范小文

(甘肅地質(zhì)工程勘察院，甘肅 張掖734000)

舟曲縣位于甘肅省南部，甘南藏族自治州的東南，東與武都區(qū)、文縣毗鄰，西接迭部縣，南倚四川省九寨溝縣，北壤宕昌縣，東西長約 99.4 km，南北寬約 88.7 km，總面積2 983.7 km3?？h城呈寬帶狀，呈北西—南東向展布。舟曲縣是一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)縣，經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，產(chǎn)值約占全縣工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的89.37%，從事農(nóng)業(yè)的人口117 363人，占全縣總?cè)丝诘?8.9%。由于區(qū)內(nèi)重巒迭嶂，溝壑縱橫，巖體破碎松散，地質(zhì)環(huán)境脆弱，所以舟曲縣是甘肅省地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。2010年8月8日，舟曲縣城白龍江北岸的三眼峪溝暴發(fā)特大型山洪泥石流地質(zhì)災(zāi)害，給舟曲縣造成巨大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。

圖1 調(diào)查區(qū)地理位置圖

1 自然地理概況

舟曲縣屬北亞熱帶向北溫帶的過渡地帶，受大氣環(huán)流和地形影響，具有垂直氣候分帶明顯和干濕季分明兩大特點［1］，區(qū)內(nèi)降水少而不均，春秋兩季降水量基本相當(dāng)。據(jù)舟曲縣氣象站統(tǒng)計資料，降雨常以連陰雨和暴雨形式出現(xiàn)，暴雨多集中在7、8兩個月。

研究區(qū)內(nèi)分布有常年性水系白龍江，屬嘉陵江上游一級支流，白龍江發(fā)源于西傾山與岷山之間的郎木寺，屬嘉陵江上游一級支流，于舟曲縣西北尕瓦山入境，向東南方向徑流。舟曲縣屬西秦嶺地質(zhì)構(gòu)造帶隴南山地，西秦嶺與岷山山脈呈西北—東南向橫貫全縣，區(qū)內(nèi)重巒迭嶂，溝壑縱橫，白龍江自北西向東南沿省道313線在兩河口處與岷江交匯。受構(gòu)造侵蝕和流水沖蝕的共同影響，研究區(qū)地貌形態(tài)可劃分為構(gòu)造侵蝕高中山和沖洪積河谷兩種地貌類型。

研究區(qū)地處秦嶺西翼與岷山山脈交匯地帶，屬秦嶺地層分區(qū)。就研究區(qū)而言，出露地層主要為第四系及前第四系泥盆系中統(tǒng)西漢水群古道嶺組(D22g1)、志留系中上統(tǒng)白龍江群(S2+3bl1)、志留系下統(tǒng)(S1)和侵入巖。

研究區(qū)地處秦嶺東西向構(gòu)造帶的西延部分，構(gòu)造活動十分強(qiáng)烈，對本區(qū)地層分割控制明顯，并影響著山體的總體走向。地理位置如圖1所示。

2 地質(zhì)災(zāi)害特征

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型主要有:崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、坡面及小型溝谷泥石流等幾種主要類型。由于該區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，特別是在瓜咱溝泥石流物源區(qū)，由于“5·12”汶川地震的強(qiáng)烈影響，以及溝谷內(nèi)頻繁的人為開山采石活動，致使溝谷兩側(cè)山體表面所覆蓋植被遭受嚴(yán)重破壞，巖體出現(xiàn)松動，從而為山體產(chǎn)生中小型崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡及泥石流災(zāi)害等不良地質(zhì)現(xiàn)象埋下了隱患。根據(jù)調(diào)查研究，瓜咱溝內(nèi)共發(fā)育有崩塌1處，滑坡3處，不穩(wěn)定斜坡18處，坡面及小型溝谷泥石流12處。以下將瓜咱溝內(nèi)物源區(qū)的崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡及泥石流等不良地質(zhì)災(zāi)害作以敘述，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行定性評價。

