茂縣南新鎮(zhèn)白水寨溝泥石流特征研究

張 軍，楊 關(guān)，舒中潘

(1.四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610021；2.四川省地礦局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，成都 610072； 3.西南電力設(shè)計(jì)院，成都 610021)

2013年7月9日—11日，茂縣境內(nèi)普降暴雨，最大24 h降雨量達(dá)170 mm，10日5：00許，南新鎮(zhèn)白水寨溝暴發(fā)大型泥石流，泥石流沖毀、淹沒了溝道中下游原有的3道攔擋壩，溝道出口段居民區(qū)范圍內(nèi)的防護(hù)堤大部分被沖毀或掏蝕，沖毀出口段居民房屋3戶5間，淤埋了白水一級(jí)電站，淹沒溝道兩側(cè)大片農(nóng)田、果樹等，造成重大財(cái)產(chǎn)損失。

白水寨溝為一條老泥石流溝，據(jù)調(diào)查，該溝早在1995年8月10日曾發(fā)生過一次稀性泥石流，泥石流沖毀溝道下游段鄉(xiāng)間道路，并危及溝道兩側(cè)10多戶居民。汶川地震后溝內(nèi)發(fā)生多處崩塌、滑坡等，松散物質(zhì)較多，在雨季也多次發(fā)生小規(guī)模的泥石流和山洪流，同時(shí)具備進(jìn)一步發(fā)生規(guī)模更大的泥石流的物源條件。汶川地震之后按20 a一遇防治標(biāo)準(zhǔn)對(duì)

該溝進(jìn)行了工程治理。

1 白水寨溝自然環(huán)境概況

1.1 流域特征

白水寨溝位于茂縣南新鎮(zhèn)白水村，岷江左岸，溝口距離南新鎮(zhèn)約500 m，距離茂縣縣城約15 km。白水寨溝泥石流溝域形態(tài)呈扇形，流域主溝縱向長度13.4 km，平均寬度5.08 km，流域面積68.2 km2，主溝平均縱坡降85‰～390‰。流域內(nèi)水系呈樹枝狀分布，溝道總體曲折，共發(fā)育6條規(guī)模較大的支溝，其中大水溝支溝溝谷狹窄，縱坡陡峻，溝道狹窄，水動(dòng)力條件良好，“5.12”汶川特大地震后溝內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，松散固體物源豐富，泥石流易發(fā)程度較高，是“7.10”白水寨溝泥石流暴發(fā)的主要物源補(bǔ)給之一。

表1 白水寨溝各溝域基本特征表

1.2 地形地貌

白水寨溝流域地勢(shì)整體走向東高西低，山脈走向大體呈北東—南西向，最高點(diǎn)位于流域東側(cè)山脊部位，高程4 200 m，最低點(diǎn)位于白水寨溝匯入岷江入口，高程1 480 m，相對(duì)高差2 720 m。溝兩側(cè)的岸坡以陡坡地貌為主，一般坡度為35°～45°，局部呈陡崖狀，溝谷縱坡較大，主溝上游段及支溝縱坡多在300‰以上，有利于降雨的匯集，根據(jù)不同地段坡度、植被情況、斜坡結(jié)構(gòu)特征等的差異，為泥石流水源的匯流集中提供了基礎(chǔ)。

1.3 地質(zhì)條件

研究區(qū)屬龍門山特大型推覆斷褶帶后山推覆構(gòu)造帶，推覆帶內(nèi)部的褶皺多為相似褶皺、同斜褶皺和無根鉤狀褶皺，其軸面傾向NW，多種組構(gòu)均顯示出構(gòu)造運(yùn)動(dòng)自WN向SE的擠壓作用，結(jié)果造成危關(guān)群和茂縣群的大范圍折曲破碎。白水寨溝流域位于馬爾康地層分區(qū)帶，區(qū)內(nèi)主要出露地層有志留系茂縣群(Smx)、泥盆系月里賽群(Dyl)和第四系地層(Q)。

1.4 物源特征

白水寨溝泥石流松散固體物源較豐富，溝內(nèi)物源類型主要有崩滑型物源、溝道堆積型物源，其次為坡面型物源，主要沿溝道及支溝溝道兩側(cè)分布，據(jù)統(tǒng)計(jì)松散固體物源量473.83×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的物源量為176.10×104m3。

表2 白水寨溝物源統(tǒng)計(jì)總表

1.5 氣候

研究區(qū)屬高原型季風(fēng)氣候，氣候溫和、冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑。茂縣多年平均降水量484.1 mm，單月最大降雨量為168.1 mm，單日最大降雨量為75.2 mm，降雨分配不均，降水量集中在4月—10月，占全年降水量的91.8%，同時(shí)降雨量隨海拔的增加而增大。根據(jù)茂縣氣象局提供的資料，2013年7月8日—11日，茂縣境內(nèi)普降大雨，其中7月9日最大日降雨量達(dá)170.9 mm，7月10日清晨白水寨溝即暴發(fā)了大型泥石流，根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算白水寨溝百年一遇降雨量為146.84 mm，所以本次“7.10”白水寨溝泥石流達(dá)到100 a一遇。

