黃來源，南 赟，趙金發(fā)，林傳祥，查明躍

（1.北京市地質(zhì)研究所，北京 100120；2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，昆明 006050）

1 引言

東川區(qū)位于云南省中北部，昆明市最北端，東鄰會澤縣，南倚尋甸縣，西與祿勸縣毗鄰，北連巧家縣并與四川省會東縣隔金沙江相望，國土面積1858.79km2（圖1）。東川區(qū)區(qū)政府所在地銅都鎮(zhèn)，國土面積366.68km2，人口11.76萬人（至2009年末），下轄22個社區(qū)、25個行政村，向東依偎在烏蒙山脈西緣主峰大、小牯牛嶺腳下，自牯牛山向西發(fā)育有多條沖溝，東川城區(qū)就坐落在沖溝形成的泥石流堆積扇群上。威脅東川城區(qū)安全的泥石流以深溝為主，臘利溝、田壩干溝、大橋河溝為次，另外還包括石羊溝、祝國寺溝、尼拉姑溝?？偭饔蛎娣e136km2，發(fā)源于牯牛嶺，自東向西經(jīng)過東川城區(qū)后匯入大白河（小江上游稱為大白河）。

由于研究區(qū)位于烏蒙山西坡，正對著印度洋夏季暖濕氣流前進(jìn)方向，故屬迎風(fēng)坡多雨區(qū)，從不同海拔帶面積來看，研究區(qū)大部分處于強(qiáng)烈暴雨和豐水高度帶內(nèi)，可為泥石流的形成提供外部水動力激發(fā)條件。

研究區(qū)的主要4條泥石流溝（圖2），均有常年流水，各溝流量及流域面積分別為：大橋河溝為700l/s，流域面積57.47km2（以泥石流堆積扇頂以上流域加堆積扇面積，以下相同）；田壩干溝為200l/s，流域面積19.32 km2；深溝為450l/s，流域面積31.77km2；尼拉姑溝（深溝的支溝）流域面積3.40km2；臘利溝為305l/s，27.97km2。由于各溝均跨越了高山到盆地的不同的立體氣候區(qū)，各溝在雨季或暴雨后，流量可增大數(shù)倍到屬百倍，為泥石流的爆發(fā)提供了有效的水動力條件。

圖1 東川區(qū)交通位置圖

圖2 城市后山地區(qū)泥石流溝流域分布圖

圖3 泥石流溝影像平面圖

1 泥石流發(fā)育特征

（1）泥石流概況

東川城區(qū)東倚烏蒙山脈，東部山區(qū)向西部城區(qū)方向發(fā)育有較大規(guī)模的4條泥石流溝，由北向南分別為大橋河溝、田壩干溝（上游支溝老干溝、李子溝）、深溝（深溝的支溝祝國寺溝、尼拉姑溝、石羊溝）、臘利溝（圖3），其中田壩干溝、深溝穿越主城區(qū)，大橋河溝、臘利溝位于東川城市規(guī)劃區(qū)的南北兩端；深溝、田壩干溝、臘利溝和大橋河溝等4條泥石流溝總流域面積達(dá)136.55 km2，是烏蒙山脈西側(cè)山區(qū)通向大白河的主要行洪通道。上述泥石流溝歷史上曾多次爆發(fā)泥石流，如1961年、1964深溝發(fā)生兩次大規(guī)模泥石流，造成7人死亡，淤埋農(nóng)田375hm2，經(jīng)濟(jì)損失1000多萬元；1973年，田壩干溝發(fā)生泥石流，造成53.3hm2農(nóng)田淤埋，24臺抽水站被沖毀，經(jīng)濟(jì)損失約2200萬元。

城市后山復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件提供了泥石流發(fā)育的基本條件，多年的工程活動（采礦、伐薪煉銅、放牧、耕種等）使地質(zhì)環(huán)境條件更加脆弱，使得上述四條主要溝谷的固體松散物質(zhì)總儲量達(dá)27686.96萬m3，年最大可移動量171.04萬m3，為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物源基礎(chǔ)，一旦發(fā)生持續(xù)的強(qiáng)降雨，更加劇了災(zāi)害發(fā)生的可能性，對東川區(qū)13320人的生命及財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，威脅總資產(chǎn)達(dá)6.0億多元(表1)。