表1 舟曲縣瓜咱溝地質(zhì)災(zāi)害匯總表

2.1 崩塌

瓜咱溝內(nèi)共發(fā)育有崩塌1處，崩塌體在受到地震作用或暴雨沖刷和浸潤時極易發(fā)生垮塌，其崩落后將直接堆積于溝道內(nèi)，并有可能堵塞溝道，崩落形成的松散固體物質(zhì)將全部參與泥石流。該崩塌體位于瓜咱溝主溝道中游溝道左岸側(cè)，該崩塌體為一巨石堆積體(見圖2)，巨石巖性為灰?guī)r，規(guī)模為小型。該危巖體前沿有數(shù)塊巨石臨空，危巖體坡度80°，近于直立，有隨時崩落的可能性，其屬于巖石崩塌，崩塌前緣巖體垂直節(jié)理發(fā)育，現(xiàn)穩(wěn)定性較差。該崩塌在受到地震作用和暴雨沖刷時極易發(fā)生崩塌，其崩塌體崩落后將直接堆積于溝道內(nèi)，由于該段溝道較窄，崩塌堆積物有可能堵塞溝道，形成堰塞，之后由于堆積方量較小，很快潰決，為泥石流的形成提供了較大的能量和物源。

圖3 瓜咱溝右岸B1崩塌照片

圖4 瓜咱溝右岸H1滑坡剖面示意圖

2.2 滑坡

研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育有3處滑坡，均為表層松散堆積層滑坡，根據(jù)本次調(diào)查，3處滑坡均分布于瓜咱溝主溝溝谷右側(cè)岸坡。溝域內(nèi)3處滑坡在地震、暴雨的作用下極易發(fā)生滑動，滑坡體受到外荷載作用后產(chǎn)生滑動并直接涌入溝道內(nèi)，其松散固體物質(zhì)成為溝內(nèi)泥石流的又一主要固體物源之一。以H1滑坡為例，該滑坡位于瓜咱溝溝谷右岸一側(cè)，滑坡體物質(zhì)為第四系松散殘坡積的塊、碎石土，滑動面形成于松散殘坡積層之中，屬于淺層土質(zhì)滑坡(見圖4)。

圖5 瓜咱溝右岸H1滑坡照片

滑坡后緣位于右側(cè)山坡中下部，剪出口位于斜坡下部，坡腳有一新近滑體，且有一引水灌渠從坡腳下通過。坡體表層土體松散，暫處于穩(wěn)定狀態(tài)，坡體兩側(cè)各有數(shù)條沖溝。坡面松散土體在受到雨水浸潤后在其自身重力的作用下極易產(chǎn)生滑動形成滑坡體，堆積于溝道底部［2］。在暴雨季節(jié)，當(dāng)物源區(qū)上游泥石流過流時，易攜帶堆積于溝道底部的松散物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為泥石流固體物源之一。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，該滑坡為新近發(fā)生的新滑坡，目前堆積于坡腳的松散固體物質(zhì)暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，但遇到強(qiáng)降雨時，極易再次產(chǎn)生滑動，對河道的暢通造成威脅。

2.3 不穩(wěn)定斜坡

瓜咱溝范圍內(nèi)共發(fā)育有18處不穩(wěn)定斜坡，分布于瓜咱溝溝谷左右兩側(cè)岸坡上，均為土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡。由于人為開挖修路及河流切割作用，導(dǎo)致斜坡體前緣陡立臨空，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分斜坡已出現(xiàn)蠕動變形的跡象，在地震、暴雨的作用下其極易發(fā)生滑塌進(jìn)入溝道，其松散固體物質(zhì)將成為瓜咱溝泥石流的主要固體物源之一［3］。以X6不穩(wěn)定斜坡為例，該斜坡體位于瓜咱溝右岸，坡體物質(zhì)為第四系松散殘坡積的塊、碎石土，具體狀況如圖6。

坡腳由于洪水沖刷形成陡坎，根據(jù)野外現(xiàn)場調(diào)查，判斷其現(xiàn)狀穩(wěn)定性差。該斜坡體由殘破積碎石土組成，透水性較強(qiáng)，為軟弱的易滑地層，在暴雨季節(jié)，降水形成的地表水沿坡體表面節(jié)理、裂隙滲入坡體內(nèi)部，致使斜坡內(nèi)的土體軟化，同時，溝內(nèi)河水沖蝕坡腳，造成坡腳失去支撐，在其自重力作用下引起不穩(wěn)定斜坡沿坡體方向產(chǎn)生滑移，并最終堆積于河道內(nèi)，當(dāng)物源區(qū)上游泥石流過流時，攜帶著堆積于河道內(nèi)的松散物質(zhì)流向谷溝下游，從而成為溝內(nèi)泥石流的固體物源補(bǔ)給之一。

