楊晴雯，裴向軍

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059）

0 引言

九寨溝縣永安鎮(zhèn)雙龍村雙龍溝泥石流曾于1967年、1984年發(fā)生過較大規(guī)模的泥石流，所幸未造成重大人員傷亡。主要的威脅區(qū)有兩塊，中游的雙龍村及下游的新城區(qū)，流域內(nèi)幾千居民、公路、建筑可能直接或間接遭遇泥石流的影響。許多地質(zhì)學(xué)家曾對九寨溝老縣城和風(fēng)景區(qū)的多條泥石流溝做過研究，提出了有效的治理辦法。游勇等（2003）［1］就對四川九寨溝縣關(guān)廟溝泥石流的特征進(jìn)行了研究，優(yōu)化對比多種防治方案，具有很大的參考價(jià)值。唐邦興等（1994）［2］對九寨溝風(fēng)景區(qū)泥石流總體特征做了分析，也提出綜合的防治措施。但是對于新縣城周邊泥石流的特征、發(fā)生發(fā)展情況的研究不多，許多泥石流溝缺少防治措施，存在極大的安全隱患。本文以新城區(qū)雙龍溝泥石流為研究對象，從泥石流成因、特征等方面進(jìn)行分析，提出簡便合理的防治對策。

1 雙龍溝泥石流成因分析

1.1 流域概述

雙龍溝位于四川九寨溝縣新城區(qū)，系嘉陵江上游支流白水江左岸的一級支溝。地處四川盆地與青藏高原東北緣的過渡地帶，屬岷山山脈的東部、龍門山山脈的西北部。

雙龍溝流域“口細(xì)肚寬”，上游溝域?qū)掗?，往下逐漸縮緊，形態(tài)近似扇形，流域面積為23.41km2，主溝由大水溝源頭至白水江邊長8.2km。

1.2 地貌環(huán)境條件

雙龍溝流域?yàn)樯钋懈罡呱綅{谷地貌，由于新構(gòu)造運(yùn)動間歇性抬升，該溝產(chǎn)生強(qiáng)烈侵蝕下切，流域內(nèi)最高點(diǎn)海拔3 643m，主溝最高點(diǎn)海拔2 450m，最低白水江邊海拔1 402m，高差近2 200m，溝床坡降陡，主溝最大比降131%，平均比降為81%，支溝（洞子口溝）最大比降350%。陡急的縱比降為泥石流形成提供了有利的勢能條件（見圖1）。

通過野外調(diào)查雙龍溝地形地貌，將主溝分為物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)（見圖2）。物源區(qū)位于海拔1 800m以上泥石流形成區(qū)域，該區(qū)侵蝕切割作用和冰川刨蝕作用最明顯，地形多為三面環(huán)山，周圍山高坡陡，山體破碎，有利于水源和碎屑物質(zhì)的集中。溝谷兩岸發(fā)育多處大型巖質(zhì)崩塌體，體積較大，中小型崩塌體，數(shù)量較多，為泥石流形成提供了豐富的物源。該區(qū)面積為14.26km2，占流域面積的60.91%。流通區(qū)自雙龍村至上寨，海拔1 500～1 800m之間，地形呈U型溝槽，坡度減緩（該段主溝縱比降78‰）。面積為8.74km2，占流域面積的37.33%。堆積區(qū)自上寨至白水江區(qū)域，海拔1 402～1 500m，泥石流進(jìn)入此區(qū)后，底床坡度變?。ㄖ鳒洗部v比降52‰），地形漸寬，泥石流開始停積，該區(qū)面積為0.41km2，占流域面積的1.75%。

圖1 雙龍溝泥石流地貌分區(qū)

圖2 雙龍溝主溝溝床縱剖面圖

1.3 地質(zhì)環(huán)境條件

本區(qū)在大地構(gòu)造上處于秦嶺東西向構(gòu)造帶南緣，松潘—甘孜褶皺系東側(cè)，南與龍門山北東向構(gòu)造帶相鄰［1］。三級不同方向構(gòu)造線形成向南凸出的弧形彎曲，九寨溝縣位于構(gòu)造線形彎曲的頂端，并主要受近南北向構(gòu)造斷裂控制。由于地處斷裂帶附近，屬Ⅸ度烈度區(qū)，地震活動較頻繁。從區(qū)域性看，總的為一向北傾斜、形態(tài)較為復(fù)雜的復(fù)向斜。區(qū)內(nèi)巖層褶曲強(qiáng)烈，巖層破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育。出露地層主要是鈣質(zhì)板巖、鈣質(zhì)砂巖和塊狀灰?guī)r。該區(qū)巖石軟硬結(jié)合，軟硬巖風(fēng)化程度不一，破碎程度高。

