杜 杰，左雅婭

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng)618000；2.四川省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，成都610041）

通南巴區(qū)塊位于四川省的北部，四川盆地東北邊緣，米倉(cāng)山南麓，地形由北向南西傾斜，北高南低，地形北陡南緩，處于中山向低山丘陵過渡的地帶，屬盆周中低山區(qū)。區(qū)塊內(nèi)平均海拔850 m，最高海拔2 117.0 m，最低點(diǎn)海拔305.9 m。區(qū)塊內(nèi)地層出露受構(gòu)造的限制，從北向南，由老到新，從寒武系到第四系，除缺失泥盆、石炭外，其余均有出露，地層總厚度7 311.1～18 279.1 m；三迭系及更老地層出露于東西向構(gòu)造帶的巖溶地貌區(qū)和單斜山區(qū)；侏羅系地層主要出露在單面山分布的地區(qū)；白堊系地層 主要出露在縣境南部的桌狀山和低山區(qū)；第四系零星分布在各地層之上及沿河兩岸的壩地內(nèi)，除了沿河谷地帶分布的沖洪積層之外，還有殘坡積和崩坡積層等散布于境內(nèi)各地。

從區(qū)內(nèi)地形及地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，井場(chǎng)在前期選址過程中可選空間狹小，場(chǎng)地可選地段主要沿河（溝）兩岸沖洪積堆積階地，即盆地或?qū)捁龋ㄒ韵潞?jiǎn)稱“盆谷”）是該區(qū)塊內(nèi)理想的建設(shè)場(chǎng)地，但受盆谷上部山坡穩(wěn)定性，尤其是穿越盆谷河流（溝谷）特征的制約，井場(chǎng)不可避免將遭受盆谷內(nèi)河流（溝谷）的危害主要災(zāi)害類型為洪水—泥石流。

1 泥石流溝谷基本特征

通南巴區(qū)塊內(nèi)泥石流溝域內(nèi)山高坡陡，流域面積大，溝道長(zhǎng)度多大于3.5 k m，溝道平均縱坡降大于150‰，流域特征系數(shù)相對(duì)其它區(qū)域典型泥石流溝谷較大，見表1。區(qū)內(nèi)溝谷上游以狹窄“V”型谷為主，且溝谷寬度不一，中下游地段地形開闊，呈“U”型谷。溝谷左岸以殘坡積為主，斜坡較平緩，在下游可見階地發(fā)育；溝谷右岸中上游以垮塌堆積物為主，下游以陡立巖質(zhì)邊坡為主，溝谷存在若干處彎道，彎道半徑為15～20 m。溝域總體植被覆蓋率約80%，其中谷坡中上部以高大喬木和低矮灌木叢為主。溝谷中下游兩側(cè)及溝底基巖局部出露，且溝道跌水坎發(fā)育，跌水坎高度可達(dá)2.5 m，匯流參數(shù)相對(duì)較小，但產(chǎn)流參數(shù)相對(duì)較大，見表1。

表1 區(qū)塊內(nèi)泥石流溝谷特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)

泥石流溝域不是由典型的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)組成，特別是沒有典型的物源區(qū)。根據(jù)泥石流形成條件和運(yùn)動(dòng)機(jī)制及泥石流松散固體物源的分布，將溝域劃分為三個(gè)區(qū)段：支溝匯集高程以上地形開闊，植被發(fā)育，匯水面積大，主要以匯水功能為主，物源多分布在溝底高程地段，部分溝床堆積物可參與泥石流的形成，因此劃為泥石流匯流—形成區(qū)；該高程以下溝道縱坡降明顯增大且沿途物源豐富，故劃為泥石流形成—流通區(qū)；井場(chǎng)或采輸作業(yè)平臺(tái)位置處溝谷縱坡降降低，地形相對(duì)開闊，為泥石流堆積區(qū)，見圖1。

1.1 匯流－形成區(qū)特征

溝谷地形開闊，地勢(shì)陡峭，平面形態(tài)多呈瓢狀，匯水面積大，匯水功能顯著，溝域內(nèi)植被覆蓋好，主要以高大喬木及低矮灌木叢為主，植被覆蓋率高達(dá)90%以上。溝谷呈開闊U形谷，寬度多大于100 m，兩側(cè)岸坡主要受地形結(jié)構(gòu)影響，主要發(fā)育崩塌堆積體，但

圖2 M104井匯流－形成區(qū)

