四川攀枝花仁和區(qū)大箐溝泥石流調(diào)查及危險性評價

邵玉祥 計揚 嚴步青 王嘯 毛成陽 張坤

摘要 四川攀枝花仁和區(qū)大箐溝泥石流是一條溝谷型泥石流溝，在水動力侵蝕作用下時常發(fā)生泥石流并產(chǎn)生危害。通過野外勘察、測繪等研究方法，論述了大箐溝泥石流基本特征和形成條件，并通過選取泥石流10個特征因子，定量判定該泥石流危險度。泥石流綜合判斷結(jié)果為中度危險泥石流，危險等級為Ⅳ級。在形成條件方面，溝谷型泥石流匯水面積廣且物源豐富，發(fā)生過程主要為降雨-崩滑-河道侵蝕-河道堆積，因此河道侵蝕、水動力強度是泥石流發(fā)生的關(guān)鍵因素。針對成因和特征，提出了以護坡、固床和導流等相關(guān)工程措施為主，以邊坡植被恢復為輔的防治措施。

關(guān)鍵詞 大箐溝;泥石流隱患;危險性評價

中圖分類號：P642.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2021）05–0145–06

大箐溝位于攀枝花市仁和區(qū)啊喇彝族鄉(xiāng)旺牛村，為大河流域大竹河左岸的一條支流。2000年7—8月，大箐溝流域內(nèi)的主要支溝“夾馬槽”爆發(fā)泥石流，造成旺牛村大箐組居民3人死亡，多處房屋被沖毀，之后也發(fā)生過多次山間洪流事件，但沒有嚴重的人員傷亡。常年泥石流沖出物堆積在流域中下游小廟處，造成河岸隆起。大箐溝流域匯水面積廣，河道坡度較大，邊坡失穩(wěn)時有發(fā)生，加上攀西地區(qū)點暴雨氣候特點，易爆發(fā)泥石流災害，對流域居民產(chǎn)生威脅。因此，深入研究該溝基本特征及形成條件，預測泥石流流量，評價潛在泥石流的危險性，制訂區(qū)內(nèi)泥石流防治對策，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

大箐溝溝域地形屬于剝蝕、侵蝕中山丘陵地貌類型，溝谷上游植被發(fā)育較好，覆蓋率大于60%，中游至溝口植被覆蓋率降低為25%～40%。區(qū)內(nèi)中下游河岸斜坡多開墾成耕地，破壞原始植被[1]。大箐溝主溝長度約7 328 m，流域總面積為11.5 km2，溝口處與大竹河交匯，海拔1 370 m，分水嶺最高點海拔2 565 m，相對高差1 195 m。河流流向為北西至南東，在中上部有向南的轉(zhuǎn)折，在1 650 m以下至溝口段發(fā)育有幾處急彎，整體順直。

流域內(nèi)出露地層較簡單，從新到老主要有第四系沖洪積層、殘坡積層，晉寧期石英閃長巖，且流域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層通過（圖1）。區(qū)內(nèi)出露的主要巖層晉寧期石英閃長巖為粗粒結(jié)構(gòu)，受物理風化作用強烈，強風化層厚度很大，抗沖刷能力差。

2 泥石流形成條件

2.1 地形特征

2.1.1 流域水系特征 大箐溝主河道道平均坡降170‰，按縱坡度大致可分為3段：從溝口起算，0～2 000 m段平均縱坡60‰，2 000～5 870 m段平均坡降125‰，5 870～7 300 m段平均坡降358‰（圖2）。

除主溝以外，大箐溝水系還包含5條支溝，支溝流域總面積約為6.06 km2，其余地段均以面流和小股徑流的形式直接補給主溝。其中，1#支溝、2#支溝、3#支溝流域面積較小，流域形態(tài)呈長條帶狀，溝谷呈“V”型，兩側(cè)岸坡坡度一般35°～45°，為森林植被覆蓋，整體可參與泥石流活動的松散固體物源少。4#支溝（夾馬槽）流域呈芭蕉葉形，具有明顯上陡下緩的特點。上段縱坡417‰，為森林植被，物源量較少;下段縱坡141‰，岸坡表松散固體物源較多，以殘坡積形成的含角礫、碎石粉質(zhì)粘土和強風化石英閃長巖為主。5#支溝溝口距離主溝溝口2.5 km，呈不規(guī)則長條形，流域上陡下緩，上段縱坡387‰，下段縱坡138‰，坡岸巖性與4#支溝相同。大箐溝流域各水系具體特征（表1、圖3）。

