張建良，車志強(qiáng)，韓國(guó)童，王 卓

(1.河南省地礦局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，河南信陽(yáng) 464000;2.河南省地質(zhì)測(cè)繪總院河南省地質(zhì)勘查信息化工程技術(shù)中心，河南鄭州 450006;3.河南省礦源地質(zhì)有限公司，河南鄭州 450001)

0 引言

2007年7月29～30日，暴雨導(dǎo)致官坡鎮(zhèn)羅家溝發(fā)生了泥石流，泥石流沖出山溝，直達(dá)官坡鎮(zhèn)，沖毀官坡鎮(zhèn)羅家溝房屋4間、農(nóng)田約0.13hm2、松樹近150株(樹齡20a)，近3000m3泥石流固體物質(zhì)堆積在官坡鎮(zhèn)主街道上，造成通訊、交通及電力全部中斷，有50戶近200人遭受不同程度經(jīng)濟(jì)損失，整個(gè)官坡鎮(zhèn)災(zāi)區(qū)經(jīng)濟(jì)損失慘重，達(dá)300余萬(wàn)元。2010年7月23～24日，官坡鎮(zhèn)再次遭受強(qiáng)降雨，14h內(nèi)，降雨量達(dá)230mm以上。羅家溝在暴雨作用下引發(fā)泥石流災(zāi)害，本次泥石流造成官坡鎮(zhèn)街道堆積長(zhǎng)0.5km、約5000m3，對(duì)官坡街約3000余間民房、2000多居民及官坡街中、小學(xué)校構(gòu)成危脅［1］。羅家溝泥石流在豫西地區(qū)具有一定的代表性，且威脅較大，筆者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，以期為該地區(qū)相似地質(zhì)環(huán)境條件下的泥石流溝的調(diào)查研究及防治提供參考。

1 地形、氣候、暴雨特征

羅家溝位于盧氏縣官坡鎮(zhèn)官坡村東約0.5km，屬熊耳山山脈，地勢(shì)南高北低，主溝溝谷呈“V”型或“U”型，總體走向以近南北向，由南向北流入官坡河，溝系呈條帶狀，溝道彎曲較多。溝中地形切割強(qiáng)烈，以“V”型溝谷為主，2個(gè)支溝發(fā)育方向多與主溝斜交，為東北向、北東、北西向;流域具有上寬下窄似扇形或葫蘆瓢狀特征，出山口以下泥石流扇呈上窄下寬等特征。主溝匯水面積約0.22km2，總長(zhǎng)約1.17km，平均縱坡降247‰，海拔840.9～1130.1m。2條支溝是泥石流的形成區(qū)，海拔863～1095m，平均縱坡降約401.5‰(表1)。該流域?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)氣候，季節(jié)性變化明顯。由于處于中山區(qū)，總體特征為溫度低、日照時(shí)間少、無(wú)霜期短，氣候因素垂直變化大。多年平均氣溫12.6℃，一月最冷，月平均氣溫-1.5℃，極端最低氣溫達(dá) -19.1℃。7月最熱，月平均氣溫25.6℃，極端最高氣溫達(dá)42.1℃。

據(jù)盧氏氣象站觀測(cè)資料，區(qū)內(nèi)10min最大降雨強(qiáng)度31.4mm(1989年6月30日兩岔口站)，1h最大降雨強(qiáng)度達(dá)83.5mm(1989年6月30日兩岔口站)，6h最大降雨強(qiáng)度達(dá)84.1mm(1987年08月06日官坡站)，最大24h降雨量為128.4mm(1987年8月5日官坡站)，2007年7月29～30日，官坡鎮(zhèn)6h最大降水量達(dá)到200mm。2010年7月23日21時(shí)至24日13時(shí)，受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，盧氏縣獅子坪、官坡、雙槐樹、五里川、瓦窯溝、湯河、朱陽(yáng)關(guān)等12個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))降雨量超過(guò)200mm，官坡鎮(zhèn)羅家溝達(dá)到230mm。

2 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露地層主要有中元古界寬坪群、中生界侏羅統(tǒng)、新生界第四系地層。

中元古界巖性為黑云石英片巖、白云石英片巖、二云石英片巖、二云鈣質(zhì)片巖，絹云石英片巖。絹云、二云及黑云石英片巖，局部尚含碳質(zhì)，區(qū)內(nèi)見(jiàn)有2～3層硅質(zhì)條帶大理巖。中生界巖性主要為巖漿巖，以二長(zhǎng)花崗巖為主。新生界第四系主要為河流沖積之砂、卵礫石及殘坡積砂及亞砂土等，分布于泥石流溝的主溝和部分支溝中。

3 泥石流形成條件

3.1 溝道地形地貌條件

羅家溝地勢(shì)南高北低，主溝溝谷呈“V”型或“U”型，總體走向以近南北向，由南向北流入官坡河，溝系呈條帶狀，溝道彎曲較多。溝中地形切割強(qiáng)烈，以“V”型溝谷為主，2個(gè)支溝發(fā)育方向多與主溝斜交，為東北向、北東、北西向;流域具有上寬下窄似扇形或葫蘆瓢狀特征，出山口以下泥石流扇呈上窄下寬等特征。

羅家溝匯水面積約 0.22km2，主溝總長(zhǎng)約1.17km，地形高程約在840.9～1130.1m，溝谷呈“V”字型，相對(duì)高差290.1m，溝床平均縱比降247‰;支溝地形高程約在863～1095m，溝谷呈“V”字型，相對(duì)高差158.5～174m，平均縱比降303‰～500‰，平均約401.5‰，主溝及其支溝溝道情況見(jiàn)表1［1］。