表3 “7.10”降雨統(tǒng)計(jì)表

2 “7.10”前后泥石流物源特征及原有防治工程情況

2.1 “7.10”前后白物源對(duì)比情況

白水寨溝“7.10”泥石流在溝道內(nèi)新增了大量溝道堆積物，同時(shí)由于持續(xù)的強(qiáng)降雨誘發(fā)了溝道兩側(cè)斜坡，新增了大量崩塌、滑坡等。通過對(duì)“7.10”泥石流前后物源調(diào)查統(tǒng)計(jì)的對(duì)比分析，可知“7.10”泥石流致使該流域內(nèi)新增崩滑物源量為82.85×104m3，主要以新增的滑坡物源量為主；主溝溝道新增堆積物源量為36.78×104m3，支溝溝道物源量減少7.63×104m3，說明原有的部分崩滑物源和支溝溝道物源在本次泥石流中被沖入主溝并堆積。

白水寨溝“7.10”泥石流后新增物源35處，其中滑坡物源新增4處，崩塌物源(含堆積體)新增5處，溝道物源增加10處，坡面侵蝕物源全為新增，共計(jì)5處。本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)的總物源量比原有調(diào)查的物源總量(“7.10”泥石流前)增加約214.5萬m3，其中增加最大的坡面侵蝕物源，共計(jì)114.1萬m3，占總增加量的53.1%。

表4 “7.10”前后泥石流物源統(tǒng)計(jì)對(duì)比表

2.2 原有防治工程布置及損毀情況

原有治理工程主要包括攔擋壩和防護(hù)堤2個(gè)部分，在白水寨溝中下游共布設(shè)了3道攔擋壩，其中1#攔擋壩為格柵壩，布置在白水一級(jí)水電站上游1 800 m高程位置，1#攔砂壩壩址距離溝口5 262 m。在1#格柵壩下游約320 m位置處設(shè)置有2#攔砂壩，壩址距溝口4 938 m；3#攔砂壩布設(shè)在溝道下游1 660 m高程部位，距離溝口約3 461 m；在溝道出口危險(xiǎn)區(qū)段共布設(shè)有5段防護(hù)堤，防護(hù)堤總長522.32 m，治理工程布置詳如圖1。

圖1 “7.10”前泥石流防治工程布設(shè)

白水寨溝“7.10”泥石流，對(duì)原有已建防治工程損毀嚴(yán)重，絕大部分防護(hù)工程已基本失效?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查原有1#攔砂壩已完全被沖毀，現(xiàn)場(chǎng)只能看到一個(gè)沖毀后殘留的混凝土墩；2號(hào)攔砂壩已全部被泥石流堆積物掩埋，現(xiàn)場(chǎng)看不到任何痕跡；3#攔砂壩壩體右半部分已全部沖毀，左半部分壩體結(jié)構(gòu)多處出現(xiàn)裂縫，而且有明顯的傾倒跡象，不能繼續(xù)發(fā)揮攔擋功能(如圖2～3)。溝道下游防護(hù)堤在“7.10”泥石流中絕大部分被沖毀，原有治理工程防護(hù)堤總長度為413.5 m，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查僅4#還保存有1段、5#防護(hù)堤還保存有3段未被沖毀，未被沖毀總長約130 m，殘留段防護(hù)堤基礎(chǔ)掏蝕嚴(yán)重。

圖2 1#格柵壩沖毀后殘留砼墩

圖3 3#攔砂壩被沖毀

3 “7.10”泥石流特征及成因分析

3.1 泥石流沖出量

白水寨溝在7月10日5：00許由于持續(xù)的強(qiáng)降雨引發(fā)的山洪攜帶大量碎塊石及泥沙形成泥石流，泥石流沿白水寨溝流向岷江，并在溝道中下游平緩地段淤積，下游溝道淤積高度達(dá)4～5 m。泥石流持續(xù)時(shí)間約40 min，泥石流在白水寨主溝中下游平緩段及溝道出口部位產(chǎn)生大量堆積，本次泥石流沖出物質(zhì)總量為19.29萬m3，溝道中下游段堆積15.30萬m3，占沖出總量的79%，溝道出口堆積3.99萬m3。

3.2 泥石流容重

白水寨溝泥石流屬于一個(gè)低—中頻溝谷型泥石流，泥石流流體重度的確定采用現(xiàn)場(chǎng)配漿法和查表法綜合確定。

表5 泥石流容重計(jì)算值

3.3 泥石流運(yùn)動(dòng)特征

泥石流基本特征值的計(jì)算主要依據(jù)野外調(diào)查獲取的泥位、溝道斷面特征等為依據(jù)，按照黏性泥石流公式進(jìn)行計(jì)算。

QC=(1+φ)QPDC，

WC=19·T·QC/72，

式中：VC為泥石流流速，m/s；QC為頻率為P的泥石流洪峰值流量(m3/s)；WC為次泥石流的總量；WS為一次沖出固體物質(zhì)的總量；nC為黏性泥石流流速溝床粗糙率；R為水力半徑(m)；I為泥石流水面坡度或溝床縱坡，‰；QP為頻率為P的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量(m3/s)；DC為泥石流堵塞系數(shù)；φ為泥石流泥沙修正系數(shù)；γH為泥石流中固體顆粒容重(kN/m3)；γC為泥石流容重(kN/m3)；γW為水容重(kN/m3)。

