張門扎溝泥石流特征、形成機(jī)制和防治對(duì)策分析

劉清泉

張門扎溝泥石流特征、形成機(jī)制和防治對(duì)策分析

劉清泉

（四川省煤田地質(zhì)局一四一隊(duì)，四川 德陽(yáng) 618000）

本文以張門扎溝泥石流為例，介紹了其形成條件，分析了其基本特征、形成機(jī)制，認(rèn)為溝內(nèi)泥石流固體物源豐富，具有良好的泥石流發(fā)育條件，具有較強(qiáng)的危險(xiǎn)性。提出“縫隙壩+攔砂壩+排導(dǎo)槽+橋涵（場(chǎng)鎮(zhèn)內(nèi)）+蓋板涵（8#支溝）+溝道整理及清淤”的防治方案，為同類型的泥石流防治工作提供借鑒與參考。

泥石流；特征；形成機(jī)制；防治對(duì)策

泥石流由降雨、融冰、潰決等自然或人為因素作用下，在溝谷或坡面上形成的一種夾帶大量泥砂、塊石和巨礫等固體物質(zhì)的特殊洪流，具有流量大、流速快、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，較易造成巨大損失。2020年9月以來(lái)，米易縣多地出現(xiàn)了極強(qiáng)特大暴雨過(guò)程，全縣多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大面積山體滑坡、塌方、泥石流、山洪等自然災(zāi)害，米易縣白坡彝族鄉(xiāng)等地區(qū)受災(zāi)尤為嚴(yán)重，2020年9月14日，白坡彝族鄉(xiāng)張門扎村張門扎溝爆發(fā)泥石流，造成白坡彝族鄉(xiāng)集鎮(zhèn)的大量房屋、一所學(xué)校被泥石流淤積，部分房屋、公路、鄉(xiāng)政府、鄉(xiāng)衛(wèi)生院、煙站、發(fā)電廠及大量街道等掩埋或損毀，造成直接經(jīng)濟(jì)損失2800余萬(wàn)元。鑒于此，分析張門扎溝泥石流的基本特征、形成機(jī)制和防治對(duì)策，其實(shí)際意義顯著，值得深入思考與探究。

1 張門扎溝泥石流形成條件

1.1 地形地貌及溝道條件

張門扎溝泥石流位于白坡彝族鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)下后方張門扎溝域范圍，張門扎溝泥石流屬于普威河右岸一級(jí)支溝，溝口地理坐標(biāo)：東經(jīng)E101°54′34.5″，北緯N27°6′48.1″，高程約1183m。張門扎溝泥石流主溝長(zhǎng)約4.55km，流域面積約7.7km2，流域整體呈樹(shù)葉狀展布，支溝較發(fā)育共發(fā)育8條支溝，整體特征詳見(jiàn)張門扎泥石流遙感影像（圖1）；溝域最高高程分布在東側(cè)溝源處，高程約2580m，溝口處高程約1210m，高程差1370m，平均縱坡比降約229‰。主溝中上游及兩側(cè)支溝溝谷切割較深，溝谷形態(tài)多呈“V”字型，兩側(cè)岸坡坡度多在25°～50°，局部地段陡峻達(dá)60°，溝谷寬度為2～8m不等。主溝下游即出山口鹽米路以下為寬緩的泥石流堆積扇區(qū)，溝道平均縱坡比降約139.3‰。下游場(chǎng)鎮(zhèn)區(qū)和主河溝道平緩排泄能力差，在中上游和出山口溝道內(nèi)存在卡口，有很好攔擋條件，宜設(shè)攔擋壩。

圖1 張門扎泥石流遙感影像圖

2020年“9·14”泥石流后，溝道內(nèi)堆積了大量的泥石流物源，出山口及以下場(chǎng)鎮(zhèn)和普威河為溝石流沖出物源，呈扇形集中堆積區(qū)，厚度可達(dá)5m以上，災(zāi)后當(dāng)?shù)卣畬?duì)溝道進(jìn)行簡(jiǎn)單的清理疏通，現(xiàn)溝道兩岸為自然堆積的此次溝石流沖出物源，未進(jìn)行任何防護(hù)易掏蝕塌滑。