2.4 坡面及小型溝谷泥石流

瓜咱溝區(qū)內(nèi)共發(fā)育有坡面及小型泥石流共計12處。其中，瓜咱溝主溝道內(nèi)分布有11處，格布溝內(nèi)有1處。按類型分，小型溝谷泥石流8條，其分別位于瓜咱溝主溝內(nèi)及格布溝內(nèi)，其溝谷兩側(cè)山體坡度較陡，溝谷相對高差大。坡面型泥石流4處，分布于瓜咱溝兩側(cè)岸坡上，人類工程活動強(qiáng)烈，坡體上大小沖溝發(fā)育。溝內(nèi)分布的12處泥石流溝受近期暴雨的影響，部分溝口地帶形成了規(guī)模大小不同的泥石流堆積扇，且泥石流溝溝道兩側(cè)的坡體裸露多為松散的殘坡積碎、塊石土，在暴雨的沖刷和浸潤下極易被沖出溝口直接進(jìn)入主溝道，其沖出的松散固體物質(zhì)將成為瓜咱溝泥石流的主要固體物源之一。

圖7 瓜咱溝左岸的X6不穩(wěn)定斜坡

3 泥石流形成條件

3.1 瓜咱溝流域地形條件

瓜咱溝泥石流流域最高點2 885 m，最低點(白龍江入口處)1 404.3 m，相對高差約1 481 m，溝谷強(qiáng)烈切割，流域溝道平面形態(tài)呈樹枝狀，最大切深約500 m。溝道寬10～30 m。流域相對高差大、溝谷切割強(qiáng)烈，為泥石流的形成提供了較大能量，促使物源區(qū)上游的過境水流能迅速攜帶物源區(qū)溝道大量固體物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為泥石流中的固體物質(zhì)成分，為泥石流的形成創(chuàng)造了較好的集雨、匯流條件;而溝道寬窄變化大，又為泥石流水砂混合、流動、阻塞和潰決起到了控制作用。因此，瓜咱溝具備泥石流形成的良好流域地形條件。

3.2 瓜咱溝溝道地形條件

按瓜咱溝泥石流溝道特征(見圖8)，可將其分為3個區(qū)。

3.2.1 清水匯流動力區(qū)

該區(qū)為原始自然溝道或斜坡，切割較淺，植被發(fā)育，以灌木叢和草叢為主。該區(qū)溝道窄且平坦，松散固體物源極少，適宜清水匯流。當(dāng)雨水順原始斜坡或自然溝道匯流至瓜咱溝主溝物源區(qū)時，上游匯集的水流便成為具有較大動能的洪流，因此，該區(qū)為瓜咱溝泥石流的主要水源匯集與水能集積段。同時由于本段植被覆蓋率高，除極少量面蝕殘坡積物進(jìn)入洪流外，基本無其它松散固體物源，因此，水流性質(zhì)僅為清水流或挾砂洪流。

3.2.2 泥石流形成及流通區(qū)

由于該區(qū)匯水面積較大，溝岸又十分陡峭，殘坡積碎石土、粉質(zhì)粘土在大量降雨及上游匯流的沖刷作用下發(fā)育大量崩塌、滑坡及坡面侵蝕，從而為泥石流提供大量松散固體物質(zhì)，進(jìn)而形成泥石流;同時過境洪流在經(jīng)過物源區(qū)溝道時向溝道底部及兩側(cè)沖蝕，進(jìn)一步形成新的物源，為泥石流的形成提供更多的固體物質(zhì)來源。

3.2.3 泥石流堆積區(qū)

泥石流堆積區(qū)起于瓜咱溝溝口處，向北至白龍江右岸，上與流通區(qū)交接，其兩側(cè)為峰迭鄉(xiāng)瓜咱村、咀上村的居民區(qū)、耕地及S313省道等。堆積區(qū)巖性為碎石土，碎、礫石成分以灰?guī)r、板巖為主，粒徑以50～200 mm為主。其巖性為第四系泥石流堆積的泥質(zhì)塊碎石。

