高延超, 陳寧生, 葛 華, 徐 偉

(1.中國科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610041;2.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心, 成都 610081)

城鎮(zhèn)泥石流災(zāi)害,是指泥石流對城鎮(zhèn)居民的生命與財(cái)產(chǎn)、生活和生產(chǎn)活動及城鎮(zhèn)建設(shè)與發(fā)展造成的損害或不利影響。世界山地國家有不少城鎮(zhèn)遭受過泥石流的危害。僅前蘇聯(lián)境內(nèi)就至少有50余座城市受泥石流危害[1]；其他國家,如美國、危地馬拉、秘魯、委內(nèi)瑞拉、哥倫比亞、瑞士、奧地利、意大利等,都有受泥石流危害的城鎮(zhèn)。其中秘魯、哥倫比亞、委內(nèi)瑞拉3國分別在20世紀(jì)70，80，90年代發(fā)生過泥石流毀滅城鎮(zhèn)、致死數(shù)萬人的大災(zāi)難[2]。

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國34個(gè)省、市、自治區(qū)、特別行政區(qū)中,有20個(gè)行政區(qū)內(nèi)分布著受泥石流危害的城鎮(zhèn),占省級行政區(qū)劃總數(shù)的58.82%。這些城鎮(zhèn)中,僅縣級及以上政府駐地城鎮(zhèn)就達(dá)150余個(gè)。省會駐地城市中的蘭州、西寧、太原等均遭受過嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害；香港特別行政區(qū)城區(qū)也曾遭受過嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害。如蘭州市在1950—1976年的2年間,多次遭受泥石流災(zāi)害,致死人數(shù)達(dá)300余人[3-5]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),1949—2000年,我國縣級及以上城鎮(zhèn)因泥石流致死和失蹤的人數(shù)約1 500人，城鎮(zhèn)泥石流危害的嚴(yán)重性由此可見一斑；2010年中國甘肅舟曲發(fā)生泥石流，造成1 765人死亡[6]。

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)行，城鎮(zhèn)地區(qū)受泥石流威脅的人口越來越多，一旦發(fā)生超頻率特大災(zāi)害事件，后果不堪設(shè)想。近年來地震活動活躍，震后泥石流造成了重大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失[7]。2010年8月，發(fā)生在甘肅舟曲縣城和四川汶川地震災(zāi)區(qū)清平鄉(xiāng)、映秀鎮(zhèn)等城鎮(zhèn)的特大泥石流災(zāi)害，災(zāi)難深重，社會影響深遠(yuǎn)，也給我國城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害防治和管理再次敲響了警鐘[8-9]。泥石流的危險(xiǎn)區(qū)評價(jià)成為學(xué)界的研究熱點(diǎn)[10-14]，研究者分別從流域范圍、單溝等角度，采用流量計(jì)算、軟件模擬、區(qū)域?qū)Ρ鹊确椒ㄟM(jìn)行了研究。

康定城區(qū)泥石流高發(fā)，諸多學(xué)者都對其災(zāi)害特征進(jìn)行過深入的研究[15-17]。子耳溝位于康定縣爐城鎮(zhèn)子耳村后山溝內(nèi)，溝口坐標(biāo)30°03′25.75″N，101°57′37.21″E。溝道呈柳葉形，流域面積6.8 km2，流域全長6 900 m，平均坡降264‰，局部地段坡降超過500‰(圖1)。溝谷狹長，總體流動方向近60°。植被覆蓋較好，以灌木為主，溝道右岸陰坡生長少量樹木。該溝曾于1978年暴發(fā)中型泥石流，溝口處的郵電局及糧食局被淤埋受損嚴(yán)重。2008年發(fā)生規(guī)模較小的泥石流，停積在溝道內(nèi)的寬緩地帶。溝口扇區(qū)地勢較平緩，是爐城鎮(zhèn)老縣城的主要建設(shè)區(qū)，居民及單位密集分布。子耳村居民建房集中分布在溝道兩岸寬緩地帶，并自上游向下分布有包括甘孜州黨校、州檔案館、州婦幼保健院、康定縣爐城鎮(zhèn)政府、糧食局、藏族小學(xué)、郵電局、電信局、甘孜州政府(第二辦公區(qū))、甘孜州人民醫(yī)院及格薩爾酒店等重要的機(jī)關(guān)事業(yè)單位、企業(yè)及學(xué)校等。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

