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        后發(fā)型地震泥石流災害調查與防治建議:以孫家溝“8·13”泥石流為例

        2012-07-26 10:58:36褚勝名吳語夫
        中國水土保持 2012年8期
        關鍵詞:孫家發(fā)型泥石流

        李 麗,余 斌,褚勝名,3,吳語夫,4,亓 星

        (1.成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室,四川成都610059;2.核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司,四川成都610061;3.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司,四川成都610081;4.江西省地質災害應急中心,江西 南昌330025)

        地震泥石流特指在震區(qū)內由地震誘發(fā)形成的泥石流,與某具體的地震序列或某一次強震時空上相關,主要分布在烈度≥Ⅶ度的地區(qū)[1]。按地震與泥石流暴發(fā)的時間順序,可以將地震泥石流分為同發(fā)型和后發(fā)型兩種,其中同發(fā)型地震泥石流指在發(fā)生地震的同時暴發(fā)泥石流,后發(fā)型地震泥石流指在發(fā)生地震后由暴雨、堰塞湖潰決等誘發(fā)形成的泥石流[2]。通常,地震后同一地區(qū)同樣暴雨條件下激發(fā)的泥石流無論是數(shù)量還是規(guī)模都更大。這是因為地震為溝谷型泥石流提供了大量的松散物質來源,由地震直接誘發(fā)的泥石流多為坡面碎屑流,相對于大型滑坡和崩塌來說其危害性較小,而具有顯著危害性的溝谷型泥石流多在震后的降雨作用下發(fā)生,有一定的滯后性[3]。本研究以龍池鎮(zhèn)孫家溝“8·13”泥石流為例,通過災害調查,分析了后發(fā)型地震泥石流的發(fā)育特征、發(fā)展趨勢及活動規(guī)律,并提出了防治建議,希望能為震區(qū)災后恢復重建和防災減災工作提供參考。

        1 泥石流調查

        1.1 流域概況

        孫家溝隸屬都江堰市龍池鎮(zhèn)南岳村,是岷江一級支流龍溪河左岸的一條泥石流溝。溝谷呈U形,溝口坐標為E103°33'34″、N31°06'14″,流域匯水面積 1.54 km2,主溝長約 2.40 km,平均縱坡降445.2‰,溝口高程1222 m,最高點高程2224 m,相對高差1002 m,溝道兩側山坡坡度50°~65°。孫家溝泥石流形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)分區(qū)明顯:形成區(qū)高程1404—2224 m,平均縱比降546‰,溝道強烈侵蝕下切,橫斷面呈深U形,有多處滑坡崩塌體和風化坡積物,物源豐富;流通區(qū)相對高差110 m,溝道平均寬8 m,溝內堆積有大量松散物源,溝道寬闊,坡度較緩,溝床起伏較小,有利于泥石流的流通;堆積區(qū)平均坡度7°,以淤埋為主,屬混雜堆積,分選性較弱,粗化層顆粒較大,多為25~30 cm。孫家溝流域地形見圖1。

        孫家溝位于北川—映秀斷裂帶北東方向,屬中山構造侵蝕地貌,流域內主要出露地層以元古代晉寧—澄江期花崗巖及震旦系下統(tǒng)火山巖組的灰綠色安山巖、凝灰?guī)r及安山玄武巖為主。堆積區(qū)和流通區(qū)主要分布著第四系地層,形成區(qū)分布有燕山期花崗巖,以碎塊石為主,龍溪河階地上堆積著第四系河流相堆積物和泥石流堆積物。屬四川盆地中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū),降雨充沛且集中,尤其是雨季降雨強度大,一次連續(xù)最大降雨量 457.1 mm,一次連續(xù)最長降雨時間 28 d[4]。

