孫 瑜，李宏俊，蔡 鵬

(1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川成都610061;2.云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南昆明652501)

四川省越西縣大瑞鄉(xiāng)泥石流溝最早于1979年9月發(fā)生大規(guī)模泥石流，將溝口處瑞聯(lián)村居民房屋損毀49間，死亡12人，沖毀居民耕地200余畝。此后該溝約5年發(fā)生一次泥石流，但規(guī)模相對較小。2011年再次暴發(fā)較大規(guī)模泥石流。目前，該泥石流溝直接威脅大瑞鄉(xiāng)瑞聯(lián)村及瑞龍村總計166戶799人的生命財產(chǎn)安全、居民耕地數(shù)百畝及鄉(xiāng)村道路，潛在經(jīng)濟損失近1 000萬元。目前，我國泥石流的防災(zāi)減災(zāi)研究主要包括各種治理方面［1－2］。本文結(jié)合大瑞鄉(xiāng)泥石流災(zāi)害實地調(diào)查成果，分析了泥石流災(zāi)害特征、成災(zāi)原因和成災(zāi)過程，并計算了泥石流流量、一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量等動力參數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)防災(zāi)減災(zāi)對策。

1 自然環(huán)境背景

1.1 流域概況

越西大瑞鄉(xiāng)泥石流溝位于涼山州越西縣大瑞鄉(xiāng)瑞聯(lián)村3組境內(nèi)，溝口地理位置為102°32'02″E，28°35'02″N，距離越西縣城約 11.5 km。大瑞鄉(xiāng)泥石流溝為越西河左岸一級支溝，流域面積4.48 km2，主溝長度4.5 km，主溝比降262.2‰，最大高程2 880 m，溝口高程 1 700 m，相對高度1 180 m，流向由東向西(見圖1)。

1.2 地貌

越西縣地處康藏高原東緣橫斷山脈的東北麓，屬大涼山山系?？h域山地占90%以上，以山、谷相間的中山寬谷地貌為主要特征。整個地形南高北低，由南向北傾斜。研究區(qū)地貌類型屬于中山地貌。

1.3 地質(zhì)

越西縣歷經(jīng)多次構(gòu)造變動，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，形成了不同特征的構(gòu)造體系。

越西大瑞鄉(xiāng)泥石流溝流域出露地層主要有奧陶系中統(tǒng)巧家組(O2q)、奧陶系中上統(tǒng)大菁組(O2－3d)、二迭系下統(tǒng)梁山組(P1l)、二迭系下統(tǒng)棲霞+茅口組(P1q+m)、三迭系中統(tǒng)白果灣組(T3bg)、侏羅系下統(tǒng)益門組(J1y)、侏羅系中統(tǒng)新村組(J2x)和新生界第四系松散堆積。

1.4 氣象與水文

越西縣系康定—雅江暖溫帶和西昌—巴塘亞熱帶區(qū)的過渡帶，屬北亞熱帶氣候。四季不太分明，春遲秋早，夏季短暫。據(jù)越西縣氣象站資料，多年平均降雨量1 113.2 mm，最大年降雨量為1 486mm，最大日降雨量達205.9 mm，最大小時降雨量達46.9 mm。降雨量在垂直分布上隨海拔增高而增多，水平分布上由北而南逐漸增多。降水分配很不均勻，85%以上的降水量集中在5～10月。

據(jù)四川省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集(2010年)所附暴雨量等值線圖，大瑞鄉(xiāng)泥石流溝流域所在地區(qū)的1/6、1、6、24 h多年最大暴雨量平均值分別為14、34、55、70 mm，變異系數(shù)分別為 0.38、0.435、0.45、0.38。根據(jù)變異系數(shù)，查皮爾遜Ⅲ型曲線得到不同頻率下模比系數(shù)，再求取不同頻率下的雨強值。在P=5%的條件下，1/6、1、6、24 h 雨強可分別達到 24.2、62.9、103.4、121.1 mm，由此可見，集中降水和較大的暴雨強度，為泥石流的形成提供了充足的水源條件。

1.5 地震

越西縣處于康定—冕寧—西昌—尋甸地震帶內(nèi)。越西縣越西斷裂以西為康滇地軸江舟—米市斷陷米市斷凹，以東為上揚子臺坳涼山陷褶束碧雞—寧南凹褶斷束，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，褶皺、斷裂發(fā)育?？h域內(nèi)的主要斷裂—普雄河、越西河斷裂仍處在繼承、間歇性活動中，其結(jié)果是促使現(xiàn)代地震活動頻繁。據(jù)2008中國地震局發(fā)布的汶川“5·12”地震烈度圖，研究區(qū)地震烈度為Ⅵ度，據(jù)2013中國地震局發(fā)布的蘆山“4·20”地震烈度圖，研究區(qū)地震烈度為Ⅵ度。據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011－2010)，區(qū)內(nèi)地震烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15 g，設(shè)計抗震為第三組。

2 泥石流的動力學(xué)特征

2.1 泥石流性質(zhì)

