甘建軍，袁良澮，李 明，唐 春，顏 龍

(1．鄱陽(yáng)湖流域水工程安全與資源高效利用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，南昌工程學(xué)院，江西 南昌330099；2.江西省勘察設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 330000)

鄱陽(yáng)湖流域暴雨型泥石流形成機(jī)制與動(dòng)力特征
——以江西修水縣盧莊溝泥石流為例

甘建軍1，袁良澮2，李 明2，唐 春1，顏 龍1

(1．鄱陽(yáng)湖流域水工程安全與資源高效利用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，南昌工程學(xué)院，江西 南昌330099；2.江西省勘察設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 330000)

對(duì)鄱陽(yáng)湖流域暴雨型泥石流形成機(jī)制與動(dòng)力特征進(jìn)行研究，旨在為此類(lèi)山洪災(zāi)害防治及流域水工程安全提供借鑒。以江西省修水縣盧莊溝暴雨型泥石流為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)其發(fā)育特征及動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行分析。研究結(jié)果揭示該泥石流長(zhǎng)6.25 km，流域面積4.27 km2，物源62.46萬(wàn)km3，主溝坡降大(524.1‰)，高差約1 160 m地形易于匯水且泥石流動(dòng)力足。江西省修水縣盧莊溝泥石流形成機(jī)制和動(dòng)力特征可總結(jié)為：暴雨-滑坡-松散堆積體搬運(yùn)-老泥石流溝沖刷復(fù)活-泥石流形成。

鄱陽(yáng)湖流域；泥石流；形成機(jī)制；動(dòng)力特征；盧莊溝；江西省修水縣

鄱陽(yáng)湖流域面積約16.22萬(wàn)m2，包括“五江一湖”，即贛江、撫河、饒河、信河、修水五大河流及鄱陽(yáng)湖，在此流域內(nèi)匯集了3 700多條流域面積超過(guò)10 km2的支流。這些河流經(jīng)過(guò)歷史的演變形成構(gòu)造完整的水流切割地貌，特別是在鄱陽(yáng)湖盆地周邊與山區(qū)接壤的中低山地區(qū)，地形地貌復(fù)雜，構(gòu)造作用較強(qiáng)烈，極端降雨頻繁，形成了眾多崩滑流松散堆積體。這些豐富的松散崩坡積物為流域泥石流提供了充足的物源，極易發(fā)生山洪泥石流災(zāi)害。1998年，江西銅鼓縣塔下村泥石流毀房15幢，農(nóng)林約14 hm2；2008年，江西宜春上洞村泥石流毀房3棟，死亡5人；2010年，流域內(nèi)發(fā)生泥石流47起。2015年，流域內(nèi)又發(fā)生泥石流24起，因?yàn)?zāi)死亡12人，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)8 500萬(wàn)元；其中，位于流域西北方的修水縣盧莊溝歷史上曾經(jīng)3次改道，為多發(fā)性泥石流溝，其泥石流形成機(jī)制具有代表意義[1]。

2011年6月10日，在局地短歷時(shí)強(qiáng)降雨的誘發(fā)下，江西修水縣盧莊村平石寺-黃龍山區(qū)域暴發(fā)了大型泥石流，沖出方量25.13萬(wàn)m3，摧毀農(nóng)田17 hm2，沖毀公路橋梁3座、人行橋5座、公路5 km、河堤3 km、水堰26座，損毀當(dāng)?shù)鼐用?9間房屋，直接經(jīng)濟(jì)損失1 081萬(wàn)元。

1 研究區(qū)概況

盧莊村泥石流溝位于江西省與湖北省、湖南省交界的九江市修水縣黃龍鄉(xiāng)盧莊村黃龍山南東面溝谷，屬于鄱陽(yáng)湖流域的修水流域。區(qū)內(nèi)發(fā)育泥石流多條支溝，呈樹(shù)枝分叉狀，支溝平?？v坡較大，流量較小，一旦發(fā)生特大暴雨和連續(xù)降雨，溝內(nèi)水流會(huì)呈陡漲陡落的山溪性運(yùn)動(dòng)特性。該區(qū)屬于深切割構(gòu)造侵蝕中低山和低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)最高山黃龍山高1 506 m，泥石流溝口鄧坊高程310 m，主溝相對(duì)高差1 196 m。區(qū)內(nèi)羅家(500 m)以上的溝域，以坡度35°～60°的陡坡地貌為主，岸坡植物生產(chǎn)較茂盛，地形圈椅狀，有利于匯水。羅家(500m)以下溝域兩岸為相對(duì)平緩的種植地(圖1)。

