邢　穎，姜常宇，邢　研

(1.河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063000；2.河北地礦建設(shè)工程集團(tuán)公司，河北 石家莊 050021；3.河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021)

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三漫子溝泥石流災(zāi)害及治理措施

邢穎1，姜常宇2，邢研3

(1.河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063000；2.河北地礦建設(shè)工程集團(tuán)公司，河北 石家莊 050021；3.河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021)

[摘要]通過對(duì)唐山市遷西縣干柴峪村三漫子溝泥石流的形成條件，發(fā)育機(jī)制及特征的研究，闡述了該溝泥石流的嚴(yán)重性和治理的必要性，提出了以攔擋為主，并結(jié)合排導(dǎo)溝的治理措施。

[關(guān)鍵詞]泥石流；形成條件；特征；治理措施

三漫子溝位于唐山市遷西縣干柴峪村，屬于低頻+暴雨+溝谷型+稀性泥石流，該溝于1955年及1976年8月分別暴發(fā)中～大型泥石流，其中1976年發(fā)生的泥石流持續(xù)時(shí)間約30 min，速度較快，高度約1～1.5 m。造成沖毀房屋20多間，毀田100余畝的損失，直接經(jīng)濟(jì)損失超過100萬元。

為了消除隱患，徹底根治該溝泥石流。受河北省國土資源局委托，我們與2011年10-11月對(duì)三漫子溝進(jìn)行了全面勘查，查明了該溝泥石流的發(fā)育特征、危害現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，提出了切實(shí)可行的治理方案和防治措施。

1區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

1.1地層巖性

流域內(nèi)區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系殘坡積層(Q4el+dl)、崩坡積層(Q4col+dl)、泥石流堆積層(Q4sef)、沖洪積層(Q4al+pl)、長城系常州溝組地層(Chc)。出露地層由新到老分述如下：

1)殘坡積層(Q4el+dl)

黃灰色粉土夾碎塊石及碎屑物質(zhì)，粉土與碎屑含量約占60%～70%，碎塊石含量約20%～30%，主要分布于溝谷兩岸緩坡地帶，其中坡麓平緩段厚度較大，厚度一般3～6 m；斜坡中上部陡坡段厚度較薄，一般小于2 m。

2)崩坡積層(Q4col+dl)

灰白色、肉紅色碎塊石夾碎屑、砂，碎塊石含量約70%～80%，局部含量達(dá)到90%，碎塊石磨圓度差，呈棱角狀，母巖為灰白色石英砂巖，肉紅色石英砂巖。碎石，碎屑、砂土含量較少，約占10%～20%，土體結(jié)構(gòu)松散，碎塊石粒徑一般5～15 cm，最大達(dá)到30 cm。主要分布于溝谷兩岸陡崖中下部緩坡地帶，為泥石流的形成提供了大量物源。

3)泥石流堆積層(Q4sef)

灰白色碎塊石、肉紅色碎石塊夾砂土，塊石粒徑一般10～30 cm，可見最大粒徑達(dá)80 cm，含量約占20%～35%，碎石粒徑一般2～6 cm，含量約占60%～80%，砂土約占20%，稍密～中密，母巖為灰白色砂巖，肉紅色砂巖，碎塊石級(jí)配差，磨圓度差，呈次棱角狀。主要分布于溝底、溝床兩側(cè)及溝口堆積扇部位。

4)沖洪積層(Q4al+pl)

黃灰色漂卵石夾砂，母巖主要為砂巖、礫巖，漂石粒徑一般15～25 cm，最大0.8～1.5 m，約占20%～30%，卵石約占50%～60%，砂約占20%，磨圓度較好，多呈磨圓—次磨圓，結(jié)構(gòu)稍密～中密，分選性較好。主要分布于溝口及溝床。

5)長城系常州溝組地層(Chc)

地層巖性為肉色含礫長石石英砂巖，灰白色石英砂巖、粉紅色長石石英砂巖。地層走向北東80°，傾向北西，傾角18°～20°，與東部的太古界老變質(zhì)巖呈角度不整合接觸。主要分布于主溝東側(cè)及支溝內(nèi)。

6)長城系串嶺溝組地層(Chch)

