福建福州植物園2號泥石流形成特征與防治建議

林 翔

(福建省地質(zhì)測繪院，福州，350011)

1 研究區(qū)概況

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑、地形險峻的地區(qū)，因?yàn)楸┯辍⒈┭┗蚱渌匀粸?zāi)害引發(fā)的山體滑坡，并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流[1]。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物質(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。泥石流常常會沖毀公路、鐵路等交通設(shè)施甚至村鎮(zhèn)，造成巨大損失。2016年9月14～28日，受 “莫蘭蒂”“鲇魚”超強(qiáng)臺風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨影響，福州植物園區(qū)內(nèi)白鷺溪、龍?zhí)断认鳒瞎葍蓚?cè)山體以及福州至壽山公路園區(qū)段發(fā)生多處滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害，堆積于沖溝內(nèi)的滑坡崩塌體在強(qiáng)降雨的激發(fā)下引發(fā)5處泥石流災(zāi)害 (圖1)(1)福建省現(xiàn)代工程勘察院，福州植物園滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害勘查報告，2016。。其中2號泥石流規(guī)模較大，危害性大，起點(diǎn)位于壽山公路里程K4+350 m處，形成區(qū)至堆積區(qū)高差約250 m，流通區(qū)長度約700 m， 沖溝溝谷縱坡度為25°～30°，局部為40°。堆積區(qū)位于白鷺溪與龍?zhí)断到粎R處上游約100 m的白鷺溪河道，總堆積量約為12 000 m3，造成福州植物園河道淤積3段、龍?zhí)断?條溪流河床嚴(yán)重淤積堵塞。植物園主干道中斷約500 m，沖毀或受損橋梁11座，河道駁岸和邊坡?lián)鯄Φ顾鷩?yán)重，沖毀攔水壩、蓄水池各1座， 1座防火瞭望塔傾斜，直接經(jīng)濟(jì)損失約8 173.9萬元。影響下游原居民、花卉基地及游客行人的安全，間接經(jīng)濟(jì)損失近千萬元。

圖1 福州植物園2號泥石流航拍影像圖Fig.1 Aerial image of No.2 debris flow in Fuzhou Botanical Garden

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 氣象水文

研究區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.6℃，年平均降雨量為1 331.3 mm，降雨主要集中在每年4～10月份，雨量約占全年的80%。臺風(fēng)期風(fēng)向多為東南風(fēng)，其次為北風(fēng)和西北風(fēng)，據(jù)福州氣象中心資料，2016年1月份至11月份，福州區(qū)域總降雨量為2 205.9 mm(為1954年以來最大)。其中9月14日～15日“莫蘭蒂”臺風(fēng)期間連續(xù)中-大雨，過程降雨量為170～200 mm；9月27日～28日“鲇魚”臺風(fēng)期間連續(xù)大-暴雨，過程降雨量為280～300 mm；9月29日晚至30日凌晨持續(xù)降雨量為80 mm。

2.2 地形(地貌)

2號泥石流位于白鷺溪東北側(cè)300 m處，壽山公路里程K4+350 m附近。泥石流溝谷最高標(biāo)高為371.9 m。最低標(biāo)高為151.57 m，高差約220.33 m，溝谷呈“V” 型，走向北東30°，縱坡坡度為25°～45°，坡面植被發(fā)育，常年流水，匯水面積0.25 km2，屬白鷺溪支流水系。白鷺溪河床寬為30～40 m，河床坡降為8°，河岸兩側(cè)均為自然岸坡，左岸坡度為50°～70°，局部直立，坡面見有塊石崩落；右岸自然斜坡，坡度為45°～55°，植被發(fā)育，未見明顯的水土流失、崩塌、泥石流現(xiàn)象。

