張建新,閆晉龍,楊家林

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),河南 洛陽 471002)

1 自然環(huán)境概況

1.1 流域概況

四溝里總體上為深切割“V”型谷,總體上具有岸坡陡峻,切割深度較大的特點(diǎn)。主溝縱長1 270 m,主溝溝頭最高點(diǎn)大口山高程為1 702.6 m,溝口與清江支流交匯處高程為723.7 m,相對高差 978.9 m,主溝平均縱坡降 500‰ ～600‰,其中形成區(qū)以上溝段縱坡陡峻,而以下溝段總體上縱坡略緩,且呈現(xiàn)陡緩相間的空間變化特征。溝谷平面上谷寬總體上上游窄,下游較寬,且也呈現(xiàn)出時寬時窄的變化特點(diǎn)。四溝里下游流量 0.2 m3/s左右,豐水期流量可達(dá) 2.0～5.0 m3/s,主要接受大氣降水和泉水補(bǔ)給,流量受降水量影響較大,總體上地震后流量有所增大。

圖1 四溝里溝域全貌圖

1.2 氣候條件

江油市屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),具有氣候溫和,四季分明,雨量充沛,夏熱冬暖等特點(diǎn)。根據(jù)江油市氣象局1957年至 2005年觀測資料統(tǒng)計,多年平均氣溫 15.9℃,多年平均降雨量為1 050mm,每年降雨集中在 6～9月,其降雨量達(dá)到 788.2mm,占全年降雨量的 72.8%。

特別指出的是近兩年來出現(xiàn)兩次特大日降雨量分別為351mm(2008年 9月 24日 )和 278mm(2009年 7月 14日 )。這兩次江油全區(qū)普降大到暴雨,楠木園村周圍溝渠暴滿,其中 2008年 9月 24日暴雨引發(fā)泥石流,泥石流淤滿了楠木園村在四溝里修建的一座小水庫,毀壞了下游的部分梯田,損壞了下游的一條鄉(xiāng)村道路的部分路段,給當(dāng)?shù)鼐用裨斐奢^大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 地質(zhì)環(huán)境條件

勘查區(qū)處于前龍門山地層分區(qū),主要為中生界三疊系上統(tǒng)須家河組 (T3x)、第四系松散堆積層(Q4)?，F(xiàn)分述如下:

1)中生界三疊系上統(tǒng)須家河組 (T3x)

淺灰、深灰色灰?guī)r及黃灰、灰綠色頁巖。在四溝里泥石流溝的形成區(qū)、流通區(qū)出露,該巖組分布廣泛。巖層產(chǎn)狀120°∠65°,巖層構(gòu)造裂隙較發(fā)育,該層厚度大于 50m。

2)第四系崩坡積物(Q4col)、洪積物 (Q4pl)、殘破積物()

為塊碎石土,呈稍密 ～中密狀,由粉質(zhì)粘土、角礫、碎石、塊石組成,灰色,棱角狀,結(jié)構(gòu)呈松散 -稍密狀,塊徑一般 50～80 cm不等,大的有 150 cm以上,母巖巖性為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、泥巖等,局部耕作段表層1 m左右為粉質(zhì)粘土夾碎石,土石比為 5∶5至 3∶7,該層厚 0～20m。稍濕、可塑狀,底部含風(fēng)化巖屑。主要分布于溝谷及坡腳緩坡地帶。

2 泥石流基本特征

2.1 泥石流災(zāi)害史及災(zāi)情、危害性分析

2.1.1 泥石流災(zāi)害史及災(zāi)情

四溝里溝為老泥石流溝,曾于 2008年發(fā)生大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。2008年 9月 24日 9時,楠木園村遭遇 50年一遇的特大暴雨,日降雨量 351 mm,四溝里溝發(fā)生泥石流,一次性沖出松散物質(zhì)方量約3 500 m3,該堆石壩阻擋了泥石流中主要物質(zhì)的流通,致使大量泥石流攜帶的松散物質(zhì)堆滿小水庫。少量粒徑較小的松散物質(zhì)隨泥石流沖過堆石壩流走,破壞了下游的部分農(nóng)田。據(jù)統(tǒng)計,本次泥石流活動已造成直接經(jīng)濟(jì)損失 15余萬元。

2.1.2 泥石流危險區(qū)范圍及險情

四溝里溝泥石流危險區(qū)范圍主要為沿溝兩岸預(yù)測最高泥位線以下區(qū)域、四溝里溝中段因彎道超高可能淹沒的區(qū)域及支溝泥石流威脅的區(qū)域。據(jù)此確定的泥石流危險區(qū)泥石流危險區(qū)面積為 0.015 km2。

