綏寧縣泥石流災(zāi)害形成機制與防治措施分析研究

李 跳

(湖南省地球物理地球化學(xué)勘查院，湖南 長沙 410116)

0 前 言

綏寧縣位于湘西南，地處雪峰山脈南端與南嶺山系八十里大南山北西端的交接地帶，為云貴高原東部邊緣，武陵山脈西南支苗嶺地區(qū)。綏寧縣由南、北、東三面高山環(huán)抱，境內(nèi)峰巒林立，溝谷深切；中部縱向隆起，將全縣分成東、西2大部分。

縣境屬亞熱帶山地型季風(fēng)濕潤氣候，立體氣候和地形小氣候十分明顯，山區(qū)逆溫效應(yīng)明顯。境內(nèi)雨量充沛，北部金屋塘和寶頂山一帶迎風(fēng)坡，降水量最大，為多雨和特大暴雨易發(fā)地區(qū)；西南部東山鄉(xiāng)一帶背風(fēng)坡，為全縣少雨區(qū)。降水集中時段為3～7月，常出現(xiàn)洪水泛濫、山洪暴發(fā)等災(zāi)害性天氣。

綏寧縣地處新華夏系第三隆起帶的東緣及新華夏系雪峰斷褶帶的南端，境內(nèi)出露地層以震旦系、寒武系、奧陶系最廣，主要分布于境內(nèi)西部、南部和北部；次為泥盆系地層，分布于境內(nèi)東部，為一套淺海相碎屑巖及碳酸鹽巖。

境內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，主要為印支期酸性侵入巖，巖相為中深成相，產(chǎn)出狀態(tài)為巖基。巖體內(nèi)部發(fā)育花崗斑巖、石英斑巖、花崗細(xì)晶巖及輝綠巖等后期巖脈。侵入巖體主要分布于縣境北部寶頂山區(qū)瓦屋塘、黃土礦和唐家坊等廣大地區(qū)，如瓦屋塘花崗巖體和北部金屋塘鎮(zhèn)的崇陽坪花崗巖體。境內(nèi)地下水類型主要有基巖裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水、松散巖類孔隙水3大類。

縣境地貌類型以山地為主，城鄉(xiāng)居民建房、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、水利水電建設(shè)、礦山開采等人類工程活動多需切坡，且隨著地方經(jīng)濟的發(fā)展，各種人類工程活動日益頻繁。如此種種，在為地方經(jīng)濟發(fā)展作出貢獻的同時，也顯著影響著地質(zhì)環(huán)境，甚至嚴(yán)重破壞了地質(zhì)環(huán)境。

全縣已發(fā)生泥石流25處，其中災(zāi)情為特大型的4處、大型3處、中型9處、小型9處，造成人員傷亡，直接經(jīng)濟損失近2億元。在綏寧縣已發(fā)生的25處泥石流中，有23處仍有可能復(fù)發(fā)，為泥石流隱患點，其中險情為大型1處、中型13處、小型9處，隱患點威脅人口眾多，威脅資產(chǎn)2.2億元。

1 研究區(qū)泥石流災(zāi)害特征與形成條件

1.1 發(fā)生時間分布規(guī)律

泥石流與降雨關(guān)系十分密切，特別與暴雨周期具一致性。全縣25處泥石流共發(fā)生33次泥石流災(zāi)害(部分多次復(fù)發(fā))，有19次集中發(fā)生于2001年6月19日，占發(fā)生總次數(shù)的57.58%。泥石流的發(fā)生與綏寧縣豐水年度高度一致，發(fā)生周期大致為3～5年。

從月份來看，集中發(fā)生于5～7月，尤以6月為最多，共28次，占泥石流發(fā)生總次數(shù)的84.85%，泥石流發(fā)生月份與綏寧縣近32年(1981～2012年)月平均降雨量正相關(guān)(見圖1)，與年內(nèi)集中降雨月份及暴雨期基本一致。

圖1 綏寧縣泥石流發(fā)生月份與月均降雨量關(guān)系

1.2 空間分布規(guī)律

從行政區(qū)域來看，綏寧縣已發(fā)生的25處泥石流主要分布于北部寶頂山附近的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共19處，占總數(shù)的76%。

從地貌分區(qū)來看，綏寧縣已發(fā)生的25處泥石流主要分布在中山區(qū)，海拔在1000 m以上，共23處，占泥石流總數(shù)的92%，尤以北部寶頂山附近最為集中。

1.3 泥石流發(fā)育特征

(1) 泥石流形態(tài)特征。境內(nèi)泥石流的平面形態(tài)多為長喇叭形，剖面形態(tài)多呈階梯狀。

(2) 泥石流地貌形態(tài)特征。綏寧縣泥石流主要發(fā)生在中山陡坡地貌單元中，其形成區(qū)山勢較為陡峻，坡度一般在30°～60°(見表1)，有利于堆積物和雨水匯集及流通。境內(nèi)泥石流流通區(qū)坡降大，從源頭到溝口縱向坡度一般為10°以上，流域為狹長條形，按泥石流分類均屬溝谷型泥石流。

