蔣清明宋 志周洪福王春山

(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都 610059; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都 610081)

雅安漫哈溝泥石流形成機(jī)理及防治建議★

蔣清明1宋 志2周洪福2王春山2

(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都 610059; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都 610081)

通過對四川省雅安市石棉縣漫哈溝的現(xiàn)場調(diào)查，從地形地貌、物源、水源等基本條件入手，分析了漫哈溝泥石流的特征與形成機(jī)理，并提出了專門針對漫哈溝泥石流物源豐富、堆積區(qū)建筑物密集、溝口過流斷面狹窄的特點(diǎn)的防治建議。

泥石流，形成機(jī)理，防治建議

在汶川地震后，泥石流等次生災(zāi)害在西南山區(qū)尤為嚴(yán)重［1］，漫哈溝位于石棉縣西部蟹螺鄉(xiāng)猛種村一、二、三組，為藏民居住區(qū)，距蟹螺藏鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府所在地約8 km，距石棉縣城約25 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°08'54″～102°11'34″，北緯29°13'32″～29°16'04″。

漫哈溝是一條老泥石流溝，曾經(jīng)在1985年發(fā)生過較大規(guī)模的泥石流過程，災(zāi)情較為嚴(yán)重，沖毀溝口和溝兩側(cè)的農(nóng)田100畝，沖毀房屋10間，道路損毀數(shù)百米，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100余萬元?，F(xiàn)漫哈溝泥石流威脅對象主要為漫哈溝下游及溝口附近猛種村3組近50戶共247人的生命財(cái)產(chǎn)安全，并可能威脅到100余畝耕地、800 m長的村村通公路和890 m長的高壓線網(wǎng)，威脅資產(chǎn)1 350萬元，其險(xiǎn)情級別劃分屬中型。因此，對其實(shí)施防治工程顯得十分必要且迫切［2］。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形地貌

漫哈溝屬侵蝕構(gòu)造地貌，為深切割高中山、高山寬脊溝谷地形。溝谷呈深“V”形，溝域內(nèi)可見多處崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流提供了豐富的物源。溝域斜坡較陡，坡度在35°～45°之間，溝域內(nèi)植被發(fā)育較好，整體覆蓋率在80%以上，主要以喬木灌木為主。由于溝谷斜坡較陡，地形臨空條件較好，具備了滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育的地形條件，為泥石流提供了大量固體物源。

1.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)地層為泥盆系中統(tǒng)(D2Z)紙廠組大理巖、板巖，巖體破碎，裂隙發(fā)育，出露于東側(cè)山脊處，層間褶皺現(xiàn)象發(fā)育，巖層產(chǎn)狀為60°∠25°。三疊系中下統(tǒng)(T1-2)灰?guī)r、絹云母板巖、片巖等，呈薄層狀，巖體破碎，裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，為區(qū)域內(nèi)主要出露地層，巖層產(chǎn)狀為75°∠75°。以及新生界第四系滑坡堆積層()、崩塌堆積物()、崩坡積層()等。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域位于安寧河斷裂帶與鮮水河斷裂帶交匯處，處于川西地震構(gòu)造帶上，斷層帶縱橫交錯(cuò)，地層破碎，因而地震頻繁。受斷層影響，滑坡區(qū)巖體破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，片巖、板巖多發(fā)育褶皺?；聟^(qū)東側(cè)山坡中后緣處發(fā)育一條近南北走向的逆斷層，全長約50 km，斷裂面總體向東陡傾，傾角約70°，屬次級斷裂。

1.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)地下水分為堆積物孔隙水和基巖裂隙水。堆積物孔隙水主要賦存于第四系各種堆積物。松林河等主干河流河谷漫灘、一級階地全新統(tǒng)砂礫卵石層含水層水量較豐富;河谷高階地區(qū)及坡腳崩坡積等多為泥礫和泥夾石，含水性差，水量貧乏?；鶐r裂隙水主要賦存于三疊系、泥盆系灰?guī)r、大理巖地層中，其為主要含水巖層，主要為大氣降水補(bǔ)給，其次為巖溶水側(cè)向補(bǔ)給。大部分地區(qū)溝谷發(fā)育，地形切割較深，地下分水嶺與地表分水嶺相一致，地下水徑流較短，循環(huán)交替強(qiáng)烈。水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型，礦化度0.58 g/L。據(jù)水質(zhì)檢測，區(qū)內(nèi)地下水無侵蝕性。