圖1 江西修水縣盧莊溝流域及分區(qū)示意圖

研究區(qū)位于華東新華夏系第二隆起帶西側(cè)，淮陽(yáng)山字型構(gòu)造南側(cè)，坐落于九嶺山-萬(wàn)洋山新華夏復(fù)式隆起帶、贛北東西向構(gòu)造帶及北東向構(gòu)造帶的交叉部位。區(qū)內(nèi)巖層受老構(gòu)造運(yùn)動(dòng)擠壓變形，巖層中褶皺、褶曲等次生構(gòu)造較為發(fā)育，致使巖石破碎，裂隙發(fā)育，為泥石流的發(fā)育及發(fā)生提供了有利的地質(zhì)條件。

鄱陽(yáng)湖流域擁有山地溝谷面積超過(guò)6.0萬(wàn) km2,約占全省總面積的36%，流域內(nèi)自1950年代以來(lái)發(fā)育的3 329條泥石流主要分布在“五江一湖”流經(jīng)的修水、廬山、武夷山中北段、羅霄山、九嶺山及懷玉山等中低山區(qū)支溝兩側(cè)，給當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)、生產(chǎn)及生活造成較大的威脅。流域兩側(cè)山體多為花崗巖化的紅粘土，受溝谷沖刷或沖刷作用，物源多為崩滑巖土體(約占81.63)。區(qū)內(nèi)溝谷多呈“V”形，谷坡坡度在30°～70°，其形態(tài)極有利于雨水的匯集。鄱陽(yáng)湖流域從規(guī)模上分，中型、小型泥石流分占17.47%、80.32%，溝谷型泥石流約占總數(shù)的52.57%；從時(shí)間看，雨季(4-9月)發(fā)生的泥石流約占總數(shù)的97.78%；從物性上分，稀性泥石流約占總數(shù)的87.2%。2011年6月10日爆發(fā)的盧莊溝泥石流具有典型中低山溝谷性暴雨型泥石流特征，因此，選取該溝作為研究對(duì)象具有較好的代表性[2]。

2 流域暴雨型泥石流的形成條件

2.1 形成區(qū)的基本特征

2.2 流通區(qū)的基本特征

流通區(qū)由平石寺至盧莊村，高程530～850 m，呈“U”型溝谷地貌。區(qū)域內(nèi)溝長(zhǎng)1.53 km，首尾高差320 m，平均縱坡降226.7‰，流域面積約4.65 km2，地貌上屬中低山，地壘式斷塊中山、地塹式丘陵、河谷盆地交互疊加，具有強(qiáng)烈的河床揭底及河岸侵蝕沖刷作用。該溝段兩岸岸坡較形成區(qū)平緩，溝道彎曲度較大，寬度8～40 m，支溝發(fā)育少。受“6·10”泥石流沖刷影響，該段溝域共發(fā)育17處漂礫石為主的泥石流堆積體和16處岸坡不穩(wěn)定松散堆積體，松散堆積體物源約38.33萬(wàn)m3，堆積體最厚超過(guò)10 m，是修水縣盧莊溝泥石流70%物源所在。

表1 江西省修水縣黃龍鄉(xiāng)盧莊溝泥石流特征值

注：該特征值據(jù)2011年6月10日和6月17日泥石流調(diào)查和計(jì)算得出定[3]。

圖2 盧莊溝泥石流形成機(jī)制剖面示意圖

2.3 堆積區(qū)的基本特征

3 盧莊溝泥石流的形成機(jī)制及動(dòng)力特征

3.1 碎裂巖石的風(fēng)化與崩解反應(yīng)

3.2 雨水的匯聚與搬運(yùn)作用

研究區(qū)位于贛北中低山區(qū)，溝域兩側(cè)匯水面積較大，溝谷岸坡較陡，支流較為發(fā)育，且常出現(xiàn)小氣候環(huán)境內(nèi)的局部性暴雨。據(jù)氣象資料，黃龍鄉(xiāng)2011年6月10日日最大降雨量182.2 mm，當(dāng)月降雨量611.7 mm，其中1 h最大雨強(qiáng)為91.9 mm。盧莊溝主溝上游有大坳溝等三條一級(jí)支流，平石寺以下依次又有中塅溝(左岸)、橋下壟溝(右岸)、太陽(yáng)壟溝(右岸)等多條一級(jí)支流匯聚，呈樹(shù)枝狀水流向主干集中(見(jiàn)圖1)。