表1 綏寧縣泥石流區(qū)山坡度統(tǒng)計

(3) 泥石流物質(zhì)來源。綏寧縣泥石流物源主要為自然堆積物，即多由巖石風(fēng)化形成的第四系殘坡積碎石土，其層厚1～20 m，結(jié)構(gòu)較松散。特別是花崗巖分布區(qū)，由于花崗巖較易風(fēng)化，全風(fēng)化殘積砂質(zhì)粘土層厚度大，當(dāng)遇暴雨沖刷時即成泥石流物質(zhì)來源。寶頂山附近發(fā)生的十幾處泥石流物質(zhì)來源均為花崗巖全風(fēng)化殘積物。

(4) 泥石流發(fā)育與植被關(guān)系密切。綏寧縣泥石流主要發(fā)生在上世紀(jì)末至本世紀(jì)初的林業(yè)砍伐高峰期，對植被破壞較嚴(yán)重，進而使山坡的穩(wěn)定性被破壞，引發(fā)崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，因此當(dāng)時泥石流發(fā)生頻繁(見圖2)。近十幾年來，綏寧縣開始注重植被恢復(fù)與保護，以往發(fā)生過泥石流的地方現(xiàn)已恢復(fù)植被。泥石流發(fā)生頻率有減少的趨勢。

圖2 因樹木砍伐嚴(yán)重引發(fā)山體滑坡形成物源

(5) 泥石流溝易發(fā)程度。根據(jù)泥石流溝易發(fā)程度統(tǒng)計分析，綏寧縣泥石流溝易發(fā)程度以中、低易發(fā)為主，其中易發(fā)泥石流溝9處，占36.0%；低易發(fā)泥石流溝10處，占40.0%。

(6) 泥石流規(guī)模特征。按堆積物體積劃分，綏寧縣已發(fā)生的25處泥石流中，小型10處，中型10處，大型3處，巨型2處。

1.4 泥石流危害特征

泥石流常常具有暴發(fā)突然、來勢兇猛、迅速之特點，并兼有崩塌、滑坡和洪水破壞的雙重作用。泥石流所造成的災(zāi)害往往是毀滅性的，災(zāi)前防治和災(zāi)后恢復(fù)困難較大，有些被毀壞的農(nóng)田甚至永久無法修復(fù)，破壞性極大。

綏寧縣已發(fā)生泥石流災(zāi)害25處，僅占全縣已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的8.4%，但其所造成的直接經(jīng)濟損失占全縣因地質(zhì)災(zāi)害造成損失的90%以上。

綏寧縣泥石流的危害主要表現(xiàn)為沖毀房屋、農(nóng)田、道路、橋梁等，也造成人員傷亡。如2001年6月19日，綏寧縣連降暴雨15 h，其中寶頂山地區(qū)降水量高達(dá)313 mm，持續(xù)暴雨引發(fā)了綏寧縣大范圍的山洪災(zāi)害，同時發(fā)生了大量的山體滑坡和崩塌，崩滑體與洪水組成了大規(guī)模的泥石流，給當(dāng)?shù)鼐用裨斐闪藲缧缘膿p失。據(jù)當(dāng)時的調(diào)查統(tǒng)計資料，有12個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)普遍受災(zāi)，受災(zāi)人口達(dá)21萬。

1.5 泥石流形成條件

(1) 地形地貌條件。境內(nèi)泥石流主要分布于中、低山區(qū)，上游形成區(qū)山高坡陡，坡度一般在30°～60°，三面環(huán)山，沖溝發(fā)育，呈樹枝狀分布，流城形狀便于水流匯集和碎屑物質(zhì)的集中；中游流通區(qū)的地形多為狹窄陡深的峽谷，溝谷深切，多呈“V”字型，溝床縱坡降一般大于10%，使泥石流能迅猛直瀉；下游堆積區(qū)的地形為開闊平坦的山前平原或河谷階地，使堆積物有堆積場所。

(2) 氣象條件(水源條件)。水既是泥石流的重要組成部分，又是泥石流的激發(fā)條件和搬運介質(zhì)(動力來源)，短時集中高強度降雨是泥石流形成的水源條件。根據(jù)綏寧縣降雨短時閥值圖分析(見圖3)，境內(nèi)泥石流分布集中的寶頂山附近降雨量達(dá)到60 mm就可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。而根據(jù)綏寧縣年均降雨分布圖分析(見圖4)，綏寧縣年降水總體呈現(xiàn)北多南少的趨勢，其中降水量最多的地區(qū)位于北部黃土礦鄉(xiāng)附近，年均降水超過1300 mm；中部以北地區(qū)，年均降水量都在1200 mm以上。年均降雨量豐富地區(qū)與泥石流分布集中高度一致，境內(nèi)泥石流發(fā)生與氣象條件關(guān)系密切。

