甘肅省引洮工程泥石流地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查現(xiàn)狀及防治對策

丑永魁， 張 翔

(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000)

甘肅省中部的定西、隴西、榆中等地區(qū)地處黃土高原腹地，氣候干燥，降雨稀少，植被稀疏，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化[1]，水資源的嚴(yán)重匱乏成為限制當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的“瓶頸”。隨著該地區(qū)社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展，對水資源的需求將不斷增加，因此水資源的供需矛盾將更加突出。為緩解該區(qū)水資源供需矛盾的現(xiàn)狀，20世紀(jì)80年代以來，經(jīng)專家規(guī)劃設(shè)計，對比論證，提出從洮河中游筑壩引水(引洮工程)，從而解決甘肅省中部長期水資源短缺的問題[2-3]。

引洮工程是甘肅省中部地區(qū)扶貧開發(fā)的重點項目之一。該工程是以洮河九甸峽水利樞紐工程為水源，以引洮供水工程為紐帶，該項目行政區(qū)劃上涉及卓尼、臨洮、渭源、定西、隴西和榆中等6縣，地跨西秦嶺山地、隴西黃土高原和馬銜山—興隆山山地3大地貌單元，地層巖性多變、地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜及各類地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，尤其是泥石流災(zāi)害,勢必會對引洮工程的建設(shè)、運行及維護造成各種各樣的困難。本文通過大量的野外觀察與現(xiàn)場調(diào)查，分別對評估區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害之一——泥石流進行了評估，結(jié)合供水工程主要為線性工程和泥石流分布特點，將其評估范圍向渠道兩側(cè)適度擴展,最后提出了相應(yīng)的災(zāi)害防治建議。

1 評估區(qū)氣象背景

本區(qū)地形總體上為西高東低，南、北高而中部低，西秦嶺橫亙于南，馬銜山斜插于北，中部為波狀起伏的隴西黃土高原。海拔1700～2400 m，面積約為5861 km2。參見圖1。

該區(qū)氣候大陸性明顯，多年平均氣溫5.7～7.7℃，多年平均降水量400～561mm，歷年最大降水量607.3～801.5 mm，多集中在6—9月，占全年降水量的60%～70%，且多以大雨、暴雨為主，多年平均蒸發(fā)量1259.3～1526.3 mm，相對濕度66%～68%(表1)。區(qū)內(nèi)降水總的特點是由西南向東北逐漸遞減，由渠首的650 mm至北部榆中一帶遞減為400 mm左右。

圖1引洮工程區(qū)域位置簡圖

表1 引洮工程區(qū)域氣象要素統(tǒng)計

2 泥石流災(zāi)害成因分析

陡峭的地形、豐富的松散固體物質(zhì)和充沛的水源是泥石流形成的基本要素[4-10]。

2.1 地形條件

該區(qū)地貌類型為黃土丘陵、梁峁溝壑和基巖中山，溝谷縱橫、切割強烈、地形陡峭，溝谷切割密度為2.1～4.8 km/km2。大多數(shù)溝谷流域形態(tài)呈“瓢形”、“桃葉形”，利于清水匯集和固體物質(zhì)的起動。據(jù)統(tǒng)計，流域面積<10 km2的占62.6%，以小流域為主；溝岸岸坡坡度>25°的面積占61.5%以上；溝床縱坡降>52‰的占60.5%(表2),顯然評估區(qū)地形條件利于泥石流的形成。

2.2 松散固體物質(zhì)條件

表2 泥石流溝地形要素統(tǒng)計

區(qū)內(nèi)以軟弱巖土為主，大量的滑坡、崩塌、瀉溜等重力堆積物以及斜坡開墾、工程建設(shè)的棄土棄渣，為泥石流的形成提供了充足的松散固體物質(zhì)來源。根據(jù)對91條泥石流溝的統(tǒng)計，本區(qū)泥石流松散固體物質(zhì)儲量>10×104m3/km2以上的占60.4%(表3)，由于本區(qū)一年中3/4的時間屬于旱季，因而雨季過后有足夠的時間積累松散固體物質(zhì)，為泥石流的發(fā)育提供了有利條件。

表3 泥石流固體物質(zhì)要素補給

2.3 降水條件

本區(qū)泥石流的形成以暴雨為主要水源,因此降水強度的大小與泥石流的形成密切相關(guān)。評估區(qū)泥石流的成災(zāi)雨強度為30 mm/d、15 mm/h和6 mm/h1/6。根據(jù)區(qū)內(nèi)各氣象站資料統(tǒng)計，其各項指標(biāo)均超過或基本達到成災(zāi)雨強度，尤其是峽口，首陽地區(qū)。

