武系中統(tǒng)西廟王組(∈2x)白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r和新生界第四系崩坡積、殘坡積、泥石流堆積。

1.2 氣象與水文

雷波縣地處四川盆地亞熱帶濕潤氣候區(qū)的西部邊緣區(qū)，據(jù)雷波縣氣象站資料統(tǒng)計分析：多年平均氣溫12.2℃，多年平均相對濕度83%，一年中除12月較低外，其余多在80%以上，多年平均降水量852.5 mm，主要集中在5～9月，其降水量占全年的77.4%；歷年最大一日降水量130.4 mm，多年平均風(fēng)速1.4 m/s，歷年最大風(fēng)速26 m/s，相應(yīng)風(fēng)向為北；多年平均蒸發(fā)量864.8 mm，其中5～9月占全年的51.7%。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震活動

雷波縣位于涼山斷塊活動斷裂構(gòu)造區(qū)，該區(qū)西以安寧河-則木河斷裂為界，與“川滇菱形斷塊”相鄰；東以滎經(jīng)-馬邊-鹽津斷裂帶為界，與四川盆地弱活動構(gòu)造區(qū)毗鄰；南以華瑩山-蓮峰斷裂為界，縣域的明顯特點是介于西側(cè)強(qiáng)活動川滇菱形斷塊和東側(cè)弱活動四川盆地之間，因而在區(qū)域地殼運(yùn)動性質(zhì)和強(qiáng)度以及斷裂的活動性、地震活動性等方面都處于西強(qiáng)東弱的過渡地帶。

2 泥石流基本特征參數(shù)分析

2.1 形成條件

(1) 量化評分法：根據(jù)泥石流易發(fā)程度量化評分表[3]，碉樓溝主溝的易發(fā)程度數(shù)量化評分為98，易發(fā)程度屬于“易發(fā)”，重度為1.72 t/m3。

(2) 現(xiàn)場試驗法：通過訪問目睹2002年8月暴發(fā)泥石流和2015年“5·7”山洪發(fā)生的村民5人，根據(jù)村民描述的泥石流性狀，分別在溝口位置(2-2＇剖面)、擬建縫隙壩位置(9-9＇剖面)各取樣2組，配制泥石流漿體，將漿體配制并攪拌成當(dāng)時泥石流漿體濃度(主要參照2002年8月最大一次泥石流的性狀)，進(jìn)行稱重，量測漿體體積，計算其重度作為泥石流流體的重度(表1)，采用如下公式[3]：

( 1 )

限于篇幅，文中各公式參數(shù)說明詳見引用的參考文獻(xiàn)。

表1 泥石流流體重度計算表

(3) 綜合取值：由于碉樓溝泥石流以往沒有監(jiān)測資料，只能通過配方法和查表法兩種方法來確定，而這兩種方法又各有其特點。配方法只能對已發(fā)生過、有人目擊的泥石流進(jìn)行測定，測定結(jié)果只能代表當(dāng)時的一次泥石流發(fā)生的結(jié)果，且受取樣影響較大，代表性不強(qiáng)。相對而言，查表法是在現(xiàn)狀調(diào)查基礎(chǔ)上帶預(yù)測性的重度值結(jié)果，更宜作為泥石流設(shè)計的依據(jù)。故碉樓溝主溝泥石流的容重為1.72 t/m3，泥沙修正系數(shù)為0.774。

2.2 泥石流流速

碉樓溝泥石流為稀性泥石流，對溝域內(nèi)第四系物質(zhì)調(diào)查分析，泥石流堆積以塊碎石為主，充填中粗砂,局部地段分布有較大孤石和巨石群。結(jié)合上述物源特征，采用鐵二院稀性泥石流流速計算公式[3]：

( 2 )

計算結(jié)果表明，按20 a一遇的暴雨考慮，溝口、擬設(shè)梳齒壩、縫隙壩處斷面平均流速分別為5.14 m/s、7.00 m/s、7.20 m/s。

2.3 泥石流流量

泥石流流量是治理工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)，又是計算泥石流總量和固體物質(zhì)沖出量的基礎(chǔ)，對溝道各節(jié)點和擬設(shè)工程部位按剖面分段進(jìn)行計算。結(jié)合碉樓溝氣象特征，采用雨洪法進(jìn)行泥石流流量計算，對暴雨洪峰流量采用如下公式[4]：

( 3 )

設(shè)計泥石流流量計算采用如下公式[3]：

( 4)

