吉林省四平村泥石流易發(fā)程度評(píng)價(jià)與防治設(shè)計(jì)

于成龍

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130033）

1 引言

泥石流易發(fā)程度評(píng)價(jià)是泥石流災(zāi)害綜合評(píng)價(jià)中的重要組成部分。本文在進(jìn)行成因分析的基礎(chǔ)上，采用數(shù)量化評(píng)分法和經(jīng)驗(yàn)公式法，對(duì)吉林省四平村泥石流易發(fā)程度進(jìn)行了綜合分析評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了泥石流地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)。

評(píng)價(jià)區(qū)位于吉林省白山市江源區(qū)灣溝鎮(zhèn)四平村。2010年7月30日20時(shí)至7月31日8時(shí)，四平村出現(xiàn)特大暴雨，形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害，造成10hm2的耕地絕收，近30hm2的耕地不同程度的減產(chǎn)；數(shù)千立方米泥石流淤積物堆積道路之上，阻礙交通；7間房屋遭到不同程度的沖擊、損壞，受災(zāi)人數(shù)12人。因此，對(duì)四平村泥石流地質(zhì)災(zāi)害的成因進(jìn)行分析，對(duì)其易發(fā)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出針對(duì)性的防治工程設(shè)計(jì)有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

評(píng)價(jià)區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，歷年平均氣溫4.6℃、最高年份為5.5℃、最低年份為3.3℃。最大凍結(jié)深度1.5m，最大積雪厚度120mm。多年平均降雨量883.4mm、最大年降雨量1 376.0 mm、最大日降雨量150.4mm、最大小時(shí)降雨量50.4mm、最大10分鐘降雨量19.7mm。

評(píng)價(jià)區(qū)及周圍總體地勢(shì)為北高南低，地貌按成因劃分為構(gòu)造剝蝕低山和河流侵蝕堆積階地。低山位于區(qū)域北部，海拔730～1 072m，山坡坡度一般為15～40°，溝壑發(fā)育，地形切割深度較大，一般在20～50m；階地位于區(qū)域南部，海拔多在700～730m，寬度250～400m，分布于湯河及其支流兩側(cè)。

3 泥石流成因分析

四平村泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育在四平村北部的三處溝谷內(nèi)，分別為位于西部的W溝、中部的C溝和東部的E溝?？倕R水區(qū)面積約0.67km2，三條泥石流溝均為北南流向，溝口及堆積區(qū)均位于四平村北部，流域地形見下頁圖。

流域地形圖

3.1 地形地貌條件

W溝長約1 110m、C溝長約545m、E溝長約335m，匯水區(qū)內(nèi)海拔最高值為1 072m，最低值為730m，相對(duì)高差342m，溝谷縱坡降約26.54%。上游坡度較陡，溝谷縱向順直，大部分溝段的溝床及山坡基巖裸露，對(duì)泥石流加速作用較顯著。溝谷上游坡陡，暴雨易于匯集；中段狹長，兩側(cè)山坡坡度較大；下游及溝口地勢(shì)較為開闊、坡度平緩，具有較典型的形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)特征。

3.2 固體物質(zhì)條件

由于大量毀林開荒活動(dòng)，在降水作用下，使得失去植被保護(hù)、水土保持能力下降的土壤被雨水侵蝕，造成水土流失。與此同時(shí)，裸露的巖石受到了長期風(fēng)化剝蝕，地表水易于滲入，風(fēng)化巖土體以坡面侵蝕方式為泥石流形成提供了大量的固體物質(zhì)。在水流反復(fù)沖刷與侵蝕作用下，時(shí)有小規(guī)模崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，為泥石流不斷提供新的物源。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)資料，四平村泥石流溝谷松散堆積層平均厚度約為1.0m，通過計(jì)算，松散固體物源儲(chǔ)量約為5.12×104m3。

3.3 水動(dòng)力條件

評(píng)價(jià)區(qū)平均年降雨量883.4mm、最大年降雨量1 376.0mm、最大日降雨量150.4mm、最大小時(shí)降雨量50.4mm、最大10分鐘降雨量19.7mm，為泥石流發(fā)生提供了必備的水動(dòng)力條件。

4 泥石流易發(fā)程度評(píng)價(jià)

本文在實(shí)地勘測(cè)基礎(chǔ)上，運(yùn)用泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分法和經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)四平村泥石流的易發(fā)程度進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