地層巖性主要為黑色頁巖及灰色黑色砂質(zhì)頁巖夾砂巖。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)位于燕山褶皺帶南緣，馬蘭峪復(fù)式背斜軸部偏南。由太古界變質(zhì)巖構(gòu)成，無大斷裂通過，只有一些北東向或近東西向及與片麻理方向一致的中小型斷層和擠壓破碎帶。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以來，本區(qū)上升，以構(gòu)造剝蝕、侵蝕為主。區(qū)內(nèi)沒有深大斷裂。長期以來本市多次受到外圍區(qū)域地震波及，但區(qū)內(nèi)未發(fā)生較大地震，本區(qū)屬區(qū)域地殼較穩(wěn)定區(qū)?？拐鹪O(shè)防烈度為VII度。

1.3水文地質(zhì)

流域內(nèi)地下水類型主要分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種。松散巖類孔隙水主要分布于盆地區(qū)，以及部分丘陵區(qū)。含水層巖性多為細(xì)中砂、中粗砂及砂卵礫石，富水性較強(qiáng)，單井涌水量30～80 m3/t，水質(zhì)類型屬HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型，礦化度<0.6 g/L，pH值為7.5～8.3，屬弱咸性水，總硬度110～247 g/L，地下水溫度一般為12℃～18℃。

基巖裂隙水主要分布于低山山麓、溝谷及部分丘陵區(qū)。區(qū)內(nèi)基巖風(fēng)化、剝蝕較強(qiáng)烈，風(fēng)化層較厚，裂隙發(fā)育，富水性中等，季節(jié)性小泉水較多。其流量一般<1.5 L/s，最大泉流量約為7 L/s。水質(zhì)類型為HCO3-Ca型，礦化度一般<0.15 g/L，pH值7.2左右，水溫15℃～20℃。

本區(qū)地下水補(bǔ)給主要是大氣降水補(bǔ)給。在低山區(qū)，降水沿巖石孔隙，裂隙及風(fēng)化層人滲，或降水產(chǎn)生的地表徑流，補(bǔ)給溝谷河流，進(jìn)而河流側(cè)滲(下滲)補(bǔ)給地下水，在盆地及部分丘陵區(qū)，降水經(jīng)垂直入滲或河谷側(cè)滲(下滲)方式補(bǔ)給地下水。地下水動(dòng)態(tài)類型屬降水入滲—徑流—蒸發(fā)—開采型。地下水排泄方式以開采、蒸發(fā)為主，經(jīng)地下徑流向下游境外天然排泄量較小。

區(qū)內(nèi)無工礦企業(yè)，無污染源。流域內(nèi)絕大部分位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水，含水層富水性較強(qiáng)，水文地質(zhì)條件比較簡單。

2泥石流形成條件

2.1地形地貌條件

三漫子溝位于干柴峪村東側(cè)，最高海拔278 m，最低海拔86 m，相對(duì)高差約190 m，面積0.16 km2，平均縱坡降202‰左右，溝谷形態(tài)呈v字型，谷底寬一般6～10 m，谷坡坡度一般35°～45°。岸坡基巖裸露較少，植被覆蓋率較高，接近70%，植被以灌木、草叢為主，山脊，緩坡地帶生長較茂密。

2.1.1形成區(qū)地形地貌

形成區(qū)(物源區(qū)主)位于溝谷上、中游段最高海拔278 m，最低海拔90 m，相對(duì)高差約188 m，面積約0.15 km2，平均縱坡降316‰左右，溝谷形態(tài)呈v字型，谷底寬一般6～10 m，谷坡坡度一般35°～45°。岸坡兩側(cè)基巖裸露較少，植被覆蓋率較高，接近80%，植被以灌木、草叢為主，山脊，緩坡地帶生長較茂密，溝岸兩側(cè)偶見少量松散殘坡積物堆積，結(jié)構(gòu)較為松散，多為5～10 cm的碎石組成。總體上看，該溝泥石流形成區(qū)為泥石流松散固體物源分布較為集中的區(qū)段。