綜上所述，瓜咱溝匯水面積大、相對高差大、坡降差異大、溝谷強(qiáng)烈切割，這為瓜咱溝泥石流的形成提供了較大的能量［4］，同時溝道形態(tài)又為泥石流的形成創(chuàng)造了較好的集雨、匯流條件，為瓜咱溝泥石流的形成提供了有利的水動力條件。而溝道寬窄變化大，又為泥石流水砂混合、流動、阻塞起到了促進(jìn)作用［5－6］。由此可見，瓜咱溝具備泥石流形成和發(fā)展的良好的溝道地形條件。

圖8 瓜咱溝泥石流分區(qū)特征圖

3.3 瓜咱溝泥石流形成的固體物源條件

研究區(qū)內(nèi)由于內(nèi)外營力的作用，儲存了一定的松散固體物質(zhì)，為瓜咱溝泥石流的形成提供了豐富的物源。瓜咱溝泥石流固體物源的類型有:崩滑堆積物、泥石流堆積物、坡殘積物等;固體物源分布相對較集中，主要分布在瓜咱溝主溝的溝道底部和兩側(cè)地段。由于“5·12”強(qiáng)烈的地震活動和受強(qiáng)降雨的影響，這些地段內(nèi)的山體表層的巖土體結(jié)構(gòu)遭到強(qiáng)烈破壞，致使瓜咱溝溝道兩岸斜坡不良地質(zhì)現(xiàn)象頻發(fā)，在大量降雨與匯流沖刷的情況下，從而成為瓜咱溝泥石流固體物源最重要的儲存和主要補(bǔ)給地段。表2為各類物源量的統(tǒng)計。

4 防治方案設(shè)計

根據(jù)泥石流防治的指導(dǎo)思想與防治原則，并結(jié)合泥石流的發(fā)生條件、活動特點、危害狀況及泥石流自身的特點和規(guī)律等，舟曲縣瓜咱溝泥石流的防治應(yīng)從削弱或消除可能發(fā)生泥石流的條件、改變或控制泥石流的活動規(guī)律及性質(zhì)、減輕或消除泥石流的危害等方面采取一系列相應(yīng)的對策與措施，全方位多層次的進(jìn)行泥石流防治。因此，我們提出了具有針對性的防治工程建議方案。

以“排導(dǎo)”為主，“攔擋”為輔的綜合工程治理措施［7］。針對瓜咱溝內(nèi)泥石流具體的危害對象和對溝口瓜咱村、咀上村和白龍江的危害情況，瓜咱溝泥石流治理的總體思路為:采用防護(hù)工程措施(攔擋壩+排導(dǎo)堤)消除泥石流對溝口瓜咱村和咀上村的直接危害。針對各支溝特點，瓜咱溝主溝中下段采用攔擋壩工程;瓜咱溝溝口采用排導(dǎo)工程。溝谷上游、下游段的地質(zhì)環(huán)境條件變化較大，上游地段基巖裸露，溝槽較深，物源主要集中在溝底，固體物質(zhì)組成主要以崩落的大塊石為主，下游溝槽較淺，溝岸兩側(cè)的溝坡多為不穩(wěn)定斜坡體，堆積了大量的殘坡積物質(zhì)，物質(zhì)組成則以坡積的細(xì)顆粒碎石土為主。在瓜咱溝主溝中下段采用攔擋壩和翻壩路工程(即在瓜咱溝主溝的下、中游段溝道布設(shè)1#、2#攔擋壩并在1#攔擋壩處布設(shè)翻壩路。1#、2#攔擋壩將泥石流中的固體物質(zhì)攔擋于庫區(qū)內(nèi)，防止泥石流的形成，同時還起到提高侵蝕基準(zhǔn)面，穩(wěn)定岸坡、降低坡降和減緩水流速度的作用;另在瓜咱溝溝口，在原有水利部門修建護(hù)堤基礎(chǔ)上，將河道右側(cè)劉茂生家搬遷后，對原有護(hù)堤進(jìn)行加固、加高并拓寬。其中北側(cè)護(hù)堤(河道左側(cè))為1#護(hù)堤，總長382.8 m，順地勢自然加高至1.5 m段，長98.7 m;順地勢整體加高1.5 m段，長233.5 m;上游加高1.5 m至下游自然尖滅段，長50.6 m。南側(cè)護(hù)堤(河道右側(cè))為新建2#護(hù)堤，將原有護(hù)堤拆除重建，兩護(hù)堤間距離為10.7 m，總長337 m。并對溝底進(jìn)行清淤處理，清淤厚度1～3 m不等，橋涵下游排導(dǎo)護(hù)堤整體清淤1 m，并對原有排導(dǎo)護(hù)堤進(jìn)行加固處理，加固處理及清淤長度265 m。以保證進(jìn)入溝口的挾沙洪流，能順暢地排入白龍江中。對于1#小支溝，溝內(nèi)的物源主要以兩側(cè)山體松散殘坡積物及溝底泥石流堆積物為主，溝床低部堆積厚度5～15 m，大部分泥石流物源來源于1#小支溝。溝谷形態(tài)呈“V”字型，布設(shè)攔擋壩工程的地形條件較好，因此在1#小支溝溝口處布設(shè)攔擋壩工程。對于中廠溝，該段的泥石流物源主要以兩側(cè)山體松散殘坡積物及溝底堆積物為主，堆積厚度5 m左右，溝道兩側(cè)坡體上有盤旋道路至溝腦坡頂處中廠村，且修路形成的大量棄渣任意堆積在溝道內(nèi)，堵塞溝道，為泥石流提供物源，根據(jù)溝形條件，在溝口處布設(shè)攔擋壩對物源進(jìn)行攔截和穩(wěn)固。以抬高侵蝕基準(zhǔn)面。