表1 東川區(qū)城市后山地區(qū)泥石流溝危害現(xiàn)狀統(tǒng)計表

（2）地貌特征

研究區(qū)處于金沙江流域的一級支流小江河谷的東側(cè)部分，北部為大橋河溝，南部為臘利溝，地貌上屬中切割的高、中山峽谷類型，地形上以烏蒙山脈的主峰大牯牛嶺向西的小江河床傾斜，最高點(diǎn)為小江流域的大橋河、田壩干溝與金沙江另外的一級支流以禮河分水嶺大牯牛嶺，海拔4017.3m，最低點(diǎn)為大橋河與小江的交匯處的三江口河床，海拔1120.0m，最大高差2897.30m（圖4）。研究區(qū)地形坡度一般為20°～40°，總體上大致以1600m海拔為界，以下為斷陷沖洪積盆地，沿東與中、高山區(qū)形成牯牛嶺的山麓緩坡，地形坡度5°～15°，以上為中、高山區(qū)，在2500m海拔以下，地形坡度15°～40°，局部形成陡坡、陡崖，在溝谷內(nèi)及2500m以上的地段，形成坡度大于50°的陡坡、陡崖，總體上地形反差強(qiáng)烈，山高谷深，坡陡流急，研究區(qū)的四條泥石流溝橫斷面均呈“V”型，切割深度在10～800m。研究區(qū)4條泥石流溝由北向南依次為大橋河、田壩干溝、深溝、臘利溝，匯水面積、高差等特征見表2。

圖4 城市后山地區(qū)地貌立體影像圖

（3）泥石流溝流域特征

研究區(qū)由北向南的泥石流溝分別為大橋河溝、田壩干溝、深溝、臘利溝4條，流向均為由東向西，流域面積最大的是大橋河溝，達(dá)57.49km2，最小的為田壩干溝，面積19.32km2，堆積區(qū)均位于小江河床附近，在上世紀(jì)70年代到本世紀(jì)2008年，國家及當(dāng)?shù)卣群笸度胭Y金進(jìn)行部分治理，對泥石流的發(fā)生、發(fā)展起到了遏制作用，各溝特征見表3。

（4）泥石流物源特征

根據(jù)工程地質(zhì)勘查成果，對物源年最大可移動量進(jìn)行詳細(xì)量化，對各溝可移動物源類型及規(guī)模進(jìn)行統(tǒng)計分析，各溝年最大可移動量分別為：深溝（主溝）53.88萬t，深溝支溝（尼拉姑溝）7.19萬t，大橋河溝48.12萬t，田壩干溝26.98萬t，臘利溝34.87萬t；各溝年最大可移動固體松散物類型及儲量比例見表4。

表2 城市后山地區(qū)各泥石流溝地形地貌特征表

表3 研究區(qū)泥石流各溝地形特征匯總表

（5）泥石流類型及規(guī)模

依據(jù)泥石流水源和物源成因、集水區(qū)地貌特征、重度、流體性質(zhì)、爆發(fā)頻率對研究區(qū)的四條泥石流溝進(jìn)行分類。大橋河溝為溝谷暴雨崩滑泥流型粘性高頻泥石流，田壩干溝為溝谷暴雨崩滑泥流型粘性低頻泥石流，深溝為溝谷暴雨崩滑泥流型粘性高頻泥石流，深溝的支溝尼拉姑溝為暴雨崩滑-坡面泥石型稀性低頻泥石流，臘利溝為溝谷暴雨崩滑泥流型粘性中頻泥石流，見表5。

表4 城市后山各溝固體松散物源比例統(tǒng)計表

表5 研究區(qū)泥石流分類表

（6）泥石流危險性評價

根據(jù)對研究區(qū)各泥石流溝的分析，評價各溝的活動性特征和危害性等級，綜合確定各泥石流溝潛在危險性。研究區(qū)大橋河溝危險性等級為大型，田壩干溝為特大型，深溝（包括尼拉姑支溝）為特大型，臘利溝為大型，見表6。