2.1.2 地形地貌分區(qū) 根據(jù)大箐溝水動力特點和松散固體物源分布，將大箐溝流域分為4個區(qū)：從溝口起算，0～2 000 m為影響區(qū)，2 000～2 080 m為堆積區(qū)、2 080～5 870 m為流通區(qū)、5 870～7 300 m為清水區(qū)，區(qū)域各分區(qū)地形地貌條件（圖4）。

2.2 物源特征

2.2.1 坡面侵蝕物源 大箐溝流域坡面侵蝕物源屬于碎屑巖坡積物，一般分布在坡岸較高的位置，在降雨的作用下形成坡面滑坡，匯入溝道，不斷補充主溝泥石流物源（圖5）。大箐溝主溝、4#支溝和5#支溝兩側(cè)均分布有此類斜坡，這些區(qū)域很多原始植被已經(jīng)被破壞，土地開墾程度高，水土流失嚴重，在重力和河流侵蝕下邊坡失穩(wěn)，最終匯入溝道。

按照規(guī)范和野外實測工作，估算坡面侵蝕體積。坡面侵蝕模量根據(jù)規(guī)范《土壤侵蝕強度分級標準表》[2]，大箐溝流域為四川山地丘陵水力侵蝕類型，侵蝕程度強，平均流失厚度為3.7～5.9 mm/a。平均流失厚度取5.0 mm/a，工程有效期按50年來考慮，實際調(diào)查與估算坡面侵蝕面積按現(xiàn)場。坡面侵蝕物源因其粒度較小常年被洪水帶走，僅部分可計為泥石流的動儲量，依照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》（DT/T0220—2006）[3]，流域動儲量一般為總儲量的20%～40%。統(tǒng)計了流域內(nèi)坡面侵蝕總量及動儲量，可見大箐溝主溝及4#支溝、5#支溝坡面侵蝕動儲量較大，分別為1.75×104、0.56×104和0.35×104 m3，流域各水系坡面侵蝕動儲量一共約為2.83×104 m3（表2）。

2.2.2 溝道堆積物源 泥石流溝道堆積物源具有動態(tài)循環(huán)特征，在水力較弱的條件下比較穩(wěn)定，但是達到一定水力強度時，可以被掏蝕成泥石流物源[4-5]。大箐溝流域溝道堆積物源主要為主溝和各支溝的原生溝道堆積物，是巖石風化物及岸坡土質(zhì)在暴雨的作用下經(jīng)不同距離的搬運、轉(zhuǎn)移而形成的。此類物源在該流域分布較為分散，主要分布在大箐溝水系的中游河道，河床的揭底沖刷包括兩個部分，分別為溝底拉槽下切可能掏蝕部位的物質(zhì)和拉槽下切后兩側(cè)岸坡可能失穩(wěn)的物質(zhì)，這些均能參與泥石流活動。

根據(jù)路線實測、探槽等野外調(diào)查，依照規(guī)范中的推算方法，統(tǒng)計匯總流域堆積物源點（表3）[6]。從結(jié)果來看，大箐溝溝道物源總量約為23.45×104 m3，其中可參與泥石流活動的物源量為6.67×104 m3，約為坡面侵蝕動儲量的2.4倍。不同溝段溝道物源厚度差異大且主溝厚度最大，可見在水動力侵蝕下，支流不斷為主溝提供物源，抬升主溝河床，形成降雨-岸坡崩滑-河道侵蝕-河谷堆積狀態(tài)，導致河道沉積物抗沖刷能力減弱，增加洪澇災害風險。

2.3 水源特征

大箐溝流域潛在泥石流發(fā)育形成的水源條件主要是天然降雨。大箐溝地處西南內(nèi)陸地區(qū)，屬于南亞熱帶干熱河谷氣候，夏季長，四季不分明，而旱季、雨季分明。據(jù)資料統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)多年總年均降水量為780～1 100 mm，主要集中于5—9月，強降雨集中于6—8月（圖6），流域年均暴雨日（≥300 mm/h）大于3 d，是攀西暴雨高發(fā)地區(qū)之一[7-10]。大箐溝流域主要發(fā)育石英閃長巖風化層和第四系地層，地表水通過地層裂隙入滲進地下水排泄能力有限，主要在地表匯集通過地表徑流排泄。區(qū)內(nèi)山坡坡度陡，大部分溝谷溝床縱坡大，中部植被覆蓋率較低，地表水匯流時間短，因此暴雨天氣易形成河流洪峰，為形成泥石流提供水源條件。

3 泥石流流量預測

3.1 泥石流峰值流量

泥石流峰值流量的計算主要有形態(tài)調(diào)查法和雨洪法，采用雨洪法預測泥石流峰值流量。在泥石流與暴雨同頻率，且同步發(fā)生，計算斷面的不同頻率下暴雨洪水設計流量的假設下建立計算方法。在計算過程中，先用水文學方法計算出斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量[11]，然后選用堵塞系數(shù)計算泥石流峰值流量，具體為：