表1 羅家溝主支溝地形特征表Table 1 Terrain Feature of Luojia Gully

3.2 物源條件

3.2.1 物源分布特征

泥石流是固液兩相流體，內(nèi)含大量的塊石、碎石、泥沙等固體物質(zhì)，是泥石流不同于水流或洪流的主要標(biāo)志。松散固體物質(zhì)的形成與地質(zhì)背景條件和地質(zhì)營(yíng)力有關(guān)，泥石流固體物源累積過(guò)程主要與不良地質(zhì)現(xiàn)象聯(lián)系在一起。

通過(guò)實(shí)地調(diào)查，泥石流固體物源主要有三種:山坡地表松散土體、主支溝溝床內(nèi)松散堆積體(包括溝床內(nèi)的耕地)、溝岸崩(滑)塌體。

(1)山坡地表松散土體

山坡地表松散土體主要為各山坡上部的殘坡積層，山坡殘坡積層在強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨的作用下，促使坡體表面軟化，與下部巖(土)面分離，引起溜滑等現(xiàn)象，均易啟動(dòng)為下次泥石流的物源。山坡殘坡積層總面積約為0.174km2，厚度約為0.5～2.0m，平均按1.0m考慮，物源總體積約17.4×104m3。

(2)溝床內(nèi)松散堆積體

溝床內(nèi)松散堆積體主要包括溝道中的各古堆積扇，形成區(qū)各溝道上部覆蓋物為近期崩滑體散落溝底及泥石流堆積形成，主要分布在各主支溝拐彎處及溝床內(nèi)，受地表水流沖刷與泥石流沖擊作用，均易啟動(dòng)為下次泥石流的物源。物源總體積約12.83×104m3。

(3)崩(滑)塌體

崩(滑)塌體主要受地質(zhì)構(gòu)造和地層產(chǎn)狀、巖性及斜坡坡向的共同影響，溝谷兩側(cè)坡度大，陡壁、陡崖較發(fā)育，巖性多為片巖及殘坡積物等，這種地層結(jié)構(gòu)組合決定了崩塌、滑坡發(fā)育，崩(滑)塌體分布于主支溝道兩岸斜坡及溝腦處，溜滑入溝中阻塞溝道，受地表水流沖刷掏蝕，在降雨過(guò)程中易啟動(dòng)為下次泥石流的物源。物源總體積約0.12×104m3。

3.2.2 物源總量及參與泥石流活動(dòng)量統(tǒng)計(jì)

羅家溝中泥石流固體物源，包括主溝與各支溝的松散堆積物，總體積約為30.35×104m3，其中潛在不穩(wěn)定物源體積25.92×104m3，占總量的85.4%，參與近期泥石流活動(dòng)的體積約4.43×104m3，占物源總量的14.6%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，羅家溝“7·30”泥石流一次沖出量約3000m3，“7·24”泥石流一次沖出量約5000m3。各物源量分布具體情況見(jiàn)表2［1］。

表2 羅家溝流域物源分布特征概況調(diào)查表Table 2 Luojia ravine basin material source distribution characteristics survey form

3.3 水源條件

水源條件是泥石流活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。根據(jù)調(diào)查，羅家溝泥石流的發(fā)生多是暴雨或持續(xù)降雨激發(fā)而形成。依據(jù)溝岸及山坡與溝道內(nèi)現(xiàn)有松散碎屑物質(zhì)條件、植被狀況及溝谷特征，只要有充足的水動(dòng)力條件，就有可能形成泥石流。

羅家溝的溝谷主溝縱長(zhǎng)達(dá)1.17km，總體上有1個(gè)主溝及2個(gè)支溝組成，流域具有上寬下窄似扇形或葫蘆瓢狀特征，分水嶺內(nèi)匯水面積約0.22km2，匯水面積小，水源主要是暴雨或持續(xù)降雨，據(jù)所收集資料及調(diào)查訪問(wèn)，羅家溝內(nèi)最近幾年幾乎每年都會(huì)發(fā)生規(guī)模大小不等的泥石流。

2010年7月23日21時(shí)至24日13時(shí)，受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，盧氏縣獅子坪、官坡、雙槐樹、五里川、瓦窯溝、湯河、朱陽(yáng)關(guān)等12個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))降雨量超過(guò)200mm，官坡鎮(zhèn)羅家溝達(dá)到250mm;據(jù)盧氏氣象站觀測(cè)資料，50年中一次最大連續(xù)降雨量達(dá)263.6mm。區(qū)內(nèi)有雨日數(shù)高達(dá)137.9d，這種持續(xù)的降雨與暴雨不僅增大了坡體的自身重量，增強(qiáng)了松散物源的沖蝕作用和匯流水體的沖蝕作用，還給坡體提供了豐富的地下水源，促使坡體軟化和坡面抗剪強(qiáng)度降低，從而降低了泥石流起動(dòng)的臨界雨量。由此可見(jiàn)，激發(fā)泥石流形成的水源條件是充分的［1］。

3.4 泥石流的成因機(jī)制

依據(jù)上述分析，羅家溝的地形地貌條件(匯流條件)、松散堆積物(物源條件)和大氣降水(水量條件)三大條件，都非常有利于泥石流的發(fā)生和活動(dòng)。但泥石流發(fā)生與否及其爆發(fā)規(guī)模大小，主要取決于降雨強(qiáng)度和物源條件等。

在羅家溝上游區(qū)域，在遇到特大暴雨或持續(xù)降雨時(shí)，由于羅家溝地區(qū)匯水面積較小，有規(guī)模較大的物源量，有較陡的溝道條件，羅家溝地區(qū)必定造成洪災(zāi)，在暴雨對(duì)松散物源的沖蝕作用和匯流水體對(duì)溝道松散堆積體的沖蝕作用下，松散固體物質(zhì)在下滑攪動(dòng)過(guò)程中被鏟刮裹挾直接轉(zhuǎn)化為泥石流;在羅家溝下游區(qū)域，雖然坡降變緩，但溝道上游較陡坡降的主、支溝形成的洪水、泥石流，在與主溝下游匯流的過(guò)程，實(shí)際是對(duì)主溝泥石流能量的一次次疊加，從而增大了泥石流的流速、流量、沖擊力，同時(shí)增強(qiáng)泥石流的侵蝕能力，使泥石流的規(guī)模逐漸增大，破壞力也越來(lái)越強(qiáng)［2］。