2 泥石流形成條件和基本特征

2.1 地形條件

漫哈溝溝域形態(tài)近似為三角形，溝口處較窄，溝域縱向平均長度大約6.8 km，溝域平均寬度大約2.8 km，溝域面積大約為19 km2。由于構(gòu)造原因，溝域分布不對稱，西側(cè)(右岸)較寬，東側(cè)(左岸)較窄，相對高差2 440 m。上游集水范圍大，樹枝狀支溝水系有利于降水的迅速匯流形成山洪，兩岸高陡谷坡，有利于坡面表層松散物源隨水流向主溝匯集。主溝較大的縱坡降，有利于溝域物源碎屑啟動并向下游運(yùn)移。

2.2 地貌條件

該泥石流溝斜坡坡度較陡，地質(zhì)構(gòu)造作用復(fù)雜，松散堆積物厚度較厚，崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，在汶川大地震后產(chǎn)生了大量小型崩塌和滑坡，為泥石流的發(fā)育提供了大量物源。大量的物源在暴雨及強(qiáng)匯流作用下易集中搬運(yùn)形成規(guī)模較大的泥石流。

2.3 水源條件

漫哈溝流域海拔高程1 100 m～3 500 m，區(qū)域內(nèi)年均降水量為850 mm～1 100 mm，日最大降雨量為108.8 mm，6 h最大降雨量為58 mm，1 h最大降雨量為31 mm，10 min最大降雨量為14 mm。

四川山區(qū)泥石流激發(fā)雨量一般為1 h雨量48 mm～50 mm左右或10 min雨量8 mm～12.2 mm，1 min雨量0.8 mm～1.2 mm左右［3］。在汶川大地震后，漫哈溝內(nèi)新增多處不良地質(zhì)現(xiàn)象，松散物源大量增多，導(dǎo)致激發(fā)雨量降低，區(qū)域內(nèi)降雨較充沛，其雨強(qiáng)完全可以滿足激發(fā)泥石流的條件。

2.4 基本特征

根據(jù)現(xiàn)場的勘察數(shù)據(jù)計(jì)算得到漫哈溝泥石流流體容重1.697 t/m3，泥石流平均流速為4.46 m/s，泥石流整體沖擊力為50.6 kN;在20年一遇的情況下，泥石流峰值流量為204.75 m3/s，一次泥石流過程總量為19.45×104m3，一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量為8.22×104m3;在50年一遇的情況下，泥石流峰值流量為304.08 m3/s，一次泥石流過程總量為28.88×104m3，一次沖出的最大固體物質(zhì)總量為12.2×104m3。泥石流規(guī)模為大型［4-6］。

漫哈溝泥石流物源分布及工程布置圖見圖1。

2.5 未來發(fā)展趨勢

1)在汶川大地震后，該泥石流溝溝域內(nèi)新增大量小型的崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，多出了大量的泥石流物源，在連續(xù)強(qiáng)降雨的情況下，該泥石流溝極有可能再次暴發(fā)泥石流過程。

2)由溝內(nèi)物源的特征可知，該泥石流溝以稀性泥石流為主，隨著幾次小型泥石流的不斷暴發(fā)，物源量也會逐漸減少，其暴發(fā)規(guī)模也會逐漸減小，在坡面生態(tài)得以改善的前提下，該泥石流溝會逐漸停歇至終止。

3 泥石流溝的防治建議

3.1 泥石流基本特征參數(shù)檢算

泥石流峰值流量、一次泥石流固體物質(zhì)沖出量、泥石流沖壓力以及泥石流爬高和最大沖起高度是設(shè)計(jì)攔擋壩斷面、拱形結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)［7，8］。由四川水文手冊可知，現(xiàn)采用雨洪法［4］計(jì)算漫哈溝泥石流峰值流量，計(jì)算結(jié)果見表1。用鐵二院公式［4］計(jì)算泥石流整體沖壓力，結(jié)果見表2，并得到泥石流爬高和最大沖起高度見表3。