康定縣爐城鎮(zhèn)年均降水量839.3 mm，最大年降雨量1 005.7 mm，多集中在5—9月，占全年的60%～85%，多暴雨和連綿雨，年平均暴雨日數(shù)2～3 d。最大日降雨量達(dá)60.1 mm，最大10分鐘雨強(qiáng)8.3 mm。區(qū)內(nèi)最長連綿雨長達(dá)65 d，雨量達(dá)292.8 mm。充沛的降水，為泥石流災(zāi)害的形成提供了水源條件，而夏季集中的降水，尤其是短歷時(shí)的大到暴雨往往直接激發(fā)泥石流。

爐城鎮(zhèn)位于青藏高原與四川盆地的過渡地段，屬高山峽谷地貌。子耳溝海拔分布范圍為2 495～4 427 m。流域內(nèi)上游為清水匯流區(qū)，海拔3 800 m以上地勢較平緩，呈“U”型谷。3 800 m以下地勢陡峻，溝道轉(zhuǎn)為“V”型，岸坡坡度25°～40°。流域內(nèi)支溝主要分布在溝道左側(cè)，支溝的溝道短直，坡度一般大于30°。

圖1 子耳溝流域平面圖

近南北向的子耳坡斷層從流域內(nèi)橫穿而過切割溝道。受斷裂控制，溝道內(nèi)巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈。流域內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積物層(Qhedl)、崩坡積層(Qhcol+dl)及沖洪與泥石流堆積層(Qhapl+df)、更新統(tǒng)冰水堆積層(Qpfgl)、泥盆系危關(guān)組(D1w)、志留系通化組(St)及印支—燕山期的巖漿巖。地層由新到老現(xiàn)分述如下：

崩坡積(Qhcol+dl)及殘坡積(Qhedl)主要分布于山前斜坡及坡腳地帶，殘坡積為碎石、角礫和少量塊石充填砂土、亞黏土，厚度0.1～10余米不等；崩坡積形態(tài)上多呈倒石碓狀，巖性為大塊石、角礫充填砂土、亞黏土，具架空結(jié)構(gòu)。沖洪積(Qhapl)及泥石流堆積(Qhdf)分布在溝口堆積扇(洪積扇)及溝道內(nèi)的寬緩?fù)Ｓ賲^(qū)。泥石流堆積為無分選的碎塊石、砂土、亞砂土、亞黏土等雜亂堆積，較老的泥石流堆積物結(jié)構(gòu)相對緊密，具有一定的膠結(jié)和自穩(wěn)性，新近堆積的泥石流堆積物結(jié)構(gòu)松散。冰水堆積為(Qpfgl)主要為礫石，粒徑粗大，可見粒徑大于5 m的巨石，砂及亞黏土充填，結(jié)構(gòu)較緊密。

溝道中下游巖性主要為泥盆溪危關(guān)組(Dw1)的石英巖、長石石英巖、片巖、斜長片麻巖及斜長角閃片巖，志留系通化組(St)上段為大理巖夾片巖、片麻巖、石英巖、斜長角閃片巖、千枚巖下部有變基性火山巖，下段為灰—深灰色含石榴二云片巖、含石榴黑云片巖為主夾黑云斜長片麻巖、斜長角閃片巖、大理巖及千枚巖。溝道中上游的巖性為印支—燕山期的混合質(zhì)花崗巖、角礫狀及條帶狀混合巖。

2 新構(gòu)造運(yùn)動對泥石流物源的影響

康定處于鮮水河、龍門山及安寧河地震帶交匯部位，新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈。鮮水河斷裂帶從縣境穿過，對本區(qū)影響更為直接顯著。據(jù)歷史記載，自1700年以后，沿鮮水河斷裂帶，發(fā)生5級地震以上有43次，其中最大的地震是1973年2月6日，爐霍7.9級地震，烈度達(dá)Ⅹ度，震源深度17 km；1923年3月24日爐霍、道孚之間發(fā)生7.25級地震；1955年4月14日在康定折多塘發(fā)生7.5級地震，烈度為Ⅸ度，康定縣城房屋倒塌90%左右，其中全倒達(dá)50%，倒塌房屋600余間，500余間被破壞。同時(shí)在折多河一帶，誘發(fā)崩塌、滑坡30余處；1786年6月1日康定磨西發(fā)生7.5級地震。其中磨西地震的震中距子耳溝直線距離47.5 km，折多塘地震的震中距子耳溝直線距離8.5 km。對溝道內(nèi)的物源累積造成了重要影響。

地震對溝道的泥石流物源造成了重大的影響，崩塌多發(fā)，滑坡活躍。崩塌及滑坡占泥石流物源總量的75%。子耳溝斷層(鮮水河斷裂帶)橫向穿過溝道，造成了大量的巖體破碎及崩塌。

圖2 垮白溜崩塌及支溝泥石流(鏡向95°)

