蘇遠(yuǎn)東 袁鳳凱

（1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，西藏 拉薩 850000；2.四川省核工業(yè)輻射測(cè)試防護(hù)院，四川 成都 610000）

0 引言

2009年8月24日，九寨溝縣郭元鄉(xiāng)突降特大暴雨，高強(qiáng)降雨持續(xù)時(shí)間2-3 小時(shí)，降雨量累計(jì)達(dá)52mm，在高強(qiáng)度降雨的作用下，流域內(nèi)大量松散固體物質(zhì)啟動(dòng)流入溝內(nèi)形成泥石流，最后堆積在干溝溝口，堆積長(zhǎng)度約0.6km，平均堆積厚度約1.5m，泥石流總量達(dá)4.0×104m3。泥石流最終導(dǎo)致下游金字河堵塞、河床抬升、河水改道，所幸這次泥石流并未造成人員傷亡，但沖毀了鄉(xiāng)村公路、橋涵、大量耕地和部分民房，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500 萬(wàn)元。

圖1 泥石流沖毀鄉(xiāng)村道路

圖2 溝口堆積大量泥石流物質(zhì)

干溝泥石流在地震作用的影響下演變?yōu)橐粭l高頻泥石流溝，雖然在2009年8月24日暴發(fā)了歷史上最大規(guī)模的泥石流，但流域內(nèi)仍然存在大量的松散物質(zhì)，在將來(lái)還極有可能暴發(fā)大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。在對(duì)干溝泥石流進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，本文分析了泥石流的基本特征、物源分布特征、泥石流形成機(jī)制、形成過(guò)程及泥石流的各重要特征參數(shù)，預(yù)測(cè)了泥石流的發(fā)展趨勢(shì)并對(duì)泥石流的防治工程進(jìn)行評(píng)價(jià)，為泥石流的防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

九寨溝縣屬川西高原氣候的暖溫帶干溫河谷氣候，特點(diǎn)是溫和偏冷，夏短冬長(zhǎng)，垂直差異大，冬暖夏涼，晝夜溫差變化大，年均氣溫12.7°。九寨溝縣位于川氣候受地形影響顯著，降雨集中，主要集中在7～9月，常出現(xiàn)局地性暴雨和冰雹；據(jù)縣氣象站25年的觀(guān)測(cè)資料，年最大降水量為750.2mm，七月份降水量最多，為100.5mm，1975～2000年期間區(qū)域內(nèi)6 個(gè)小時(shí)最大降雨量為37.3mm，同時(shí)雨量隨海拔高度升高而增加，平均降雨梯度約為4mm/100m；1 小時(shí)最大雨強(qiáng)和10 分鐘最大雨強(qiáng)分別為40mm 和20mm。降雨具有波動(dòng)變幅大、降水集中、雨強(qiáng)大和暴雨頻率高的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)有利于洪水災(zāi)害和泥石流等災(zāi)害的發(fā)育。

九寨溝縣境及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)頻繁而劇烈，區(qū)域斷裂有扎如—?jiǎng)t查洼斷裂、寶鏡巖—日則劍峰—九寨溝斷裂等，均為張扭性斷裂。受東西向斷裂帶和南北向岷江斷裂影響，松潘、漳臘和黃龍一帶地震活動(dòng)頻繁。第四紀(jì)以來(lái)，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)間歇性抬升而形成三級(jí)夷平面，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈抬升，溝谷下蝕作用強(qiáng)烈，形成縱比降較大的“V”型溝谷，溝床縱比降陡，陡急的縱比降為泥石流的形成提供了有利的位能條件，易于發(fā)生較大規(guī)模的泥石流。區(qū)內(nèi)主要出露地層為第四系松散崩坡積、殘坡積和泥石流堆積層，下覆基巖為三疊系千枚巖、板巖，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。這些松散對(duì)基層和破碎巖體為泥石流災(zāi)害的形成提供了很好的物源條件。

2 泥石流流域基本特征

干溝位于四川省九寨溝縣郭元鄉(xiāng)金子村，屬白水江支流金字河溝左岸一級(jí)階地和中高山區(qū)溝谷地帶，溝口位置地理坐標(biāo)北緯33°05′，東經(jīng)104°18′，海拔1535 m。干溝流域內(nèi)地貌以構(gòu)造侵蝕中高山及構(gòu)造侵蝕峽谷地貌為主，流域平面形態(tài)呈葉脈狀，總體呈南北向伸展，由北向南傾斜；在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，溝道切割強(qiáng)烈，溝道主要呈“V～U”型。