4 泥石流基本特征

4.1 泥石流的類型

根據(jù)“7·30”、“7·24”兩次泥石流的流體性質(zhì)、發(fā)生頻率、發(fā)生地形地貌條件、固體物質(zhì)提供方式、誘發(fā)因素及動(dòng)力特征等不同指標(biāo)和總和指標(biāo)，進(jìn)行分類，詳細(xì)如下:

4.1.1 按照水源條件劃分

該溝泥石流的形成主要由大雨或暴雨激發(fā)，為暴雨泥石流。

4.1.2 按泥石流集水區(qū)地貌特征劃分

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，泥石流溝發(fā)育于山體深切溝谷地帶，以流域?yàn)橹芙?，受羅家溝溝谷制約，物源區(qū)松散堆積體分布在溝腦、兩岸山坡及河床上，活動(dòng)規(guī)模大，成災(zāi)規(guī)模及損失范圍大。依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄A表A2［3］，羅家溝泥石流主要為溝谷型泥石流。

4.1.3 按組成泥石流的固體物質(zhì)劃分

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，殘留的物質(zhì)為碎石土，含粉質(zhì)粘土及砂量較大，溝旁樹干上有泥漿殘留。依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄A中表A.3泥流型、水石型、泥石型識(shí)別條件表，羅家溝泥石流為泥流型泥石流。

4.1.4 按流體性質(zhì)劃分

根據(jù)調(diào)查結(jié)果與《DZ/T0220-2006》附錄A中表A.4，羅家溝泥石流為粘性泥石流。

4.1.5 按泥石流危險(xiǎn)性分級(jí)

依據(jù)《DZ/T0220-2006》第5.2條，羅家溝泥石流的活動(dòng)性中，危害性等級(jí)為中型，潛在危險(xiǎn)性為中型。

綜上所述，羅家溝泥石流屬于暴雨類-溝谷型-粘性泥石流，泥石流溝活動(dòng)性中、危害性等級(jí)為中型、潛在危險(xiǎn)性為中型［1］。

4.2 泥石流分區(qū)特征

羅家溝泥石流為一典型的溝谷型泥石流，它的形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)分區(qū)特征明顯(圖1)［1］。

4.2.1 形成區(qū)特征

該區(qū)域包括即主溝高程855m以上段主、支溝各山坡覆蓋層、老泥石流堆積扇，地貌為中山，平面形態(tài)呈樹葉狀，可分為主溝、支溝，溝谷兩岸小沖溝發(fā)育，狀如樹枝，主溝溝谷呈“V”字型，地形起伏較大。根據(jù)調(diào)查，該區(qū)為主溝855m以上的山間溝谷及各支溝，總匯水面積約0.12km2，該段主溝長(zhǎng)度約870.9m，最高海拔1130.1m，最低海拔855.5m，相對(duì)高差274.6m，主溝縱比降315‰;支溝平均縱比降303‰～500‰，平均約401.5‰，溝谷深度為40～70m。溝谷陡峻，上部坡度一般50°～65°，下部坡度一般30°～45°，山坡及山脊分布第四系堆積層相對(duì)較薄，厚約0.5～2.0m，溝底主要由溝谷泥石流堆積物、崩(滑)塌體堆積及下伏基巖等地層組成，堆積體較薄，一般厚約0～3m，局部可達(dá)10m;物質(zhì)組成以塊石、碎石堆積為主，塊、碎石含量一般40%～70%，結(jié)構(gòu)松散-稍密，巖性以絹云石英片巖、石英砂巖、白云巖等為主，粒徑一般2～15cm，最大可達(dá)170cm×130cm×90cm，堆積雜亂。兩側(cè)坡體植被較發(fā)育，以喬木、灌木等為主。形成區(qū)總物源量約為25.16 ×104m3［1］。

4.2.2 流通區(qū)特征

該區(qū)為高程855.5～1009.5m之間各主支溝的溝道，平面形態(tài)近似呈長(zhǎng)條型，主、支溝均呈“U”字形，總面積約20470m2，該段主溝長(zhǎng)度577.3m，最高海拔約1005m，最低海拔約855m，相對(duì)高差150m，平均縱比降260‰。該段支溝長(zhǎng)度205～383m，最高海拔約為980～1000m，最低海拔約為877～928m，相對(duì)高差72～103m，縱比降269‰～351‰，平均縱比降310‰，物質(zhì)組成以碎石、塊石等堆積為主，碎石、塊石占50% ～60%，成分為絹云石英片巖為主，磨圓度較差，基本上呈棱角狀及片狀，粒徑一般在2～30cm，最大可達(dá)80cm×60cm×40cm，充填物以中粗砂、粉質(zhì)粘土為主，堆積雜亂，分選性差。結(jié)構(gòu)松散-稍密。本段主要為溝道松散堆積體及溝岸崩(滑)塌體，物源總量為 5.07 ×104m3［1］。

