白路溝稀性泥石流發(fā)育特征及其發(fā)展趨勢分析

鄭芳文，黃遠(yuǎn)金，楊 濤，馬靜靜，方 正，吳 超

(1.海南鵬越勘測設(shè)計研究有限公司，海南 ?？?570100；2.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌330099；3.江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院，江西 南昌 330029；4.海南有色工程勘察設(shè)計院，海南 ?？?570100)

1 泥石流形成區(qū)概況

白路溝位于四川省雅安市石棉縣蟹螺鄉(xiāng)，大渡河一級支流松林河右岸。溝口是新樂村農(nóng)戶較集中居住區(qū)，泥石流災(zāi)害對溝口居民存在重大安全威脅。白路溝地處山區(qū)，地形起伏高差大，溝底落差達(dá)2 639 m，由13.0 km溝長和3.9 km平均溝谷寬度為溝域提供了35.0 km2匯水面積。溝域?qū)僦芯暥葋啛釒Ъ撅L(fēng)氣候為基帶的山地氣候。受地形影響，氣候有明顯垂直分帶，多年平均氣溫為17.1 ℃。地區(qū)降雨量在時空上分布不均勻，降雨主要集中在夏季七八月份，占全年降水量的80%以上。

1.1 地形地貌

白路溝溝域位于成都平原與川西高原過渡地段，溝域形態(tài)近似不規(guī)則矩形，兩岸共發(fā)育七條支流。溝域內(nèi)岸坡以陡坡與陡坎為主，一般坡度大于45°，岸坡植被發(fā)育，但由于坡岸陡峭，滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害極易發(fā)生；雖在地震前地質(zhì)災(zāi)害較少，但經(jīng)“5.12”及“4.20”兩次大地震后，溝域內(nèi)次生災(zāi)害隱患點增多，并新生多處不良地質(zhì)災(zāi)害點，堆積了大量松散固體顆粒[1]。

1.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)出露地層主要有第四系殘坡積物、沖洪積物、崩滑堆積物、泥石流堆積物等，其中，殘坡積層主要分布在兩岸斜坡坡腳地帶；沖洪積物主要分布在泥石流溝底及溝口堆積扇地區(qū)；崩滑堆積層分布于泥石流堆積區(qū)上游和物源流通區(qū)溝道兩側(cè)。三疊系分布西油房至溜沙坡一帶，主要為絹云母透閃石片巖等變質(zhì)巖。二疊系下統(tǒng)在令牌山、地寶硐、田灣、草科一帶出露，上統(tǒng)主要分布于石棉縣的南部，主要為碳酸鹽巖、變質(zhì)碎屑巖—泥質(zhì)砂巖、基性火山巖—玄武巖等。泥盆系主要為標(biāo)水巖組片巖夾薄層大理巖及火木山組大理巖及片巖、珍珠巖、粗面斑巖。震旦系燈影組上部為條帶狀白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)白云巖，下部為白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r，含少量硅質(zhì)灰?guī)r夾層，分布于溝谷形成區(qū)和流通區(qū)左岸斜坡[2]。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

石棉縣位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶北部，與青藏滇緬印尼板塊交接，形成巨型“歹”字型構(gòu)造；同時受華夏系在龍門山構(gòu)造帶南端部分殘余的影響，形成以江官山為頂點的帚狀構(gòu)造，構(gòu)造形跡復(fù)雜，形成大多以南北向和北北西向為主的斷層、褶皺，節(jié)理和表層風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎。

1.4 水文地質(zhì)條件

白路溝流域內(nèi)植被繁茂，基巖節(jié)理發(fā)育，為基巖裂隙水的入滲、儲存和運動提供了有利條件，一般以泉水形式補給溝水[3，4]。巖溶水儲存和運移在三疊系中下統(tǒng)大理巖，多以溶隙水形式排泄于溝谷。孔隙水埋藏于第四系松散堆積層中，由于松散堆積物多由塊碎石土組成，透水性好，利于大氣降雨入滲和基巖裂隙水補給，坡腳和谷底松散堆積層孔隙水較豐富，且也向溝谷排泄。

2 泥石流的形成條件

2.1 地形條件

白路溝受斷層和褶皺等地質(zhì)構(gòu)造及地形條件控制，溝道兩岸山坡寬窄發(fā)育不對稱，右岸較寬，左岸稍窄。溝內(nèi)常年有水，且溝內(nèi)水量具有明顯的季節(jié)性，溪流由南向北匯入松林河。溝道左岸岸坡狹窄且較陡，坡度60°左右，局部近直立；右岸較緩，坡度35°～50°。