2 泥石流防治研究

2.1 防治原則

（1）深溝流域：穿越城區(qū)的主要泥石流溝，其影響及威脅處于四條泥石流溝之首，雖然先后在下游實(shí)施了部分工程，但中上游工程措施及植被覆蓋不足，沒有基本控制和減少泥石流的物源儲備；深溝作為東川城區(qū)城市后山的引用水源保護(hù)區(qū)，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和治理與當(dāng)?shù)厝罕娚踩⑾⑾嚓P(guān)，為城市后山泥石流治理的重中之重，如爆發(fā)大規(guī)模泥石流，所產(chǎn)生的災(zāi)害不可估量；因此，深溝流域應(yīng)作為城市后山工程治理的核心對象，防治原則為有效控制深溝泥石流災(zāi)害物源的運(yùn)移，確保深溝流域生態(tài)環(huán)境的改善，基本減輕泥石流的威脅。同時建立有系統(tǒng)的巡查、預(yù)警預(yù)報體系。

（2）大橋河溝：位于城市規(guī)劃區(qū)北側(cè)，實(shí)施了部分工程，但對于流域范圍大、固體松散物源儲量巨大的大橋河溝而言，少量的攔擋工程對其物源量的改變有限。由于下游部分區(qū)域涉及規(guī)劃工業(yè)區(qū)、村莊農(nóng)田，上游及中游實(shí)施工程難度較大、投資大且達(dá)不到應(yīng)有效果，植物措施管護(hù)困難，短期內(nèi)的工程治理效果難以體現(xiàn)。因此，大橋河溝的防治原則應(yīng)以保護(hù)下游堆積區(qū)村莊及農(nóng)田安全為基本目標(biāo)，盡可能減少泥石流災(zāi)害的損失，布置適當(dāng)?shù)墓こ?，為今后的治理工程爭取時間。

表6 泥石流危險性分級

（3）田壩干溝：穿越城區(qū)及規(guī)劃區(qū)的主要泥石流溝之一，危害較大，溝內(nèi)固體松散物源豐富，可在流通區(qū)實(shí)施部分工程，且可起到一定效果，排導(dǎo)槽嚴(yán)重堵塞、公路橋涵過流斷面不足，堆積區(qū)排導(dǎo)槽短期內(nèi)難以實(shí)施，因此可在流通區(qū)中下游地段實(shí)施一定的攔擋工程，可起到降低泥石流災(zāi)害損失的效果；在沒有實(shí)施有效的管護(hù)措施前，不宜實(shí)施植物恢復(fù)措施。因此，田壩干溝的治理工程應(yīng)在有條件的位置實(shí)施部分工程，改善泥石流溝的溝坡、物源等為目標(biāo)，為今后系統(tǒng)的治理工程打下基礎(chǔ)。

（4）臘利溝：穿越未來發(fā)展城區(qū)的主要泥石流溝之一，其影響較大，溝內(nèi)固體松散礦渣物源豐富，堆積區(qū)段的公路橋梁等限制了治理工程的布置；同時植物措施管護(hù)極為困難，不宜實(shí)施植物措施，因此，臘利溝的治理工程應(yīng)在有條件的位置實(shí)施工程，改善泥石流溝的溝坡、物源、排泄等為目標(biāo)，減輕泥石流危害，為后續(xù)的治理工程奠定基礎(chǔ)。

通過對城市后山泥石流災(zāi)害治理工程現(xiàn)狀及地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析，調(diào)整短期內(nèi)難以實(shí)施或治理難度較大且實(shí)施效果不明顯的泥石流治理工程，同時吸取當(dāng)?shù)亻L期在與泥石流斗爭中積累的經(jīng)驗，對深溝這一關(guān)系東川城區(qū)1.3萬人的生命財產(chǎn)安全的威脅，作為重點(diǎn)治理對象，確保治理工程實(shí)施后，基本控制深溝泥石流災(zāi)害的威脅，其他各溝以減輕泥石流災(zāi)害可能造成的損失為主。