4.2.3 堆積區(qū)特征

該區(qū)為主溝高程855m以下段，平面形態(tài)近似呈扇型，主溝呈“U”字形，總面積約28637m2，該段主溝長(zhǎng)度約 178m，最高海拔約 855.5m，最低海拔約843m，相對(duì)高差12.5m，地形比較平緩，平均縱比降70‰。物質(zhì)組成以卵礫石、碎、塊石等堆積為主，礫、卵、塊石占45% ～75%，成分為絹云石英片巖、石英砂巖、白云巖等，磨圓度較差，粒徑一般在2～6cm，少部分6～15cm，最大可達(dá)40cm×30cm×20cm，充填物以粉質(zhì)粘土、中粗砂為主，堆積有序，分選性較好。結(jié)構(gòu)松散-稍密。本段主要為山前堆積扇及河流階地，物源總量為0.12×104m3。2010年7月23日至24日發(fā)生泥石流，本次泥石流少部分沖出排水渠進(jìn)入村中小路，部分堆積在排水渠上游，大部分沖出溝口堆積在官坡街上，物源總量約為5000m3［1］。

4.3 泥石流各區(qū)段沖淤特征

4.3.1 形成區(qū)沖淤特征

在這一區(qū)段的塊石、碎石土主要有以下特征:結(jié)構(gòu)松散-稍密，局部有架空現(xiàn)象，塊石、漂石、碎石含量40% ～55%，最大粒徑約170cm×130cm×90cm，大多為粘性土及碎屑。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，該層承載力特征值 150 ～200kPa，內(nèi)摩擦角25°～28°［1］。

圖1 羅家溝地形地貌及泥石流分區(qū)圖Fig.1 Geomorphologic and debris flow partition map of Luojia Gully

本區(qū)段的物源補(bǔ)給途徑主要有:

1、溝床侵蝕、沖蝕補(bǔ)給

羅家溝溝床內(nèi)老泥石流松散堆積體(包括溝道內(nèi)的耕地)，一般厚約3～6m，局部厚度達(dá)8～10m;受徑流的長(zhǎng)期侵蝕沖刷，易局部垮塌，溝床縱坡大于15°～60°，堆積物難保留在泥石流作用下，隨短時(shí)徑流量的增加，侵蝕能力增強(qiáng)，使松散固體物質(zhì)在下滑攪動(dòng)過(guò)程中被鏟刮裹挾直接轉(zhuǎn)化為泥石流，成為泥石流重要補(bǔ)給物質(zhì)?？傮w積約7.76×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的儲(chǔ)量約為 0.5 ×104m3［1］。

2、逕流侵蝕補(bǔ)給

在坡頂及各個(gè)山坡上多有殘坡積粘土質(zhì)夾碎石土分布，厚度0.5～2.0m，這類土體粘性稍大，粒度較細(xì)，是泥石流體中細(xì)顆粒成分的主要來(lái)源，所以在山坡地帶固體松散物質(zhì)比較豐富，是泥石流的重要補(bǔ)給物源之一。在降雨沖蝕下極易形成坡面流，轉(zhuǎn)化為泥石流，體積約17.4×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的儲(chǔ)量約為 1.74 ×104m3［1］。

3、崩塌、滑坡補(bǔ)給

受地質(zhì)構(gòu)造和地層產(chǎn)狀、巖性及斜坡坡向的共同影響，溝谷兩側(cè)坡度大，陡壁、陡崖較發(fā)育，該區(qū)段巖性多為絹云石英片巖及殘坡積層等，這種地層結(jié)構(gòu)組合決定了崩塌、滑坡發(fā)育。崩(滑)塌體堆積于坡體較緩部位及溝底，前緣受洪水沖刷侵蝕，崩滑堆積體在溝道形成流通，并于地形較緩處停淤堆積，是形成區(qū)泥石流物源的主要補(bǔ)給方式。陡坡地段的崩積碎塊石在地下水及地表水的作用下，固體物質(zhì)源源不斷地進(jìn)入溝道形成倒石堆，在暴雨激發(fā)下，當(dāng)溝道徑流量足夠大時(shí)，水流裹挾土石，呈滾雪球的模式形成泥石流。物源區(qū)內(nèi)有滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害12處，體積約1224.9m3［1］。

4.3.2 流通區(qū)沖淤特征

泥石流在該區(qū)域內(nèi)以流通為主，補(bǔ)給物源主要為溝道內(nèi)松散堆積體，體積約5.07×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的儲(chǔ)量約為2.05×104m3。本區(qū)段塊石、碎石土主要有以下特征:結(jié)構(gòu)松散-稍密，局部有架空現(xiàn)象，塊石、碎石含量約占60%左右，塊石、碎石一般粒徑為2～25cm，最大粒徑170cm×13cm×90cm。含少量粘性土及碎屑［1］。

4.3.3 堆積區(qū)沖淤特征

泥石流在該區(qū)域內(nèi)以堆積為主，補(bǔ)給物源主要為溝道新、老泥石流堆積體，體積約0.12m3，可能參與泥石流活動(dòng)的儲(chǔ)量約為0.02m3。本區(qū)段塊石、碎石土主要有以下特征:結(jié)構(gòu)松散-稍密，塊石、碎石含量約占45% ～60%，含大量粘性土及中粗砂，其中塊石、碎石粒徑2～10cm占15% ～25%，10～15cm約占5% ～10%，15～20cm約占5% ～10%，20～30cm約占10%，＞30cm約占10%，最大粒徑40cm×30cm×20cm，其余為粉質(zhì)粘土及中粗砂充填。

2007年7月29日至30日，暴雨導(dǎo)致官坡鎮(zhèn)羅家溝發(fā)生了泥石流，泥石流沖出山溝，直達(dá)官坡鎮(zhèn)，近3000m3泥石流固體物質(zhì)堆積在官坡鎮(zhèn)主街道上，造成通訊、交通及電力全部中斷。2010年7月23日至24日，羅家溝在暴雨作用下引發(fā)泥石流災(zāi)害，本次泥石流造成官坡鎮(zhèn)街道堆積長(zhǎng)0.5km、約5000m3的泥石流堆積體［1］。

