瓦達溝泥石流的勘查與治理

瓦達溝泥石流的勘查與治理

文/黃金國，四川省林業(yè)勘察設(shè)計研究院

瓦達溝泥石流位于川藏公路AK3767+820處。瓦達溝爆發(fā)的泥石流，曾多次沖毀公路路基、橋梁，使交通中斷。路基、橋梁沖毀后以便道維持通車，嚴重影響交通的正常通行。川藏公路是四川與西藏的交通大動脈，交通的中斷將嚴重制約該區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，給人民的生活帶來不便。為此，有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和專家曾多次來到現(xiàn)場進行考察，研究治理方案，要求及時對瓦達溝泥石流進行治理，恢復(fù)交通的正常通行，以加快該區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。

筆者在對瓦達溝泥石流進行詳細勘察的基礎(chǔ)上，對該區(qū)泥石流的勘查與整治問題淺談如下：

1 瓦達溝泥石流的基本情況

瓦達溝泥石流位于八宿縣瓦達村東側(cè)，里程為AK3767+820，該溝發(fā)源于亞穆山，由南向北注入怒江支流冷曲河。流域地處橫斷山腹地，為青藏高原東南翼的藏東切割山地地貌，具有河流下切強烈、地形復(fù)雜、山體破碎和坡度陡峻等地貌特征。流域形狀呈闊葉狀，回流面積約23Km2。山坡平均坡度33°，溝口海拔為3145m，源頭最高海拔為5117m，相對高差1972m。

瓦達溝在中游分為東西支溝，東支溝為深切沖溝，溝坡陡立，溝底寬2～5m，最深達50余m，溝兩側(cè)滑坡、塌方、崩塌發(fā)育，并分布有巨型巖堆裙，是泥石流的主要發(fā)源地；西支溝溝谷寬緩，溝床縱坡較緩，植被茂盛，無滑坡、塌方現(xiàn)象，已處于相對穩(wěn)定期，近期無泥石流爆發(fā)跡象，僅提供水源。東西支溝匯流后經(jīng)過寬50～150m的古洪積臺地（臺地上游窄，下游寬），并在臺地中部切出寬1 0～20m，深5～10m的沖溝，沖溝兩側(cè)陡立，在泥石流的側(cè)蝕作用下，兩側(cè)溝坡產(chǎn)生塌方，形成新的固體物質(zhì)補給泥石流。在東西支溝交匯處至谷口段長2km范圍內(nèi)，西側(cè)發(fā)育有5條、東側(cè)發(fā)育有3條小型泥石流支溝，這些支溝中上游有厚度大于10m的第四系松散堆積物，以及風(fēng)化破碎的基巖，溝內(nèi)多崩塌、滑坡，形成泥石流。由于這些支溝的匯入，進一步擴大了泥石流的規(guī)模。從溝口至冷曲河段長約0.8km，泥石流從古洪積扇中部穿過，屬通過區(qū)，在長期下切作用下，形成兩級臺地，最上一級臺地為古洪積扇扇面，已墾為農(nóng)田，泥石流對其無影響；下級臺地寬50～80m，表面有0.1～2m的泥石流淤積物，長有稀疏的雜草，已逐步趨于穩(wěn)定。在臺地中部為現(xiàn)代泥石流沖溝，寬約8～14m，深3～4m，溝床縱坡10～15%，溝底有1～2m厚的泥石流淤積物。

瓦達溝流域?qū)俑珊禍瞎葏^(qū)，年降水量約400mm，主要集中在8～10月，暴雨則集中在7～9月間，因此泥石流主要爆發(fā)在這3個月中。

受怒江斷裂帶影響，流域區(qū)斷層發(fā)育，巖石破碎，新構(gòu)造運動表現(xiàn)為強烈上升，使溝谷下切，溝床縱坡加大，構(gòu)成了泥石流活動的條件。

流域內(nèi)外動力地質(zhì)作用強烈，形成了大量的松散固體物質(zhì)，尤其是滑坡、坍塌、巖堆、殘坡積物儲量極為豐富，為泥石流提供了豐富的固體物質(zhì)來源，松散固體物質(zhì)總儲量高達12205.6萬m3，可移補給形成泥石流的松散固體物質(zhì)達4547萬m3。根據(jù)地貌及外動力地質(zhì)作用類型，可劃分為寒凍風(fēng)化帶（占10.45%），碎屑堆積帶（占2.59%），重力侵蝕帶（占9.34%），沖蝕切割帶（占77.62%）。

2 瓦達溝泥石流的特征

2.1 類型及性質(zhì)特征

瓦達溝泥石流溝谷形態(tài)明顯，有常流水，按溝谷形態(tài)劃分為溝谷型泥石流。泥石流的水源主要來自暴雨，屬暴雨泥石流。從泥石流的物質(zhì)組成特點分析，則屬于稀性泥石流。

瓦達溝泥石流淤積物中以漂（塊）石、卵（碎）石、礫石、角礫、灰?guī)r、泥砂巖、白云巖為主，其次為砂巖。淤積物大小混雜，分選性差，其中漂（塊）石約占20%，粒徑最大為1.8m；卵（碎）石約占40%；礫石（角礫）約占有23%；粘粒約占17%。