盧莊溝內(nèi)常年平均水深不大，僅0.3～1.2 m，上下游水位變化也只有1～3 m。溝口處豐水期(4～9月)流量?jī)H1.5～2.0 m3/s，20年一遇洪峰流量卻達(dá)12.8 m3/s；但由于上游集雨面積>7 km2、溝長(zhǎng)>6 km2、坡降大(>496‰)，洪水具有量大、峰高、歷時(shí)短、水動(dòng)力條件差異性明顯，這也為不同溝段的顆粒級(jí)配成果所驗(yàn)證。據(jù)勘查和室內(nèi)試驗(yàn)，下游溝口段土石比為13.1∶87.1，上游土石為2.2∶97.8，表明細(xì)小顆粒大部分被洪水帶走。此外，上游平石寺老堆積扇總長(zhǎng)度300 m，前緣寬度達(dá)70 m，堆積平均厚度達(dá)8 m以上，方量達(dá)15萬(wàn)m3，下游羅家老堆積扇總長(zhǎng)度300 m，前緣寬度達(dá)130 m，堆積平均厚度達(dá)15 m以上，方量達(dá)50萬(wàn)m3，表明泥石流河道曲折地形影響，搬運(yùn)過(guò)程隨地形變化，具有分段性特征，在平石寺和羅家平緩地段分段堆積，其余河段以薄層淤積為主(見(jiàn)圖1)。

表2 泥石流流速計(jì)算表

3.3 盧莊溝泥石流的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力特性

盧莊溝屬于典型的中低山區(qū)溝谷型泥石流，由于上游以碎塊狀的花崗巖為主，顆粒粒徑大，所以研究泥石流的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)至關(guān)重要，其中盧莊溝泥石流的運(yùn)動(dòng)速度、沖擊能力等參數(shù)決定了該區(qū)域泥石流的運(yùn)動(dòng)特征。為此，本文根據(jù)此溝災(zāi)后泥石流勘查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合不同頻率降雨量頻率和地形資料，利用相關(guān)理論及公式對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。

3.3.1 泥石流的流速計(jì)算

根據(jù)形態(tài)調(diào)查表及實(shí)際地形地貌、氣象資料，盧莊溝在不同剖面的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)見(jiàn)表2[1]。

從表2中可以看出，該泥石流流速到地形影響，在平石寺溝口流速就達(dá)到5.9m/s，到羅家受到溝口大坳溝、中塅溝、橋下壟溝、太陽(yáng)壟溝處的補(bǔ)給，流速增大到最大值6.4m/s，到下游汪平嶺和官橋村受平緩地形影響，流速又逐漸減少。

3.3.2 泥石流流量計(jì)算

根據(jù)泥石流歷時(shí)T和泥石流流量Qc，因山區(qū)泥石流陡起陡降的特點(diǎn)，主要考慮一次暴發(fā)泥石流的總量，將其過(guò)程概化為“三角形”，通過(guò)以公式(1)計(jì)算泥石流的總量Wc，以公式(2)計(jì)算一次沖出固體物質(zhì)的總量[5]。

Q=19TQc/72；

(1)

(2)

式中：Q為一次泥石流過(guò)程總量(m3)；T為泥石流歷時(shí)(取5 400s)；Qc為泥石流最大流量(m/s)；QH為一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量(m3)；γc為泥石流重度(取1.662t/m3)；γw水的重度(取1.0t/m3)；γH為泥石流固體物質(zhì)的重度(取2.65t/m3)。據(jù)此，對(duì)不同斷面的泥石流一次總量和固體物質(zhì)沖出量進(jìn)行預(yù)測(cè)(表3)。

表3 盧莊溝官橋村斷面泥石暴發(fā)總量預(yù)測(cè)

根據(jù)形成調(diào)查法和雨洪法比分析，盧慶溝官橋村出口斷面泥石流流量值與雨洪法P=2%的流量計(jì)算結(jié)果相當(dāng)，因此，泥石流峰值流量選取10.08萬(wàn)m3[4]。對(duì)比“6.10”降雨量，從本次降雨時(shí)間(90 min)雨量分析，表明此次降雨頻率大致相當(dāng)于10年一遇，但從泥石流最后形成規(guī)模(堆積物達(dá)32.78萬(wàn)m3)看，上述預(yù)測(cè)明顯偏小。其原因主要是在平緩地帶，泥石流堆積體沿著河道堆積和淤積，還有一些古泥石流堆積體被沖刷淘蝕但運(yùn)移過(guò)一段時(shí)間沿線淤積。