1.2 形成－流通區(qū)溝谷特征

圖1 HB2井泥石流溝域三區(qū)劃分

圖3 HB2井匯流－形成區(qū)

溝谷呈開闊V型谷，溝谷平均寬度60～80 m，局由于堆積體所處地段海拔高程較高，且堆積體植被覆蓋好，穩(wěn)定性較好，可直接參與泥石流過程的物源量較少，實(shí)際泥石流物源主要來(lái)自于溝道內(nèi)以及溝槽兩側(cè)。總體來(lái)看，該區(qū)域以匯水功能為主，形成了泥石流發(fā)生的先決條件即水源條件，至流通區(qū)時(shí)多以水石流形式出現(xiàn)，見圖2—3。部狹窄地段溝寬僅5～10 m，見圖4。該區(qū)域溝道縱坡降明顯增大，沿途多發(fā)育跌水坎，溝床零星可見基巖出露，兩側(cè)岸坡植被覆蓋較好，覆蓋率70%。通常情況下該區(qū)段溝谷兩側(cè)岸坡多以巖質(zhì)邊坡與堆積體邊坡交替分布。沿途物源以鄰溝側(cè)堆積垮塌體和泥石流堆積為主，尤其是溝道內(nèi)沖洪積物和老泥石流堆積物，是泥石流爆發(fā)的最主要物源條件。該處物源分布特征：（1）表層1～3 m多為新近的堆積物，堆積松

圖4 溝谷及物源特征（M104井）

1.3 堆積區(qū)溝谷特征

堆積區(qū)地形開闊，地勢(shì)相對(duì)平緩，溝谷多呈開闊“U”型谷，這也是井場(chǎng)選址的一大主要原因。原始溝道較為順直，泥石流在此區(qū)內(nèi)主要以停淤為主，形成了較為典型的泥石流堆積扇。溝口扇形堆積地形發(fā)育，扇緣及扇高明顯增長(zhǎng)，新老扇疊置覆蓋外延中，新扇規(guī)模逐漸擴(kuò)大，扇面的年變幅＞＋0.5 m［1］，堆積區(qū)多被改造為農(nóng)田等植被覆蓋率較高。井場(chǎng)多沿溝谷兩側(cè)沖洪積階地或泥石流堆積扇進(jìn)行規(guī)劃布置，圖6為M104井井場(chǎng)建設(shè)前地貌形態(tài)特征。

2 泥石流災(zāi)情及成因機(jī)制分析

2.1 泥石流災(zāi)害史及災(zāi)情

2012年7月6日，巴中市普降暴雨，7日上午7點(diǎn)55分，HB2井上游爆發(fā)較大規(guī)模山洪泥石流，泥石流爆發(fā)后沖毀井場(chǎng)臨溝側(cè)圍墻，沖毀長(zhǎng)度約為17 m，

圖7 HB2井受災(zāi)情況（稀性泥石流）

2011年7月6日，M104井上游暴發(fā)歷史罕見的特大山洪泥石流，泥石流暴發(fā)后溢出溝道，淹沒井場(chǎng)散，多呈架空狀，可直接參與泥石流過程，見圖5；（2）老泥石流堆積物多呈犬牙交錯(cuò)分布，可部分參與泥石流過程，同時(shí)在一定程度上降低了溝谷的過流斷面，導(dǎo)致泥石流出現(xiàn)一定程度的停積，因而該區(qū)泥石流的運(yùn)動(dòng)過程為加速—停積—再加速，是泥石流形成的主要場(chǎng)所。泥石流堆積物直接掩埋井場(chǎng)工藝裝置區(qū)、部分管匯臺(tái)區(qū)，部分管線等設(shè)施遭受損毀，井場(chǎng)采輸流程臨時(shí)關(guān)閉，造成了較為嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失［2］，見圖7，同時(shí)下游HB1井、HJ203 H井、M101井、HF203井及 HB102井也遭受了洪水／稀性泥石流的威脅，見圖8。前場(chǎng)設(shè)備區(qū)和局部鉆井平臺(tái)，導(dǎo)致部分機(jī)器設(shè)備受損嚴(yán)重，超高的洪水沖毀了后場(chǎng)生活區(qū)，造成了嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失，見圖9；JL1井井場(chǎng)被淹1.5～2 m，部分淤泥達(dá)到0.5～1 m，造成發(fā)電房、柴油機(jī)組、SCR房、泥