2.1.2流通區(qū)地形地貌

三漫子溝流通區(qū)較短長約61 m,最高海拔90 m，最低海拔88 m，相對(duì)高差約2 m，面積約0.004 km2,溝谷平均縱坡降33‰左右, 流通區(qū)溝谷兩側(cè)植被發(fā)育接近70%，山坡坡度30°～45°，溝內(nèi)堆積少量碎石，粒徑5～15 cm，兩側(cè)掏蝕高度約50 cm。

2.1.3堆積區(qū)地形地貌

堆積區(qū)位于該區(qū)域溝口至該村排導(dǎo)槽段，與后頭溝相對(duì)應(yīng)，平面形態(tài)呈扇型，扇形態(tài)比較完整，扇前緣至鄉(xiāng)村水泥路一帶，扇長20 m，扇緣寬約50 m，扇面角約40°，沿軸向堆積扇縱坡降28‰，前后緣相對(duì)高度約0.5 m。根據(jù)調(diào)查顯示，該泥石流堆積厚度4～5 m，物質(zhì)組成以碎、塊石和砂粒堆積為主，碎塊石占50%～70%，結(jié)構(gòu)稍密～中密。母巖成分為砂巖，粒徑一般在8～10 cm，最大可達(dá)20 cm，砂及粉土充填，分選性差。

2.2物源條件

該溝泥石流固體物源主要為溝道堆積物源及崩塌堆積物源，其中溝道堆積物源約0.24×104m3，坡蝕侵蝕物源約3.15×104m3?？傆?jì)固體物源方量約3.39×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的物源動(dòng)儲(chǔ)量共計(jì)0.11×104m3。

(1)溝流通區(qū)長度約260 m，平均寬度約10 m，溝底松散堆積厚度一般為1.0～1.3 m，按平均厚度1.2 m計(jì)堆積物源總量約0.3×104m3；據(jù)此估算溝道堆積物源分布區(qū)泥石流活動(dòng)的總量為0.24×104m3。溝道堆積型物源可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量主要與溝道沖刷深度有關(guān)。據(jù)野外調(diào)查三漫子溝平均沖刷深度約0.2 m，據(jù)此估算溝道堆積物源分布區(qū)可參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為0.05×104m3。

(2)坡蝕侵蝕物源

泥石流溝兩側(cè)的松散堆積物，受徑流的長期侵蝕作用，局部垮塌，尤其在泥石流作用下，由于短時(shí)徑流量的增加，侵蝕能力增強(qiáng)，使得這些松散固體物質(zhì)被裹挾或沖刷溝床中的松散堆積物補(bǔ)充泥石流物質(zhì)來源。

據(jù)調(diào)查，流域內(nèi)坡面侵蝕物源主要為該溝兩側(cè)果林，分布面積約為0.2×104m2，坡岸地區(qū)松散層厚度一般0.5～1 m，按平均厚度0.75 m計(jì)，其可提供泥石流的松散固體物源總量約0.15×104m3；據(jù)此估算坡面侵蝕物源分布區(qū)泥石流活動(dòng)的總量為3.15×104m3。

這部分物源結(jié)構(gòu)松散，且表層經(jīng)人為種植，主要為細(xì)粒的土壤分布，在暴雨作用下，以面蝕或溝蝕的方式進(jìn)入溝道，參與泥石流活動(dòng)，主要為泥石流提供細(xì)粒的固體物源。一般侵蝕深度0.2～0.5 m，平均侵蝕深度約0.3 m左右，其可能與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為0.06×104m3。

2.3降水條件

1)區(qū)內(nèi)降雨有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)降水充沛。多年平均降水量731.8 mm(1965-2008年)，年最大降水量1 066 mm(1977年)，年最小降水量366.3 mm(2002年)。從1965年～1998年以來，年降水量小于500 mm的僅三年。

(2)降水量在時(shí)間上分配嚴(yán)重不均。6～9月降水量占全年降水量的81.4%。月降水平均最多的7月降水量為226.6 mm。因此，5～9月也是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期。

(3)降雨雨強(qiáng)大是地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素。由于受大氣環(huán)境影響，降雨量區(qū)域分配不均，年內(nèi)分配也不均勻，而且各次降雨的雨強(qiáng)差異極大，洪期降雨小時(shí)和日雨強(qiáng)常常是很大的，往往成為地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素。