干溝流域面積6.1km2，主溝全長(zhǎng)3.2km，最高點(diǎn)海拔3100m，位于流域東北側(cè)，最低點(diǎn)海拔約1550m，位于水江支流金字河溝左岸邊，相對(duì)高差約1550m，溝床平均縱坡降為293.2‰。干溝流域內(nèi)主要發(fā)育兩條支溝，其中1 號(hào)支溝位于干溝下游，溝道較順直，流域面積0.35km2，溝道長(zhǎng)650m，溝口高程1690m，溝床平均縱坡降約534.7‰；2 號(hào)支溝位于流域中上游，溝道順直，流域面積0.98km2，溝道長(zhǎng)1.1km，溝口高程2065m，溝床平均縱坡降約612.2‰。

3 泥石流暴發(fā)過(guò)程及成因

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，干溝歷史上曾發(fā)生過(guò)兩次較大規(guī)模的泥石流：

（1）1964年7月13日，干溝暴發(fā)過(guò)一次較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，泥石流總量為2.5×104 m3，為泥石型泥石流，固體物質(zhì)以粘性土為主，夾有粒徑較小的角礫和砂礫，粒徑多為2～10cm。大量泥石流物質(zhì)堆積于溝口，沖毀大量房屋、耕地，人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失情況不詳。

“7.13”泥石流暴發(fā)的主要原因是：20 世紀(jì)60、70年代當(dāng)?shù)鼐用竦膩y砍濫伐、開(kāi)荒種地，大量樹(shù)木被砍伐，植被覆蓋率降低，山體大面積裸露，導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象異常顯著；地表徑流作用強(qiáng)烈，流域山體表層大量松散巖土體在強(qiáng)降雨的沖刷掏蝕作用下順坡而下，匯流至溝道內(nèi)，最終暴發(fā)較大規(guī)模泥石流；而后因國(guó)家實(shí)施退耕還林的政策，當(dāng)?shù)卣M織封山育林之后，流域內(nèi)山體植被覆蓋率增加，水土保持效果良好，能夠參與泥石流活動(dòng)的物源減少，再未暴發(fā)過(guò)泥石流災(zāi)害。

圖3 2009年泥石流暴發(fā)過(guò)程推演

（2）2009年8月24日，干溝再次暴發(fā)較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，泥石流持續(xù)時(shí)間約1 小時(shí)，泥石流總量為4.0×104m3，為水石型泥石流，固體物質(zhì)以碎塊石、角礫為主，粒徑多為5～30cm，個(gè)別大塊石粒徑可達(dá)1.5m，充填少量中、粗砂礫和粘性土。大量泥石流物質(zhì)堆積于溝口，泥石流最終導(dǎo)致下游金字河堵塞、河床抬升、河水改道，泥石流沖毀了鄉(xiāng)村公路、橋涵、大量耕地和部分民房，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500 萬(wàn)。

“8.24”泥石流暴發(fā)后，干溝泥石流形成流通區(qū)溝床下切嚴(yán)重，岸坡側(cè)蝕作用強(qiáng)烈，溝壁殘留有大量泥漿，最大可見(jiàn)泥痕為3.1m，未見(jiàn)超越2009年泥石流的泥痕，推斷2009年發(fā)生的泥石流規(guī)模為最大一次，為50年一遇的泥石流。

從圖3 可看出，2009年泥石流產(chǎn)流和匯流過(guò)程分為三個(gè)階段。泥石流活動(dòng)①階段：泥石流上游細(xì)顆粒的角礫受地表水的沖刷匯流至溝道內(nèi)，伴隨著地表水向下運(yùn)動(dòng)，初步形成泥石流；泥石流活動(dòng)②階段：當(dāng)泥石流運(yùn)動(dòng)至主要形成流通區(qū)，參與泥石流的固體物質(zhì)不斷卷入，流速、流量不斷增大，規(guī)模不斷壯大，侵蝕能力亦不斷增強(qiáng)，溝道內(nèi)的大粒徑碎塊石逐漸被啟動(dòng)，成為參與泥石流的主要成分，隨著這個(gè)階段的不斷發(fā)展泥石流最終達(dá)到洪峰期；泥石流活動(dòng)③階段：當(dāng)泥石流運(yùn)動(dòng)至堆積區(qū)，由于溝床縱坡降變緩，溝道變寬闊，泥石流流速減小，固體物質(zhì)逐步堆積。由于泥石流的流變特性和搬運(yùn)能力與固體物質(zhì)的粒徑有關(guān)，大粒徑的碎塊石在重力作用下以滾動(dòng)和躍移的形式先堆積，而中小粒徑的角礫及粘性土則在重力和水力的綜合作用下以懸移、躍移和滾動(dòng)的形式而后緩慢堆積，最終形成扇形泥石流堆積體。