表1 泥石流崩滑物源和溝道物源估算匯總統(tǒng)計(jì)表

1.2 物源條件

張門扎溝域范圍內(nèi)植被較為發(fā)育，溝道兩岸坡體中上部為天然林地，植被覆蓋率40%～60%；坡體下部為居民耕地及低矮的灌木叢，由于長(zhǎng)年毀林種地、公路切坡及洪水沖刷，坡體植被破壞較嚴(yán)重，植被覆蓋率較低，為25%。主溝及各支溝兩側(cè)谷坡上覆大量第四系殘坡積堆積體碎石土層，厚度為2～10m，一般斜坡下部覆蓋厚度大于上部；下伏基巖為三疊系白果灣組（T32）粗砂巖-細(xì)砂巖-粉砂巖-夾薄層泥巖；薄層—中厚層狀結(jié)構(gòu)，石英閃長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)巖，粉砂巖較硬，強(qiáng)度較高，泥巖較軟、易風(fēng)化。受2020年9月以來(lái)連續(xù)暴雨影響，溝域內(nèi)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象十分發(fā)育，溝道內(nèi)堆積大量滑坡松散物質(zhì)，堆積層最大厚度達(dá)5m以上。張門扎溝泥石流的物源類型主要為滑坡堆積物源、溝道堆積物源及坡面侵蝕物源三類。其中溝道堆積物源及崩滑堆積物源為泥石流主要物源，溝域內(nèi)大部分區(qū)域植被覆蓋率較高，坡面侵蝕物源相對(duì)較少，主要分布在坡體下部臨近溝道區(qū)域。溝道堆積物源在主溝溝道內(nèi)分布較長(zhǎng)，堆積厚度大，以揭底沖刷的方式參與泥石流活動(dòng)；溝域內(nèi)存在大量的崩滑堆積體及岸坡滑塌體，厚度大，前緣分布長(zhǎng)度大，對(duì)溝道產(chǎn)生了較大的擠壓，崩滑堆積體以被表層沖刷+底部切腳的方式參與泥石流活動(dòng)。張門扎溝溝域內(nèi)共發(fā)育物源32處，其中滑坡堆積物源10處，崩塌堆積物源4處，溝道物源10處，坡面侵蝕物源8處。附表1泥石流崩滑物源和溝道物源估算匯總統(tǒng)計(jì)表和表2泥石流坡面侵蝕物源估算匯總統(tǒng)計(jì)表。

溝道中部存在大量的溝道物源及崩滑物源，物質(zhì)組成中塊石含量較大，因此建議在通村公路上游設(shè)計(jì)攔擋工程，采用縫隙壩的方式，攔粗排細(xì)，減緩下部防護(hù)工程的壓力。溝道下部存在大量堆積物及溝口沖出物，以碎石土為主，大塊石含量較少，加之上游縫隙壩對(duì)大塊石進(jìn)行了攔擋，建議在出山口公路內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)攔砂壩防止溝道物源揭底沖刷和回淤壓腳穩(wěn)固溝道兩側(cè)崩滑物源。

1.3 水源條件

張門扎溝泥石流的水源主要來(lái)源于大氣降水。暴雨形成的地表徑流是引發(fā)泥石流的主要水源，暴雨是泥石流的主要激發(fā)因素。張門扎溝匯水面積約7.7km2，降雨充沛，四季分明，主溝常年有水，雖溝內(nèi)地表水流量不大，但由于溝谷比降較大，水動(dòng)力強(qiáng)大，富含泥砂的地表水從較大落差的高處沖下易形成破壞力很強(qiáng)的泥石流。該泥石流溝雖然匯水面積較大，但物源較分散，兩側(cè)無(wú)單薄分水嶺，因此，采用導(dǎo)流條件較差。

2 張門扎溝泥石流基本特征

2.1 各區(qū)段沖淤特征

從清水區(qū)來(lái)看：溝床高程2100m以上部分，以及各段溝岸中上部，匯水面積大，溝道溝道平均縱坡比降約400%，岸坡坡度30°以上，地形陡峻。陡峻的地形有利于大氣降水和地表水的匯流，提供充足的水源和較大的水動(dòng)力條件。該區(qū)的沖淤特征為以沖為主。

從形成流通區(qū)來(lái)看：形成流通區(qū)溝床高程1235～2100m段，以及各支溝中下部。該部分溝道長(zhǎng)度約3.11km，分布面積3.46km2，占流域面積的44.9%。溝道平均縱坡比降約280.3%。泥石流規(guī)模較小，水動(dòng)力條件較差時(shí)，上部沖出物也會(huì)在該區(qū)停留，成為泥石流溝道物源?？傮w上，該區(qū)仍以沖為主。