2.3 地層巖性

場地內(nèi)分布地層較為簡單，主要為泥石流堆積物，局部為人工填土，山凹平緩地帶分布少量沖洪積粉質(zhì)黏土層，河溝間為卵礫石層、塊漂石，坡面為殘坡積層、碎石土層，下伏巖性為上侏羅統(tǒng)南園組凝灰?guī)r及其風(fēng)化層，其中砂土狀與碎塊狀的風(fēng)化層厚度為1～5 m。場地內(nèi)未見有侵入巖出露。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)已有區(qū)域地質(zhì)資料[3]，場地及其鄰近區(qū)域內(nèi)全新世以來未發(fā)現(xiàn)活動斷裂構(gòu)造帶通過，場地構(gòu)造穩(wěn)定。據(jù)周邊基巖出露區(qū)域發(fā)現(xiàn)3組基巖裂隙產(chǎn)狀與頻度分別為163°∠86°， 頻度4～5條/ m ； 312°∠33°， 頻度2條/ m ；85°∠86°，頻度 4條/ m ，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育。

2.5 水文地質(zhì)特征

地下水主要為第四系孔隙水與基巖裂隙水2類。第四系孔隙水主要貯存于河床的塊石層孔隙中，透水性好，雨季富水性好，水量大，主要接受大氣降水補(bǔ)給，一般以滲流形式向下游排泄，其水位、水量動態(tài)隨季節(jié)變化較明顯,雨季變幅為2～3 m?；鶐r裂隙水貯存于凝灰?guī)r風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，地下水位隨地形變化，透水性和富水性與巖石裂隙發(fā)育程度、巖石破碎程度有關(guān)，裂隙發(fā)育、破碎巖層的透水性較好。接受第四系含水層向下補(bǔ)給與大氣降水入滲補(bǔ)給，以泉水或滲流形式排泄下游地表溪溝中。水位埋深為8.6～17.7 m，高程為138.4～144.2 m。

3 2號泥石流基本特征

3.1 物源區(qū)基本特征

2號泥石流物源區(qū)頂部位于壽山公路里程K4+350～K4+450 m處，處于壽山公路大內(nèi)彎的填方路基地段。該路段路基最大填方高度為25 m ，路基寬度為10 m，總填方量約為10 000 m3，填方物主要為沿線挖方路基形成的殘坡積土與基巖棄渣。2016年9月15日凌晨，受強(qiáng)降雨影響該路段填方路基發(fā)生邊坡崩塌，路基擋墻倒塌、排水涵洞毀壞，滑塌體長度約100 m，寬度約7 m，造成公路路基外側(cè)懸空約25 m，崩塌體體積約7 500 m3(照片1)。崩塌體在重力作用下，堆積于下游的山體斜坡面及沖溝中，形成2號泥石流的物源區(qū)。

3.2 流通區(qū)基本特征

流通區(qū)為沖溝地形，形態(tài)呈近直線狀，走向北東55°，縱坡坡度為25°～30°，局部超過40°，寬度為25～50 m，沖溝槽內(nèi)堆積厚度為1～3 m，含粉質(zhì)黏土的碎塊石土，溝谷基底為弱風(fēng)化凝灰?guī)r(照片2)。

照片1 2號泥石流物源起點(diǎn)區(qū)Photo.1 Source starting area of No.2 debris flow

照片2 2號泥石流流通區(qū)Photo.2 Circulation area of No.2 debris flow

3.3 堆積區(qū)基本特征

2號泥石流堆積區(qū)位于溝谷與白鷺溪河道交匯處，堆積區(qū)呈錐形，主軸長為100 m、底寬約40 m，厚度4～10 m，平均厚度約8 m，面積1 500 m2，體積約12 000 m3。堆積物為碎塊石、卵石及其他雜石(照片3)。

照片3 2號泥石流堆積區(qū)Photo.3 Accumulup area of No.2 debris flow

3.4 泥石流類型

福州植物園泥石流是臺風(fēng)強(qiáng)降雨作用后山陡坡發(fā)生淺表層滑坡及上方福州至壽山公路開挖棄渣及路基填方構(gòu)成主要物源，順溝沖瀉并攜帶流通區(qū)谷底及兩側(cè)堆積物而形成。泥石流流體以碎塊石混雜粉黏粒為主，含黏土、粉砂巖、礫石、碎塊石等，表面具泥漿殘留，模擬稱重配樣法估算泥石流重度為1.72 t/m3[4-5]。按水源成因分類屬暴雨型泥石流，按物源成因分類屬崩滑型泥石流，按集水區(qū)地貌特征分類屬溝谷型泥石流，按物質(zhì)組成分類屬泥石型泥石流[6]。泥石流漿體黏性一般，有時呈整體運(yùn)動，漿體較稀，與石塊摻混運(yùn)移，后期因物源減少，降雨形成地表水使?jié){體石塊從漿體中析出，呈陣性流形式，按流體性質(zhì)該泥石流為稀性泥石流；福州市植物園近50年以來，發(fā)生的第一次小型泥石流，屬低頻泥石流[6-7]；泥石流洪峰流量12.64 m3/s，小于50 m3/s，屬小型泥石流。