根據(jù)確定的泥石流危險區(qū)范圍,四溝里溝威脅對象主要為楠木園村三、四組居民點(diǎn) 9戶 30人的生命和財產(chǎn)安全,并對溝口兩岸的農(nóng)田、1條鄉(xiāng)村公路及 2座橋涵造成威脅,直接威脅財產(chǎn) 300萬元以上。四溝里溝泥石流目前危害程度屬小型。

2.2 泥石流各區(qū)段沖淤特征

2.2.1 形成區(qū)沖淤特征

四溝里主溝及支溝上游坡度較大(多在 30°～80°左右),溝谷縱坡較陡(在 400‰以上),且區(qū)域性地殼運(yùn)動表現(xiàn)為強(qiáng)烈抬升為主的運(yùn)動特征決定,形成區(qū)的沖淤特征視不同溝段和主、支溝條件的差異而表現(xiàn)出不同的特點(diǎn),另外,因降雨量及其分布的不同、溝道內(nèi)洪水(或泥石流)流量的差異,其沖淤現(xiàn)象也會出現(xiàn)一定的差異,總體上看,主溝上段沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn),主溝下段沖淤特征表現(xiàn)為以淤為主的特點(diǎn),而支溝表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)。

2.2.2 流通區(qū)沖淤特征

流通區(qū)的沖淤特征視不同溝段和主、支溝條件的差異而表現(xiàn)出不同的特點(diǎn),另外,因降雨量及其分布的不同、溝道內(nèi)洪水(或泥石流)流量的差異,其沖淤現(xiàn)象也會出現(xiàn)一定的差異,總體上看,主溝上段沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn),主溝下段沖淤特征表現(xiàn)為以淤為主的特點(diǎn),而支溝表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)。

2.2.3 堆積區(qū)沖淤特征

堆積區(qū)分布于四溝里溝中段以下,因其溝道經(jīng)堆積扇區(qū)中部通過,該段溝道坡度 5°～10°,這種條件決定該溝段沖淤特征仍為以淤為主的特點(diǎn),在但大規(guī)模暴雨洪水或稀性泥石流作用下,其沖刷作用將加劇,如 2008年泥石流即對溝床產(chǎn)生了一定的沖刷侵蝕,據(jù)訪問和調(diào)查,其最大侵蝕深度達(dá) 1m左右,平均侵蝕深度 0.5m左右。

2.3 泥石流發(fā)生頻率和規(guī)模

根據(jù)以往四溝里溝泥石流的災(zāi)害史,該泥石流為低頻泥石流,但隨著地震后物源量的增多,引發(fā)泥石流的激發(fā)雨量可能減小,因此,其發(fā)生頻率可能加密。泥石流發(fā)展階段為發(fā)展期。

5.12 地震后至今,四溝里主溝發(fā)生過一次泥石流災(zāi)害,溝內(nèi)崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象和泥石流松散固體物質(zhì)增多,泥石流暴發(fā)的危險性增大,一旦遇到暴雨等不利情況,其發(fā)生較大規(guī)模泥石流的可能性較大,只要雨量足夠,再次暴發(fā)泥石流的規(guī)模可能達(dá)到甚至超過 2008年 9月泥石流規(guī)模,如不及時治理,可能對溝口楠木園村居民生命財產(chǎn)安全形成嚴(yán)重威脅。

2.4 泥石流的成因機(jī)制和引發(fā)因素

四溝里主溝泥石流在暴雨作用下,大量匯集于溝道,匯流過程中將坡面松散泥沙及坡面的各類松散堆積物源攜帶進(jìn)入溝道,并順溝而下,通過溝道揭底沖刷卷動溝道內(nèi)的松散堆積物源,并將兩側(cè)溝岸松散固體物質(zhì)帶走,以滾雪球的方式下向游運(yùn)動,從而暴發(fā)泥石流災(zāi)害。

在暴雨作用下,支溝的匯流大部分進(jìn)入主溝,因而,主溝的水流量遠(yuǎn)大于支溝,而支溝泥石流的固體物質(zhì)則部分部分停積于溝口平緩開闊地段,部分匯入主溝,因而支溝泥石流往往在匯入主溝后被大大稀釋,其重度降低,而流量則從上游向下游逐步增大,沖刷能力增強(qiáng),并將主溝兩岸及溝底的松散固體物質(zhì)帶向下游,因此,主溝主要為稀性泥石流或高夾沙洪水。

在泥石流形成過程中,溝域內(nèi)地形陡峻,溝谷縱坡大為水源和泥沙的匯聚提供了有利的地形地貌條件,四溝里溝中上段兩岸及支溝中上游地段強(qiáng)烈的崩滑現(xiàn)象和震后水土流失的強(qiáng)劇,以及溝道內(nèi)大量的溝道堆積物為泥石流的發(fā)生提供了豐富的松散固體物源,而暴雨則是泥石流形成的主要引發(fā)因素。由于溝谷地形陡峻,易于匯水,水源豐富,泥石流類型主要為稀性泥石流。

