王晉偉

（山西省煤炭廳 資源地質(zhì)局，太原030045）

四達(dá)溝屬于汾河水系虎峪溝支溝，位于太原市西山地區(qū)，南鄰大虎峪村，西為杜兒坪煤礦，該流域地處國家最大的煉焦煤生產(chǎn)基地——西山煤田。由于早期不合理開采，溝谷內(nèi)堆積有大量煤矸石，加之崩塌、滑坡等形成的崩（滑）積物，構(gòu)成了大量泥石流物源，一旦形成泥石流，將嚴(yán)重威脅下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。本研究運(yùn)用合理的工作方法查明四達(dá)溝地質(zhì)環(huán)境條件，進(jìn)行泥石流判別分析［1－2］并探討了治理措施。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

項(xiàng)目區(qū)位于山西高原呂梁山脈中段，屬低山區(qū)，海拔在1 000～1 400m之間。區(qū)內(nèi)地勢西北高東南低，最高峰位于西部，海拔1 376．3m，最低點(diǎn)位于四達(dá)溝入口處，海拔1 094．2m，相對高差約282m。

本區(qū)流域呈北西－南東向分布，流域平面形態(tài)為“漏斗”形，水系呈樹枝狀，均屬季節(jié)性溝河，主溝全長1．5km，流域面積 1．42km2，溝床坡比降為73．3‰，切割深度30～60m，坡角30°～60°，溝道彎曲形態(tài)較為復(fù)雜，堆積有枯死的樹木等雜物。總體特征表現(xiàn)為坡面陡峻，溝谷深窄，溝床比降較大。

本區(qū)屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年降雨量一般300～600mm，根據(jù)1979—2011年石千峰降水量資料，年降雨量一般300～600 mm，降雨量主要集中在6—9月份，平均年降水量426．3mm，最大年降水量985．6mm（1996）。年降雨分布呈西多東少，山區(qū)明顯高于平川區(qū)之特點(diǎn)。較大強(qiáng)度的降雨量主要集中在7—9月份，汛期降水量占全年降雨量的55%～85%。

2 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型主要為潛在泥石流。區(qū)內(nèi)泥石流按物質(zhì)組成劃分屬水石（渣）型；按泥石流活動(dòng)產(chǎn)出的環(huán)境分以溝谷型泥石流為主，局部分布有坡面型泥石流，后者是形成溝谷型泥石流的主要物源；按泥石流成因分類是以人類不合理活動(dòng)型為主。

四達(dá)溝泥石流物源包括人工堆積物源和天然堆積物源兩部分（圖1）。

圖1 四達(dá)溝流域地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀圖

2．1 人工堆積物源

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)共見有6處煤矸石堆，堆積量約114 700m3，分布于主溝分叉處支溝中。煤矸石堆下部以棱角狀、次棱角狀黑色泥巖、砂巖、粉砂巖塊石為主，粒徑范圍在0．2～0．4m，個(gè)別達(dá)0．7m；上部以風(fēng)化后的黑色泥土、碎石為主，粒徑范圍在0．02～0．05m。

大量煤矸石順溝隨意堆放、填埋溝谷，嚴(yán)重阻塞溝谷排洪通道，暴雨期間極易被洪水沖刷帶走，煤矸石堆為四達(dá)溝泥石流主要固體物源。

2．2 天然堆積物源

2．2．1 崩塌

區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)10處崩塌，崩塌體位于溝谷兩側(cè)的高陡山體地帶，寬約12～75m，長約5～30m，相對高差約4～25m，形成崩積物體積約0．02～1．0×104m3。崩積物質(zhì)由巖土塊體組成，崩塌體塊石呈棱角狀，塊徑多在0．2～1m之間，少部分大于1m。

崩積物質(zhì)堆積于坡腳以及下部緩坡地帶和沖溝內(nèi)，在暴雨等因素的作用下，極易發(fā)生塊體垮塌現(xiàn)象，崩積物為泥石流形成提供了豐富的物源。

2．2．2 不穩(wěn)定斜坡

區(qū)內(nèi)發(fā)育有不穩(wěn)定斜坡（潛在崩塌）3處。溝谷基巖出露，邊坡陡直，由二迭系砂巖、粉砂巖、泥巖組成，巖層產(chǎn)狀較平緩，傾角較小。表層風(fēng)化強(qiáng)烈，殘坡積物由巖塊和土質(zhì)組成，厚度約0．3～0．8m。