綜上所述，該區(qū)具備泥石流發(fā)生的主要基本要素，因此泥石流的發(fā)生頻率較大，破壞能力較強，直接威脅到人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

3 泥石流特征值及分布特點

3.1 泥石流流量計算

本次采用雨洪法計算泥石流流量，根據(jù)原鐵道部第一勘察設(shè)計院小流域暴雨洪峰流量計算法計算百年一遇暴雨洪峰清水流量。根據(jù)評估區(qū)地形地貌和植被特征，分為2個區(qū)計算，即秦祁河以東的黃土丘陵區(qū)和以西的石質(zhì)山區(qū)。

3.2 泥石流規(guī)模計算

泥石流規(guī)模按照一次最大沖出量來劃分。本次采用徑流折算法概算。評估區(qū)各主要泥石流溝中，大型泥石流4條，占4.4%；中型泥石流29條，占31.95%；小型泥石流58條，占63.7%。

3.3 泥石流分布特點

受地形、巖性和降水條件的控制，本區(qū)泥石流的分布表現(xiàn)出明顯的空間和時間上的差異性特征。

3.3.1 泥石流的空間分布特點

(1)受降水和地貌控制，泥石流的分布密度和暴發(fā)頻率東部大于西部、南部大于北部。渭河源頭支流秦祁河及大咸河流域是本區(qū)泥石流最為發(fā)育的地段，也是渭河流域泥石流最發(fā)育的地區(qū)之一；西秦嶺山地和馬銜山山地一帶泥石流發(fā)育密度較小，中部的廣大地區(qū)泥石流發(fā)育密度則介于二者之間。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，秦祁河及大咸河流域溝谷型泥石流的分布密度>10條/20 km；東峪溝及關(guān)川河流域泥石流分布密度為4～7條/20 km，馬銜山山前及漫壩河流域泥石流分布密度則少于4條/20 km。泥石流的暴發(fā)頻率以秦祁河流域為最高，為2～3年一次，較大支溝甚至每年暴發(fā)數(shù)次。評估區(qū)其余地段泥石流暴發(fā)頻率較低，一般幾年甚至十幾年發(fā)生一次。

(2)泥石流的空間分布受地層條件控制而略顯差異。本區(qū)的秦祁河、大咸河中下游、關(guān)川河等流域，均為黃土丘陵地帶。多分布黃土和新第三系紅層，因而多發(fā)育泥石流，其中秦祁河流域以粘性泥石流為主，大咸河流域、關(guān)川河流域則以稀性泥石流為主。根據(jù)調(diào)查，秦祁河流域北寨等地暴發(fā)的粘性泥石流，一般重度均在18 kN/m3，堆積物中含有大量的泥球。在內(nèi)官盆地山前、榆中盆地以及大咸河上游流域，巖土體類型多以軟硬巖相間為主，因而多發(fā)育泥石流，如內(nèi)官盆地丁家峽、李家峽等溝谷暴發(fā)的泥石流，沖出的塊石直徑達4～5 m；而在西秦嶺、興隆山、馬銜山山地南部地區(qū)以硬巖為主且植被覆蓋率較高的地段，一般發(fā)育水石流或洪水，偶發(fā)泥石流。

可見，“概念語法隱喻”的提出是合理的，而且是系統(tǒng)功能語言學(xué)理論（尤其是有關(guān)科學(xué)語言）的重要組成部分。接下來我們就結(jié)合前面的分析從“概念”“語法”和“隱喻”三個方面來探討其界定或判定問題。

3.3.2 泥石流的時間分布特征

降水多的年份或年內(nèi)雨量集中的年份為泥石流的多發(fā)年份。評估區(qū)泥石流以暴雨型為主，暴雨多集中于7—9月，而泥石流的發(fā)生則主要集中于此期間，約占全部泥石流暴發(fā)頻率的90%以上。評估區(qū)泥石流的暴發(fā)存在3～5年的周期，個別溝谷甚至一年暴發(fā)幾次。

3.3.3 泥石流危害特征

根據(jù)引洮工程的走經(jīng)和區(qū)域內(nèi)泥石流的發(fā)育特征，泥石流對引洮工程的危害方式主要為沖毀、淹埋等。一旦泥石流形成災(zāi)害，將直接影響引洮工程的正常運行。危害程度嚴(yán)重，危險性大。