圖3 綏寧縣降雨短時閾值

圖4 綏寧年平均降水分布

(3) 松散物質(zhì)來源條件。根據(jù)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)分布有易風(fēng)化的花崗巖巖組13處，較易風(fēng)化、結(jié)構(gòu)破碎、裂隙發(fā)育的震旦系、奧陶系、志留系板巖巖組9處，泥盆系砂巖巖組1處，第四系松散土層2處。其中易風(fēng)化的花崗巖巖組分布區(qū)泥石流往往多次復(fù)發(fā)，主要是因為區(qū)內(nèi)花崗巖淺部節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石易風(fēng)化，全～強風(fēng)化層厚度大，一般可達(dá)5～20 m，可為泥石流發(fā)生提供豐富的物質(zhì)來源；區(qū)內(nèi)淺變質(zhì)砂巖、板巖地層盡管力學(xué)強度較高，但其節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強烈，尤其是板巖，因而在該類巖體分布區(qū)表層殘坡積松散土體發(fā)育，亦可為泥石流發(fā)生提供較豐富的物質(zhì)來源。由此可以看出，易發(fā)泥石流的巖土體類型為結(jié)構(gòu)破碎、易風(fēng)化、裂隙發(fā)育的巖組以及第四系覆蓋層較厚的松散物。

1.6 泥石流形成誘因

綏寧縣已發(fā)生的泥石流主要發(fā)生在中山區(qū)，人類工程活動少，泥石流的誘發(fā)因素主要為自然因素。泥石流發(fā)生流域溝谷巖性主要為易風(fēng)化的花崗巖與節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎的板巖，陡坡地段崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，當(dāng)發(fā)生短時高強度降雨時即引發(fā)泥石流。

2 研究區(qū)泥石流易發(fā)程度分析預(yù)測

根據(jù)上述泥石流形成條件分析，綏寧縣泥石流高易發(fā)區(qū)域為寶頂山區(qū)。按照易發(fā)條件相似性類比，北部金屋塘鎮(zhèn)西部總頂界分布有崇陽坪花崗巖體，其形成時期、巖性等均與寶頂山區(qū)的瓦屋塘花崗巖體相同，具備形成泥石流的物源條件；地貌類型為中山，山頂海拔標(biāo)高多在1000 m以上，地形陡峻，地形坡度一般大于25°，沖溝發(fā)育，流域縱坡降大，具備形成泥石流的有利地形條件；短時降雨量閥值60 mm以上，年均降雨量1200 mm以上，具備形成泥石流的氣象條件。

因此，根據(jù)易發(fā)條件相似性類比預(yù)測，北部金屋塘鎮(zhèn)西部總頂界附近區(qū)域具備泥石流形成的各種條件，雖然目前該區(qū)域尚未發(fā)生泥石流災(zāi)害，但當(dāng)出現(xiàn)類似寶頂山區(qū)“6·19”特大暴雨時，就有可能發(fā)生泥石流災(zāi)害。

3 泥石流災(zāi)害防治措施

綏寧縣各級政府部門對泥石流災(zāi)害的防治工作高度重視，已投入大量資金進行泥石流災(zāi)害的雨情監(jiān)測與工程治理，也取得了一定成效。但因受到縣級財政資金制約，今后綏寧縣的泥石流災(zāi)害防治工作任務(wù)依然艱巨。

3.1 常用泥石流治理技術(shù)方法

(1) 谷坊及谷坊群。能攔砂節(jié)流；抬高局部溝段的侵蝕基準(zhǔn)，護床固坡；減緩回淤段溝床縱坡，減小沖刷，抑制泥石流發(fā)育。

(2) 泥石流攔砂壩。修建在泥石流形成區(qū)中下游或流通區(qū)內(nèi)的永久性工程，能攔蓄泥砂，調(diào)節(jié)下泄泥石流的流速，穩(wěn)定溝岸及崩滑體。

(3) 泥石流格柵壩。格柵壩是用于稀性泥石流和水石流防治的一種工程結(jié)構(gòu)。它能攔蓄泥石流中粗大顆粒，排走泥砂、細(xì)礫和流體中的自由水，使進入壩庫的泥石流很快被疏干，達(dá)到水土分離。