巖石軟硬相間，巖層碎裂、松散，已處于臨界不穩(wěn)定或潛在不穩(wěn)定狀態(tài)，局部塊段隨時(shí)可見零星掉塊現(xiàn)象，在暴雨、爆破震動(dòng)等因素的作用下，易發(fā)生塊體垮塌現(xiàn)象，形成泥石流物源。

3 泥石流溝判別分析

3．1 地形地貌條件

地貌類型屬低中山，新第三紀(jì)以來，處于持續(xù)抬升狀態(tài)，地勢險(xiǎn)峻，地形高差大，溝壑縱橫。流域平面形態(tài)為“漏斗”形，水系呈樹枝狀，主溝全長1．5 km，流域面積1．42km2，溝床坡比降為73．3‰，侵蝕模數(shù)高達(dá)10 000t／km2以上，水土流失面積占總面積的80%以上。溝道底寬3～10m，流程較短，溝道彎曲形態(tài)較為復(fù)雜。

綜上，四達(dá)溝坡面陡峻，溝谷深窄，溝床比降較大，均滿足泥石流形成的地形條件。較大的高差和流域面積使得地表水快速而大量的匯集，并侵蝕地表和帶動(dòng)松散固體物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生泥石流。

3．2 松散堆積物條件

通過現(xiàn)場調(diào)查，四達(dá)溝流域內(nèi)包括煤矸石堆、崩塌及不穩(wěn)定斜坡堆積物在內(nèi)，松散堆積物總量約為145 600m3。

煤矸石堆放在溝口地帶河道內(nèi)，呈階梯狀順溝延伸，堆積量約114 700m3，占松散堆積物總量的78．8%，矸石堆未采取任何治理措施，穩(wěn)定性較差，此外，隨著堆放時(shí)間增加，煤矸石逐漸被風(fēng)化，大型煤矸石均發(fā)生自燃，使得粗粒徑逐漸減少，而易被水流帶走的細(xì)粒徑物質(zhì)逐漸增加。崩積物和不穩(wěn)定斜坡堆積物散落于山坡和溝谷地帶，堆積量約30 900 m3，占松散堆積物總量的21．2%。

鐘敦倫、謝洪［3］等學(xué)者用單位流域內(nèi)松散固體物質(zhì)動(dòng)儲(chǔ)量進(jìn)行判別。流域內(nèi)暴發(fā)泥石流的碎屑物量最低標(biāo)準(zhǔn)＝暴發(fā)泥石流的單位面積碎屑物量最低標(biāo)準(zhǔn)×溝床比降關(guān)系系數(shù)×流域面積，根據(jù)文獻(xiàn)［3］求得四達(dá)溝暴發(fā)泥石流的碎屑物量最低量為11 000 m3／km2×1．2×1．42km2＝18 744m3，泥石流發(fā)生的判別值＝碎屑物聚集總量／暴發(fā)泥石流的碎屆物量最低標(biāo)準(zhǔn)＝7．7＞1。滿足泥石流啟動(dòng)的要求。

3．3 降水條件

水是泥石流的組成部分，又是搬運(yùn)介質(zhì)的基本動(dòng)力，一方面浸潤飽和山坡松散物質(zhì)，使其摩擦阻力減小，滑動(dòng)力增大，增大了滑移能力，另一方面水流對邊坡的側(cè)蝕作用產(chǎn)生滑坡、崩塌等，增加了固體物質(zhì)的來源。

譚炳炎［4］研究了山西省10min，1h，24h可能發(fā)生泥石流的限界值分別為6mm，15mm，30mm。項(xiàng)目區(qū)所在西山地區(qū)暴雨每年都有發(fā)生，且年10 min，1h，24h最大強(qiáng)度降雨量分別為15．5～29．1 mm，43．5～78．8mm，104．5～279mm，均超過本地區(qū)可能發(fā)生泥石流的界限值，地表徑流呈暴漲暴落，為泥石流的形成提供了較為有利的水動(dòng)力條件。

綜合分析，四達(dá)溝流域已經(jīng)具備形成泥石流的基本條件，在暴雨的激發(fā)下極有可能發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，造成人員和財(cái)產(chǎn)的極大損失，直接威脅到下游區(qū)域太原市民和廠礦企業(yè)的人身財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)及早開展地質(zhì)災(zāi)害治理工作。

4 治理工程措施探討

根據(jù)四達(dá)溝泥石流崩塌體及人工堆積物源較多，植被破壞嚴(yán)重及距保護(hù)對象較近等特點(diǎn)，建議采用攔擋工程、排導(dǎo)工程、植物措施［5－6］的綜合方案進(jìn)行防治工作。