根據(jù)遷西縣氣象局資料：

50年一遇(1965年～2008年)年最大降水量為1 066.3 mm、月最大降水量為486.7 mm、日最大降水量286.6 mm、6 h最大降雨量164.5 mm，1 h最大降雨量88.7 mm、10 min最大降雨量為27.7 mm、一次連續(xù)最大降雨量443.1 mm、一次連續(xù)最長降雨時(shí)間為12 d，降雨量為89.5 mm；

20年(1989-2008年)一遇年最大降水量為1 022 mm、月最大降水量為486.7 mm、日最大降水量208.7 mm、6 h最大降雨量164.5 mm、 1 h最大降雨量72.0 mm、10 min最大降雨量為25.1 mm、一次連續(xù)最大降雨量443.1 mm、一次連續(xù)最長降雨時(shí)間為11 d，降雨量為443.1 mm。

10年(1999-2008年)一遇月最大降水量為338.3 mm、日最大降水量 116.0 mm、6 h最大降雨量72.4 mm、 1 h最大降雨量49.7 mm、10 min最大降雨量為19.0 mm、一次連續(xù)最大降雨量139.1 mm、一次連續(xù)最長降雨時(shí)間為8 d，降雨量為 55.7 mm。

2)區(qū)內(nèi)年平均蒸發(fā)量930.9 mm，占年降雨量的76%，最大月(7月)140.2 mm，最小月(12月)27.1 mm。多年平均濕度81%，最大85%，最小76%。

3泥石流形成機(jī)制

流域內(nèi)地形陡峻，溝谷縱坡大，迭水和彎道發(fā)育，為泥石流的發(fā)育提供了有利的地形地貌條件，區(qū)內(nèi)溝岸崩滑及溝底松散物質(zhì)再搬運(yùn)為泥石流的發(fā)生提供了豐富的固體物源條件，而溝谷匯水條件好，水動(dòng)力充足，為泥石流的發(fā)育提供了較好的水源條件，這些因素為泥石流的形成提供了基礎(chǔ)條件。

通過調(diào)查分析，泥石流主要為短時(shí)集中降雨所激發(fā)。首先，泥石流形成區(qū)內(nèi)在集中降雨作用下夾帶泥砂等松散物質(zhì)匯集至溝谷中，由于流體富含泥沙，比重較大，且流域相對(duì)高差大，地形陡峻，匯集過程中勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，其流速較快，沖擊侵蝕能力較強(qiáng)，由于其快速掏蝕流通區(qū)溝岸坡腳，導(dǎo)致溝岸大面積發(fā)生崩滑，松散物源迅速補(bǔ)充至流體中，加之其下蝕作用強(qiáng)烈，原溝底的松散堆積物也進(jìn)入泥石流中，導(dǎo)致流體中固體物質(zhì)含量迅速增多，并成為粘性泥石流，沿溝沖出，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

4泥石流特征

4.1泥石流流體重度

4.1.1現(xiàn)場(chǎng)配漿法

采用現(xiàn)場(chǎng)泥漿痕跡相似法及物源方量及水的體積比法確定泥石流流體容重，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》附錄A表A.4確定泥石流性質(zhì)。本次勘查取泥石流堆積體樣品3件，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行配制流體的狀態(tài)，采用公式5.1計(jì)算處泥石流容重值。

(1)

式中：γc為泥石流流體狀態(tài)容重(t/m3)；GC為模擬試驗(yàn)配制流態(tài)樣品重量(t)；V為模擬試驗(yàn)配制流態(tài)樣品體積(m3)。

通過現(xiàn)場(chǎng)漿體容重試驗(yàn)結(jié)果得出泥石流容重為1.6 t/m3，泥石流性質(zhì)為稀性。

4.1.2查表法

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)表G.2查表確定，三漫子溝泥石流易發(fā)程度評(píng)分為83分，查表得其泥石流重度值為1.572 t/m3，對(duì)應(yīng)的泥砂修正系數(shù)1+φ為1.540；