4.4 泥石流堆積物特征

4.4.1 泥石流堆積物顆粒特征

泥石流堆積物主要為塊石、碎石土，雜色，由塊石、碎石組成，結(jié)構(gòu)松散-稍密，呈棱角狀、片狀，局部有架空現(xiàn)象，碎塊石含量45% ～70%不等，巖性主要為絹云石英片巖、石英砂巖、白云巖等［1］。

4.4.2 泥石流堆積物疊置關(guān)系及成因分析

依據(jù)調(diào)查結(jié)果，泥石流堆積物分為兩種，一種為老泥石流堆積扇，一種為堆積于溝道中的近期泥石流堆積物。泥石流堆積扇成分散堆積形態(tài)，粗大顆粒位于扇緣，分選性差，多為龍頭堆積與側(cè)堤堆積。溝槽多繞龍頭堆積兩扇發(fā)展，有明顯的受阻繞流特征，流路不穩(wěn);扇形地形態(tài)不完全符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，流路呈隨機(jī)性，扇縱、橫面不甚連續(xù)，常呈鋸齒狀。泥石流堆積物可明顯看出泥石流堆積層與河流沖洪積層之間界限，但歷次泥石流之間疊置不明顯，界限難以確定;但總體情況是，從堆積區(qū)的探井揭露情況能看出:新近泥石流堆積物疊置于以往泥石流堆積物之上，即從地表往下堆積時(shí)間依次增加，密實(shí)程度也依次增加，細(xì)粒粘性土含量也逐漸增加?！?·30”“7·24”泥石流堆積物均較松散，成分以漂石、塊石、碎石為主，含少量粘性土。

堆積物情況表明，羅家溝泥石流非常活躍，以往曾暴發(fā)過(guò)多次規(guī)模不等的泥石流，且沖毀了大量山體表層坡積物;溝道內(nèi)存在大量以往崩塌于溝道的的塊石及河流沖積的崩坡積物等堆積物，使得最近幾年發(fā)生的泥石流堆積物中塊石、碎石含量增高。

歷次泥石流之間疊置不明顯，界限難以確定，主要原因在于:羅家溝泥石流發(fā)生后，流通堆積區(qū)的泥石流堆積物堵塞溝道及村中小路，對(duì)人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了不便，政府隨即對(duì)泥石流流通堆積區(qū)進(jìn)行了清理，幾乎看不到近幾年來(lái)泥石流堆積物的疊置關(guān)系。

在泥石流以下切為主的沖刷作用下，溝道堆積物應(yīng)該先是被沖刷啟動(dòng)為新的物源，而在泥石流能量遞減后，固體顆粒會(huì)逐漸停止前進(jìn)淤積下來(lái);同時(shí)當(dāng)主溝泥石流的流量、流速、沖擊力大于支溝時(shí)，主溝泥石流的固體顆粒會(huì)逐漸淤積在支溝溝口;當(dāng)主溝泥石流的流量、流速、沖擊力小于支溝時(shí)，主溝泥石流固體顆粒會(huì)堵塞河道或引起主溝受擠壓而偏移。據(jù)調(diào)查，2007年“7·30”，2010年“7·24”泥石流發(fā)生時(shí)，各溝口的堵塞堆積物及沖刷溝道兩側(cè)耕地，后又淤積的泥石流形態(tài)足以證明推測(cè)的成立［1］。

4.5 泥石流發(fā)生頻率及規(guī)模

4.5.1 按爆發(fā)頻率劃分

依據(jù)調(diào)查，羅家溝在2007年以來(lái)四年內(nèi)連續(xù)發(fā)生四次規(guī)模大小不等的泥石流。依據(jù)《DZ/T0220-2006》第5.1.3條，判定該泥石流為高頻泥石流［3］。

4.5.2 按暴雨強(qiáng)度指標(biāo)R劃分

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄B中表B.1可知，羅家溝區(qū)域可能發(fā)生泥石流的24h、1h、10min降雨臨界值 H24(D)、H1(D)、H1/6(D)分別為 60mm、20mm、10mm;查《河南省暴雨參數(shù)圖集》(河南省水文水資源局，2005年12月)得到24h、1h、10min最大降雨量值H24、H1、H1/6分別為128.4mm(1987年8月5日官坡站)、83.5mm(1989年6月30日兩岔口站)、31.4mm(1989年6月30日兩岔口站)。

依據(jù)暴雨強(qiáng)度指標(biāo)R計(jì)算式:

R=K(H24/H24(D)+H1/H1(D)+H1/6/H1/6(D))

式中:K——前期降雨量修正系數(shù)，無(wú)前期降雨時(shí):K=1;但目前尚無(wú)可信的成果可供應(yīng)用;現(xiàn)階段可暫時(shí)假定:K=1.1～1.2，該處計(jì)算取1.1。

根據(jù)該式計(jì)算值為10.40，依據(jù)規(guī)范附表可知，其泥石流的發(fā)生機(jī)率為 ＞0.8［3］。

4.5.3 泥石流規(guī)模

2007年“7·30”泥石流，一次堆積量約 3000m3，2010年“7·24”泥石流，一次堆積量約5000m3。依據(jù)《DZ/T0220-2006》第5.1.6條，泥石流規(guī)模按一次堆積量均屬于小型泥石流［3］。

4.6 泥石流的危害范圍、危害程度［1］

2007年“7·30”發(fā)生泥石流以來(lái)的這幾年，爆發(fā)的泥石流其危害范圍主要為:主溝中下游流通堆積區(qū)，主要包括溝內(nèi)位于溝道兩側(cè)的村莊及溝口處官坡鎮(zhèn)村民，其中極危險(xiǎn)區(qū)包括位于溝道兩側(cè)的村民，危險(xiǎn)區(qū)包括官坡街民房、官坡中、小學(xué)校及移動(dòng)通訊等區(qū)域。泥石流災(zāi)情主要表現(xiàn)在對(duì)生態(tài)與地質(zhì)環(huán)境、村莊、學(xué)校、區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的危害，均屬泥石流伴生災(zāi)害。