依據(jù)“泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范”[8]，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)劃分研究區(qū)泥石流的類型(表1)。

表1 研究區(qū)泥石流類型

4 泥石流成因分析

(1)研究區(qū)的陡峻地形條件、壽山公路堆方路基滑塌形成的大量松散物與“莫蘭蒂” “鲇魚”超強(qiáng)臺風(fēng)帶來持續(xù)的強(qiáng)降雨的耦合，導(dǎo)致了2號泥石流地質(zhì)災(zāi)害。

(2)2號泥石流的形成過程及運(yùn)動軌跡大致在壽山公路里程K4+350～K4+450 m，內(nèi)彎道填方路基堆填約7 500 m3素填土，形成高約15 m的堆填區(qū)，構(gòu)成埋藏型物源區(qū)。

(3)由于堆填區(qū)上游匯水面積較大，且原始地形陡峻，受臺風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨影響，該帶填方路基基底殘坡積的巖土層在強(qiáng)降雨作用下軟化，重度增大，抗剪強(qiáng)度降低，外加地表大流量徑流沖刷作用，造成填方區(qū)基底失穩(wěn)下滑，擋土墻剪切破壞失穩(wěn)，誘發(fā)填方路基滑塌體直接堆積于斜坡面與下游的沖溝內(nèi)，形成次生泥石流物源區(qū)。

(4)超強(qiáng)臺風(fēng)帶來強(qiáng)降雨，短時間內(nèi)匯集的大量降雨所形成的水動力引發(fā)滑崩塌體，并形成土石水混合體產(chǎn)生沿溝谷下游流動初級泥石流；初級泥石流在流動過程中沖刷并攜帶沖溝內(nèi)的長期沖洪積成因的礫卵石層與兩岸的風(fēng)化凝灰?guī)r層，“滾雪球”式增加物源，擴(kuò)大泥石流規(guī)模，最終堆積于溝口寬緩的白鷺溪河道內(nèi)。

5 防治措施與成效

(1)2號泥石流位于低山丘陵溝谷地貌區(qū)，兩側(cè)溝谷基本呈“V”型，兩側(cè)山坡陡峻，縱坡比降大，遇到連續(xù)強(qiáng)降雨天氣，匯水形成山洪，易發(fā)生滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

(2)2號泥石流主要物源為山體潛在滑坡群下滑形成塌滑巖土體及福州至壽山公路填方路基的素填土，因山體斜坡高陡，在超強(qiáng)臺風(fēng)帶來的持續(xù)的強(qiáng)降雨作用下產(chǎn)生滑塌-初級泥石流-泥石流地質(zhì)災(zāi)害鏈。

(3)提高壽山公路防洪等級、強(qiáng)化壽山公路填方路基工程防護(hù)等級，控制埋藏式路基物源區(qū)控制泥石流源頭的形成。

(4)針對泥石流性質(zhì)、規(guī)模與形成、運(yùn)動和成災(zāi)規(guī)律，建議采取“卸、排、攔、測”相結(jié)合的綜合防治措施，進(jìn)行全流域綜合治理。對于堆積于白鷺溪河道內(nèi)的泥石流堆積物，應(yīng)予及時采取“卸、排、攔”措施治理，防止形成“堰塞湖”，誘發(fā)二次泥石流災(zāi)害。

(5)福州植物園應(yīng)加強(qiáng)泥石流治理工程變形監(jiān)測及有效管護(hù)。

福州植物園2號泥石流對下游景區(qū)影響最大，直接威脅植物園低洼地帶居民、花卉基地及游客行人的生命與財產(chǎn)安全。泥石流災(zāi)害發(fā)生后，植物園采納地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)單位方案，采取了卸土、清渣、地表排導(dǎo)、設(shè)3道格柵壩攔渣排水等綜合治理措施，治理效果良好。