1）崩塌治理。根據(jù)所處的環(huán)境地質(zhì)條件，采取坡腳修建重力式擋墻、碎落臺(tái)、排水溝（擋墻后部）等措施。

擋墻采用仰斜式漿砌石擋墻結(jié)構(gòu)，外邊坡為1∶0．6，內(nèi)邊坡為1：0．2，擋墻頂寬0．8m，墻高6．0 m。擋墻基礎(chǔ)埋深1．5m。沿?fù)鯄Ψ较蛎扛?5m設(shè)置一道沉降伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)設(shè)瀝青麻絮及橡膠止水帶。沿?fù)鯄Ω叨乳g隔2．0m設(shè)置孔徑10cm的排水孔。

2）煤矸石堆的治理。項(xiàng)目區(qū)6處煤矸石堆沿溝道兩側(cè)分布，采用固源工程和排導(dǎo)工程（圖2）。

圖2 排導(dǎo)工程示意圖

一煤矸石堆位于溝頭位置，堆放量約為10萬m3，占煤矸石總堆放量的87%，對該矸石堆進(jìn)行固源處理，治理措施有：攔擋工程、排水工程、煤矸石清理、土地平整及覆土設(shè)計(jì)；其余5處煤矸石堆的治理采用固源工程結(jié)合排導(dǎo)工程。泥石流的治理主要為疏導(dǎo)，除上述固源工程，沿四達(dá)溝溝底兩側(cè)設(shè)置排導(dǎo)工程，采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)。為了排泄坡面匯流，在排導(dǎo)工程內(nèi)側(cè)設(shè)漿砌石排水溝，采用漿砌石梯形斷面形式，底寬50cm，深50cm，坡比一側(cè)為1：0，另一側(cè)為1：0．5，壁厚30cm。

3）不穩(wěn)定斜坡治理。項(xiàng)目區(qū)不穩(wěn)定斜坡共3處，其中兩處為巖質(zhì)斜坡，另一處為土質(zhì)斜坡。

對巖質(zhì)邊坡在其坡面上采用“錨桿＋柔性網(wǎng)邊坡防護(hù)”，邊坡防護(hù)面積1 250m2。運(yùn)用SNS柔性網(wǎng)覆蓋、包裹在危巖體清除后的坡面上，以防止坡面碎石坍塌墜落，這樣不僅對不穩(wěn)定斜坡起加固作用，也可將落石控制于一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，對不穩(wěn)定斜坡起到圍護(hù)作用。對土質(zhì)斜坡采用1：1削坡處理，不穩(wěn)定斜坡高4m，削坡工程量為160m3。

4）植物措施。主要為植被恢復(fù)工程，在整治后的區(qū)域內(nèi)種植適宜當(dāng)?shù)厣L的油松，在排導(dǎo)工程的兩側(cè)種植旱柳進(jìn)行綠化。

本方案不僅可以在短期內(nèi)有效地穩(wěn)固崩塌體及不穩(wěn)定斜坡，對煤矸石堆進(jìn)行固源，而且具有對交通影響小，對環(huán)境破壞小等優(yōu)點(diǎn)。防止了泥石流的的發(fā)生，從而達(dá)到了防災(zāi)減災(zāi)的目的。

5 結(jié)束語

1）四達(dá)溝溝谷內(nèi)堆積有大量松散堆積物，并具備發(fā)生泥石流的地貌條件，物源條件，降水條件，建議盡早治理。

2）通過對四達(dá)溝泥石流的判別分析，提出了攔擋工程＋排導(dǎo)工程＋植物措施的治理方案，從而達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

［1］ 高延超，鄭萬模．論小流域內(nèi)泥石流物源的判別［J］．沉積與特提斯地質(zhì)，2009，29（3）：105－109．

［2］ 朱靜．泥石流溝判別與危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)研究［J］．干旱區(qū)地理，1995，18（3）：68－71．

［3］ 譚炳炎．暴雨泥石流預(yù)報(bào)的研究［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2002，4（4）：14－20．

［4］ 鐘敦倫，謝洪，王愛英，等．四川境內(nèi)成昆鐵路泥石流預(yù)測預(yù)報(bào)參數(shù)［J］．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1990，8（2）：82－88．

［5］ 劉大才，彭淘．潘家溝泥石流災(zāi)害特征及其綜合治理［J］．地下空間與工學(xué)，2012，8（1）：190－197．

［6］ 趙忠海．北京密云水庫上游地區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害問題及工程治理措施探討［J］．資源環(huán)境與工程，2009，23（1）：35－39．