由于泥石流爆發(fā)，進(jìn)一步加速了區(qū)內(nèi)水土流失，同時(shí)，使得溝頭地段發(fā)生強(qiáng)烈溯源侵蝕和崩塌，并誘發(fā)溝岸邊坡垮塌，植被逐漸喪失，流域生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境進(jìn)一步惡化，進(jìn)而又導(dǎo)致新的泥石流的爆發(fā)。泥石流對(duì)生態(tài)與地質(zhì)環(huán)境的危害不僅難以用量來(lái)評(píng)價(jià)，而且是十分難以恢復(fù)的。

羅家溝一旦再爆發(fā)大型或特大型泥石流，災(zāi)情將非常嚴(yán)重，危險(xiǎn)區(qū)范圍為整個(gè)羅家溝:分布于溝內(nèi)及溝口的官坡街民房及官坡中、小學(xué)校等區(qū)域，直接威脅和間接影響區(qū)內(nèi)居民3000余人。

威脅基礎(chǔ)設(shè)施主要包括耕地、水利設(shè)施、交通設(shè)施和電力通訊設(shè)施等。水利設(shè)施主要有區(qū)內(nèi)引水工程設(shè)施，交通設(shè)施主要有村村通公路;電力通訊設(shè)施主要為通往居民村莊內(nèi)的電桿、通訊線桿、電線等。

4.7 泥石流發(fā)展趨勢(shì)

4.7.1 泥石流易發(fā)程度分析與評(píng)價(jià)

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄G中表G.1的泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分表，該表考慮了可能誘發(fā)泥石流的各種作用因素，如崩滑嚴(yán)重程度、泥沙沿途補(bǔ)給程度、河溝縱坡坡降、溝內(nèi)植被覆蓋狀況等共15個(gè)要素進(jìn)行綜合評(píng)分，最后對(duì)各分項(xiàng)分值進(jìn)行累計(jì)，然后按標(biāo)準(zhǔn)得分范圍加以判別［3］。

對(duì)羅家溝泥石流天然狀況下的15項(xiàng)易發(fā)因素綜合評(píng)估結(jié)果，各主支溝易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分與評(píng)價(jià)等級(jí)見(jiàn)表 3［1］。

表3 主支溝易發(fā)程度數(shù)量化總分與評(píng)價(jià)等級(jí)表Table 3 Easy-happening degree score and rating

4.7.2 泥石流的發(fā)展階段

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄C中表C4.1，羅家溝泥石流基本處于發(fā)展期(壯年期)［3］。

4.7.3 泥石流發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

該泥石流溝現(xiàn)存有大量物源，且隨著絹云石英片巖的逐步風(fēng)化，溝源又會(huì)發(fā)育有大量新的崩滑體，在暴雨或強(qiáng)降雨作用下發(fā)生泥石流的可能性極大，且有進(jìn)一步加劇的趨勢(shì)，根據(jù)現(xiàn)狀對(duì)羅家溝泥石流發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè):

(1)隨著物源量的增加，在連續(xù)超長(zhǎng)降雨或2h以上的連續(xù)暴雨時(shí)，該溝極有可能暴發(fā)泥石流;

(2)由于目前溝內(nèi)泥石流物源豐富，溝道坡降很大，人類工程活動(dòng)的加劇，在主溝、支溝泥石流相互沖擊下，其規(guī)模很可能會(huì)大于“7·30”、“7·24”的規(guī)模，而在暴發(fā)多次大、中型規(guī)模的泥石流之后，隨著當(dāng)?shù)卮迕竦刭|(zhì)災(zāi)害預(yù)防意識(shí)的深入人心，人類工程活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生的影響減少，物源量的減少，溝道坡降變緩，泥石流災(zāi)害規(guī)模也將越來(lái)越?。?］。

5 泥石流基本特征值的計(jì)算

5.1 泥石流流體重度

5.1.1 現(xiàn)場(chǎng)配漿法

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄F，泥石流流體重度可由下式計(jì)算求得［3］。

邀請(qǐng)當(dāng)?shù)赜H眼目睹過(guò)泥石流發(fā)生及遭受災(zāi)害的多名村民，到現(xiàn)場(chǎng)參與配漿試驗(yàn)，在測(cè)試的溝段，選取有代表性的堆積物攪拌成泥石流當(dāng)時(shí)的稠度狀態(tài)，然后稱出樣品的總重量、測(cè)出漿液總體積，按上式計(jì)算出泥石流容重。本次勘查在泥石流堆積物中現(xiàn)場(chǎng)共做3組人工配漿泥石流重度試驗(yàn)，其成果見(jiàn)表 4［1］。

表4 泥石流配漿重度現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果表Table 4 Debris flow with slurry gravity density field test results

5.1.2 查表法(形態(tài)調(diào)查法)

根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)歷過(guò)“7·30”泥石流暴發(fā)和受災(zāi)過(guò)程的居民描述，當(dāng)日泥石流爆發(fā)時(shí)發(fā)出大石頭相互撞擊的“轟隆”聲，泥石流中石頭之間相互撞擊的“轟轟”聲人在遠(yuǎn)處岸邊慢跑就能跟上泥石流龍頭向前涌滾的進(jìn)度，流體呈稀粥狀。依據(jù)泥石流流體特征和流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄F，確定泥石流流體重度范圍 1.60 ～1.80t/m3［3］。

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄G中表G2，確定泥石流重度及泥沙修正系數(shù)(1+φ)見(jiàn)表5［1］。