根據(jù)目睹泥石流發(fā)生的村民描述，將漿體攪拌成當時泥石流漿體濃度(主要參照1979年9月最大一次泥石流的性狀)，讓村民進行客觀地評價，得出水土比例為6:4，按下式計算泥石流容重［3］:

式中，γc為泥石流容重(t/m3);γs為固體物質(zhì)比重(取2.65 t/m3);f為泥石流體中固體物質(zhì)和水的體積比。

計算得到泥石流容重為1.66 t/m3，其泥石流性質(zhì)屬粘性泥石流。

2.2 泥石流流量

(1)設(shè)計洪水流量計算

根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》提供的暴雨資料，假定暴雨和洪水同頻率出現(xiàn)，采用其推薦的推理公式由暴雨計算洪峰流量。其推薦的小流域設(shè)計洪峰計算式為:

式中，Qp為泥石流斷面洪峰流量(m3/s);ψ為洪峰徑流系數(shù)，等于形成洪峰的凈雨量與降雨量之比值;S為單位歷時的暴雨平均強度，或稱暴雨雨力(mm/h):F為匯水面積(km2);τ為匯流時間(h);n為暴雨遞減指數(shù)，隨地區(qū)及歷時長短而不同。

(2)設(shè)計泥石流流量計算

采用配方法求解稀性泥石流流量與實際結(jié)果較吻合，故該區(qū)泥石流流量采用配方法計算:

式中，Qc為設(shè)計泥石流流量(m3/s);Qp為設(shè)計清水峰值流量(m3/s);φ為泥石流修正系數(shù)。

針對泥石流溝堵塞問題較突出，在進行部分泥石流流量計算時，對式(3)進行如下修正:

式中，Dw為堵塞系數(shù);φ=(γc–γw)/(γs–γc)。計算參數(shù)及結(jié)果見表1。

表1 泥石流流量、一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量計算表Tab.1 Calculation results for debris flow discharge，transport material volume in total and the contained solid material volume

2.3 泥石流流速

流速是決定泥石流動力學(xué)性質(zhì)最重要的參數(shù)之一，也是泥石流防治工程設(shè)計不可缺少的計算依據(jù)。大瑞鄉(xiāng)泥石流松散堆積體中土體主要以碎塊石土為主，結(jié)合泥石流物源特征及漿體性質(zhì)，采用鐵二院稀性泥石流流速計算公式:

式中，Vc為泥石流斷面平均流速(m/s);γH為泥石流固體物質(zhì)重度(t/m3);φ為泥石流泥沙修正系數(shù);1/n為溝床糙率系數(shù);Hc為平均泥深(m);Ic為泥位縱坡率(‰)，以溝道縱坡率代替。

泥石流過流斷面積和平均泥深主要依據(jù)已發(fā)過泥石流的溝谷調(diào)查得到的平均泥深和斷面平均寬度確定。溝床糙率系數(shù)按野外調(diào)查得到的清水河床形態(tài)特征查水文手冊及《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0220－2006)確定。

2.4 一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量

按泥石流暴漲暴落的特點，將其過程線概化成五角形，一次泥石流總量可用下式計算:

式中，Q－泥石流總量(m3);T－泥石流歷時(s)。

據(jù)訪問，1979年該溝暴發(fā)泥石流，約35 min，即T=2 100 s。對比斷面法計算結(jié)果，其峰值流量取用按照P取值為1%、2%、5%及10%的雨洪法計算結(jié)果，計算出一次泥石流過流總量，見表1。

一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量依下式計算:

式中，QH為通過計算斷面的固體物質(zhì)總量(m3)。

3 防治對策

大瑞鄉(xiāng)泥石流流域內(nèi)松散物源豐富，根據(jù)地形、物源及水源條件等可判定，在降雨條件下，該溝再次發(fā)生泥石流的可能性較大，直接威脅溝域內(nèi)居民生命財產(chǎn)安全。故應(yīng)結(jié)合泥石流的設(shè)防標準，泥石流流速和一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量等多種因素綜合考慮，有針對性地設(shè)置“攔、排”工程［4］，使該泥石流治理工程在遵循技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、施工方便、與環(huán)境協(xié)調(diào)的原則下，達到防治泥石流的目的。

3.1 治理總體方案的確定

大瑞鄉(xiāng)泥石流屬于中頻暴雨溝谷型泥石流，結(jié)合其發(fā)育狀況，擬采取“攔防結(jié)合”的治理思路，在溝域中下部物源較集中地段修建一座谷坊壩+兩座攔擋壩，主要目的是攔蓄一定量的固體物質(zhì)的同時，固源固床，減少溝床啟動物源，降低坡降及暴雨對兩側(cè)崩滑物源的沖刷［6］;其次，針對保護對象進行防護，擬在出山口下部溝道布設(shè)1道導(dǎo)流堤;最后，在溝域下游途徑村莊區(qū)布置3道防護堤，防止泥石流對居民房屋造成危害。綜合治理方案概述為“1座谷坊壩+2座攔擋壩+1道導(dǎo)流堤 +3 道防護提”［5－6］。