溝道中游左側(cè)垮白溜為一處崩塌體(圖2)，該點(diǎn)位置為圖1中①，危巖體的巖性為強(qiáng)風(fēng)化印支—燕山期花崗巖，硬度高，但區(qū)域內(nèi)因凍融導(dǎo)致風(fēng)化強(qiáng)度大，斷裂構(gòu)造切割使巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，手扣即落。崩塌頂部坡面方向?yàn)?5°，崩塌體坡度38°，斜長118 m，高約76 m，寬度30 m。巖體內(nèi)發(fā)育三組節(jié)理，將巖體切割成塊狀。該崩塌點(diǎn)為泥石流物源區(qū)，可提供泥石流物源約50 000 m3，且隨著風(fēng)化卸荷過程會不斷補(bǔ)充增加。塊石崩落下切形成的切溝陡直，溝道坡度約35°。切溝深約3.2 m，溝道內(nèi)堆積的大于1 m的塊石較多。崩塌堆積物在暴雨及有利的地形條件下形成支溝泥石流(見圖3)，沿沖溝向下流動形成長約1 000 m的陡峻流通區(qū)，沿程伴隨不斷下切揭底的侵蝕過程。

圖3 垮白溜支溝泥石流堆積物(鏡向260°)

3 泥石流物源補(bǔ)給

經(jīng)調(diào)查，子耳溝內(nèi)沿溝發(fā)育有多處崩塌、滑坡、支溝泥石流，松散碎屑物儲量豐富，補(bǔ)給途徑、類型多樣(圖1)。

(1) 支溝泥石流。與垮白溜相鄰的母豬龍溝(母豬龍溝為當(dāng)?shù)貙δ嗍鞯乃追Q)為一條小型高頻泥石流，該支溝溝道狹窄陡峻、崩塌形成的物源豐富，溝口扇面完整(圖1中②)。母豬龍溝道方向120°，溝道為基巖下切形成的切溝，切溝長277 m，寬15 m，下切深度20 m，出露的破碎基巖因風(fēng)化變?yōu)榛尹S色。堆積扇擠壓主溝道向右岸偏移，長約120 m，寬100 m，坡度約15°。該支溝可為泥石流提供的物源約為5 000 m3。支溝內(nèi)爆發(fā)的泥石流能為主溝補(bǔ)充豐富的物源，其挾帶能力亦是主溝產(chǎn)流的主要動力之一，支溝泥石流往往是主溝泥石流暴發(fā)的源區(qū)。

(2) 滑坡補(bǔ)給。溝道中段及下游有3處規(guī)模較大的滑坡及不穩(wěn)定斜坡(圖1中的③⑤⑥)，前趾蠕移至溝道內(nèi)，是泥石流的重要物源。③與⑤兩處斜坡巖性以千枚巖、片巖為主，受地質(zhì)構(gòu)造影響節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，片巖、千枚巖易風(fēng)化，遇水軟化，片理發(fā)育，力學(xué)強(qiáng)度較低。溝道中游左岸的爛泡子滑坡(爛泡子為當(dāng)?shù)貙φ訚傻乃追Q，圖1中③)寬約200 m，長150 m，坡度約為25°，可提供方量約為80 000 m3，坡體主要成分為碎石土。向下游約1 000 m處在溝道左岸有一處不穩(wěn)定斜坡，寬約200 m，長50 m，坡度約為25°，預(yù)估體積約為20 000 m3，受水流沖蝕坡腳的影響，前緣擠壓河道，坡體主要成分為飽和的碎石土。子耳坡溝口處右岸為黨家陰山滑坡(圖4—5)，現(xiàn)在滑坡的強(qiáng)烈變形區(qū)內(nèi)滑體長約150 m、寬約30 m，方量約30 000 m3。

(3) 冰水堆積物。溝道中段的地形較為寬闊，在第四系更新世時(shí)期因冰水作用形成了高約10 m，長170 m，寬約20 m的側(cè)磧壟(圖1中④)，堆積體方量約為40 000 m3。冰水堆積體固結(jié)歷史較長，已經(jīng)半膠結(jié)，自穩(wěn)性較好，屬于半穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，只有在泥石流規(guī)模較大時(shí)才會啟動，一般洪水或規(guī)模較小的泥石流僅會被部分沖蝕。

圖4 黨家陰山滑坡全貌(鏡向120°)

圖5 黨家陰山滑坡堵河斷面(鏡向350°)