從堆積區(qū)來(lái)看：溝床高程1235m至下部溝口處，該部分溝道長(zhǎng)度約0.62km，分布面積0.24km2，占流域面積的3%。該區(qū)段高程差為790m，溝道平均縱坡比降約139.3%，溝床寬度5～40m，溝道坡度約為8°～10°。根據(jù)溝道堆積厚度，可見(jiàn)該區(qū)段大部分時(shí)期以淤為主，堆積區(qū)上部存在少量沖淤平衡的情形。

2.2 堆積物特征

從泥石流堆積物顆粒特征來(lái)看：對(duì)溝道泥石流堆積物進(jìn)行了顆粒級(jí)配試驗(yàn)，試驗(yàn)方法是將探槽0.5m～1.5m的土樣采集進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)篩分試驗(yàn)，得出顆粒大小為＜0.075mm、0.075～1mm、1～2mm、2～5mm、5～20mm、20～40mm、40～60mm、60～200mm、＞200mm等粒級(jí)的顆粒重量及所占百分比。泥石流的顆粒級(jí)配關(guān)系反應(yīng)了不同溝段位置的水動(dòng)力條件和沖淤特征，與野外調(diào)查的情況基本相符。張門扎溝溝域總體上水動(dòng)力條件較大，細(xì)小顆粒大部分被洪水帶走，而將粗顆粒物質(zhì)留于溝道內(nèi)；由于溝域內(nèi)溝道堆積物總體上土石比較低，其顆粒級(jí)配特征表現(xiàn)為大部分在2mm以上，而粒徑＜2mm的砂粒含量普遍較低。

表2 泥石流坡面侵蝕物源估算匯總統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：張門扎溝泥石流堆積物主要沿著溝道堆積，在流通區(qū)內(nèi)呈長(zhǎng)條狀分布。因溝道各段堆積體粒徑組成不同，將溝道分為上、中、下三部分，上段與中段以溝道標(biāo)高1340m處為界，中段與下段以標(biāo)高1240m處通村公路涵洞為界，上、中、下三段堆積區(qū)粒徑比存在明顯區(qū)別。溝道物源分布從上之下大粒徑塊石含量逐漸減少。中部通村公路涵洞上部區(qū)段大粒徑塊石含量大，中部通村公路涵洞下部大粒徑塊石含量明顯減少。越往下部區(qū)段，粒徑小的含量所在比例逐漸增加。

圖2 張門扎泥石流堆積物特征

3 張門扎溝泥石流形成機(jī)制

（1）適宜的地形地貌及溝道條件。該泥石流溝地形地貌為侵蝕高中山地貌，溝域匯水面積約7.7km2、主溝長(zhǎng)4.55km，相對(duì)高差較大，縱向坡降較大，為泥石流的形成提供了較好的地形條件。

（2）泥石流固體物源較豐富。張門扎溝溝域內(nèi)發(fā)育崩滑堆積物源14處，物源總量約為22.5×104m3，估算動(dòng)儲(chǔ)量約為5.67×104m3；溝道堆積物源10段，總量約為47.54×104m3，估算動(dòng)儲(chǔ)量約為13.58×104m3；坡面侵蝕物源總量約為132×104m3，估算動(dòng)儲(chǔ)量約為9.52×104m3；合計(jì)物源總量約為202.04×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量約28.77×104m3。可見(jiàn)，該泥石流溝域內(nèi)固體物源豐富，物源條件良好。

（3）充足的水源條件。該溝匯水面積較大，區(qū)內(nèi)最大日降雨量為205.2mm（1960年7月20日），三日最大降水量為225.0mm（1960年7月19～21日），最大1小時(shí)降雨量達(dá)67.6mm（1972年和1982年），最大10分鐘雨量達(dá)25.0mm（1972年和1982年）。降雨時(shí)間分布不均勻，多大到暴雨和局地暴雨，降雨量時(shí)空分布不均，主要集中在5～9月。泥石流爆發(fā)當(dāng)日，特別是9月14日早上10點(diǎn)至11點(diǎn)，米易縣城區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨，小時(shí)最大雨量為54.9mm。9月14日08時(shí)至15日08時(shí)降雨最大落點(diǎn)出現(xiàn)在米易縣麻隴鄉(xiāng)莊房村，雨量為206.7mm。小時(shí)降雨量達(dá)20年一遇暴雨強(qiáng)度，24小時(shí)降雨強(qiáng)度達(dá)百年一遇暴雨強(qiáng)度?？傮w上講，改溝具備暴發(fā)泥石流的水源條件，暴雨則是泥石流形成的主要引發(fā)因素。