“8.24”泥石流暴發(fā)的主要原因是：溝道兩側(cè)老崩塌堆積體受“5.12”地震影響，土體結(jié)構(gòu)受震動(dòng)變松散，穩(wěn)定狀態(tài)大幅降低，在雨水或泥石流的沖刷掏蝕作用下，溝床不斷下切，使得崩塌堆積體前緣臨空，坡體應(yīng)力不斷向坡腳釋放，土體進(jìn)一步松弛，地表水容易入滲，增大坡體自重，降低土體物理力學(xué)性質(zhì)，增加動(dòng)水壓力，最終導(dǎo)致老崩塌堆積體失穩(wěn)破壞，為泥石流形成提供了物源條件；溝道岸坡裸露基巖性質(zhì)較差，在長(zhǎng)期風(fēng)化和地表水的沖刷作用下，巖體表層破碎，受“5.12”地震影響，巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破碎，卸荷作用不斷向坡體內(nèi)部延展，最終導(dǎo)致破碎巖體崩落至溝道形成碎屑流堆積體，再次為泥石流形成提供了物源條件。

圖4 老崩塌堆積體失穩(wěn)

圖5 破碎巖體崩落形成碎屑流

4 泥石流發(fā)展趨勢(shì)

干溝在2009年暴發(fā)較大規(guī)模泥石流的主要原因是在溝道內(nèi)有大量老崩塌堆積體和在“5.12”地震過(guò)程中形成的新碎屑流堆積體。在經(jīng)歷“5.12”地震和8.24 泥石流后，能為干溝泥石流活動(dòng)提供物源的新老崩塌堆積體多達(dá)14 處，固體物方量為31.2×104m3。能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量約17.6×104m3。2009年8.24 泥石流消耗的固體物質(zhì)為4.0×104m3，僅占動(dòng)儲(chǔ)量的20%。受地震影響，干溝泥石流已經(jīng)由低頻泥石流溝演變成為高頻泥石流溝，因此在強(qiáng)降雨作用下，干溝極易再次暴發(fā)規(guī)模更大、危害程度更高的突發(fā)性泥石流。

5 泥石流防治工程評(píng)價(jià)

根據(jù)干溝泥石流發(fā)育特點(diǎn)、物源特征、泥石流規(guī)模及危害等級(jí)等因素，綜合確定干溝泥石流防治等級(jí)為二級(jí)，主體工程設(shè)計(jì)頻率為20年一遇（5%），校核頻率為50年一遇（2%）。防治工程以“穩(wěn)攔排”為指導(dǎo)思想，采用“谷坊壩+防護(hù)堤”對(duì)干溝泥石流進(jìn)行治理。谷坊壩不僅能對(duì)泥石流提供一定的庫(kù)容量以攔擋沖出的固體物質(zhì)，亦能起到消能的作用，一定程度上減小泥石流的活動(dòng)規(guī)模，并能利用其回淤壓腳穩(wěn)固溝岸崩塌堆積體和防止溝床進(jìn)一步下切。經(jīng)上游攔擋工程控制后，泥石流下泄流量顯著減小，溝口處的自然溝道已能滿(mǎn)足過(guò)流要求，因此在溝口設(shè)置防護(hù)堤對(duì)泥石流起到導(dǎo)流的作用，使其有規(guī)律、有秩序的排導(dǎo)至金字溝。

6 結(jié)論

（1）干溝歷史上曾暴發(fā)過(guò)兩次較大規(guī)模的泥石流，兩次泥石流的規(guī)模、固體堆積物特征、泥石流類(lèi)型和形成機(jī)制各不相同。

（2）1964年7月13日暴發(fā)的泥石流類(lèi)型為泥石型，泥石流總量為2.5×104 m3，固體物質(zhì)以粘性土為主，泥石流受亂砍濫伐、開(kāi)荒種地等人類(lèi)工程活動(dòng)影響而暴發(fā)。

（3）“5.12”地震后，干溝泥石流由低頻泥石流演變成高頻泥石流，溝道內(nèi)堆積大量的松散固體物源，改變了泥石流的物質(zhì)類(lèi)型，2009年8月24日，干溝再次暴發(fā)較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，該次泥石流類(lèi)型為水石型，泥石流總量為4.0×104m3，固體物質(zhì)以碎塊石、角礫為主。

（4）干溝泥石流防治工程以“穩(wěn)攔排”為指導(dǎo)思想，采用“谷坊壩+防護(hù)堤”對(duì)干溝泥石流進(jìn)行治理，防治效果良好。

［1］王影,陳國(guó)輝.黃家溝泥石流的基本特征及成因分析[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，09（03）.

［2］黃星高,楊少武,錢(qián)麗華.泥石流基本知識(shí)及防治措施[J].四川建筑，2009，04（02）.