Qc=（1+φ）Qp·Dc

φ=（γc-γw）/（γH -γc）

公式中，Qc為頻率為P的泥石流洪峰流量（m3/s）;Qp為頻率為P的暴雨洪峰流量（m3/s）;Dc為堵塞系數(shù)，按勘查規(guī)范，取1.45;φ為泥石流泥沙修正系數(shù);γH為泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m3）;γc為泥石流重度（t/m3）;γw為清水的重度（t/m3）。根據(jù)實際情況，在現(xiàn)場選擇代表性堆積物進行顆分實驗，經(jīng)計算得出，該泥石流固體顆粒平均容重γH=2.550 t/m3，采用水土體積比法換算泥石流流體容重，γc為1.586 t/m3。

為滿足泥石流勘查評價及防治工程設計的需要，在大箐溝4#支溝溝口、下游主溝段及擬設治理工程部位等典型斷面部位計算泥石流流量，且均在未實施下一步治理工程的假定前提下進行。大箐溝泥石流流域內(nèi)無水文觀測資料和降雨觀測資料，根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》[12]提供的暴雨資料計算流量，其中暴雨洪峰流量Qp計算公式為：

Qp=0.278ψSpF

公式中，ψ為洪峰徑流系數(shù)，根據(jù)手冊中的指標取0.5;Sp為最大平均暴雨強度（mm/h）;F為流域面積（km2）。經(jīng)計算得出，大箐溝泥石流暴雨及泥石流洪峰流量（表4）。

3.2 一次泥石流過程總量

一次泥石流總量是泥石流攔、穩(wěn)、排等防治工程的重要設計參數(shù)，但準確評估計算比較困難。有關(guān)泥石流一次總量計算方法主要分為三類，分別為直接觀測測量法、經(jīng)驗公式和統(tǒng)計模型[13-14]，其中，實測法精度最高，但不具備測量條件。按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》提供的經(jīng)驗公式和部分實驗數(shù)據(jù)，計算大箐溝泥石流一次泥石流過程總量和固體物質(zhì)沖出量，公式分別為：

Q=0.264TQc

QH=Q（γc-γw）/（γH -γc）

公式中，0.264為經(jīng)驗系數(shù);T為一泥石流歷時（s），取3 600 s;Qc為泥石流峰值流量（m3/s）;γc、γw、γH分別為泥石流重度（t/m3），清水的重度（t/m3），泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m3），其中，γc、γH為實驗數(shù)據(jù)，分別為1.586 t/m3、2.55 t/m3。大箐溝流域各斷面一次泥石流過程總量和泥石流輸砂量（表5）。

4 泥石流危險性分析

4.1 泥石流易發(fā)程度評價

有利的地形、豐富的松散固體物源和充足的水動力條件是形成泥石流的基本條件，地質(zhì)現(xiàn)象各個要素的組合在泥石流形成過程中起著提供位勢能量、固體物質(zhì)和發(fā)生場所的作用[15]。選取大箐溝流域內(nèi)坡岸水土流失嚴重程度、泥沙沿程補給長度比、溝口泥石流堆積扇活動程度、河溝縱坡、區(qū)域構(gòu)造影響程度、植被覆蓋率、河溝近期一次沖淤變幅、巖性因素、松散物堆積量、山坡坡度溝槽橫斷面、松散物平均厚度、流域面積、流域相對高差、河溝堵塞程度等基本特征與參數(shù)，按照規(guī)范行各項要素評分，最后綜合取總分進行易發(fā)性評價（表6）。按照分值，泥石流易發(fā)程度可劃分為極易發(fā)（116～130）、易發(fā)（87～115）、輕度易發(fā)（44～86）、不發(fā)生（15～43）4個等級，大箐溝泥石流隱患綜合評分為85分，屬于輕度易發(fā)。

4.2 泥石流危險度評價

單溝泥石流危險度評價按照劉希林提出的中國山區(qū)溝谷泥石流危險度定量判定法[16]，選取了2個主要因子和8個次要因子：一次最大沖出量L1、發(fā)生頻率L2、流域面積S1、主溝長度S2、最大高差S3、切割密度S6、彎曲系數(shù)S7、泥沙補給段長度比S9、24小時最大降雨量S10、流域人口密度S14，依據(jù)各個因子的關(guān)聯(lián)序次，給出各個因子的權(quán)重值（表7）。

