張 俊 陳廷方 丁明濤

0 引言

受“5?12”汶川地震影響,位于阿壩州松潘縣施家堡鄉(xiāng)新光村,涪江東岸的疊臺溝泥石流溝發(fā)生多處崩塌、滑坡,為再次發(fā)生泥石流提供了大量新的物源。

疊臺溝歷史上曾發(fā)生過3次泥石流,分別為 1953年,1976年和 1982年,其中 1976年為地震引起,規(guī)模較大;1953年與 1982年為洪水引起,前者規(guī)模大。本文通過分析疊臺溝泥石流的形成條件,并運用暴雨條件下降雨強度和滲透系數(shù)的比值法以及單溝泥石流危險性分析方法對其危險性進行評價,以期為今后的深入研究和防災(zāi)減災(zāi)實踐提供基礎(chǔ)。

1 疊臺溝流域概況

疊臺溝全溝長 6.9 km,流域面積 8.35 km2,主溝溝床平均縱比降 223.6‰;溝口海拔 1580m,流域最高點海拔 3123m,相對高差為 1543m。溝道形態(tài)呈 V形,流域形態(tài)為漏斗狀。該溝“5?12”地震前植被覆蓋率高,但震后較大面積的植被遭到破壞,加上主溝溝床縱比降較大、兩側(cè)岸坡較陡(平均 35°～60°),因此極有利于徑流侵蝕作用,使得兩側(cè)坡面殘坡積物失穩(wěn)而崩滑。因此決定了在暴雨作用下該區(qū)域泥石流活動頻繁。

2 形成條件分析

2.1 氣象條件

松潘縣主要受高空西風氣流和印度洋西南季風影響,具有青藏高原季風氣候特征。據(jù)松潘縣氣象臺站統(tǒng)計,全縣年降雨量主要集中在 5月～10月,該 6個月的降雨量總和達到 654.2mm,占全年降雨量(796.4mm)的 82.1%,其中研究區(qū)所處的施家堡鄉(xiāng)又是整個松潘縣降雨最多的地區(qū),2007年和 2008年,該鄉(xiāng)比全縣降雨最少的解放村分別多出 283mm和 403mm。降雨時間的集中和降雨量的偏大增強了徑流侵蝕作用的動力,使其對泥石流物源穩(wěn)定性的破壞作用大大增強。

2.2 地形及物源條件

疊臺溝溝域由于地形陡峻,為崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育提供了有利條件。溝域內(nèi)巖性主要是炭質(zhì)千枚巖和少量灰?guī)r,炭質(zhì)千枚巖風化嚴重,形成厚約 3m～5m的風化殼,在植被裸露區(qū)暴露,在強降雨作用下,該風化層極易滑動形成泥石流物源。全溝崩滑類物源為 54.42×104m3,動儲量為 11.6×104m3;溝道堆積物源為 81×104m3,動儲量為 14.5×104m3,物源合計135.42×104m3,其中動儲量 26.1×104m3,占總量的 19.3%。物源以碎塊石土為主,以小于 20 mm區(qū)間的碎石最多,占總量的46.3%,主要分布在疊臺溝的形成區(qū)(占全溝物源的 82.6%)。形成區(qū)縱坡降大(255‰),全溝溝道常年有流水,因此溝道較光滑。綜上所述,疊臺溝的地形及物源條件有利于泥石流活動。

3 危險性分析

3.1 溝道兩側(cè)泥石流物源啟動分析

疊臺溝為一老泥石流溝,一般情況下溝道物質(zhì)不會主動啟動,只有在強降雨作用下,由溝道兩側(cè)斜坡物質(zhì)首先啟動,沖入主溝道,攜卷溝道物源的啟動。因此,溝道兩側(cè)物源的啟動條件對泥石流的危險性起著主要作用。運用魯賓(Rubin J,1966年)[1]、米恩(Mein G R)和拉森(Lerson C L,1973年)[2]的入滲過程理論對該泥石流物源啟動過程進行分析:

在均勻降雨條件下,入滲過程的變化決定于降雨強度(Ri)和滲透系數(shù)(Ks)。根據(jù) Ri和 Ks比值,可將入滲過程劃分為兩種情況:1)無積水入滲。這時 Ri/Ks＜1,即 Ri＜Ks,全部降水均滲入土壤;2)積水入滲。這時 Ri/Ks＞1,即 Ri＞Ks。在降水剛開始的時候,滲透速度最大,積水全部滲入土壤表層,但隨著降水的持續(xù),表層土壤達到飽和,地面產(chǎn)生積水并出現(xiàn)徑流,滲透速度逐漸減小,隨著降雨強度持續(xù)地超過土壤飽和導水率,滲透速度達到最小值。

由于當?shù)亟邓看?根據(jù)疊臺溝泥石流勘察報告,暴雨雨強可以達到 Ri=7.674×10-3m/s,當?shù)厮槭恋臐B透系數(shù)為Ks=3.25×10-3m/s,則:

因此雨水入滲方式為積水入滲,該方式通過兩種途徑破壞土體強度:一方面由于滲透速度小于降雨強度,積水將在土體表面產(chǎn)生一定厚度的水層并在重力的作用下使其沿土體表面流動,這樣就會在土體一定厚度內(nèi)產(chǎn)生超孔壓導致該厚度內(nèi)的液態(tài)化,使得其正有效應(yīng)力和強度喪失,從而導致土體流動形成泥石流;另一方面入滲的積水將產(chǎn)生孔隙水壓力,并使原來疏松的顆粒懸浮,兩者最終導致土體強度降低,尤其是抗剪強度的降低,當抗剪強度小于剪應(yīng)力時,溝道兩側(cè)堆積體發(fā)生崩滑現(xiàn)象。

3.2 泥石流危險度分析

為了對疊臺溝泥石流整體危險性進行評估,這里采用《泥石流危險性評價》和《泥石流風險評價》中推薦的單溝泥石流危險性分析公式計算[3,4]對該溝泥石流的危險度做評價。該方法通過評價泥石流規(guī)模 M、發(fā)生頻率 F兩個主要因子和流域面積S1、主溝長度S2、流域相對高差 S3、流域切割密度 S4、不穩(wěn)定溝床比例 S55個次要環(huán)境因子,數(shù)據(jù)M通過設(shè)計頻率下泥石流固體物質(zhì)徑流量計算方法獲取,F為百年內(nèi)的發(fā)生頻率,S1,S2,S3和S4的值在 1∶10000的地形圖上量算獲取,S5通過現(xiàn)場勘察結(jié)合地形圖獲得。然后通過表 1的轉(zhuǎn)換函數(shù)取得這 7項指標分別對應(yīng)的轉(zhuǎn)換值 m,f,s1,s2,s3,s4,s5(見表 2)。

表1 單溝泥石流危險度評價因子的轉(zhuǎn)換函數(shù)

表2 各因子轉(zhuǎn)換值

再用公式:H=0.29m+0.29f+0.14s1+0.09s2+0.06s3+0.11s4+0.03s5對這 7個因子進行加權(quán)求和,可得該溝泥石流危險度 H值(見表 3)。

表3 各因子加權(quán)求和值與危險度值

危險度的分級標準見表4。

由此可見,疊臺溝泥石流溝危險度為 0.666,處于高度危險中,因此,對該泥石流溝的危險性應(yīng)給予高度重視。

表4 危險度的分級標準

4 結(jié)語

疊臺溝泥石流溝基本特點如下:

1)溝域縱比降較大,兩側(cè)岸坡較陡,植被破壞面積大,溝域內(nèi)物源水源豐富,有利于泥石流活動;2)雨水對溝道兩側(cè)物源入滲方式為積水入滲,該入滲方式通過產(chǎn)生孔隙水壓力破壞兩側(cè)物質(zhì)的穩(wěn)定性,促使其啟動;3)該泥石流溝危險度為 0.666,處于高度危險狀態(tài)。

[1]Rubin J.Theory of rain fall up take by soils Initially Duier than their field capacity and its applications[J].Water Resources,1966,2(4):17-22.

[2]Mein GR,Lerson C L.Modeling in filtration during a steady rain[J].Water Resources,1973,9(2):15-21.

[3]劉希林,唐 川.泥石流危險性評價[M].北京:北京科學出版社,1995:1-93.

[4]劉希林,莫多聞.泥石流風險評價[M].成都:四川科學技術(shù)出版社,2003:1-104.

[5]張 瑛.四川榮縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價與危險性區(qū)劃研究[J].山西建筑,2009,35(2):96-97.