表1 漫哈溝及其主要支溝泥石流峰值流量計(jì)算表

圖1 漫哈溝泥石流物源分布及工程布置圖

表2 漫哈溝泥石流整體沖壓力計(jì)算表

表3 漫哈溝泥石流爬高和沖起高度計(jì)算表 m

據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果和分析測試結(jié)果，按P=5%計(jì)算漫哈溝1985年泥石流暴發(fā)時(shí)泥石流沖出量為Q=19.45×104m3，泥石流重度γc=1.697 t/m3，水的重度γw=1 t/m3，泥石流固體物質(zhì)重度γH=2.65 t/m3，據(jù)此計(jì)算出一次泥石流固體物質(zhì)沖出總量為QH= 8.22×104m3。按P=2%計(jì)算漫哈溝1985年泥石流暴發(fā)時(shí)泥石流沖出量為Q=28.88×104m3，據(jù)此計(jì)算出一次泥石流固體物質(zhì)沖出總量為QH=12.2×104m3。

3.2 防治建議

主溝中游(崩滑堆積體上游30 m處)布置攔擋壩，起到攔擋物源和削峰減流的作用，減少到達(dá)漫哈溝下游的固體物源，降低泥石流容重，并調(diào)節(jié)下游泥石流洪峰流量，減輕下游排導(dǎo)洪流的壓力;攔擋壩斷面設(shè)計(jì)尺寸見表4。

表4 攔擋壩斷面設(shè)計(jì)尺寸統(tǒng)計(jì)表 m

在漫哈溝主溝下游4—4'斷面40 m處及其下游流通堆積區(qū)部分溝段左側(cè)溝坡修建防護(hù)堤，同時(shí)利用自然溝槽進(jìn)行排導(dǎo)，將攔擋壩下游的泥石流物質(zhì)順暢地導(dǎo)入主河松林河，保護(hù)流通堆積區(qū)猛種村三組居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。防護(hù)堤斷面尺寸見表5。

表5 防護(hù)堤斷面尺寸表

4 結(jié)語

漫哈溝是一老泥石流溝，曾經(jīng)發(fā)生過兩次較大的泥石流，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，其險(xiǎn)情級別屬中型，對其實(shí)施防治是十分必要的。通過對泥石流采用穩(wěn)攔、排導(dǎo)為主的工程措施結(jié)合，可有效保護(hù)危險(xiǎn)區(qū)人們生命財(cái)產(chǎn)安全和公路交通安全，對當(dāng)?shù)鼗謴?fù)重建和社會的穩(wěn)定與發(fā)展、民族的團(tuán)結(jié)和人民群眾的安居樂業(yè)均將起到積極的作用，由此帶來的社會效益將是非常顯著的。

［1］ 陳寧生，張 飛.2003年中國西南山區(qū)典型災(zāi)害性暴雨泥石流運(yùn)動堆積特征［J］.地理科學(xué)，2006(6):701-705.

［2］ 湖北省地質(zhì)環(huán)境總站.四川省石棉縣漫哈溝泥石流應(yīng)急治理工程［R］.2010.

［3］ 吳積善.泥石流及其綜合治理［M］.北京:科學(xué)出版社，1993.

［4］ 中國地質(zhì)調(diào)查局.泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:地質(zhì)出版社，2004.

［5］ 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.

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

［7］ 鄧 敏，吳新星，徐 慶.翻身溝泥石流危險(xiǎn)度評價(jià)及防治研究［J］.金屬礦山，2010(8):160-162.

［8］ 崔 鵬.我國泥石流防治進(jìn)展［J］.中國水土保持科學(xué)，2009 (5):7-13，31.

Formation mechanism and prevention recommends of the debris flow at M anHa gully in Ya’an★

Jiang Qingm ing1Song Zhi2Zhou Hongfu2W ang Chunshan2

(1．College of Environmental and Civil Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China; 2．Chengdu Center of China Geological Survey，Chengdu 610081，China)

Based on the site investigation of Manha gully debris flow and the basic conditions of topography，material source and rainfall etc.. The characteristics and formationmechanism of the Manha gully debris flow is analyzed.In allusion to the characteristics(such as abundantmaterial source，close-packed buildings at accumulation area and the narrow gully exit)of Manha gully debris flow，the prevention recommends is proposed in this article.

debris flow，formation mechanism，prevention recommends

P642.23

A

1009-6825(2015)29-0052-03

2015-08-10

★:中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(項(xiàng)目編號:12120114069501);成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所青年基金項(xiàng)目(所控基［2014］-05)

蔣清明(1990-)，男，在讀碩士; 宋 志(1982-)，男，博士，工程師; 周洪福(1980-)，男，博士，高級工程師;王春山(1979-)，男，博士，工程師