圖5 溝谷及物源特征（HB2井）

圖6 M104井井場(chǎng)為老泥石流堆積扇

圖8 HB1井受災(zāi)情況（洪水）

圖9 M104井受災(zāi)情況（稀性泥石流）

2.2 泥石流發(fā)生頻率和規(guī)模

根據(jù)調(diào)查各井場(chǎng)每年受災(zāi)情況，各溝域每年7—9月份均有洪水發(fā)生，尤其是受近年來(lái)極端氣候影響——區(qū)塊內(nèi)各氣象站監(jiān)測(cè)近年來(lái)同時(shí)期雨量明顯增大，形成—流通區(qū)原有靜儲(chǔ)量物源在強(qiáng)大的水動(dòng)力條件下重新啟動(dòng)，溝道內(nèi)松散的不穩(wěn)定物源明顯增多，加之各支溝泥石流發(fā)生頻率近年來(lái)增大（支溝下切速率明顯大于主溝，處于發(fā)展期），這些均導(dǎo)致主溝發(fā)生泥石流的頻率將進(jìn)一步增加，基本屬于中—高頻泥石流。

從近年來(lái)各井場(chǎng)受災(zāi)情況來(lái)看，2009—2012年每年的7月中旬各溝均發(fā)生不同規(guī)模的稀性泥石流和高夾砂水石流，對(duì)比各溝域歷年來(lái)所爆發(fā)的泥石流規(guī)模來(lái)看：JL1井2011年7月5日泥石流一次性沖積方量約為2 300 m3（50年一遇）；M104井泥石流一次沖積量接近1.0×104m3（百年一遇）；HB2井泥石流一次沖積量接近1 800 m3（50年一遇）。流域內(nèi)各溝泥石流爆發(fā)規(guī)?；驹谛〉街械纫?guī)模。

2.3 泥石流成因機(jī)制分析

泥石流匯流—形成區(qū)支溝發(fā)育，匯水面積大，在局域性的強(qiáng)降雨作用下溝谷匯集大量的水源，匯流過程中將溝道和坡面的細(xì)粒松散堆積物源攜帶進(jìn)入溝道，通過溝道沖刷溝道松散堆積物源至形成—流通區(qū)，形成小規(guī)模的水石流，受形成—流通區(qū)地形、物源等條件影響，泥石流在該區(qū)段內(nèi)進(jìn)一步得到加速，并沿途不斷參與進(jìn)新的物源，泥石流規(guī)模增大，但從物源特征來(lái)看，泥石流在該區(qū)段內(nèi)主要將主溝兩岸及溝底的細(xì)顆粒物質(zhì)帶向下游，這從該區(qū)域溝道物源組成結(jié)構(gòu)特征可以看出（大顆粒物質(zhì)多呈架空裝，細(xì)顆粒物質(zhì)被沖向下游），在正常情況下溝谷形成較為典型的稀性泥石流或高夾砂洪水自然排泄至下游溝谷地段。但受前期井場(chǎng)建設(shè)活動(dòng)影響，井場(chǎng)平整過程中大多數(shù)井場(chǎng)均存在侵占河道或改移溝道等情況，因而嚴(yán)漿泵、固井車、氣體鉆井設(shè)備等被淹或被淤泥掩埋，經(jīng)濟(jì)損失大，見圖10。重影響泥石流的自然排泄通道，主要表現(xiàn)在：（1）井場(chǎng)侵占河道導(dǎo)致溝谷的自然行洪能力降低；如JL1井、M2-1井；（2）改移溝道直接改變了泥石流的排泄通道，受泥石流直進(jìn)性影響，泥石流將漫過人工改移溝道直沖井場(chǎng)，導(dǎo)致井場(chǎng)成為泥石流的直接威脅對(duì)象，如M104井、HB2井，見圖11。

圖10 JL1井受災(zāi)情況（稀性泥石流）

圖11 HB2井建設(shè)過程中人工改移溝道

3 泥石流基本動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)

泥石流基本動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)包括泥石流的容重、流速、流量、一次泥石流過流總量、一次泥石流固體沖出量、泥石流整體沖壓力、泥石流爬高和最大沖起高度及泥石流彎道超高，統(tǒng)計(jì)區(qū)塊內(nèi)各泥石流溝谷基本動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)如表2所示。