綜述，雙龍溝流域由于地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，地震活動比較強(qiáng)烈，巖石破碎，為泥石流提供了豐富的物源。

1.4 氣象條件

九寨溝縣地處我國北亞熱帶秦巴濕潤區(qū)與青藏高原波密—川西濕潤區(qū)的過渡地帶，屬暖溫帶干溫河谷氣候，氣候垂直差異大，氣候受地形影響顯著。

圖3 九寨溝全年降雨分布圖

縣城年均降雨量552.3mm，降雨分布呈拱形（圖3），集中在5月—9月，約占全年降水量的75%。據(jù)縣氣象站25a的觀測資料，該區(qū)日降水量大于30mm的暴雨每4a有3次，其中日降水量大于50mm的暴雨25a來出現(xiàn)過3次，觀測到的最大日降水量為51.3mm。年降水量和暴雨在四川境內(nèi)屬偏少的地區(qū)，但由于山區(qū)地形復(fù)雜，會形成區(qū)域性的強(qiáng)降雨天氣過程，日降雨量達(dá)到20mm就可能產(chǎn)生山洪和泥石流，是山區(qū)泥石流發(fā)生的主導(dǎo)因素。

1.5 人類工程活動

20世紀(jì)五六十年代，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動加劇，雙龍溝流域森林遭砍伐殆盡，造成溝谷堵塞和嚴(yán)重水土流失，發(fā)生多次泥石流。

近30年來植被基本得到了恢復(fù)，但隨著人口增加，溝谷兩岸緩坡地帶甚至部分堤壩庫容空間（圖4）開墾為耕地，水土流失仍然嚴(yán)峻。尢其是頁巖、片巖分布的緩坡地帶，殘坡土開墾為耕地，下部基巖透水性弱，一遇中—大雨，松動土層飽水往往發(fā)生溜滑和坡面泥石流。

圖4 開墾的耕地

2 泥石流特征

2.1 泥石流規(guī)模大，危害性大

據(jù)調(diào)查，該溝是一條老泥石流溝，同時(shí)也是一條現(xiàn)代泥石流活躍的溝。雙龍溝每10～20a發(fā)生一次大型泥石流，屬中頻率的泥石流，中小規(guī)模泥石流暴發(fā)頻率較高。自20世紀(jì)50年代以來雙龍溝流域內(nèi)多次發(fā)生規(guī)模不等的泥石流災(zāi)害。

1967年8月上游泥石流形成區(qū)在強(qiáng)降雨條件下，洪水堵塞在堆放有大量樹枝樹干和筑路棄土的溝谷中，形成堰塞湖，潰堤后發(fā)生大規(guī)模泥石流。泥石流持續(xù)時(shí)間約30min，運(yùn)動具有明顯的陣流，龍頭高約3m，響聲隆隆，泥漿飛濺到永安橋上和居民住宅圍墻之上，塊石將老核桃樹皮沖掉。2004年5月雙龍溝上游大水溝左岸斜坡耕地融雪下雨時(shí)發(fā)生坡面泥石流，稀稠狀泥沙堵塞大水溝，造成村民兩死一傷，死亡9匹馬，沖毀耕地和經(jīng)濟(jì)作物20余萬m2。每年雨季還會發(fā)生水石流，溝道中現(xiàn)殘留有大量泥石流松散堆積物。

根據(jù)初步估算（見表1），雙龍溝主溝50a、20a、10a一遇泥石流規(guī)模分別為3.03×104m3、2.74×104m3、2.34×104m3、1.99×104m3，峰值流量都大于200m3／s，為大型泥石流。

綜上所述，雙龍溝大型泥石流具有活動頻率中等、中小規(guī)模泥石流活動頻率高、危害嚴(yán)重的活動特征。

2.2 支溝眾多，沖淤強(qiáng)烈

表1 雙龍溝泥石流特征值

雙龍溝支溝眾多，上游有大水溝、小水溝、翻山道溝、洞子口溝，下游有魏家溝，縱多支溝形成一個(gè)扇狀區(qū)域（見圖1）。由于眾多支溝同時(shí)與主溝交匯，泥石流發(fā)生時(shí)部分固體物質(zhì)會在支溝口堆積，形成了長1 210m，寬850m的不規(guī)則堆積扇，淤積厚度達(dá)3～5m，體積約4.114×106m3，成為雙龍村村民的生產(chǎn)生活場所。