(4) 泥石流排導(dǎo)槽。泥石流排導(dǎo)槽是由人工構(gòu)筑的槽形建筑物，其作用是將泥石流順利地排泄到指定的區(qū)域，使保護對象免受破壞。

(5) 護岸壩。保護溝岸，防止溝岸坍塌，以減少固體物質(zhì)的來源。

(6) 停淤場。將運動著的泥石流引入預(yù)定地段，令其自然減速。

(7) 生物工程。包括恢復(fù)植被和合理耕牧。生物措施需要在泥石流溝的全流域?qū)嵤柰ㄟ^一段時間后才可發(fā)揮明顯作用。

除以上方法外，還有導(dǎo)流堤、導(dǎo)流壩、固床壩、護岸擋墻等。

3.2 常用泥石流工程治理方案

泥石流災(zāi)害的治理需要綜合運用多種方法，才能達(dá)到根治目的。泥石流災(zāi)害防治工程也是一項基本建設(shè)工程，為保證工程的科學(xué)性、經(jīng)濟性和有效性，必須遵循防治工程方案的可行性論證、防治工程設(shè)計、防治工程施工等基本程序與步驟。在以坡面侵蝕及溝谷侵蝕為主的泥石流溝域，以生物工程為主，輔以治理工程措施；在以崩塌、滑坡重力侵蝕為主的區(qū)域，以治理工程為主，兼用生物工程；以坡面侵蝕和重力侵蝕兼有的泥石流溝域，則采用綜合治理方案。

(1) 治水為主的方案(泥石流形成區(qū)治理)。利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水徑流，改善水動力條件，使水土分離，穩(wěn)定山坡。同時輔以生物工程，充分發(fā)揮其滯留降水、保持水土、調(diào)節(jié)徑流，以及少量攔擋、排導(dǎo)工程以穩(wěn)定部分土體。適宜于稀性泥石流的治理。

(2) 治土為主的方案(泥石流形成區(qū)治理)。利用攔墻、支護工程，攔蓄泥石流固體物質(zhì)，穩(wěn)定溝岸崩塌及滑坡，同時輔以排導(dǎo)、截水工程等。適用于土質(zhì)類崩塌滑坡型泥石流溝的治理。

(3) 排導(dǎo)為主的方案(流通區(qū)、堆積區(qū)治理)。利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的流向，以減少損失。

(4) 綜合治理方案。在具體實施泥石流防治時，宜采取坡面、溝道兼顧，上下游統(tǒng)籌的綜合治理方案。一般在溝谷上游以治水為主，中游以治土為主，下游以排導(dǎo)為主。

4 綏寧縣泥石流防治方案與防治措施建議

根據(jù)綏寧縣泥石流災(zāi)害隱患點的特點與現(xiàn)狀，宜采取坡面、溝道兼顧，上下游統(tǒng)籌的綜合治理方案。即以生物工程為主，輔以治水、治土、防護、排導(dǎo)等工程治理措施，結(jié)合搬遷避讓進行綜合防治。在泥石流形成區(qū)(泥石流溝谷上游)采取生物工程為主、輔以治水工程的防治措施；在泥石流溝谷中游利用攔墻、支護工程為主的治土防治措施，攔蓄泥石流固體物質(zhì)，穩(wěn)定溝岸崩塌及滑坡，同時輔以排導(dǎo)、截水工程等；在泥石流溝谷下游利用排洪道、渡槽等排導(dǎo)工程為主的防治措施，排泄泥石流，控制泥石流的流向，以減少損失。

(1) 生物工程措施。結(jié)合綏寧縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃，對集中分布于北部寶頂山區(qū)的19處泥石流區(qū)域，可以通過實施生態(tài)環(huán)境綜合治理規(guī)劃，加快恢復(fù)森林草地生態(tài)系統(tǒng)功能，提高其抗擊地質(zhì)災(zāi)害和低溫雨雪災(zāi)害能力，發(fā)揮森林草地固土護坡、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)涇流的作用。同時針對泥石流集中分布的寶頂山區(qū)進行小流域重點治理：采取坡改梯、種草、封山育林、禁伐、修建小型水利水保工程等措施，治理泥石流易發(fā)區(qū)水土流失問題。

(2) 格柵壩。綏寧縣泥石流主要以稀水石流為主，且主要分布在寶頂山花崗巖區(qū)，泥石流發(fā)生時常夾帶大量巨型漂石，因此可以在泥石流溝上游修建格柵壩，攔擋漂石，減少泥石流對下游的危害。

(3) 排導(dǎo)、護岸工程。綏寧縣泥石流主要發(fā)生在小流域，溪溝發(fā)育，排導(dǎo)工程可采取疏浚溪溝、截彎取直引導(dǎo)泥石流流向，防止因流通渠道不暢而溢出溪溝沖毀農(nóng)田、房屋等。同時對岸坡采取石籠或漿砌塊石護岸，防止岸坡坍塌。

(4) 搬遷避讓。搬遷避讓工程適用于治理難度大、人口密度小、破壞性大的隱患點。