3.2 分項設(shè)計

(1)谷坊壩、攔擋壩工程

攔擋工程布設(shè)可以有效消峰減流，減小泥石流峰值流量，并阻擋泥石流溝內(nèi)的大石塊，減少一次可參與泥石流活動的物源量，降低泥石流流體容重，保證下方單邊防護堤正常使用和經(jīng)攔擋后泥石流剩余物質(zhì)的順利下瀉，同時通過泥石流物質(zhì)回淤壓腳起到穩(wěn)固溝床和減輕溝岸崩滑的作用。

大瑞鄉(xiāng)泥石流攔擋工程布置主要利用溝道特點及地形、物源條件，谷坊壩及攔擋壩壩址選在物源下部溝域中下游段，攔蓄該處固體物源，降低溝道坡降，并減緩暴雨的沖刷，且具備一定的庫容條件。攔擋壩主要根據(jù)地形及庫容條件選擇，谷坊壩在其上部，攔擋壩在其下部。各壩斷面尺寸統(tǒng)計見表2，各壩穩(wěn)攔物源能力統(tǒng)計見表3［7］。

(2)導(dǎo)流堤、防護提工程

泥石流溝域出山口溝道發(fā)生較大轉(zhuǎn)向處有一段導(dǎo)流堤，為1979年暴發(fā)泥石流后次年興建，目前，該導(dǎo)流堤由于年代久遠，結(jié)構(gòu)及長度、高度均不滿足設(shè)防要求，故將其拆除，原地重新修建。新建導(dǎo)流堤分為兩段設(shè)計，上段(A段)長88 m，主要為防護及導(dǎo)流的作用;下段(B段)長70 m，主要起導(dǎo)流作用。

防護堤設(shè)計排導(dǎo)縱坡主要依據(jù)地形設(shè)計，避免大挖大填，土石方利用合理。新建2#防護堤，位于瑞聯(lián)村3組溝口下游溝道右岸高程1 715 m處，防止泥石流沖出溝道對下部居民產(chǎn)生危害。根據(jù)現(xiàn)場實際地形等條件，布設(shè)長度為142.4 m。新建3#、4#單邊防護堤，位于溝道左岸及右岸居民區(qū)臨溝側(cè)。3#防護堤分為兩段布設(shè)，在鄉(xiāng)村道路處分界，在鄉(xiāng)村道路處進行蓋板涵設(shè)計，上段(A段)布設(shè)長度為456.4 m，下段(B段)布設(shè)長度為42 m。4#防護堤分為兩段布設(shè)，在鄉(xiāng)村道路處分界，上段(A段)長度為 194 m，下段(B段)長度為118.5 m，為重力式防護堤，主要保護防護堤后瑞聯(lián)村民房及村民生命財產(chǎn)安全。

表2 攔擋壩與谷坊壩斷面設(shè)計尺寸統(tǒng)計表Tab.2 Dimensional design of silt dam and check dam

表3 攔擋壩與谷坊壩穩(wěn)攔物源能力一覽表Tab.3 Capability of stabilization and blocking debris flow material resources of silt dam and check dam

表4 導(dǎo)流堤與防護提斷面設(shè)計尺寸統(tǒng)計表Tab.4 Dimensional design of diversion dike and protection embankment

導(dǎo)流堤、防護提堤身采取梯形斷面，矩形基礎(chǔ)，外側(cè)直立，內(nèi)側(cè)臨溝側(cè)坡比為1:0.3，均為重力式結(jié)構(gòu)［8］，采用M10漿砌塊石砌筑，具體設(shè)計尺寸見表4。

4 結(jié)論

1)經(jīng)實地踏勘和室內(nèi)分析，2011年雨季后大瑞鄉(xiāng)泥石流溝已經(jīng)具備暴發(fā)泥石流的條件，松散固體物源陡增，使泥石流的活動主要受控于降雨。

2)采用“攔防結(jié)合”進行工程治理，有效改善地質(zhì)環(huán)境條件，減少水土流失。上部谷坊壩、攔擋壩固源的同時，可以有效攔粗排細，下部配套的導(dǎo)流堤、防護提工程，對泥石流的排泄起到重要的疏導(dǎo)作用，達到了防治的目的。

［1］唐邦興.中國泥石流［M］.北京:商務(wù)印書館，2000.

［2］李德基.泥石流減災(zāi)理論與實踐［M］.北京:科學(xué)出版社，1997.

［3］唐川，楊永紅，李為樂.四川省青川縣紅光集鎮(zhèn)泥石流災(zāi)害特征及減災(zāi)對策［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2009，20(2):94 －98.

［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.

［5］盧鋮昀，王世革，汪陽春，等.四川省寧南先石洛溝泥石流災(zāi)害及防治對策［J］.水土保持研究，2008，15(3):239－241.

［6］趙萬玉，陳曉清，游 勇，等.四川省會理縣“8.30”地震地質(zhì)災(zāi)害分布特征及防治對策［J］.水土保持通報，2010，30(4):143 －147.

［7］陳寧生.泥石流勘查技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.

［8］蔣忠信.震后泥石流治理工程設(shè)計簡明指南［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2014.