4.1 數(shù)量化評(píng)分法

經(jīng)過實(shí)地勘測(cè)，根據(jù)DZ/T0220－2006《泥石流地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》中泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分表，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)泥石流各影響因素進(jìn)行逐一調(diào)查、判定打分[1-4]，打分結(jié)果詳見表1。

由表1可知，三條泥石流溝數(shù)量化標(biāo)準(zhǔn)得分分別為99、92和87分，根據(jù)泥石流溝易發(fā)程度綜合評(píng)分(表2)，均屬中等易發(fā)泥石流溝。

表1 泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分

表2 泥石流溝易發(fā)程度綜合評(píng)分

4.2 經(jīng)驗(yàn)公式法

本文采用的經(jīng)驗(yàn)公式指暴雨泥石流發(fā)生與否的綜合判別式[5]。

暴雨泥石流發(fā)生與否的綜合判別式為：

式中：Y——泥石流發(fā)生的綜合判別指標(biāo)；

R——降雨條件函數(shù)；

K——有前期降雨的修正系數(shù)，K≥1；

M——流域環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)，單因素量化值詳見表3；

H24——最大24小時(shí)或日降雨量(mm)；

H1——最大小時(shí)降雨量(mm)；

H1/6——最大10分鐘降雨量(mm)；

H24(D)——可能發(fā)生泥石流的24小時(shí)或日降雨量界限值(mm)；

H1(D)——可能發(fā)生泥石流的1小時(shí)降雨量界限值(mm)；

H1/6(D)——可能發(fā)生泥石流的10分鐘降雨量界限值(mm)；

Ki——易發(fā)因素動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)權(quán)重；

Ni——易發(fā)因素?cái)?shù)量化評(píng)分值。

當(dāng)Y ＞35時(shí)，發(fā)生泥石流的機(jī)率約為85%；當(dāng)Y＜25時(shí)，不發(fā)生泥石流的機(jī)率約為83%；當(dāng)Y=25～35時(shí)，即介于泥石流可能發(fā)生與不發(fā)生之間，發(fā)生的機(jī)率約為64%。

表3 流域環(huán)境動(dòng)態(tài)因素量化表

H24(D)、H1(D)、H1/6(D)按地區(qū)限雨量值分別取值為60、20、10；根據(jù)搜集的資料H24、H1、H1/6分別取150.4、50.4、19.7。

根據(jù)上述公式，分別計(jì)算三條泥石流溝的R和M值，代人(1)式，得出YW=70.11、YC=62.48、YE=58.21，其數(shù)值均＞35。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)降雨量H24、H1、H1/6值分別≥150.4、50.4、19.7時(shí)，三條泥石流溝發(fā)生泥石流的機(jī)率約為85%，再次發(fā)生泥石流的可能性均較大。

5 防治工程設(shè)計(jì)

5.1 防治措施與防治工程的選擇

結(jié)合評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件以及當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)等各種條件，優(yōu)先采用技術(shù)可靠、施工簡(jiǎn)便、資金投入少的防治方法，在消除地質(zhì)災(zāi)害隱患的前提下，結(jié)合土地利用和環(huán)境恢復(fù)，對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)進(jìn)行防治。

本次泥石流地質(zhì)災(zāi)害防治工程考慮在泥石流的形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)內(nèi)，分別采取相應(yīng)的清淤、疏通、攔擋和排導(dǎo)的綜合防治方案。

5.2 清淤工程

四平村泥石流溝內(nèi)淤積大量淤泥、砂、碎石，為避免形成泥石流物源，確保谷坊工程、排導(dǎo)槽工程及擋土墻的施工安全與使用安全，設(shè)計(jì)首先進(jìn)行淤積物清理工程，采取即挖即運(yùn)的方式清除。

W溝長度為1 110m，寬度為1.8～13.5m，清淤量為1 167m3；C溝長度為545m，寬度為2.5～15.0m，清淤量為954m3；E溝長度為335m，寬度為2.5～5.0m，清淤量為469m3?？偳逵倭抗灿?jì)2 590m3。