根據(jù)地形和物源堆積分布情況，將溝道分為3段。上游段為溝底高程2 050.00 m(黃海高程，下同)以上溝段，溝道岸坡陡峻高差大，溝谷縱橫，匯流面積較大，兩岸植被茂密，水土保持良好，無明顯崩滑、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。中游段為高程2 050.00 m至下游電站溝段，主溝溝谷呈“V”字形，植被較好，左岸坡度較陡，右岸坡度相對緩些，大部基巖裸露，坡面崩滑堆積物極少，但溝道有零星小規(guī)模崩滑物堆積，而沖洪積物和泥石流停積物沿溝堆積較多，兩岸有5條支溝匯入，支溝植被覆蓋較好，但松散物源分布少，溝口基本無洪積物堆積；下游段為電站至白路溝溝口溝段，縱坡較緩，溝谷呈寬“V”或“U”字型，兩岸坡度45°左右，局部稍緩，溝道較寬，達(dá)45.00～95.00 m，堆積較厚的洪沖積物。

2.2 物源條件

白路溝巖石受斷裂破碎及風(fēng)化剝蝕作用，尤其是遭受近代地震作用，為泥石流提供大量的物源。根據(jù)物源成因，可分為崩滑堆積物源和洪坡積物源兩大類[5]，主要分布于白路溝高程2 050.00 m至溝口溝段。

(1)崩滑堆積物源：巖石受斷裂破碎、風(fēng)化、雨水剝蝕、軟化潤滑和重力作用，而產(chǎn)生崩塌；殘坡積物受雨水剝蝕、軟化潤滑和重力作用，而產(chǎn)生滑坡。崩塌產(chǎn)生的松散固體物質(zhì)，多堆積于左岸坡腳，堆積體結(jié)構(gòu)松散，呈碎塊、碎屑狀，一般塊徑10.00～40.00 cm，細(xì)粒物質(zhì)含量低，塊度相對較大，規(guī)模較小。滑坡產(chǎn)生的松散碎屑物，多堆積于右岸山坡，堆積體呈碎塊、碎屑狀，一般塊徑10.00～30.00 cm，大者50.00 cm。受2008年汶川大地震和2013年“4.20”地震影響，崩塌和滑坡將進一步惡化[4]。

(2)沖洪積物源：受水流作用，坡積物和崩滑堆積物隨水流運移，并堆積于溝道。中游溝段物源豐富，顆粒較大，一般塊徑20.00～60.00 cm，堆積層厚約3.50 m；下游溝段物源更加豐富，顆粒相對較小，堆積厚度約6.50 m。沖洪積物是白路溝泥石流的主要物源類型。

2.3 水源條件

白路溝溝道及支溝均為季節(jié)性流水溝，具有山溪性水流陡漲陡落的特征。溝谷上游兩岸邊坡山高坡陡，各支溝縱坡大，有利于地表降水形成徑流和匯集；但由于白路溝各支溝長度和溝域面積較大，各支溝降雨量的時空分配不均勻，支溝匯入主溝的時間會存在差異。所以白路溝洪水往往出現(xiàn)洪峰疊加且多峰的特點。大氣降水是白路溝泥石流的主要水源。春季冰雪融水量小，溝域內(nèi)地下水多為基巖裂隙水和巖溶水，水量均不豐富，因此，冰雪融水和地下水的流動慣量無法達(dá)到引發(fā)泥石流的條件。而溝域內(nèi)長時間降雨，或強降雨，或集中暴雨是引發(fā)泥石流的主要水源，也是白路溝泥石流的主要激發(fā)因素[4-6]。

3 泥石流的沖淤特征

3.1 清水區(qū)沖淤特征

清水區(qū)位于白路溝上游段，兩岸支溝發(fā)育，植被覆蓋率大于90%，流水慣量較小，同時啟動大量物源運移的能量不足，該區(qū)多表現(xiàn)為以沖為主的特點。

3.2 流通區(qū)沖淤特征

流通區(qū)位于白路溝中游段，邊坡較陡，崩滑頻發(fā)，物源豐富，水動力逐漸加強，基本屬于物源-流通區(qū)。

在流通區(qū)上游溝道的高程2 050.00～1 710.00 m范圍，溝道較順直，溝谷縱坡降較小，溝道整體稍寬，一般25.00～50.00 m，利于泥石流松散固體物質(zhì)停積。在較小洪水條件下，其淤積的速度大于沖蝕的速度，而表現(xiàn)為以淤為主的沖淤特征。在較大洪水條件下，或可能轉(zhuǎn)變?yōu)橐詻_為主的沖淤特征。