主溝溝道狹窄而陡峻，泥石流運(yùn)動過程中強(qiáng)烈掏蝕、沖刷溝床，使溝道加寬加深，彎道增多，弧度增大。大量泥石流固體物質(zhì)出溝口后停留下來，堆積厚度大于8m，堆積扇體積超過6.48×106m3。

2.3 容重大，固體物質(zhì)粒徑粗

據(jù)現(xiàn)場觀測，雙龍溝溝床中塊石含量較多，最大的有2.2m。采集溝口堆積扇中部的樣品，進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)得到結(jié)果見表2，堆積物中角礫含量（＞2mm）占總量的55.3%，黏粒（＜0.005mm）約占總量的5.31%，黏粒含量較高，泥石流固體物質(zhì)以粗顆粒為主。

堆積扇部測得的固體物質(zhì)比重（γv）為2.68t／m3，采用通用公式（1）及式（2）：

式中：Vc為泥石流斷面流速；Hc為計(jì)算斷面平均泥深；I為泥石流溝床坡降；n為泥石流溝床粗糙率。

式中：Vm為最大塊石運(yùn)動速度；a為全面考慮的摩擦系數(shù)；d為最大塊石粒徑。

計(jì)算得到泥石流容重為1.63t／m3，泥石流流速分別是5.93m／s和5.95m／s。

表2 雙龍溝泥石流堆積物顆粒重量百分比

以上分析和計(jì)算結(jié)果表明，雙龍溝泥石流流速快，容重大，沖擊力大，具有明顯陣流，表明雙龍溝泥石流為高速黏性泥石流。

2.4 泥石流發(fā)展趨勢

雙龍溝上游發(fā)育有10多處滑坡、崩塌（圖5為一典型崩塌體），加之人類松土活動較強(qiáng)，溝床中松散堆積物質(zhì)豐富，可提供泥石流動儲量達(dá)3.0×105m3；在陡峭深狹的地形條件下，雙龍溝再次暴發(fā)大規(guī)模泥石流的可能性大。泥石流發(fā)生的規(guī)模最終取決于降雨量及降雨強(qiáng)度。

據(jù)以往資料和現(xiàn)有計(jì)算結(jié)果判斷，雙龍溝泥石流易發(fā)，活動性強(qiáng)，一旦泥石流暴發(fā)直接威脅雙龍村及永豐上寨、中寨、下寨、永安小學(xué)及新城區(qū)幾千人的安全，危害嚴(yán)重，危險(xiǎn)性大。若不將泥石流控制在雙龍溝主溝范圍以內(nèi)，一旦泥石流沖出雙龍溝，將形成重大危害。

圖5 崩塌體物源

3 泥石流的防治對策

從雙龍溝的特殊地形地貌和危險(xiǎn)區(qū)分布特征出發(fā)，提出了一套以攔、排、穩(wěn)為主，輔以預(yù)警預(yù)報(bào)的綜合治理方案（圖6）。其中雙龍溝上游和支溝溝道以攔擋、固床護(hù)坡為主，中下游以排導(dǎo)為主。

參照有關(guān)規(guī)范與規(guī)定，綜合考慮該溝泥石流的特征、危害狀況、危害對象的重要性，以及目前治理泥石流的經(jīng)濟(jì)能力，確定防災(zāi)土木工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：按50a一遇設(shè)計(jì)，100a一遇校核［3－6］。

3.1 工程措施擬建

工程措施主要由攔擋、排導(dǎo)、谷坊等工程組成，其目的是穩(wěn)定主溝兩側(cè)山坡、攔擋部分泥石流固體物質(zhì)，并將洪水順利排到白水江。

3.1.1 排導(dǎo)工程

目前沿支溝溝口堆積扇及主溝溝道兩側(cè)修建的排導(dǎo)槽，寬度狹窄，彎道較多，泥石流中的大石塊易阻塞排導(dǎo)槽，導(dǎo)致排泄不暢。參照泥石流設(shè)計(jì)規(guī)范［6］計(jì)算該溝50a一遇的暴雨泥石流洪峰流量為84.7m3／s，5%的暴雨泥石流峰值流量為72.39 m3／s，而主溝排導(dǎo)槽現(xiàn)寬2～3m，高1～2m，僅能保證一般流水通過。泥石流運(yùn)動至彎道處超高0.754m，大于安全超高深度0.5m，現(xiàn)有排導(dǎo)措施無法滿足泥石流的過流需求。需對現(xiàn)有措施加固，補(bǔ)建新的排導(dǎo)措施。