4 泥石流的防治對策

對泥石流災(zāi)害的防治，應(yīng)遵循“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則[11-15]，根據(jù)以泥石流對渠道的危害特征和泥石流固體物質(zhì)的堆積特征，結(jié)合擬建工程布置特點，區(qū)內(nèi)誘發(fā)或加劇泥石流的主要因素為：隧洞、明渠、暗渠的開挖，渡槽架設(shè)，道路建設(shè)，料石場開挖，產(chǎn)生大量的棄土、棄渣；工程建設(shè)對周圍環(huán)境的擾動、挖損、壓埋及振動等作用，誘發(fā)崩滑體或大量松散物質(zhì)。根據(jù)對評估區(qū)泥石流溝谷的調(diào)查，結(jié)合擬建工程布置特點，提出如下防治措施。

4.1 減少擾動，合理堆放棄土、棄渣

本次工程總棄渣量為3479.5×104m3，其中總干渠棄渣量584.03×104m3，干渠棄渣量1328.27×104m3，支渠棄渣量1427.49×104m3。固體物質(zhì)量非常大，應(yīng)將棄土棄渣堆放在臺階處，避免堆放在溝道內(nèi)，預(yù)防泥石流的發(fā)生。

4.2 采用避讓措施，利用渡槽、倒虹吸、涵洞等工程，防止泥石流對渠系的直接危害

對渠道通過泥石流溝谷的地段，應(yīng)設(shè)計符合標(biāo)準(zhǔn)的渡槽、倒虹吸、涵洞等工程，防御泥石流的危害。根據(jù)泥石流與渠系工程的關(guān)系，主要提出以下防治措施。

對于總干渠的渡槽工程，為防御泥石流的沖擊、沖刷等危害，建議采用排架支承型式，下部為現(xiàn)澆C20鋼筋砼的空心墩，墩頂上設(shè)排架的組合結(jié)構(gòu)形式，排架、空心墩基礎(chǔ)須置于砂礫石層或基巖之上，對黃土等軟弱層較厚的地基均采用現(xiàn)澆砼井樁基礎(chǔ)，持力層亦為砂礫石或基巖，空心墩均置于沖刷深度以下。對于干渠、支渠涉及的渡槽工程，架空高度<15 m的，采用單排架支承型式，架空高度>15 m的，采用雙排架支承型式。對于架空高度>20 m的，采用空心墩，以提高抗沖刷、沖擊能力。當(dāng)渡槽位于泥石流的堆積區(qū)時，應(yīng)預(yù)留足夠的排架凈空高度，防止因泥石流的淤積導(dǎo)致瀉洪不暢形成災(zāi)害。

4.2.2 倒虹吸工程

當(dāng)渠線所跨溝道呈寬淺式，泥石流流量大，地基條件不良等條件時，應(yīng)采用倒虹吸工程，管橋支架采用排架型式，盡量采取大跨度，減少墩基對泥石流阻擋。

4.2.3 暗渠工程

對于頂部低于溝道者，在工程完成后回填恢復(fù)原溝道即可。高于溝底時用漿砌石將暗渠頂部做成滾水壩，上下游做齒墻，下游拋大塊石抗沖。

4.2.4 明渠工程

外側(cè)采用漿砌石重力式擋土墻，尤其注意傍山渠道的襯砌與施工。

4.2.5 涵洞、涵管工程

對于渠道跨越天然河道、沖溝時均設(shè)置立體交叉排洪建筑物，以保證洪水、泥石流的順暢通行，保護渠道安全，如涵洞、涵管、排洪渡槽等。

4.3 布置攔擋工程

在泥石流的形成區(qū)布置攔擋工程，將固體物質(zhì)攔蓄在溝道內(nèi)，減少泥石流重度，減輕泥石流對渠道的沖擊作用。

4.4 生物與工程措施

積極結(jié)合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、林業(yè)等措施，采取生物措施和工程措施相結(jié)合的方法，對泥石流進行綜合治理。生物措施主要包括在坡度25°以上坡耕地進行退耕還林，種樹種草。工程措施主要為坡改梯、修建各類攔擋工程，如谷坊、漿砌石壩、淤地壩等。

5 結(jié)語

(1)泥石流災(zāi)害是引洮工程沿線中最具危害的自然災(zāi)害之一，評估區(qū)內(nèi)以軟弱巖土為主，降水多，雨季過后有足夠的時間積累松散固體物質(zhì)，是泥石流易發(fā)頻發(fā)的主要因素。

(2)泥石流的流量和規(guī)模分析，大型泥石流4條，占4.4%；中型泥石流29條，占31.95%；小型泥石流58條，占63.7%。泥石流的分布密度和暴發(fā)頻率東部大于西部、南部大于北部，以暴雨型為主，集中發(fā)生于每年度7—9月。

(3)在分析泥石流誘因基礎(chǔ)上，提出在施工過程中合理堆放棄土、棄渣，采用渡槽、倒虹吸、涵洞等工程，布置攔擋工程和利用生物與工程措施進行泥石流災(zāi)害防治。

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