2.2 沖淤特征

從現(xiàn)場調(diào)查看，歷史上瓦達溝泥石流曾發(fā)生過規(guī)模巨大的粘性泥石流，在泥石流發(fā)生初期，以沖刷下切為主，在古洪積臺地上切出深溝；近期以稀性泥石流為主，在主溝道中游地段，以沖刷下切為主，而谷口至冷曲河段沖淤基本平衡，沖刷稍大于淤積。從調(diào)查情況看，泥石最大淤積坡度為136‰，最小沖刷坡度為40～50‰，相對平衡坡度為100‰～110‰，一次最大沖刷深度為2.5～3.5m，一次最大淤積厚度為2.0～3.0m。該溝具有大沖大淤的特點。

2.3 活動特征

瓦達溝泥石流活動具有一定的周期性，其周期的長短與暴雨及該地區(qū)地震活動周期基本一致。從最近幾十年的泥石流活動分析表明：中小型規(guī)模的稀性泥石流基本上每年都要爆發(fā)2～3次，中型規(guī)模成災(zāi)害性的泥石流一般15～20年暴發(fā)一次，大規(guī)模災(zāi)害性泥石流一般40～50年爆發(fā)一次。

2.4 形成機理

瓦達溝泥石流的形成是在高強度暴雨激發(fā)下，殘破積碎屑物隨地表徑流匯于溝中，形成低容重的泥石流或高含砂水石流，這種漿體順溝而下，沿途沖刷掏蝕兩岸坡腳，使分布于溝兩側(cè)的滑坡、巖堆前緣失穩(wěn)和古洪積物岸坡塌方，進而為泥石流的規(guī)模擴大，提供了物質(zhì)和能量，最后導(dǎo)致了大規(guī)模泥石流暴發(fā)。

2.5 發(fā)展趨勢分析

從地貌侵蝕階段性分析，瓦達溝為發(fā)展中的溝谷地貌類型，其面積指數(shù)Rf=0.777。流域內(nèi)可移松散物質(zhì)4547m3，物質(zhì)來源豐富，其地質(zhì)地貌指數(shù)R0=0.867，溝谷比降指數(shù)Ri=0.667。泥石流溝谷的發(fā)展趨勢判別指數(shù)R=2.3。按泥石流活躍程度應(yīng)歸為活躍性泥石流溝谷。

瓦達溝泥石流流域內(nèi)儲備有大量的松散固體物質(zhì)，按每年暴發(fā)2～3次，每次50～80分鐘，綜合考慮中大規(guī)模泥石流發(fā)生頻率，初步估算瓦達溝泥石流活躍期將延續(xù)100年左右。如果不能有效控制不合理的人為采煤以及亂砍濫伐林木等活動，還可能加劇該溝泥石流的規(guī)模和活躍程度。

3 瓦達溝泥石流重要指標的測定和計算

3.1 重度測定

（1）稱重法：現(xiàn)場取樣加水調(diào)劑，請目睹者鑒別，計算得泥石流的重度為16.5KN/m3。

（2）體積比法：通過調(diào)查得知，瓦達溝泥石流流體中固體物質(zhì)和水的含量相當，體積比近似于1。因此按下式計算：

Gm—固體物質(zhì)比重

f—固體物質(zhì)體質(zhì)和水的體積之比，以小數(shù)計

綜上所述，泥石流的重度為17KN/m3

3.2 流速的計算

泥石流流速的計算應(yīng)根據(jù)泥石流的性質(zhì)、所處的地區(qū)用相應(yīng)的經(jīng)驗公式。瓦達溝泥石流屬稀性泥石流，因此選用公式：

Vm=(Mm/α) Rm2/3I1/2計算得Vm=1.51(m/s)

式中Vm—泥石流斷面平均流速(m/s);

Rm—泥石流體水力半徑(m)；Rm=F/X

F—洪水時溝谷過水斷面積(m)

X—濕周（m）；

α—阻力系數(shù)

α =（ΦGm+1）1/2；

I—泥石流水面縱坡（%）；

M—泥石流粗糙系數(shù)

3.3 流量的計算

流量的計算根據(jù)實際情況可按形態(tài)調(diào)查法、配方法計算。

a、形態(tài)調(diào)查法：瓦達溝泥石流按形態(tài)調(diào)查法計算得出中小型規(guī)模的泥石流流量為55.9m3/s。其計算式為：

Qm=FmVm

式中Qm—泥石流流量（m3/s）；

Fm—泥石流的橫斷面面積（m2）；

Vm—泥石流流速（m/s）。

b、配方法：按推理--配方法計算得出瓦達溝泥石流設(shè)計洪峰流量為：

其計算公式為：

Qm=Qw（1+c）

式中Qm—設(shè)計泥石流流量（m3/s）；

C—泥石流修正系數(shù)；

α—泥石流體中水的體積含量；

α=（Gm-γm）/（Gm-1）

Wm —泥石流補給區(qū)中固體物質(zhì)的原始含水量，以小數(shù)計（可以實測，也可以用氣象站的土壤含水量分析得出）。

4 泥石流的整治

在查清泥石流的基本情況后，應(yīng)根據(jù)泥石流的性質(zhì)結(jié)合工程建設(shè)的特點，提出相應(yīng)的整治方案。

據(jù)調(diào)查，該地區(qū)泥石流特別易發(fā)育，主要為坡面泥石流和溝谷型泥石流。本次勘查工作的目的是為公路建設(shè)服務(wù)，因此，按泥石流的性質(zhì)結(jié)合公路建設(shè)提出以下整治方案。