5.3 谷坊工程

修筑埋石砼谷坊，對(duì)泥石流地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行主動(dòng)攔擋。谷坊位置考慮選擇在口狹肚闊、壩肩高度足夠、上游溝段平緩、地基堅(jiān)固的部位以及在支溝匯口和彎道的下游，跌坎的上游位置。基礎(chǔ)深度考慮滿足穩(wěn)定性要求，兩岸坡結(jié)合部開挖1m以上基槽，確保壩體與岸坡的結(jié)合。泄水孔角度≥5%。上下左右交錯(cuò)設(shè)置，成“品”字形分布。下游設(shè)置護(hù)坦及消力池防沖刷工程，消力池尾部設(shè)消力坎，使其產(chǎn)生水躍。

谷坊共修建18座，W溝5座，C溝7座，E溝6座，總長度246m，采用埋石混凝土結(jié)構(gòu)澆筑，總砌筑量為5 120m3。

5.4 排導(dǎo)槽工程

W溝排導(dǎo)槽長度372m，寬3.5m，內(nèi)寬2.7m，內(nèi)高1.5m，厚0.4m，截面為倒梯形，截面積2.28m2，采用M10漿砌石砌筑，砌筑量848m3。

C溝與E溝自最下游第一座谷坊開始修筑排導(dǎo)槽，沿村路北側(cè)匯至村東地勢(shì)最低處，再排至路南河流內(nèi)。村路邊排導(dǎo)槽長度660m，寬1.5m，內(nèi)寬1.1m，內(nèi)高1m，厚0.2m，截面積0.6m2，采用M10漿砌石砌筑，砌筑量共396m3；排導(dǎo)槽與C溝、E溝內(nèi)最下游谷坊消力池連接處增至與消力池同寬，連接長度共56m，平均內(nèi)寬6m，內(nèi)高1m，厚0.5m，平均截面積4.21m2，采用M10漿砌石砌筑，砌筑量共236m3。

排導(dǎo)槽每10m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬20～30mm，伸縮縫用瀝青麻絮或其他防水材料進(jìn)行填充。

5.5 擋土墻工程

在W溝中游凹岸位置土體滑塌區(qū)域設(shè)立擋土墻，防止坡體進(jìn)一步受到?jīng)_刷侵蝕。擋土墻布置長度70m，墻身頂寬1m，底寬2m，高3.5m，基礎(chǔ)深2m，寬2.5m。均采用埋石混凝土砌筑。擋墻截面積為10.25m2，砌筑量共718m3。

墻后設(shè)置30cm碎石反濾層，墻身布置Φ10PVC排水管，水平間距1m，垂直間距0.5m，呈外10°傾斜，上下左右呈梅花型交錯(cuò)排列?；A(chǔ)底鋪設(shè)20cm素混凝土墊層。擋土墻每隔10m設(shè)一道伸縮縫，縫寬20～30mm，縫內(nèi)填塞瀝青麻筋或?yàn)r青木板等材料。

6 結(jié)語

(1) 地形地貌條件是四平村泥石流發(fā)生的基礎(chǔ)條件；暴雨條件是泥石流發(fā)生的激發(fā)條件；而近些年對(duì)四平村泥石流溝谷流域中樹木進(jìn)行大量砍伐、開荒耕地等破壞流域植被的人類工程活動(dòng)則是泥石流發(fā)生的主要影響因素。

(2) 根據(jù)數(shù)量化評(píng)分法，四平村三條泥石流溝數(shù)量化標(biāo)準(zhǔn)得分分別為99、92和87分，均屬中等易發(fā)泥石流溝；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算結(jié)果，當(dāng)降雨量H24、H1、H1/6值分別≥150.4、50.4、19.7時(shí)，三條泥石流溝發(fā)生泥石流的機(jī)率約為85%。兩種方法計(jì)算結(jié)果都說明四平村三條泥石流溝再次發(fā)生泥石流的可能性較大。

(3) 根據(jù)易發(fā)程度評(píng)價(jià)結(jié)果，四平村三條泥石流溝發(fā)生泥石流的可能性較大，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用裆?，以及農(nóng)田、公路、河流。所以對(duì)四平村泥石流進(jìn)行治理十分必要而且刻不容緩。

(4) 通過采取針對(duì)性的泥石流地質(zhì)災(zāi)害防治工程，將減少四平村泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率，對(duì)恢復(fù)和改善當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，改善周邊居民生存環(huán)境，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有顯著的、持續(xù)性的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，是利國利民之舉。