表5 數(shù)量化評(píng)分與重度、(1+φ)關(guān)系對(duì)照表Table 5 Relationship in score、gravity density＆ 1+φ

5.1.3 綜合取值

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄 F、附錄G的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)配漿試驗(yàn)結(jié)果，綜合確定羅家溝主溝泥石流流體容重取值為1.70t/m3，各支溝泥石流流體容重取值為 1.60t/m3［1］。

5.2 泥石流流量

5.2.1 雨洪法

1、計(jì)算公式

依據(jù)《DZ/T0220-2006》，泥石流峰值流量采用“雨洪法”來(lái)進(jìn)行計(jì)算［3］。

雨洪法是假設(shè)泥石流與暴雨同頻率、同步發(fā)生，計(jì)算斷面的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量全部轉(zhuǎn)化為泥石流流量的假設(shè)條件下建立的計(jì)算方法。計(jì)算公式如下［3］:

2、計(jì)算參數(shù)Qp的確定

(1)洪水流量Qp:

取為暴雨時(shí)的最大洪峰流量，按推理公式［3］:

F—流域面積(km2);

L—干流長(zhǎng)度(設(shè)計(jì)斷面至干流分水嶺)(km);

J—L的平均坡度;

μ—平均入滲率(mm/h);

m—匯流參數(shù);

θ—流域特征系數(shù)。

根據(jù)上式計(jì)算頻率為P的設(shè)計(jì)洪峰流量Qp，必須有流域特征 F、L、J，暴雨參數(shù) S、n，平均入滲率 μ，匯流系數(shù)m等。

(2)流域特征 F、L、J

根據(jù)地形圖(1:500)在圖上實(shí)際量取與計(jì)算取得(表 6)［1］。

表6 流域特征值(F、L、J)Talble 6 Characteristic Value of River basin

(3)暴雨參數(shù)Sp和np

Sp為某頻率的暴雨雨力(mm/h)，在不同的歷時(shí)范圍內(nèi)，其數(shù)值不同，應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算;np為短歷時(shí)(24h以內(nèi))設(shè)計(jì)暴雨公式指數(shù)，在不同的歷時(shí)范圍內(nèi)其數(shù)值不同，亦應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算，并將歷時(shí)1/6～1h范圍內(nèi)的np值標(biāo)為n1，1～6h范圍內(nèi)的標(biāo)為n2，6～24h范圍內(nèi)的為

①當(dāng)歷時(shí)t=6～24h范圍內(nèi)時(shí):

②當(dāng)歷時(shí)t=1～6h范圍內(nèi)時(shí):

③當(dāng)歷時(shí)t=1/6～1h范圍內(nèi)時(shí):

(4)平均入滲率μ

平均入滲率μ基本上能反映地面平均入滲能力。依據(jù)《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》(河南省水利勘探測(cè)設(shè)計(jì)院，1984年10月)，勘查區(qū)水文分區(qū)為Ⅳ區(qū)，平均入滲率μ取值5mm/h。

(5)匯流參數(shù)m

匯流參數(shù)m是反映洪水匯集特性的參數(shù)。根據(jù)流域特征參數(shù)θ，從《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》(河南省水利勘探測(cè)設(shè)計(jì)院，1984年10月)圖26中θ-m關(guān)系圖上查出。

計(jì)算步驟:

(1)按水文方法計(jì)算出斷面不同設(shè)計(jì)頻率下的小流域暴雨洪峰流量Qp，計(jì)算方法采用《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》(河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，1984年10月)的推理公式，《河南省暴雨參數(shù)圖集》(河南省水文水資源局，2005年12月)的查取數(shù)值，使用試算法進(jìn)行計(jì)算;

(2)計(jì)算頻率為P的暴雨洪水設(shè)計(jì)峰值流量Qp。

如前所述，各頻率下的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量Qp計(jì)算成果見(jiàn)表 7［1］。

表7 暴雨洪水設(shè)計(jì)峰值流量Qp(m3/s)計(jì)算成果表Table 7 Calculation results of Qp

(3)依據(jù)規(guī)范附表，根據(jù)小流域泥石流溝道實(shí)際情況，選用合適的堵塞系數(shù)Dc;根據(jù)羅家溝的實(shí)際情況，計(jì)算斷面處泥石流堵塞系數(shù)Dc取值為1.5。

(4)計(jì)算頻率為P的泥石流峰值流量Qc

按公式計(jì)算頻率為P的泥石流峰值流量Qc，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 8［1］。

表8 泥石流峰值流量Qc(m3/s)計(jì)算成果表Table 8 Calculation results of Qc

5.2.2 形態(tài)調(diào)查法

根據(jù)泥石流泥痕及溝槽形態(tài)，可得泥石流流量計(jì)算公式［3］:

勘查期間，據(jù)村民描述，“7·30”泥石流當(dāng)時(shí)的速度相當(dāng)于成人小幅慢跑的速度，“7·24”泥石流發(fā)生的速度比前年稍快，據(jù)此推測(cè)“7·30”主溝泥石流流速約 3.0m/s，“7·24”主溝泥石流流速約 3.5m/s;在羅家溝主溝道流通堆積區(qū)一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)溝段實(shí)測(cè)得該處泥位深分別約為1.2m、0.9m，溝寬約3m;計(jì)算得“7·30”泥石流流量 Qc=10.1m3/s，“7·24”泥石流流量 Qc=9.45m3/s［1］。

5.2.3 綜合取值

由于沒(méi)有詳細(xì)的監(jiān)測(cè)資料，而目擊者的描述又有很大的偏頗，不具有代表性，僅可作為一個(gè)局部的參考值。將以上計(jì)算結(jié)果與相關(guān)資料相佐證，認(rèn)為“7·30”泥石流與100a一遇的泥石流情況相似，認(rèn)為“7·24”泥石流與50a一遇的泥石流情況相似。雨洪法計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是較為可靠的，基本反映了羅家溝泥石流的流量特征［1］。