計算參數(shù)及結(jié)果見表2。

2.4 一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量

實際量測一次泥石流沖出總量較為困難，且精度不高，故采用公式計算法[4]，其中，碉樓溝流域面積不足5 km2，取K=0.202。

( 5 )

一次泥石流固體沖出物總量采用如下公式[3]：

( 6 )

據(jù)訪問，2015年5月7日，該溝暴發(fā)山洪災(zāi)害，歷時約10 min。將已知參數(shù)帶入上式進(jìn)行計算，結(jié)果見表2。

表2 泥石流流量、一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量計算表

3 防治工程設(shè)計

碉樓溝流域內(nèi)發(fā)育5條支溝，暴發(fā)頻率較低，規(guī)模較小，但主支溝泥石流暴發(fā)聯(lián)動性好，加之流域內(nèi)溝道分布大量松散堆積物和沿岸分布多處崩滑物源，在強(qiáng)降雨條件下，該溝突發(fā)泥石流的可能性較大。因此，積極開展碉樓溝泥石流治理，將有利于保護(hù)溝口群眾生命財產(chǎn)安全。

3.1 基本思路

分區(qū)布設(shè)“固、攔、排”工程[5]，將有效控制泥石流的“物源”和“水源”，一旦其中一個“源”得到有效控制[6]，就能達(dá)到碉樓溝泥石流防治效果。碉樓溝縱坡總體表現(xiàn)為上游縱坡大，中游次之，下游變緩，局部發(fā)育跌坎、陡崖和埡口，上述地形特點，為設(shè)置不同的防治工程提供了有利條件。結(jié)合泥石流成災(zāi)特征、既有保護(hù)工程、保護(hù)對象分布等，綜合治理方案概述為“巨石穩(wěn)固+1座縫隙壩+1座梳齒壩+溝口排導(dǎo)槽”。

3.2 工程措施[7-9]

(1) 巨石穩(wěn)固工程

碉樓溝中下游溝道內(nèi)巨石密布，形成多處巨石群和卡口，暴發(fā)泥石流時易形成局部堵潰點。根據(jù)下游縫隙壩縫隙寬度設(shè)置條件，對碉樓溝內(nèi)塊徑≥2 m的巨型漂石采取鉆桿混凝土支擋柱就地穩(wěn)固(圖2)，支擋柱水平間距1.2～2.0 m，柱體露出地表2～2.5 m，埋深1.5～2 m，截面尺寸0.5 m×0.5 m，地質(zhì)鉆桿采用潛孔鉆鉆孔后植入，混凝土柱與巨石間空隙采用C30微膨脹混凝土充填。對巨石群局部地段不能滿足過流斷面時，進(jìn)行了部分巨石的人工清除。

(2) 縫隙壩、梳齒壩工程[10-11]

碉樓溝泥石流屬于山洪和泥石流交替過程，故防治方案兼顧“水石分離”，布設(shè)縫隙壩和梳齒壩可以很好達(dá)到攔石排水效果。在靠近場鎮(zhèn)公路的局部溝道段出現(xiàn)埡口地形，為布設(shè)縫隙壩和梳齒壩工程提供了地形條件。結(jié)合溝道堆積物顆粒全分析試驗結(jié)果，塊徑大于1.0 m的漂石占比40%左右，塊徑大于0.6 m小于1.0 m的漂石占比20%左右，據(jù)此，在上部埡口處布設(shè)縫隙壩，其縫隙間距設(shè)計為1.8 m，可有效攔蓄塊徑1.0 m以上的漂石，有效庫容約5 130 m3，占比約41.2%，在下部埡口處布設(shè)梳齒壩，其縫隙間距設(shè)計為1.3 m，可有效攔蓄塊徑0.6 m以上的漂石，有效庫容約2 350 m3，占比約19.4%，這樣，梳齒壩與上方縫隙壩形成兩道“過濾網(wǎng)”，可有效攔蓄2次20 a一遇泥石流中塊徑大于0.6 m的粗顆粒。各壩攔擋物源能力統(tǒng)計見表3。上述兩座壩的修建，將利于攔粗排細(xì)，穩(wěn)定溝道內(nèi)堆積物，抬高侵蝕基準(zhǔn)面，穩(wěn)定溝岸的目的。

表3 縫隙壩與梳齒壩攔擋物源能力一覽表

(3) 肋檻軟底槽、鋪底槽工程[12-13]