結(jié)合井場(chǎng)建設(shè)特點(diǎn)，針對(duì)泥石流典型特征參數(shù)及暴雨洪峰流量值及泥石流峰值流量值進(jìn)行計(jì)算［3］，這些參數(shù)將直接作為后期泥石流防治工程的重要依據(jù)，而確定該值的主要參數(shù)為區(qū)塊內(nèi)降雨強(qiáng)度值。

3.1 暴雨洪峰流量值（雨洪法）

區(qū)塊內(nèi)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，全縣1971—2000年平均降水量1 154.6 mm，1971—1980年平均降水量1 068.8 mm，1981—2000年平均降水量1 188 mm，表明近年年均降雨量比1985年以前有所增加，見圖12，M104井場(chǎng)所在地區(qū)周邊氣象站觀測(cè)資料（2011年），日降雨量達(dá)到200 mm以上的有5次。根據(jù)1 h雨量觀測(cè)結(jié)果，2010年7月24日該地區(qū)周邊遭受100 a一遇強(qiáng)降雨1次（煙溪站1 h降雨最大值76 mm），2011年7月6日井場(chǎng)周邊強(qiáng)降雨1 h最大值62.6 mm，基本接近50 a一遇。這些均證明了區(qū)塊內(nèi)降雨有明顯增強(qiáng)的趨勢(shì)。

表2 通南巴區(qū)塊典型泥石流基本動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖12 區(qū)塊內(nèi)1971－2000年降雨量年際變化及對(duì)比

以下按100 a和50 a一遇的暴雨強(qiáng)度進(jìn)行泥石流流量計(jì)算。暴雨時(shí)的最大洪峰量采用推理公式計(jì)算，有關(guān)參數(shù)的確定依據(jù)是《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》，主要參數(shù)選取暴雨均值H1p，通過變差系數(shù)確定設(shè)計(jì)頻率下最大暴雨量值。

式中：SP——某頻率的雨力（mm／h）；n——暴雨參數(shù)；τ——匯流時(shí)間（h）；L——主溝長(zhǎng)度（k m）；F——流域面積（k m2）。根據(jù)上述公式查取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并利用推理公式計(jì)算的最大洪水流量，計(jì)算了兩口井的泥石流溝谷兩種頻率下的暴雨洪峰曲線，圖13—16中可以看出，區(qū)塊內(nèi)泥石流溝谷暴雨洪峰曲線呈“單峰”狀，洪峰過程歷時(shí)12～24 h，相對(duì)于泥石流過程歷時(shí)15～35 min，泥石流整個(gè)過程是“快漲快退”［4］。

圖13 M104井50年一遇暴雨洪峰曲線

圖15 HB2井50年一遇暴雨洪峰曲線

3.2 泥石流峰值流量計(jì)算

根據(jù)流域暴雨強(qiáng)度、匯流面積以及洪峰徑流系數(shù)等參數(shù)值，通過雨洪法求得暴雨洪峰流量值，然后考慮泥沙修正系數(shù)以及溝道堵塞系數(shù)確定泥石流峰值流量。

圖14 M104井100年一遇暴雨洪峰曲線

圖16 HB2井100年一遇暴雨洪峰曲線

式中：Qc——泥石流斷面峰值流量（m3／s）；φ——泥沙修正系數(shù)，采用查表法得到結(jié)果；Qp——暴雨洪峰流量；Dc——堵塞系數(shù)，按勘查規(guī)范表查表確定，按勘查規(guī)范表查表確定［5］。

4 井場(chǎng)選址及防治對(duì)策

井場(chǎng)建設(shè)選用沖洪積扇形地、寬谷和小盆地作為井場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地時(shí)，井場(chǎng)的重要建／構(gòu)筑物和設(shè)施要避開沖溝溝口和溝道，但從本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，該區(qū)塊內(nèi)可作為井場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地基本都位于溝谷兩側(cè)和溝口泥石流堆積扇上，隨著該區(qū)塊內(nèi)極端氣候頻現(xiàn)及人類活動(dòng)逐步強(qiáng)烈等因素影響，后期井場(chǎng)建設(shè)遭受泥石流的風(fēng)險(xiǎn)較大，但同時(shí)又是不可避免的，但在井場(chǎng)選址規(guī)劃中應(yīng)盡量減少對(duì)原有地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)和科學(xué)的合理規(guī)劃布局［6］，盡量保證：（1）減少人工改溝等工程活動(dòng)；（2）規(guī)劃階段應(yīng)充分考慮改溝溝道的走向、溝道截面尺寸等參數(shù)。針對(duì)區(qū)塊內(nèi)泥石流的發(fā)育特征與井場(chǎng)建設(shè)的特殊性，該區(qū)塊內(nèi)泥石流防治對(duì)策建議如下：