各攔擋壩具體參數(shù)如表3所示。

表2 瓜咱溝泥石流各類物源量統(tǒng)計匯總表 104m3

表3 攔擋壩特征參數(shù)設(shè)計

5 治理效果分析

在溝道的中下游布設(shè)攔擋壩工程，泥石流中的固體物源進(jìn)行攔擋，本方案起到了主動防護(hù)作用，一方面達(dá)到“水、石”分離的效果，起到固源的作用，另一方面起到提高侵蝕基準(zhǔn)面，減緩水力坡度的作用，減低泥石流或挾砂洪流的沖刷力度的作用)，并且在溝下游居民聚集地修建排導(dǎo)堤工程，能很好地保護(hù)溝口居民的安全，因此，治理效果較好。采取以上措施可達(dá)到如下目的:

(1)基本消除泥石流對溝口村民的危害。

(2)將流域內(nèi)絕大部分物源就地穩(wěn)固和溝內(nèi)停淤，將排入白龍江的泥石流固體物質(zhì)降到最低程度。

(3)攔擋工程措施可起到固源的作用，還能夠提高侵蝕基準(zhǔn)面，減緩水力坡度的作用，降低泥石流或挾砂洪流的沖刷力度的作用。

綜上所述，瓜咱溝泥石流在“攔+排”結(jié)合的綜合治理工程實施后，該泥石流能夠達(dá)到較好的治理效果。

6 結(jié)語

通過對舟曲縣的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及研究，以其中的瓜咱溝為例進(jìn)行分析，得出了如下的幾點結(jié)論:

(1)舟曲縣的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，主要類型有崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡等，這些地質(zhì)災(zāi)害都為泥石流提供了大量的物源物質(zhì)及能量。

(2)根據(jù)泥石流防治的指導(dǎo)思想與防治原則，針對舟曲縣泥石流災(zāi)害的現(xiàn)狀提出了相應(yīng)的防治方案設(shè)計，采取以排導(dǎo)為主，攔擋為輔的綜合治理措施，并給出了在瓜咱溝設(shè)置泥石流攔擋壩的具體設(shè)計參數(shù)。

(3)對具體治理措施進(jìn)行效果評價，基本能夠降低泥石流對居民產(chǎn)生的危害，有效減小泥石流固體物源物質(zhì)堆積，降低泥石流的沖刷力度，能夠達(dá)到較好的治理效果。

［1］舟曲縣志編輯委員會.舟曲縣志［M］.北京:中國氣象出版社.1996.

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