除了對各因子賦予權(quán)重外，還根據(jù)泥石流的實際情況評分每個因子，根據(jù)規(guī)范化處理，統(tǒng)一危險因子的等級與危險度的標準，大箐溝泥石流各個因子的特征及分值（表8）。單溝泥石流危險度計算公式為：

Rd =0.2353GL1+0.2353GL2+0.1176GS1+0.0882GS2+0.0735GS3+0.1027GS7+0.0588GS9+0.0441GS10+0.0294GS11

公式中，Rd為泥石流危險度，G為各要素統(tǒng)一取值。當Rd≥0.85時，屬于極度危險;0.65≤Rd<0.85時，屬于高度危險;0.35≤Rd<0.6時，屬于中度危險;Rd<0.35時，屬于輕度危險。

計算得到Rd=0.479，根據(jù)劉希林等泥石流危險區(qū)劃與泥石流防治對策，大箐溝泥石流屬于中度危險泥石流，危險等級為Ⅳ級，走訪發(fā)現(xiàn)，大箐溝易損房屋18戶，易受災村民約48人，一旦發(fā)生泥石流，會造成一定的危害，因此要采用以治為主、以防為輔的防治原則進行治理。

5 結(jié)論與建議

通過調(diào)查與分析大箐溝泥石流發(fā)現(xiàn)，溝谷型泥石流物源主要為坡面侵蝕物和溝道堆積物，在形成條件上這些物源相對分散且易受水動力作用的影響，從調(diào)查和計算的結(jié)果來看，坡面侵蝕物源和溝道堆積物源總量大，約為37.44×104 m3，但能提供的泥石流動儲量僅約為9.50×104 m3;其發(fā)生過程也主要為降雨-崩滑-河道侵蝕-河谷堆積，其中水動力強度和河道侵蝕是泥石流發(fā)生的關(guān)鍵因素。經(jīng)量化評價，大箐溝潛在泥石流為中度危險泥石流，危險等級為Ⅳ級。

近年來，隨著攀西地區(qū)降雨量增加，突發(fā)暴雨天氣增多，防洪防險形勢緊迫，提出了以下防治建議。

（1）加強大箐溝中下游邊坡的植樹造林，減少開耕開挖，嚴防水土流失，增強坡體穩(wěn)定性。

（2）從數(shù)據(jù)來看，流域擬支擋位置一次泥石流過程流量占整體80%左右，且該處位置上游地勢較緩適合進行工程疏流，因此建議在4#支溝（夾馬槽）溝口上游約240 m處采取修建排洪渠，降低泥石流發(fā)生時對下游村莊的危害。

（3）在溝谷中上游流通區(qū)布置攔擋工程，用以攔截泥石流下泄的固體物質(zhì)，加快淤積速度，防止溝床下切，以穩(wěn)住岸坡，或在中上游岸坡失穩(wěn)帶進行邊坡支護，抑制泥石流的進一步發(fā)展。

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責任編輯：黃艷飛

Daqinggou Debris Flow Hazard Investigation and Evaluation in Renhe， Panzhihua of Sichuan

SHAO Yu-xiang et al（Geological Rese-arch Center of China Geological Survey， Sichuan， Chengdu 610036）

Abstract Daqinggou was a valley-type debris flow ditch， where debris flow with an incision process frequently caused serious damages. This paper discussed the basic characteristics and formation conditions of the debris flow in Daqinggou on the basis of field survey， investigation and other comprehensive methods. Meanwhile， the debris flow risk assessment has been given through the score analysis of 10 debris flow factors， which result was moderately dangerous as IV grade. In terms of debris flow forming condition， the valley-type debris flow had a wide catchment area and abundant provenance， and its occurrence process was mainly a complex process， namely rainfall-collapse-erosion or accumulation， the key process of which were river erosion and slope instability. In view of the causes and characteristics， corresponding countermeasures were put forward at the end of this paper， including main engineering controls such as slope blocking， gull-bed fixing， flow diversion and slope vegetation restoration.

Key words Daqinggou watershed; The po-tential of debris flow; Prevention suggestions

基金項目 中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目“四川攀枝花大河流域仁和街（G47E010023）、立溪東（G47E011023）、坪地（G47E011024）、拉鲊（G47E010024）、攀枝花（G47E00-9023）幅地質(zhì)災害調(diào)查”（12120115041901）。

作者簡介 邵玉祥（1993-），男，湖北棗陽人，助理工程師，主要研究方向：環(huán)境地球化學。*通信作者：計揚（1991-），男，漢族，四川綿陽人，助理工程師，學士學位，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，主要從事地質(zhì)災害等相關(guān)工作，E-mail：553024034@qq.com。

收稿日期 2021-01-14