4.1 坡面型泥石流

主要發(fā)生在暴雨季節(jié)，地表水與松散土石混合而成。泥石流順坡面漫流，流域面寬、發(fā)生頻率高，泥石流的整治非常困難。因此，結(jié)合本地區(qū)的交通情況，提出以下整治方案。

（1）植樹造林、種草。在陡峭的山坡上植樹造林、種草，防止水土流失。

（2）在較緩的山坡上整平、修臺階、造梯田，防止泥石流進一步發(fā)展。

（3）在公開路兩側(cè)邊坡進行鋪面防護，采用過水路面通過泥石流漫區(qū)。

（4）加強養(yǎng)護，及時清除堆積在過水路面上的泥石流堆積物，確保交通正常。

4.2 溝谷形泥石流

此類泥石流溝谷形態(tài)明顯，泥石流流域比較固定，但較集中，破壞力強。公路一旦毀壞，不易修復(fù)，因此應(yīng)以永久性工程根治為主。

（1）在流域上游植樹造林，合理放牧，禁止砍伐林木，防止水土流失，穩(wěn)定山坡。

（2）在泥石流下游堆積區(qū)進行排導(dǎo)工作。

a、清理平順溝谷，使溝谷保持一定的縱坡坡度，讓泥石流順利通過。

b、對大中型泥石流，如線路通過渠溝谷兩側(cè)為松散堆積物時，溝谷兩側(cè)應(yīng)修導(dǎo)流堤。

（3）對小型泥石流，據(jù)實際情況以涵洞或小橋跨越；對中大型泥石流修大橋跨越。

橋、涵位置應(yīng)選擇在泥石流溝谷相對穩(wěn)定的流通區(qū)或流通區(qū)溝口。如因條件限制，必須從泥石流堆積區(qū)通過時，應(yīng)選在溝谷順直地段。橋、涵孔徑應(yīng)保持原有溝床寬度，不易壓縮溝床和在溝中設(shè)墩。橋、涵凈空高度視泥石流的流量、最大粒徑、最大沖淤特征等綜合而定。橋、涵基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)大于該處泥石流的最大沖刷深度。

（4）加強養(yǎng)護，及時清除涵洞內(nèi)、橋下堆積的泥石流堆積物，維護橋、涵的安全，確保線路暢通。

5 瓦達溝泥石流的治理

泥石流的發(fā)生和發(fā)展原因很多，要做到預(yù)防為主，防患于未然，必須了解泥石流的特點，根據(jù)實際情況進行綜合治理。根據(jù)勘察資料，瓦達溝泥石流屬溝谷型、暴雨型高頻泥石流。泥石流是在暴雨的作用發(fā)生的。依據(jù)川藏公路的重要性，結(jié)合瓦達溝泥石流的特點，提出以下措施。

5.1 預(yù)防措施

在沖溝上游形成區(qū)，植樹造林,種植草皮；修建排水溝，防止水土流失；禁止亂砍濫伐，開墾耕種；關(guān)閉正在開采的小煤礦、采石場；在易發(fā)生滑踏的地段修?？?、擋墻等擋防工程，加固土層，穩(wěn)定邊坡。

5.2 治理措施

將線路選擇在沖構(gòu)順直，泥石流易通過的地段，在線路通過區(qū)清理溝中淤積物質(zhì)，修橋跨越泥石流沖溝，在橋梁上游修建50m的導(dǎo)流堤，下游修建30m的導(dǎo)流堤。

瓦達溝泥石流的治理至今已有10余年了，經(jīng)過多年的綜合治理，瓦達溝泥石流發(fā)生的頻率、泥石流暴發(fā)的規(guī)模正在逐步減少。當年修建的橋梁、導(dǎo)流堤及邊坡防護工程現(xiàn)今完好，線路暢通。說明泥石流對工程建設(shè)的危害雖然較大，但是只要經(jīng)過詳細的勘察，查清泥石流的性質(zhì)、特點，提出合理的治理措施，便可以將泥石流的危害降低甚至消除，從而確保工程建設(shè)及人民生命財產(chǎn)的安全。

[1]工程地質(zhì)手冊 工程地質(zhì)手冊編寫委員會編 中國建筑出版社出版

[2]公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范JTG C20-2011中華人民共和國交通運輸部發(fā)布

[3]巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001中華人民共和國建設(shè)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布

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