泥石流規(guī)模主要與溝域內(nèi)松散固體物源的累計和動態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關(guān),當(dāng)溝域內(nèi)松散固體物源累積較多,且遇到集中暴雨時,往往就會發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。2008年泥石流后,溝域內(nèi)大部分可參與泥石流的固體物源被泥石流帶走,5.12地震后,四溝里溝域內(nèi)崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象增多,可參與泥石流活動的松散固體物源量也大大增加,據(jù)訪問調(diào)查,目前累積的松散固體物源量已超出 2008年泥石流爆發(fā)前的物源量,一旦遭到較大暴雨的作用,勢必引發(fā)大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。

2.5 泥石流起動條件及發(fā)展趨勢

2.5.1 泥石流起動條件

物源啟動(失穩(wěn))一般受兩大因素制約,一是內(nèi)在條件,具體包括:①物源本身的膠結(jié)和密實(shí)狀況,②物源現(xiàn)狀穩(wěn)定性,③物源所在邊坡地形坡度。二是誘發(fā)條件,具體包括:①水流沖刷,②降雨條件。

匯水 ～物源區(qū)堆積體結(jié)構(gòu)松散,無膠結(jié),堆積坡角30°～50°,多數(shù)物源處于不穩(wěn)定或潛在不穩(wěn)定狀態(tài),是形成泥石流的主要物質(zhì)來源。流通區(qū)和堆積區(qū)中的松散堆積物較多,植被發(fā)育較差,堆積坡角 25°～45°,處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài),是泥石流爆發(fā)的主要物源。

水流沖刷,實(shí)際上是指松散物源與水流沖溝之間的位置關(guān)系。具體而言,松散物源距水流沖溝越近,水流沖刷對其影響越大,越不利于其穩(wěn)定。故匯水 ～物源區(qū)松散物源可直接補(bǔ)給泥石流。

通過對楠木園村四溝里發(fā)育特征分析可知,楠木園村四溝里泥石流爆發(fā)與雨季降雨密切相關(guān),因此降雨是誘發(fā)泥石流的首要因素,而水流沖刷一般情況下是隨著降雨作用相伴生的。

2.5.2 泥石流發(fā)展趨勢特征

如前所述,楠木園村四溝里泥石流形成—流通區(qū)不穩(wěn)定物源較豐富,并且植被發(fā)育一般,是形成泥石流的主要物質(zhì)來源區(qū),并且形成—流通區(qū)溝道彎道較少,因此可以使洪水快速聚集。流通區(qū)溝谷以瘦“V”形為主,兩側(cè)陡崖發(fā)育,由于縱坡降較大,溝谷暢通,對泥石流可以起到很好的加速作用;溝谷兩側(cè)物源松散,穩(wěn)定性差,容易被泥石流攜帶,并且谷坡裸露基巖為易風(fēng)化且裂隙發(fā)育的石英閃長巖,在特大暴雨條件下很可能導(dǎo)致局部崩塌,直接成為泥石流物源,并且可能會堵塞溝道,使泥石流產(chǎn)生陣流,能量集聚爆發(fā),最終形成較大規(guī)模的泥石流。堆積區(qū)平緩、寬闊,有利于泥石流攜帶的固體物質(zhì)沉積。

綜合分析目前楠木園村四溝里的地形條件、固體松散物質(zhì)發(fā)育狀況、水力條件等方面的因素,并結(jié)合工程地質(zhì)類比分析,楠木園村四溝里潛在泥石流的類型為低頻稀性泥石流,但因“5.12”地震的影響,大量山體崩塌、滑塌,在溝中堆積了大量的松散物質(zhì),且植被大面積破壞,巖體破碎,為泥石流的發(fā)生提供了充足的物質(zhì)來源,在大暴雨或特大暴雨條件下有發(fā)生泥石流的可能

3 泥石流危險性評價

3.1 泥石流危險性指數(shù)

為了分析泥石流現(xiàn)狀及對當(dāng)?shù)鼐用裥纬晌：Φ臐撛谖ｋU性,我們采用了地質(zhì)災(zāi)害危險性分析的方法,分析研究區(qū)泥石流危險性指數(shù)構(gòu)成,

以整個楠木園村四溝里流域范圍做為分析單元,分析影響泥石流潛在活動強(qiáng)度的各種控制條件,在此基礎(chǔ)上建立泥石流危險性指數(shù)計算模型,從而確定泥石流災(zāi)害的發(fā)育特征。參考前人的分析經(jīng)驗(yàn),采用下式計算泥石流危險性指數(shù)(ZW):