在溝口堆積區(qū)，結(jié)合保護(hù)對象的分布特點，擬在出山口下部溝道布設(shè)排導(dǎo)槽，防止泥石流對居民房屋和場鎮(zhèn)公路造成危害。排導(dǎo)工程分為兩段，以公屋和場鎮(zhèn)公路造成危害。排導(dǎo)工程分為兩段，以公路橋涵為界，橋涵以上部分為梳齒壩護(hù)坦接肋檻軟底槽，橋涵以下部分為鋪底槽(圖3)。

圖2 巨石穩(wěn)固剖面圖

肋檻軟底槽位于梳齒壩前護(hù)坦與公路橋涵之間，軟底槽長9.0 m。軟底槽邊墻采用梯形斷面，高度依據(jù)泥石流泥位、彎道超高、安全超高確定。泥石流設(shè)計泥深1.8 m，安全超高按0.5 m設(shè)計，堤高2.3 m，基礎(chǔ)埋深1.5 m，總高3.8 m，頂寬0.6 m，槽底凈寬6.0～10.1 m，背側(cè)直立，面?zhèn)?臨溝側(cè))坡比1∶0.2，采用C20混凝土結(jié)構(gòu)。槽底縱坡受橋涵凈高與梳齒壩基頂高差控制，設(shè)計縱比降為265.5‰。由于設(shè)計縱坡較陡，該段排導(dǎo)槽采用軟底加肋檻以降低流速并防沖，共設(shè)3道肋檻。

鋪底槽位于公路橋涵與主溝交匯口之間，總長31.4 m，為避免大挖大填，土石方利用合理，設(shè)計槽底縱坡降為143.6‰。鋪底槽邊墻采用梯形斷面，高度依據(jù)泥石流泥位、彎道超高、安全超高確定。泥石流設(shè)計泥深2.0 m，安全超高按0.5 m設(shè)計，堤高2.5 m，鋪底厚度1.0 m，基礎(chǔ)埋深1.0 m，總高3.5 m，頂寬0.6 m，槽底凈寬6.0～10.0 m，背側(cè)直立，面?zhèn)?臨溝側(cè))坡比1∶0.2，采用C20混凝土結(jié)構(gòu)。

圖3 排導(dǎo)槽和梳齒壩治理設(shè)計斷面圖

4 結(jié)論

(1) “5·7”山洪后，碉樓溝流域主支溝均受暴雨影響，出現(xiàn)6處崩滑體，通過估算，松散物源總儲量74.75×104m3，可能參與泥石流活動的動儲量為12.13×104m3，為泥石流提供了大量固體物源，加之地形坡度陡峻，在強(qiáng)降雨作用下易形成泥石流災(zāi)害，嚴(yán)重威脅溝口群眾生命財產(chǎn)安全。

(2) 結(jié)合泥石流物源分布、成災(zāi)特征、動力學(xué)特征和防治目標(biāo)等因素，通過主動穩(wěn)固泥石流中下部溝道中的巨石群和較大孤石，在下游布設(shè)縫隙壩和梳齒壩各一座，在溝口段進(jìn)行排導(dǎo)槽防治工程分段優(yōu)化設(shè)置，能有效達(dá)到減防災(zāi)目的。

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FEATURES AND PREVENTIVE COUNTERMEASURES OF POTENTIAL DEBRIS FLOW IN DIAOLOU GULLY， LEIBO COUNTY，SICHUAN PROVINCE

SUN Yu1，Li Hong-jun2，CAO Shu-bo1，WANG Gang3

(1. Sichuan institute of Nuclear Geology P.R.China，Chengdu 610061，China; 2. Yunnan land and resources vocational college，Kunming 652501，China; 3. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology， Chengdu 610059，China)

The Diaolou gully is a left-bank branch of the Xisujiao River，located in the west side of Leibo County，Sichuan Province.The gully has a basin area of 0.85 km2， 1.6 km long，and the gully’s longitudinal slope is 504.4‰. Diaolou gully，shaped like a leaf with many branch gullies，belongs to the alpine and middle structural erosion gorge geomorphy，the main gully hardly outbreak debris flow. A catastrophic mountain torrent occurred in the gully on may,2015,which killed eight residents，caused serious property damage and still threaten resident safety of the Majingzi country.Based on the geological investigations, features and formation conditions are analyzed for the potential debris flow, Then the dynamic parameters such as bulk density,velocity and transport material volume in total are computed.Based on debris flow hazard features and sustainable development of local social and economic situation,preventive countermeasures for the potential debris flow hazards are presented，which have importance for investgation and prevention of potential debris flow.

debris flow;engineering geology;dynamic parameters;preventive countermeasure

1006-4362(2017)01-0001-06

2016-11-04 改回日期： 2016-12-17

P642.23

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