4 張門扎溝泥石流防治對(duì)策

4.1 明確泥石流防治目標(biāo)原則

根據(jù)張門扎溝泥石流的基本特征、形成機(jī)制，泥石流防治總的目標(biāo)是減輕泥石流災(zāi)害對(duì)溝口白坡彝族鄉(xiāng)集鎮(zhèn)及鹽米路縣道的危害。具體目標(biāo)：一是根據(jù)泥石流的危害性及危險(xiǎn)性大小，確定本治理工程措施為永久性工程，各項(xiàng)治理工程必須安全可靠，通過(guò)治理，使泥石流治理工程在設(shè)計(jì)頻率、規(guī)模的泥石流發(fā)生時(shí)，不再造成危害。二是治理工程措施是針對(duì)泥石流類型、活動(dòng)規(guī)律等進(jìn)行，各項(xiàng)工程包括穩(wěn)攔、排導(dǎo)、生物工程等配合使用，綜合治理，保證安全。三是應(yīng)建立可行的泥石流監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，適時(shí)監(jiān)控治理過(guò)程中和治理后的泥石流動(dòng)態(tài)，以保施工安全，為今后泥石流的治理效果監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警提供依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為此，治理工程措施應(yīng)遵循安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、與環(huán)境協(xié)調(diào)的原則。

4.2 優(yōu)化泥石流防治工程方案

具體方案建議如下：縫隙壩+攔砂壩+排導(dǎo)槽+橋涵（場(chǎng)鎮(zhèn)內(nèi)）+蓋板涵（8#支溝）+溝道整理及清淤。溝道中部存在大量的溝道物源及崩滑物源，物質(zhì)組成中塊石含量較大，因此本次在通村公路上游設(shè)計(jì)攔擋工程采用縫隙壩的方式，攔粗排細(xì)，減緩下部防護(hù)工程的壓力。溝道下部堆積物及溝口沖出物，以碎石土為主，大塊石含量較少，加之上游縫隙壩對(duì)大塊石進(jìn)行了攔擋，在鹽米路上游設(shè)計(jì)攔擋工程采用攔砂壩的方式。溝道過(guò)場(chǎng)鎮(zhèn)段暗渠改造為排導(dǎo)槽。公路處設(shè)計(jì)橋涵，涵洞尺寸滿足泥石流過(guò)流要求。鹽米路上部長(zhǎng)度約180m區(qū)段，“9.14”泥石流發(fā)生時(shí)堆積了大量的物源在溝道內(nèi)，結(jié)構(gòu)松散，未進(jìn)行防護(hù)工程，修建攔砂壩后將影響壩體庫(kù)容。因此在修建攔砂壩之前，先將此溝段內(nèi)堆積物進(jìn)行清理，以保證攔砂壩建成后有足夠庫(kù)容條件。

4.3 擬建工程部位工程地質(zhì)條件分析

一是擬建縫隙壩工程地質(zhì)條件分析。擬建縫隙壩工程，位于中部通村公路上游約45m處，壩址區(qū)地貌屬河流侵蝕堆積地貌。壩址區(qū)地層分布較簡(jiǎn)單，松散堆積層分布穩(wěn)定、厚度較薄。壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)全新世活動(dòng)斷裂及其他影響場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定性的地質(zhì)構(gòu)造。壩址區(qū)場(chǎng)地整體穩(wěn)定性較好，基本適宜縫隙壩工程建設(shè)。左側(cè)壩肩斜坡坡度較陡，壩肩自然坡度約35°，地表植被多雜草及灌木，零星分布少量樹(shù)木，上覆為第四系殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土，厚度1～3m；下伏基巖為三疊系白果灣組（T32），節(jié)理裂隙較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層較薄，厚度3～5m，穩(wěn)定性較好。左側(cè)壩肩置于基巖內(nèi)，左壩肩穩(wěn)定性較好。右側(cè)壩肩斜坡坡度較陡，壩肩自然坡度約35°，地表植被多雜草及灌木，零星分布少量樹(shù)木。因壩址區(qū)右岸為凹岸，受“9·14”泥石流切角影響，岸坡存在一定的側(cè)蝕。上覆為第四系殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土，厚度5～10m；右側(cè)壩肩置于第四系殘坡積層內(nèi)，右壩肩穩(wěn)定性一般。