P=5%時(shí)泥石流運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)見表6，泥石流運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)值比較符合實(shí)際。

表6 泥石流特征值計(jì)算表

3.4 泥石流成因分析

在詳細(xì)調(diào)查“7.10”泥石流情況的基礎(chǔ)上，并對(duì)前后溝內(nèi)松散物源及泥石流基本特征進(jìn)行了綜合對(duì)比分析，認(rèn)為引發(fā)此次大型泥石流主要的因素有以下幾方面。

1)白水寨溝所處的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，該溝域褶皺發(fā)育，受“5.12”汶川特大地震影響，溝內(nèi)滑坡、崩塌等松散固體物質(zhì)激增，可能參與泥石流活動(dòng)的松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)167.9×104m3，為泥石流的發(fā)生提供了充足的物源。

2)勘查區(qū)為高山—河谷地貌，地勢(shì)較開闊，流域面積達(dá)68.2 km2，最高點(diǎn)高程約4 200 m，最低點(diǎn)高程約1 480 m，山坡整體地形較陡，該泥石流溝溝谷切割較深，最大相對(duì)高差約2 720 m，溝谷多呈“V”型谷，主溝長約13.4 km，中上游段縱坡降達(dá)390‰，較陡的溝道為泥石流的形成提供了較好的勢(shì)能條件。

3)該區(qū)屬高原型季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨485.1 mm，最大年降水量為560.6 mm，據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》所附暴雨量等值線圖(2009版)，勘查區(qū)的1/6h、1h、6h、24h多年最大暴雨量平均值分別為7.6 mm、20 mm、33 mm、55 mm，變異系數(shù)分別為0.55、0.51、0.52、0.485。在P=2%的條件下，1/6 h、1 h、6 h、24 h雨強(qiáng)可分別達(dá)到19.68 mm、49.0 mm、81.99 mm、130.06 mm，具備引發(fā)泥石流災(zāi)害的降雨條件。根據(jù)茂縣氣象局提供的降雨資料，縣境內(nèi)在2013年7月9日、10日降雨量最大達(dá)到170.9 mm，大量的強(qiáng)降雨為泥石流暴發(fā)提供了較充足的水源條件。

4 白水寨溝泥石流發(fā)展趨勢(shì)

白水寨溝泥石流地處汶川地震極震區(qū)，地震對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌等松散物源影響巨大，且持續(xù)時(shí)間較長。根據(jù)對(duì)泥石流基本特征、成因機(jī)制和引發(fā)因素以及動(dòng)力特征的分析，白水寨溝泥石流為暴雨溝谷型低—中頻泥石流，為一個(gè)黏性泥石流。該溝1995年8月10日曾發(fā)生過一次稀性泥石流，泥石流沖毀鄉(xiāng)間道路，并危及溝道兩側(cè)10多戶居民，直至2013年7月10日暴發(fā)了一次大型泥石流，造成較大危害。

據(jù)分析，現(xiàn)存的473.83×104m3松散物源中可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為176.10×104m3，伴隨全球氣候環(huán)境的不斷惡化，出現(xiàn)極端氣候的強(qiáng)度和頻率逐漸增大，區(qū)內(nèi)今后仍存在出現(xiàn)更大強(qiáng)度降雨的可能。因此，白水寨溝仍具備再次爆發(fā)泥石流災(zāi)害的物源、地形的內(nèi)在條件，在適當(dāng)降雨條件下，極可能再次發(fā)生泥石流災(zāi)害，泥石流規(guī)模可能隨降水量增大而增大。

5 結(jié)語

1)白水寨溝泥石流溝為一條老泥石流溝，受汶川地震的影響，區(qū)內(nèi)松散物源劇增，并在2013年7月10日強(qiáng)降雨作用下暴發(fā)了大規(guī)模泥石流，對(duì)原有治理工程沖毀嚴(yán)重。

2)“7.10”泥石流后區(qū)內(nèi)松散物源豐富，動(dòng)儲(chǔ)量達(dá)176.10×104m3，且具有流域面積大、主溝溝道長、溝道縱坡陡等特征。因此，在強(qiáng)降雨條件下該溝再次暴發(fā)大規(guī)模泥石流的可能性較大。

[1] 游勇，陳興長，柳金峰.四川綿竹清平鄉(xiāng)文家溝“8.13”特大泥石流災(zāi)害[J].山地學(xué)報(bào)，2010(4)：68-72.

[2] 唐川.汶川地震區(qū)暴雨滑坡泥石流活動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].山地學(xué)報(bào)，2008(5)：577-582.

[3] 中華人民共和國國土資源部.DZ/T0220-2006泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

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