在流通區(qū)下游溝道高程1 710.00～1 350.00 m范圍，溝谷縱坡平均比降186.7‰，且溝道狹窄，一般溝寬13.00～25.00 m，洪水一般較大，沖刷能力相對較強，溝道多基巖出露，跌水坎發(fā)育，表現(xiàn)為以沖為主的特征。

3.3 堆積區(qū)沖淤特征

堆積區(qū)位于白路溝下游段，溝道縱坡較緩，溝寬50.00 m以上，兩岸坡緩，有利于泥石流松散固體物質(zhì)的淤積，且堆積層較厚，因此堆積區(qū)表現(xiàn)為以淤積為主的沖淤特征。

3.4 泥石流易發(fā)程度

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)，根據(jù)地形、物源、水源三個泥石流形成條件，選擇有代表性的15項因素進行調(diào)查，并進行數(shù)量化處理，對白路溝泥石流進行綜合評判，評判結(jié)果N得分為92分，易發(fā)程度為易發(fā)[3]。

4 泥石流發(fā)展趨勢分析

4.1 發(fā)生頻率和發(fā)展階段

白路溝曾于1994年和2013年發(fā)生泥石流災(zāi)害，頻率約為1次/19年，屬于中頻泥石流[3]。從前期泥石流堆積的遺跡觀察，堆積扇呈串珠狀分布，依據(jù)堆積體層理和物質(zhì)組成的差異分析，判斷有新的堆積物覆蓋在老的堆積物上，且有新泥石流側(cè)蝕老泥石流堆積體并與老泥石流堆積體疊加的現(xiàn)象。這說明白路溝曾經(jīng)歷過多次強烈的泥石流活動。白路溝固體物質(zhì)不具稠性，結(jié)構(gòu)較松散，水流夾帶的固體物質(zhì)含量小于50%，石塊等固體物質(zhì)在泥石流中以滾動或跳躍的方式移動，故白路溝泥石流為稀性泥石流[7]。

4.2 發(fā)展趨勢分析

白路溝泥石流域內(nèi)分布大量的不穩(wěn)定松散堆積體，部分已出現(xiàn)垮塌。根據(jù)調(diào)查和分析計算，在暴雨頻率P=5%和P=2%時，泥石流單次固體物質(zhì)總量分別為0.92×104m3和1.97×104m3，泥石流峰值流量分別為284.23 m3/s和346.74 m3/s[8]。按《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0220-2006)表1泥石流單次堆積總量為1～10×104m3，泥石流峰值流量>200 m3/s的標(biāo)準(zhǔn)判別，預(yù)測泥石流規(guī)模為特大型。按該規(guī)范泥石流活動性分級表判別，白路溝泥石流活動性分級為高級，活動強度為強。按24 h雨量(H24)等值線圖分區(qū)，對暴雨資料的統(tǒng)計分析，并結(jié)合前述泥石流形成條件分析，綜合評判白路溝泥石流活動量化結(jié)果為21分，屬易活動區(qū)。

白路溝溝域內(nèi)曾爆發(fā)過多次泥石流活動，屬于復(fù)發(fā)型泥石流，在“5.12” “4.20”大地震后，崩滑等次生地質(zhì)災(zāi)害使溝域內(nèi)松散固體物質(zhì)增加，坡岸巖體穩(wěn)定性進一步降低，當(dāng)遇到集中強降雨時發(fā)生泥石流災(zāi)害的可能性較大。目前白路溝泥石流處于發(fā)展期，當(dāng)?shù)鼐用駪?yīng)該提高警惕，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時撤離[2]。

5 結(jié) 論

白路溝流域內(nèi)山谷高差相對較大，山高坡陡，利于水源匯集合流，溝域內(nèi)存在較多物源，在暴雨或強降雨作用下易形成泥石流，溝域內(nèi)爆發(fā)過多次泥石流活動，特別是在“5.12” “4.20”大地震后，崩滑等次生地質(zhì)災(zāi)害使溝域內(nèi)松散固體物質(zhì)增加，坡岸巖體穩(wěn)定性進一步降低，當(dāng)遇到集中強降雨時發(fā)生泥石流災(zāi)害的可能性較大。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，可以通過主動穩(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)攔沙壩等建筑物，在溝口段進行排導(dǎo)槽防治工程分段優(yōu)化設(shè)置，以能有效達(dá)到減防災(zāi)目的。

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