（1）井場(chǎng)建設(shè)侵占原有溝道：此種情況泥石流爆發(fā)以后直沖井場(chǎng)的可能性較小，危險(xiǎn)性相對(duì)較低，泥石流對(duì)井場(chǎng)的破壞主要以側(cè)蝕為主。井場(chǎng)靠溝側(cè)應(yīng)設(shè)置防洪堤壩，堤壩尺寸應(yīng)保證50 a一遇泥石流峰值流量的行洪空間，同時(shí)根據(jù)地形條件對(duì)溝道進(jìn)行拓深處理，通過這些防治對(duì)策基本上能保證井場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)。

（2）井場(chǎng)建設(shè)改移溝道：此種情況泥石流爆發(fā)以后將直沖井場(chǎng)，危險(xiǎn)性較大，如M104井、HB2井均屬于上述情況，針對(duì)改移溝道后的泥石流防治，除采取必要的防側(cè)蝕工程對(duì)策外，迎水面?zhèn)缺仨氃O(shè)置高壩以防泥石流直沖井場(chǎng)，高壩設(shè)計(jì)必須考慮泥石流在此處的彎道超高現(xiàn)象［7］，統(tǒng)計(jì)值表明，該區(qū)塊內(nèi)泥石流彎道超高基本接近1.0 m，疏導(dǎo)工程應(yīng)滿足泥石流最大峰值流量，否則泥石流存在翻壩的可能，同樣危險(xiǎn)性大。

5 結(jié)論

（1）通南巴區(qū)塊內(nèi)井場(chǎng)不可避免將遭受盆谷內(nèi)河流（溝谷）的危害，主要災(zāi)害類型為洪水—泥石流。（2）區(qū)內(nèi)泥石流溝谷主體可劃分為三個(gè)區(qū)，即匯流—形成區(qū)、形成—流通區(qū)及堆積區(qū)，泥石流主要在形成—流通區(qū)形成并得到加速，致災(zāi)過程主要發(fā)生在堆積區(qū)。（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)調(diào)查，區(qū)塊內(nèi)各井場(chǎng)在2010—2012年期間普遍遭受洪水—稀性泥石流災(zāi)害，尤其是以2011年M104井特大山洪泥石流與2012年HB2井山洪泥石流為典型災(zāi)情。（4）區(qū)塊內(nèi)各泥石流溝溝道內(nèi)松散的不穩(wěn)定物源明顯增多，爆發(fā)頻率將有所增加，爆發(fā)規(guī)?；驹谛〉街械纫?guī)模之間。（5）泥石流溝匯水面積大，尤其是隨著極端氣候的頻頻出現(xiàn)，局域性的強(qiáng)降雨將形成較大規(guī)模的水動(dòng)力條件，在形成—流通區(qū)席卷日益增多的不穩(wěn)定物源形成泥石流，井場(chǎng)建設(shè)侵占河道或改移溝道進(jìn)一步增加了泥石流的致災(zāi)能力。（6）區(qū)塊內(nèi)泥石流暴雨洪峰流量值可達(dá)85.6～176.08 m3／s，泥石流峰值流量值可達(dá)130.72～250.40 m3／s，暴雨洪峰曲線呈“單峰”狀，洪峰過程歷時(shí)12～24 h，相對(duì)于泥石流過程歷時(shí)15～35 min，泥石流整個(gè)過程為“快漲快退”。（7）井場(chǎng)選址規(guī)劃過程中應(yīng)減少人工改溝等工程活動(dòng)及充分考慮改溝溝道的走向、溝道截面尺寸等參數(shù)；防治對(duì)策主要以防側(cè)蝕、疏導(dǎo)及正面攔擋工程（迎水面）為主。

［1］ 孟國(guó)才，王士革，謝洪等，岷江上游泥石流災(zāi)害特征分析［J］.災(zāi)害學(xué)，2005，20（3）：94-97.

［2］ 《石油地面工程設(shè)計(jì)論文集》編委會(huì).石油地面工程設(shè)計(jì)論文集［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［3］ 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1994.

［4］ 黃潤(rùn)秋，許強(qiáng).第三屆全國(guó)巖土與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集［C］.成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

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