3.3.3 泥石流沖擊力及沖起高度

泥石流整體沖擊力決定了碎石的起運(yùn)、搬運(yùn)和沖刷能力，因此，結(jié)合一次性流量、地形資料、溝道大小和泥石流規(guī)范計(jì)算公式，算出盧莊溝在平石寺、羅家、汪家?guī)X、官橋村的設(shè)計(jì)流速、整體沖擊力和單塊最大沖擊力，見(jiàn)表4。

表4 盧莊溝泥石流沖擊力計(jì)算表

從計(jì)算結(jié)果看，該溝泥石流沖擊力最大是在羅家附近，到下游沖擊力變小，實(shí)現(xiàn)調(diào)查中羅家附近溝道泥石流沖蝕切割深度1～3.5 m，遠(yuǎn)高于其他溝段，這與計(jì)算結(jié)果比較相符[5]。

3.3.4 泥石流復(fù)發(fā)性的危害與評(píng)價(jià)

盧莊溝內(nèi)災(zāi)后固體松散物源儲(chǔ)量超過(guò)30萬(wàn)m3，相當(dāng)于2011年盧莊泥石流沖出物質(zhì)的3倍，受強(qiáng)降雨和地形地貌、地層巖性的影響，泥石流仍有可能再次激發(fā)，且激發(fā)泥石流的臨界雨強(qiáng)可能降低。因此，結(jié)合盧莊溝河道的寬度、彎曲程度、匯流情況、匯水面積、松散物貯量、雨強(qiáng)及歷時(shí)，綜合判定盧莊溝泥石流為中高頻泥石流，其不同頻率條件一次性泥石流發(fā)展預(yù)測(cè)范圍如圖1所示。

據(jù)泥石流勘查規(guī)范，將盧莊溝泥石流影響范圍劃分為3個(gè)區(qū)。極危險(xiǎn)區(qū)：平石寺溝岸至羅家的古泥石流堆積扇，面積2.08萬(wàn)m2。危險(xiǎn)區(qū)：羅家以及官橋村的溝道兩側(cè)區(qū)域，面積3.35萬(wàn)m2。影響區(qū)：高于危險(xiǎn)區(qū)與危險(xiǎn)區(qū)相鄰的地區(qū)，包括官橋橋到下游沙塅村的廣大區(qū)域，一旦遇到20年以上一遇的強(qiáng)降雨，有可能再遇到泥石流危害，面積5.35萬(wàn)m2。

4 結(jié)論與討論

(1)盧莊溝泥石流是受特大暴雨而誘發(fā)的溝谷型、低頻率、稀性泥石流，目前正處于發(fā)展期(壯年期)。因風(fēng)化作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和差異性地殼抬升導(dǎo)致盧莊溝崩滑殘坡積物及溝道古泥石流堆積物豐富，溝內(nèi)尚有松散堆積物源32.78萬(wàn)m3，一旦再次遭遇強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨，極有可能再次暴發(fā)泥石流。地形地貌上，盧莊溝具有與鄱陽(yáng)湖流域上游中低山溝谷的典型特征，即地形呈圈椅狀、支流呈葉脈狀，匯水面積大，主溝坡降大，相對(duì)高差超過(guò)800 m以上，易聚水，水動(dòng)力條件足。

(2)盧莊溝泥石流溝口流速最大超過(guò)6.1 m/s，泥石流沖擊力最高超過(guò)900 kN/m2，導(dǎo)致“6.10”泥石流沖毀了盧莊溝口部分建筑物，表明鄱陽(yáng)湖流域中低山地區(qū)泥石流危害不容忽視。計(jì)算分析表示，盧莊溝一旦遇到20年一遇以的強(qiáng)降雨，其影響范圍更大，將危及到下游官橋村小學(xué)及兩側(cè)水庫(kù)的安全。

(3)該泥石流經(jīng)歷風(fēng)化碎裂、崩滑堆積、暴雨匯聚、松散堆積體搬運(yùn)洗刷、老泥石流溝沖刷復(fù)活等過(guò)程，最終形成暴雨型泥石流。其中風(fēng)化物堆積是基礎(chǔ)，雨水迅速匯聚是誘因，高陡邊坡及充足水動(dòng)力條件是誘因，因此，要加強(qiáng)對(duì)此泥石流溝的監(jiān)測(cè)與治理，對(duì)黃龍山恢復(fù)植被、攔擋停淤、水石分治，對(duì)溝口居民建議搬遷避讓?zhuān)⒃诠贅虼宓臏瞎茸蟀兑粋?cè)設(shè)置混凝土擋土墻防沖護(hù)坡，引導(dǎo)水流或泥石流沿主溝安全排泄，在溝口堆積扇恢復(fù)植被，開(kāi)展坡面植物防護(hù)，防止水土流失，同是開(kāi)展土地整理，并還耕于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民。

[1] 江西省勘察設(shè)計(jì)研究院.江西省修水縣黃龍鄉(xiāng)盧莊村平石寺泥石流治理工程勘查報(bào)告[R].南昌：江西省勘察設(shè)計(jì)研究院,2013.