2.2 選用的治理工程措施

目前泥石流防治工程常用的方法主要有：排導(dǎo)工程、攔擋工程、植物工程。結(jié)合東川市城市后山研究區(qū)各泥石流溝的實(shí)際情況，可供選用的治理工程項目主要為：排導(dǎo)工程、攔擋工程、植物工程等。

（1）排導(dǎo)工程

排導(dǎo)工程是防治泥石流使用最為廣泛的工程措施。其特點(diǎn)是工程簡單、效果好、施工方便等。從東川市城市后山泥石流的調(diào)查分析來看，強(qiáng)降雨是東川市城市后山爆發(fā)泥石流的主要誘發(fā)因素，該流域的總體坡降較小，河谷地形較開闊，但經(jīng)過主城區(qū)的泥石流溝溝道過流斷面受城市建設(shè)及群眾無序堆放垃圾影響，大部分已垃圾阻塞，嚴(yán)重影響其排導(dǎo)能力，故應(yīng)增設(shè)新的排導(dǎo)設(shè)施，或?qū)Τ菂^(qū)原有排導(dǎo)槽底進(jìn)行清淤，以滿足再次爆發(fā)泥石流時的溝道排泄能力。

（2）攔擋工程

攔擋壩或谷坊壩等攔擋工程可對泥石流進(jìn)行攔碴滯流，以形成泥石流物源庫，減緩壩上游河床縱坡，降低泥石流的水動力條件，減小泥石流流體密度，調(diào)節(jié)泥石流下泄峰量和固體物質(zhì)總量，把壩體上游的大的塊石擋住，減小泥石流下泄固體物質(zhì)粒徑，有利于下游輸砂排泄，對下游淤積起調(diào)節(jié)控制作用。

（3）植物工程

植物工程即結(jié)合各泥石流溝流域自然情況，合理利用水土資源，對農(nóng)、林、牧業(yè)合理布局，改革單一的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。主要分為農(nóng)業(yè)措施和林草措施。農(nóng)業(yè)措施：改變山區(qū)地形，保蓄坡地徑流，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，控制地面水土流失的主要措施。在崩坍滑坡地段應(yīng)改水田為旱地；在水土流失嚴(yán)重地段，應(yīng)固定耕地，精耕細(xì)作，選用良種以提高單位畝產(chǎn)；25°以上的坡地應(yīng)分期退耕，還林育草，25°以下的坡地應(yīng)改為梯田。林草措施：保持水土、造林育草是泥石流治理的基本措施。根據(jù)流域海拔等氣候條件，在海拔1600m以下，實(shí)行“草、灌、喬”并舉的原則進(jìn)行植樹造林，在海拔1600～3000m，結(jié)合發(fā)展喬木和經(jīng)濟(jì)林木。

2.3 工程設(shè)計基本參數(shù)

（1）設(shè)計暴雨：見表7。

表7 不同頻率設(shè)計暴雨量

（2）清水洪峰設(shè)計流量：見表8。

（3）泥石流容重：見表9。

（4）泥石流流量及流速:見表10。

（5）泥石流沖擊力: 見表11。

（6）防治級別的確定

根據(jù)《泥石流防治工程設(shè)計規(guī)范》，泥石流防治工程設(shè)計等級標(biāo)準(zhǔn)表，將各條泥石流溝劃分為如下級別（見表12，同時確定泥石流防治主體工程設(shè)計安全系數(shù)（表13），詳述如下：

表8 清水洪峰流量計算成果表

表9 泥石流設(shè)計容重統(tǒng)計表

表10 泥石流流速及流量統(tǒng)計表

表11 各條溝泥石流整體沖擊壓力計算表

表12 城市后山泥石流防治工程設(shè)計等級劃分

2.4 治理工程

（1）深溝治理工程布置（攔擋、植物為主、排導(dǎo)為輔）

在確實(shí)加強(qiáng)對該溝流域的了解基礎(chǔ)上，因地制宜布置攔擋、固床工程，穩(wěn)固泥石流固體松散物源，盡可能減少泥石流的下排，確保工程實(shí)施后對下游城區(qū)及堆積區(qū)農(nóng)田等的保護(hù)。工程布置為：整條溝道以攔擋、固床為主，結(jié)合適當(dāng)?shù)呐艑?dǎo)工程及植物工程，采用綜合治理的方式控制泥石流物源區(qū)的松散固體物源的運(yùn)動，同時、對下游的排導(dǎo)槽進(jìn)行清淤。