4.1.3綜合取值

由于三漫子溝泥石流以往沒有泥石流重度監(jiān)測(cè)資料，只能通過配方法和查表法兩種方法來確定，而這兩種方法又各有其特點(diǎn)。配方法只能對(duì)已發(fā)生過，且有人目擊的泥石流進(jìn)行測(cè)定，且測(cè)定結(jié)果只能代表當(dāng)時(shí)的一次泥石流發(fā)生的結(jié)果，如本次勘查測(cè)定的干柴峪溝泥石流重度是參照2003年泥石流的情況測(cè)定的，由于此次泥石流發(fā)生時(shí)降雨量較小，其泥石流的發(fā)生與溝岸崩滑堵塞有一定關(guān)系，因而測(cè)定的重度相對(duì)偏大。相對(duì)而言，查表法是在現(xiàn)狀調(diào)查基礎(chǔ)上帶預(yù)測(cè)性的重度值結(jié)果，更宜作為泥石流設(shè)計(jì)的依據(jù)。因而，本次勘查泥石流重度的綜合取值采用查表法得到的結(jié)果作為泥石流防治工程設(shè)計(jì)依據(jù)，即三漫子溝取1.572 t/m3。

4.2泥石流流量

4.2.1雨洪法

(1)暴雨洪水流量計(jì)算公式：根據(jù)《唐山市水文手冊(cè)》

Q=0.278(Hτ/τ-μ)τ

(2)

(3)

式中：Hτ：τ為歷時(shí)內(nèi)的最大降雨量(mm)；τ為流域匯流時(shí)間，h；tc為凈雨歷時(shí)，h；m為匯流參數(shù)；J為溝床平均縱比降，‰；L為溝道長度，km；F為流域面積，km2；μ為產(chǎn)流參數(shù)，μ=aip0.3查表a=4.5單位為mm/h。

匯流參數(shù)m=0.083θ0.723

計(jì)算頻率為2%、5%的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量Qp

(2)泥石流流量計(jì)算

Qc=(1+φ)QpDc

(3)

式中：Qc為泥石流斷面峰值流量(m3/s)；φ為泥沙修正系數(shù)，采用查表法得到的結(jié)果；Qp為暴雨洪峰流量；Dc為堵塞系數(shù)，按勘查規(guī)范表I.1查表確定。

4.2.2形態(tài)調(diào)查法

計(jì)算公式：

Qc=Wc·Vc

(4)

式中：Qc為泥石流洪峰值流量(m3/s)；Vc為泥石流斷面平均流速(m/s)；Wc為泥石流斷面面積(m2)。

4.2.3綜合取值

采用形態(tài)調(diào)查法求得的泥石流峰值流量計(jì)算結(jié)果大于雨洪法求得的結(jié)果。雨洪法是在現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上計(jì)算的結(jié)果，依據(jù)較為充分，因此，工程設(shè)計(jì)時(shí)參考雨洪法計(jì)算泥石流流量結(jié)果13.5 m3/s。

5治理措施

在分析三漫子溝泥石流的危害性及其動(dòng)力學(xué)特征的基礎(chǔ)上，針對(duì)三漫子溝現(xiàn)有物源及潛在泥石流隱患，采用“攔擋+排導(dǎo)”的綜合工程治理措施。在泥石流溝原有簡易谷坊壩相鄰處設(shè)計(jì)修建3處谷坊壩；在溝口拐彎處修建導(dǎo)流堤。

6結(jié)語

干柴峪三漫子溝歷史上發(fā)生了多次泥石流，對(duì)干柴峪村造成了嚴(yán)重的人員及經(jīng)濟(jì)影響，目前該溝泥石流處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)；流域內(nèi)固體物源豐富，易發(fā)程度為輕度易發(fā)，根據(jù)其地質(zhì)環(huán)境條件采用修建谷坊壩+導(dǎo)流堤的防護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

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[2]馬丙太，龐國興，遷西縣新集鎮(zhèn)干柴峪村中型泥石流勘查報(bào)告[R].河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.2011.

[3]馬丙太，龐國興，遷西縣新集鎮(zhèn)干柴峪村泥石流治理工程報(bào)告[R].河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.2011.

[中圖分類號(hào)]P642.23

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0173-03

[作者簡介]邢穎(1986-)，女，河北秦皇島人，助理工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害工作。

[收稿日期]2015-11-16