        1.2 泥石流災害調查

        孫家溝位于汶川地震重災區(qū),震前流域內無崩塌滑坡體,也未發(fā)生過泥石流,震后溝內發(fā)育了大量崩塌滑坡體,有以塊石、碎石為主的松散固體物質約77萬m3,塊石粒徑一般為25~40 cm;在強降雨的激發(fā)下,洪水啟動溝道溝床松散固體物質并揭底形成泥石流,因此“8·13”孫家溝泥石流屬后發(fā)型地震泥石流。

        “8·13”孫家溝泥石流暴發(fā)過程如下:2010年8月13日16時都江堰龍池鎮(zhèn)突降暴雨,17時雨強達到最大值75 mm/h,相當于20年一遇的降雨強度;在洪水激發(fā)下,16時起孫家溝暴發(fā)泥石流,持續(xù)時間約80 min,洪水啟動溝道內松散固體物質,并沿溝道自上而下流出,形成大規(guī)模泥石流;泥石流部分堵塞龍溪河,造成龍溪河河床抬高、河道變窄,并有部分沖出淤埋公路及房屋,形成長約160 m、寬約65 m、厚約6 m的堆積扇。

        8月18日龍池鎮(zhèn)茶關村再次發(fā)生強降雨,最大1 h降雨量69 mm,相當于當?shù)?0年一遇的降雨強度,但是孫家溝并沒有再次發(fā)生泥石流,據(jù)此可初步推測孫家溝泥石流暴發(fā)需要約20年一遇的強降雨。

        2 泥石流特征值計算

        2.1 容重

        堆積區(qū)顆粒混雜堆積,呈弱分選性,初步判定孫家溝泥石流屬過渡性泥石流?,F(xiàn)場調查取樣進行室內顆分試驗,得到顆粒分析曲線(圖2),并計算泥石流容重,其中粗化層顆粒以個數(shù)累積百分比計,細顆粒級配曲線以質量百分數(shù)計。

        圖2 孫家溝泥石流顆粒分析曲線

        孫家溝泥石流容重為1.96 g/cm3,屬過渡性泥石流,采用黏性泥石流容重計算公式[5]

        式中:γD為黏性泥石流容重,g/cm;γ0為泥石流最小容重,取1.5 g/cm3;P2為>2 mm的粗顆粒含量,以小數(shù)表示;P05為<0.05 mm的細顆粒含量,以小數(shù)表示;γV為黏性泥石流最小容重,取 2.0 g/cm3。

        2.2 流速和流量

        結合孫家溝的流域特點,選取《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》[6]中黏性泥石流運動平均速度計算公式

        式中:Vc為泥石流斷面平均流速,m/s;g為重力加速度,m/s2;R為水力半徑,m;I為溝床縱比降;D50為泥沙顆粒中百分比小于50%的顆粒粒徑,取D50=28 mm;D10為泥沙顆粒中百分比小于10%的顆粒粒徑,取D10=0.3 mm。

        洪峰斷面為梯形斷面,其中斷面上寬8.1 m、下寬4 m、泥深1.5 m、面積9.1 m2、縱比降176‰、水力半徑1.1 m,則洪峰流量計算公式為[6]

        式中:Qc為泥石流流量,m3/s;Wc為泥石流洪峰斷面面積,m2;其余符號意義同上。

        根據(jù)泥石流歷時和最大流量,按泥石流暴漲暴落的特點,將泥石流過程線概化成五角形,則一次泥石流沖出量計算公式為[6]

        式中:U為一次泥石流沖出量,m3;T為泥石流歷時,取T=4800 s;其余符號意義同上。

        根據(jù)上述公式,“8·13”孫家溝泥石流流速為6.3 m/s,泥石流流量為57 m3/s,一次泥石流沖出量為7.2萬m3。上述計算結果與災害調查結論相近,尤其是一次泥石流沖出量與實際調查測量的堆積方量7萬m3較為接近,證明了計算結果的準確性。