二是擬建攔砂壩工程地質(zhì)條件分析。擬建攔砂壩工程，位于鹽米路涵洞上游約70m處，壩址區(qū)地貌屬河流侵蝕堆積地貌。壩址區(qū)地層分布較簡(jiǎn)單，松散堆積層分布穩(wěn)定、厚度較薄。壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)全新世活動(dòng)斷裂及其他影響場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定性的地質(zhì)構(gòu)造。壩址區(qū)場(chǎng)地整體穩(wěn)定性較好，基本適宜攔砂壩工程建設(shè)。壩址區(qū)溝道寬度約42m，溝道內(nèi)為泥石流堆積塊碎石土，堆積體厚度3～6m，粒徑大于20cm塊石含量約占10%，粒徑6～20cm區(qū)段所占比例約占30%，2～6cm區(qū)段粒徑含量約約占30%，粒徑小于2cm含量約占35%；母巖成分為砂巖；下覆基巖三疊系白果灣組（T32）灰黑色粉砂巖，由于堆積體厚度較厚，且為新近泥石流堆積物，屬于松散狀態(tài)。建壩之前，需先進(jìn)行溝道整理清淤工作。將壩基置于原生土層或下覆基巖內(nèi)，壩基穩(wěn)定性好，可滿足基礎(chǔ)承載力需要。

5 結(jié)論

（1）張門扎溝流域內(nèi)具有泥石流發(fā)育的良好條件。從地形地貌上看，張門扎溝流域內(nèi)相對(duì)高差大，地形陡峻，溝谷縱坡較大，有利于泥石流物質(zhì)的匯集和成災(zāi)。

（2）從物源條件上看，溝內(nèi)泥石流固體物源豐富，主要包括滑塌堆積物源、溝道堆積區(qū)域和坡面侵蝕物源，溝域內(nèi)松散物源靜儲(chǔ)量為202.04×104m3，可參與泥石流運(yùn)動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為22.5×104m3。

（3）張門扎溝泥石流危險(xiǎn)性大，危害嚴(yán)重，特別是2020年極強(qiáng)特大暴雨后，溝內(nèi)新增大量松散固體物源，如果遭在強(qiáng)降雨條件下再次發(fā)生泥石流的可能性較大。鑒于泥石流溝口威脅重大，為確保泥石流危險(xiǎn)區(qū)人們生命財(cái)產(chǎn)安全，建議盡快采取工程治理。

綜上所述，張門扎溝泥石流位于涼山州米易縣白坡彝族鄉(xiāng)張門扎村境內(nèi)，危險(xiǎn)性大，對(duì)其實(shí)施應(yīng)急防治尤為關(guān)鍵，有助于為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┮粋€(gè)安全良好的生活環(huán)境。

徐琳，達(dá)娃，羅紹強(qiáng)，胡林，肖進(jìn)，趙海華，官輝．2021．堆龍德慶區(qū)比西溝泥石流特征及成因機(jī)制分析[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，41(03)：448-452．

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Analysis on Characteristics, Formation Mechanism and Prevention Measures of Debris Flow in Zhangmenzhagou

LIU Qing-quan

(No. 114 team of the Sichuan Coalfield Geology Bureau, Deyang Sichuan 618000)

Taking the debris flow of Zhangmenzhagou as an example, this paper introduces its formation conditions, analyzes its basic characteristics and formation mechanism. It is concluded that the debris flow in the gully is enriched in solid material sources, has a good condition for debris flow development and has a strong risk. The prevention and control plan of "gap dam + sand dam + drainage channel + bridge and culvert (in the field town) + cover culvert (8# branch trench) + gully finishing and dredging" is proposed, which provides reference for the prevention and control work of the same type of debris flow.

debris flow; characteristic; formation mechanism; prevention and control measures

P642.2

A

1006-0995（2022）04-0629-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.017

2021-12-17

劉清泉（1979—），四川宜賓人，水工環(huán)高級(jí)工程師，研究方向：水工環(huán)地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害