[2] 高波,王佳運(yùn),張成航,等.青海省玉樹(shù)州高原暴雨型泥石流形成機(jī)制——以稱(chēng)多縣拉隆溝泥石流為例[J].水土保持通報(bào)，2016,36(2):28-31.

[3] 曾昭華.江西省地質(zhì)災(zāi)害的形成及其分布規(guī)律[J].地質(zhì)與勘探,1996,33(4):17-20.

[4] 胡卸文,呂小平,黃潤(rùn)秋,等.唐家山堰塞湖大水溝泥石流發(fā)育特征及堵江危害性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2009， 28(4):850-858.

[5] Masami Saito, Tohru Araya and Futoshi Nakamura. Sediment production and storage processes associated with earthquake-induced landslides in Okushiri Island, 1993[J]. Sabo Gakkaishi, 1993,47 (6):32-37.

Formation Mechanism and Dynamic Characteristics ofRainstorm-induced Debris Flow in Poyang Lake Valley ofJiangxi Province

GAN Jianjun1, YUAN Liangkuai2, GUI Faliang1, LI Ming2, TANG Chun1and YAN Long1

(1.National-LocalJointEngineeringLaboratoryofWaterEngineeringSafetyandEfficientUtilizationofResourcesinPoyangLakeWatershed,NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099,China; 2.SurveyandDesignInstituteofJiangxiProvince,Nanchang330099,China)

Theformationmechanismanddynamiccharacteristicsofrainstorm-induceddebrisflowinPoyanglakevalleyofJiangxiProvinceisresearched,whichwasexpectedtoprovideareferenceforthiskindofmountaintorrentdisasterandsafetyofriverbasinwaterproject.Throughfieldinvestigationandlaboratorytest,LuzhuangdebrisflowofHuanglongCountyinJiujiangCitywasselectedasanexample,andthedevelopmentcharacteristicsandkineticscharacteristicswereanalyzed.Themainchannellengthofthedebrisflowisabout6.25km,thecatchmentareais4.270km2.Thesupplyofsourcewascomparativelyabundant(about62.46×104km3),thelongitudinalgradientis524.1‰andtheheightdifferencesis1160m,thetopographyiseasytocatchment.Theprocessofrainstorm-induceddebrisflowinthestudyareacanbedividedinto4stages:debrisflow-sourceformation;looseaccumulationcarry;olderlandslideresurrectionanddebrisflowinitiation.

PoyangLakeBasin;debrisflow;formationmechanism;dynamiccharacteristics;LuzhuangDitch;XiushuiCountyinJiangxiProvince

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.027.]

2016-09-20

2016-11-09

江西省自然科學(xué)基金“江西紅壤砂巖區(qū)暴雨誘發(fā)型深基座滑坡形成機(jī)理研究”(20161BBG70051)；江西省教育廳科技項(xiàng)目“降雨型砂巖區(qū)類(lèi)土質(zhì)滑坡GMD預(yù)測(cè)模型研究”(GJJ151124)；南昌工程學(xué)院2015年教改重點(diǎn)教改課題(2015JG001)

甘建軍(1975-)，男，江西永新人，博士，工程師，講師，主要從事巖土工程和邊坡穩(wěn)定性的研究和實(shí)踐工作. E-mail: scdkj2006@126.com

袁良澮(1970-)，男，江西泰和人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制及治理研究.E-mail:2433231019@qq.com

X43；P642

A

1000-811X(2017)02-0154-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.027

甘建軍，袁良澮，李明，等. 鄱陽(yáng)湖流域暴雨型泥石流形成機(jī)制與動(dòng)力特征——以江西修水縣盧莊溝泥石流為例[J]. 災(zāi)害學(xué)，2017，32(2)：154-158. [GAN Jianjun, YUAN Liangkuai, GUI Faliang,et al. Formation Mechanism and Dynamic Characteristics of Rainstorm-induced Debris Flowin Poyang Lake Valley of Jiangxi Province [J]. Journal of Catastrophology，2017，32(2)：154-158.