        3 泥石流發(fā)展趨勢分析

        (1)孫家溝處于地震烈度Ⅺ度區(qū),汶川地震后溝內形成了大量崩塌滑坡體,在強降雨作用下,洪水啟動溝道內松散固體物質釀成了這次“8·13”孫家溝泥石流災害。此外,泥石流的發(fā)生與孫家溝自身的流域特點也有關。流域面積小、溝道縱比降大、陡峻的地形和較大的匯水面積都有利于物源的運動和洪水的匯集,增加了泥石流的發(fā)生概率。

        (2)“8·13”孫家溝泥石流屬后發(fā)型地震泥石流。據(jù)調查,孫家溝內約有77萬m3松散固體物質,主要分布在形成區(qū)和流通區(qū),主要為崩滑物和坡面侵蝕物,其中可能參與泥石流運動的松散固體物質動儲量約為16萬m3。目前,溝內還存在大量潛在滑坡和崩塌體,它們具有較強的隱蔽性,很難察覺,但如果遇到短歷時強降雨或持續(xù)性降雨,則很可能誘發(fā)大規(guī)模的泥石流災害。

        (3)“8·13”孫家溝泥石流沖出物導致龍溪河變窄、河床抬高。目前,龍溪河由孫家溝堆積區(qū)流過,如果再發(fā)生同等規(guī)?;蛘吒笠?guī)模的泥石流,就可能堵塞原本就變窄的龍溪河形成堰塞湖,并淤埋對面的公路,因此迫切需要采取工程措施加以治理。

        4 后發(fā)型地震泥石流防治對策

        據(jù)對泥石流發(fā)育特征、發(fā)展趨勢及活動規(guī)律的調查研究,孫家溝再次暴發(fā)泥石流的可能性較高、危害性較大,需要采取一系列有針對性的防治對策:①在泥石流溝口處修筑排導槽,使排導槽與龍溪河呈30°左右的夾角,以利于加速細顆粒物質的排導;②由于孫家溝泥石流目前的危害對象主要為公路和龍溪河河道,而修筑攔擋壩的工程造價較高,因此從經(jīng)濟角度考慮,可以不修筑攔擋壩,但在改建和新修公路時要選擇在地勢較高的地方,以免泥石流再次沖毀道路;③對龍溪河河床內淤積的泥沙進行及時清理,避免堵塞河道形成堰塞湖。

        后發(fā)型地震泥石流具有較強的隱蔽性,加之多為溝谷型泥石流,危害性不容小視,因此迫切需要加強治理。治理原則是:對于泥石流危害性大、居民搬遷難度大、易于治理、治理工程安全可靠度高的地質災害點建議采取工程治理,例如在溝道出口處設置排導槽,在溝道中下游修筑谷坊壩等;對于地質災害穩(wěn)定性較好、危險性較小的地質災害點建議實施監(jiān)測預警,如在溝道設置降雨監(jiān)測系統(tǒng)及泥位監(jiān)測裝置等;對于引發(fā)因素頻發(fā)、臨災征兆明顯、治理難度大、治理費用高、治理工程安全可靠度低的地質災害危險點,建議采取避讓搬遷措施。

        [1]謝洪,鐘敦倫,矯震,等.2008年汶川地震重災區(qū)的泥石流[J].山地學報,2009,27(4):501 -509.

        [2]徐峻名,譚萬沛.1976年松潘平武地震泥石流[M]//中國科學院成都地理研究所,四川省地理學會泥石流專業(yè)委員會,四川省防汛抗旱指揮部辦公室.泥石流(3).重慶:科學技術文獻出版社重慶分社,1986:67-75.

        [3]張永雙,雷偉志,石菊松,等.四川5.12地震次生地質災害的基本特征初析[J].地質力學學報,2008,14(2):109-116.

        [4]四川省地質工程勘察院.四川省都江堰市龍池鎮(zhèn)“8·13”暴雨地質災害排查報告[R].成都:四川省地質工程勘察院,2010:12 -13.

        [5]余斌.根據(jù)泥石流沉積物計算泥石流容重的方法研究[J].沉積學報,2008,26(5):789 -796.

        [6]DZ/T 0220—2006,泥石流災害防治工程勘查規(guī)范[S].

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