（2）大橋河溝治理工程（排導(dǎo)為主）

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，目前泥石流造成的威脅主要是下游已建排導(dǎo)槽右岸農(nóng)田及上百戶村民聚集區(qū)，在權(quán)衡工程投資及目前災(zāi)害威脅的情況下，考慮以保護(hù)對象：下游堆積區(qū)農(nóng)田安全及村民聚集區(qū)的安全為主布置工程。

（3）田壩干溝治理工程

限于資金的限制以及整條溝的運(yùn)動特征，考慮整條溝道以攔擋為主，以期減小下游的壓力，控制泥石流物源區(qū)的松散固體物源的啟動。因地制宜布置攔擋工程，減少泥石流固體松散物源，盡可能減少泥石流的下排。

（4）臘利溝治理工程（局部攔擋加排導(dǎo)）

下游布置攔擋壩，結(jié)合已建排導(dǎo)槽新建排導(dǎo)槽，形成完整的排導(dǎo)系統(tǒng)。因地制宜布置攔擋工程，盡可能減少泥石流的下排。

3 結(jié)論

為解決資源枯竭、城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展，2004年4月，東川成為全國唯一的再就業(yè)特區(qū)，經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型面臨最大的問題就是該區(qū)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，目前東川區(qū)水土流失面積占國土面積的68.5%，在東川區(qū)1800多平方千米的土地上分布著107條大大小小的泥石流溝，尤其是東川城區(qū)城市后山泥石流災(zāi)害，已嚴(yán)重威脅或影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型。因此，城市后山地區(qū)泥石流災(zāi)害的治理勢在必行。

（1）深溝的治理：通過已實(shí)施部分工程結(jié)合本次防治工程的實(shí)施，深溝將形成完整、立體、流域性的綜合治理體系，將基本解決深溝爆發(fā)泥石流災(zāi)害對下游的威脅問題；工程實(shí)施后，直接攔擋溝內(nèi)固體松散物源8.35萬m3，間接攔擋固體松散物源35萬m3；提高原深溝流域覆蓋率由30.82%，增加至56.94%；將基本控制泥石流固體松散物源的移動問題；工程實(shí)施后將形成完整的泥石流災(zāi)害治理體系，提升深溝流域自然生態(tài)環(huán)境。

表13 泥石流防治主體工程設(shè)計安全系數(shù)

（2）臘利溝治理：通過防治工程的實(shí)施，將直接有效攔擋固體松散物源4.7萬m3；將確保原有排導(dǎo)槽功能提升，增加到可排導(dǎo)50年一遇大型泥石流災(zāi)害；將較大限度的確保近期臘利溝下游流域混凝土廠及大量農(nóng)田的安全。

（3）田壩干溝治理：工程的實(shí)施將直接有效攔擋固體松散物源2.7萬m3，間接攔擋固體松散物源30萬m3以上；將較大限度的確保近期田壩干溝下游流域大量農(nóng)田的安全。

（4）大橋河溝治理：工程的實(shí)施將有效增加泥石流排泄能力，將提升排導(dǎo)槽泄流能力，可確保順利通過50年一遇泥石流災(zāi)害的侵襲；將直接確保近期內(nèi)大橋河溝下游870人，6000畝農(nóng)田的安全。

城市后山泥石流防治工程實(shí)施后，將充分達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)城市后山生態(tài)環(huán)境的重要改善，確保城市生活環(huán)境的基本安全，解決了近期對于城區(qū)安全極具威脅的深溝泥石流災(zāi)害問題，消弱并緩解了臘利溝、田壩干溝、大橋河溝等泥石流溝的泥石流災(zāi)害危害，進(jìn)一步提升了這些溝內(nèi)已建工程的泄流能力，并為今后持續(xù)的工程治理提供了借鑒和參考。

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