已建排導(dǎo)槽底部采取鋪墊處理，淤塞嚴(yán)重的地段定期進(jìn)行清淤，兩側(cè)的圍墻圍干砌塊石用漿砌塊石重新加固。

在主溝流通區(qū)從下寨至白水江段鋪設(shè)排導(dǎo)槽（圖6），作為洪水泥石流排泄通道。參考有關(guān)類似工程設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場情況，鋪設(shè)總長度約1 500m，槽底寬4m，側(cè)墻高2m，側(cè)墻邊坡系數(shù)采用1∶0.5，排導(dǎo)槽均采用M10漿砌塊石襯砌，排導(dǎo)槽伸縮縫按15m間距布置，縫內(nèi)采用瀝青木板填塞。

3.1.2 攔擋工程

主溝段大水溝和小水溝海拔2 000～2 200m范圍溝床有寬窄漸變區(qū)，可以選取幾處位置（見圖6），各修建2座攔擋縫隙壩。攔擋壩能讓一般洪水和高含沙洪水通過，保留一定的攔蓄庫容，一旦發(fā)生泥石流，縫隙壩能夠攔擋泥石流中的大塊石，削減泥石流的洪峰流量，減小泥石流沖擊力，同時(shí)能夠穩(wěn)固溝床和兩側(cè)山坡，減少泥石流固體物質(zhì)來源。設(shè)計(jì)攔擋壩軸線長度150～200m，壩體基礎(chǔ)埋深2～3m，有效高度5～6m，迎水面邊坡系數(shù)1︰0.6，背水面邊坡系數(shù)1︰0.1，縫隙寬度由上游的3m變化至2m。

3.1.3 固床工程

根據(jù)具體情況，在主溝布置5座固床壩，支溝內(nèi)布置12道谷坊壩（圖6），防止溝岸下切，穩(wěn)定岸坡。

3.2 其他防治對策

結(jié)合生物措施，并輔以預(yù)警預(yù)報(bào)的監(jiān)測方式，形成更加完整合理的防治方案。

對海拔2 500m以上實(shí)行退耕還林，種植植被涵養(yǎng)水源，穩(wěn)固山體；2 500m以下流域耕地進(jìn)行立體分配種植，由上往下采用喬、灌、草的模式進(jìn)行種植，形成水土保持林，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合。

圖6 雙龍溝泥石流防災(zāi)工程規(guī)劃示意圖

在雙龍溝每條支溝流域建立泥石流監(jiān)測點(diǎn)，雨季期間及時(shí)監(jiān)測降雨量、地表水流動狀態(tài)（流速和流量），發(fā)現(xiàn)泥石流溝異?，F(xiàn)象，及時(shí)發(fā)布預(yù)警預(yù)報(bào)信息。

4 結(jié)語

（1）雙龍溝泥石流溝位于深切割的高山峽谷區(qū)，高差懸殊大，構(gòu)造發(fā)育，巖性破碎，加之較為豐富的降水條件，使雙龍溝具備泥石流發(fā)生的條件，直接危害到人民生命財(cái)產(chǎn)安全和沿線公路的正常通行。

（2）通過野外實(shí)地考察和取樣，確定雙龍溝泥石流性質(zhì)為黏性泥石流。

（3）雙龍溝泥石流具有大規(guī)模泥石流活動頻率中等（20a一遇泥石流規(guī)模分別為2.34×104m3）、中小規(guī)模泥石流活動頻繁，危害嚴(yán)重等活動特征。

（4）根據(jù)該溝的實(shí)際情況，在對泥石流進(jìn)行防治時(shí)采取以穩(wěn)、攔、排等工程措施為主，結(jié)合植樹造林、改善流域生態(tài)環(huán)境、預(yù)警預(yù)報(bào)的綜合治理方案。

［1］游勇，歐國強(qiáng)，唐邦興，等.四川九寨溝縣關(guān)廟溝泥石流及其防治對策［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2003，23（4）：50－55.

［2］唐邦興.九寨溝風(fēng)景區(qū)泥石流及其防治［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，1986（4）：186－189.

［3］唐邦興.四川省自然災(zāi)害及減災(zāi)對策［M］.成都：電子科技大學(xué)出版社，1995：107－138.

［4］周必凡，李德基，羅德富，等.泥石流防治指南［M］.北京：科學(xué)出版社，1991：196－198.

［5］吳積善，田連權(quán)，康志成，等.泥石流及其綜合治理［M］.北京：科學(xué)出版社，1993：123－175.

［6］李德基.泥石流減災(zāi)理論與實(shí)踐［M］.北京：科學(xué)出版社，1997：158－186.