5.3 泥石流流速計(jì)算

5.3.1 泥石流流速

泥石流流速是決定泥石流動(dòng)力學(xué)性質(zhì)最重要的參數(shù)之一，目前泥石流流速計(jì)算公式多為半經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式。本次依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄I東川泥石流改進(jìn)公式［3］:

計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9［1］。

5.3.2 泥石流中石塊流速

泥石流中石塊運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算在缺乏大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，采用《DZ/T0220-2006》附錄I推薦公式計(jì)算堆積后的泥石流沖出物最大粒徑石塊運(yùn)動(dòng)速度［3］:

表9 泥石流流速成果表(以“7.30”泥石流計(jì)算)Table 9 Calculation results of flow speed

式中:Vs——泥石流中大石塊的移動(dòng)速度(m/s);

a——全面考慮的摩擦系數(shù)，3.5≤a≤4.5，平均a=4.0;

dmax——泥石流堆積物中最大石塊的粒徑(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 10［1］。

表10 泥石流中最大石塊運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算表Table 10 Calculation results of the speed of the biggest stone in debris flow

5.4 一次泥石流過(guò)程總量與一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量

一次泥石流總量與一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量可通過(guò)計(jì)算法和實(shí)測(cè)法確定，但實(shí)測(cè)法精度高，但往往不具備測(cè)量條件，一般只采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)其作粗略的概算;依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄I推薦的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算。

5.4.1 一次泥石流過(guò)程總量

經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法一般根據(jù)泥石流歷時(shí)T(s)和最大流量Qc(m3/s)，按泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)，將其過(guò)程概化成五角形，按下式進(jìn)行計(jì)算［3］:

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 11［1］。

表11 一次泥石流過(guò)程總量計(jì)算表Table 11 Calculation results of debris flow volume

5.4.2 一次泥石流固體沖出物計(jì)算

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄I推薦的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量(m3)進(jìn)行計(jì)算［3］。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 12［1］。

表12 一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量(×104m3)匯總表Table 12 Calculation results of debris flow solid volume

5.5 泥石流整體沖擊力計(jì)算

泥石流整體沖擊壓力δ依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄I推薦的“鐵二院公式”進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下［3］:

其它符號(hào)意義同前。

根據(jù)公式對(duì)羅家溝泥石流的整體沖擊壓力進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，建筑物形狀考慮為矩形，即λ=1.33，而建筑物受力面與泥石流沖擊力方向的夾角考慮為90°，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 13［1］。

表13 整體沖擊壓力計(jì)算成果表Table 13 Calculation results of the total hammer pressure

5.6 泥石流爬高和最大沖起高度計(jì)算

依據(jù)《DZ/T0220-2006》附錄I推薦的“泥石流沖起高度”的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下:

泥石流最大沖起高度ΔH為［3］:

泥石流在爬高過(guò)程中由于受到溝床阻力的影響，其爬高 Δh 為［3］:

式中:Vc——泥石流流速(m/s)。

根據(jù)公式對(duì)羅家溝泥石流最大沖起高度ΔH與在爬高過(guò)程中由于受到溝床阻力的影響的爬高Δh進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表14［1］。

5.7 泥石流堆積物堵潰下游河道的可能性分析

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，羅家溝泥石流大部分堆積在官坡街上，僅有少量洪水順排水渠流下，在溝口處匯入官坡河，羅家溝主溝河流流向11°，官坡河主河流向279°，兩者呈近90°順交。官坡河為常年流水，河流總長(zhǎng)35km，總落差479m，年均流量1.0m3/s。

通過(guò)調(diào)查:羅家溝下游溝床上以卵石、塊石為主，在卵石之間充填有漂石，漂石含量達(dá)55% ～60%，粒徑一般10～30cm，最大80cm;官坡河河床上均以砂礫卵石為主，為河道長(zhǎng)期搬運(yùn)沖洪積形成，粒徑2～20cm，含量約65% ～80%;河床寬闊、平坦。這些現(xiàn)象表明，河流的搬運(yùn)能力良好，自然河床段大粒徑的漂石、卵石大部分可以被河水搬運(yùn)走。因此分析:在發(fā)生強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨，引發(fā)羅家溝泥石流爆發(fā)時(shí)，官坡河的洪峰流量足可以把粒徑多20～50cm卵、漂石搬運(yùn)走，溝口發(fā)生淤堵的可能性較小。因此羅家溝泥石流的治理可以選擇以排為主、以擋為輔的治理方式［2］。

6 結(jié)論

通過(guò)該治理工程的實(shí)施，區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害隱患的危險(xiǎn)性在一定程度上得以緩解，消除泥石流對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?cái)產(chǎn)安全的威脅，使區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境得到改判，防災(zāi)、減災(zāi)效益和社會(huì)效益明顯。

［1］韓國(guó)童，車志強(qiáng)，等.盧氏縣官坡鎮(zhèn)羅家溝泥石流應(yīng)急勘查治理工程勘查報(bào)告［R］.2011.HAN Guotong，CHE Zhiqiang，et al.Lushi County Guanpo Zhen Luojia Ravine debris flow emergency management project survey report［R］.2011.

［2］韓國(guó)童，車志強(qiáng)，等.盧氏縣官坡鎮(zhèn)羅家溝泥石流應(yīng)急勘查治理工程設(shè)計(jì)書［R］.2011.HAN Guotong，CHE Zhiqiang，et al.Lushi County Guanpo Zhen Luojia Ravine debris flow emergency management project Design Document［R］.2011.

［3］DZ/T 0220-2006，泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范［S］.DZ/T 0220-2006，Specification of geological investigation for debris flow stabilization［S］.