式中:Zl、Zq為泥石流的歷史強(qiáng)度和潛在強(qiáng)度;Al、Aq為歷史強(qiáng)度和潛在強(qiáng)度的權(quán)重,分別為 0.3和 0.7;α為修正系數(shù),泥石流取 0.46(據(jù)張業(yè)成等)。歷史災(zāi)害強(qiáng)度按下式計算:

G、P為歷史活動規(guī)模和活動頻率的評判等級分值,根據(jù)泥石流的堆積體積和活動性各取 0～5之間的數(shù)值。該值是依據(jù)我們的工作經(jīng)驗(yàn)按兩類因素分別取值后疊加形成的。

潛在泥石流危險強(qiáng)度按下式計算:

式中:D、X、Q、R分別為控制泥石流形成與發(fā)展的地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣候植被條件、人為條件充分程度的標(biāo)度分值,評分標(biāo)準(zhǔn)采用張業(yè)成等人的研究成果,Ad、Ax、Aq、Ar為四類泥石流形成條件的權(quán)重。K為修正系數(shù),這里取 0.7。以上分析中所使用的權(quán)重是張業(yè)成先生等采用專家問卷調(diào)查的方法并對調(diào)查結(jié)果采用層次分析后獲得的,依據(jù)充分,結(jié)果是可信的。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)和楠木園村四溝里的實(shí)際情況,危險性指數(shù)計算參數(shù) D、X、Q、R值分別為 :14、16、3、2;G、P值分別為2、5;經(jīng)計算潛在危險性 Zq為 6.419,歷史危險性為 10,楠木園村四溝里泥石流危險性指數(shù) ZW為 3.447。按照危險性指數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn):楠木園村四溝里泥石流為危險性中等。

3.2 泥石流危害性等級評價

泥石流災(zāi)害一次造成的死亡人數(shù)或直接經(jīng)濟(jì)損失可分為特大型、大型、中型 4個災(zāi)害等級。

表1 泥石流災(zāi)害危害性等級劃分表

根據(jù)泥石流危害性評價標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合楠木園村四溝里泥石流災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失,泥石流危害性等級為大型。

綜上評價結(jié)果可知,楠木園村四溝里泥石流易發(fā)程度評價為中等易發(fā),危險性指數(shù)評價為中等,危險性等級評價為大型。因此:楠木園村四溝里是一條典型的泥石流溝,中等易發(fā),危險性為中等,進(jìn)行治理是勢在必行。

4 防治工程建議

泥石流治理的目標(biāo)是減災(zāi)、防災(zāi)以確保城市規(guī)劃建設(shè)的安全為目標(biāo)。根據(jù)四溝里泥石流現(xiàn)有的形態(tài)、規(guī)模以及威脅對象情況,建議采用一級攔砂壩 +防護(hù)堤進(jìn)行治理。

(1)一級攔砂壩:結(jié)合泥石流現(xiàn)有的地形地貌、威脅對象以及物源分布情況,在楠木園村四溝里設(shè)置 1道攔砂壩:作用在于攔截泥沙等固體物質(zhì),調(diào)節(jié)下泄水量和輸沙量,利用回淤效應(yīng)穩(wěn)定斜坡和溝谷,降低河床縱坡。具體位置參照工程布置平面圖。

(2)防護(hù)堤:針對具體居民區(qū)的防護(hù)對象,修建防護(hù)堤工程,防止泥石流亂流、漫流沖擊、於埋居民區(qū)的房屋、田地,保護(hù)當(dāng)?shù)卮迕裆踩?/p>

5 結(jié)論

(1)楠木園村四溝里泥石流為易發(fā)泥石流溝,危害性大、危險性大,需要進(jìn)行工程治理。

(2)楠木園村四溝里泥石流防治工程方案采用攔、排、穩(wěn)相結(jié)合的綜合治理措施。經(jīng)四川省綿陽市國土局組織有關(guān)專家評審,一級攔砂壩 +防護(hù)堤治理方案可行。

[1]四川省江油市石元鄉(xiāng)楠木園村四溝里泥石流應(yīng)急勘查、可行性研究、初步設(shè)計報告.化工部鄭州地質(zhì)工程勘察院,2009.

[2](DZ/T0220-2006)泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范.國土資源部,2006.

[3](DZ/T0239-2004)泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范.國土資源部,2006;

[4]廖興發(fā)等.地質(zhì)勘察與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測評估防治技術(shù)實(shí)用手冊,地質(zhì)出版社,2002.

[5]何平等.泥石流危險性評價.地質(zhì)出版社,2006.