(4) 岸坡崩塌。溝道中下游兩岸共有長約1 200 m岸坡是由第四系洪積層、冰水層、坡積層組成，碎塊石土由碎石、砂礫石混雜黏土、亞黏土、砂及泥礫等。結(jié)構(gòu)松散—半膠結(jié)，強(qiáng)度低，厚3～5 m。受河水沖蝕及浸泡影響，岸坡小型崩塌多發(fā)，沿溝總儲量大于15 000 m3。屬于不穩(wěn)定物源，洪水、泥石流都有可能挾帶輸出。

4 泥石流危險(xiǎn)性評價(jià)

通過對子耳溝泥石流物源的分析可知，溝道內(nèi)物源豐富，松散固體物質(zhì)儲量超過240 000 m3，可以為泥石流的發(fā)生提供充足的物源。子耳溝泥石流的發(fā)生及規(guī)模的大小主要受控于水力條件。

子耳溝泥石流屬暴雨激發(fā)型，溝道內(nèi)無其他的水源補(bǔ)給途徑。由于歷史泥石流無流量等數(shù)據(jù)記錄，且溝道內(nèi)未見泥痕等，故泥石流流量是在山洪流量計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用配方法進(jìn)一步計(jì)算獲得。在無實(shí)測流量資料情況下，暴雨是推算設(shè)計(jì)洪水最基本的依據(jù)，現(xiàn)采用暴雨推理公式法進(jìn)行洪水流量計(jì)算，即假定暴雨和洪水同頻率出現(xiàn)，由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪峰流量。本次計(jì)算主要根據(jù)《四川省水文手冊》(1984年版)提供的各時(shí)段的暴雨等值線圖，讀取計(jì)算所需數(shù)據(jù)，并參考實(shí)地考察的具體情況，合理選取參數(shù)。暴雨衰減指數(shù)n及雨力S根據(jù)各時(shí)段暴雨量，采用《手冊》中所列的公式進(jìn)行計(jì)算。匯流參數(shù)m，產(chǎn)流參數(shù)μ可參照盆緣山區(qū)綜合公式確定。泥石流采用配方法計(jì)算，即假定泥石流的活動與暴雨洪水同步頻率，用計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水流量進(jìn)行配方(按比例加上泥石流所挾帶的固體物質(zhì)體積)計(jì)算泥石流流量，同時(shí)根據(jù)溝道內(nèi)的堵塞情況選取不同的堵塞系數(shù)。在溝道內(nèi)測量過流斷面，以配方法得到的流量值為依據(jù)，采用迭代算法計(jì)算泥石流在該點(diǎn)的泥深及流速。根據(jù)上面方法計(jì)算的泥石流流量見表1。

表1 雨洪法計(jì)算子耳溝泥石流流量

注：表中所列泥深僅為溝口處計(jì)算值，該段溝道下底寬8 m，上底寬23 m，高11 m,溝床坡度17°。在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)由于局部地段溝道狹窄，泥深會增加較大。

泥石流沖出距離受溝口的地形坡度及泥石流出溝流速、障礙物等諸多因素的影響。由于子耳溝的溝口建筑密集，并且溝道經(jīng)過多次人為改造，沖出距離計(jì)算較困難。1978年泥石流發(fā)生時(shí)，龍頭沖至主河(雅拉河)岸邊。在泥石流危險(xiǎn)區(qū)評估過程中，以該次泥石流沖出距離為半徑圈定最大危險(xiǎn)區(qū)范圍。

1978年泥石流發(fā)生以后，原有的直進(jìn)型深切溝道被淤埋。后康定縣對該區(qū)域重新規(guī)劃，開挖新溝道，并多次修建攔擋壩、排導(dǎo)槽等工程予以治理。現(xiàn)有治理工程存在的問題有如下幾點(diǎn)：(1) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。子耳溝的治理工程是按照20 a一遇的頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)的，雖然符合小城鎮(zhèn)防治的規(guī)范要求，但當(dāng)遇到極端暴雨等情況時(shí)，防災(zāi)能力不足。(2) 設(shè)計(jì)排導(dǎo)槽改變了原來溝道的方向，彎道曲率半徑較大，而泥石流具有直進(jìn)性及彎道超高的特點(diǎn)，彎道處建筑受威脅較大。(3) 溝內(nèi)的攔擋壩已經(jīng)全部淤滿，且束流堤破碎嚴(yán)重，整個(gè)工程后期維護(hù)較差。

1978年至今35年來，當(dāng)?shù)鼐用穹从尘用駞^(qū)內(nèi)未見泥石流跡象。這說明一方面水流受工程約束，另一方面由于攔擋壩淤滿使溝道坡度變緩，小規(guī)模的泥石流均停積在溝道內(nèi)，未沖出溝道致災(zāi)。在泥石流危險(xiǎn)性評價(jià)過程中，不考慮10 a一遇的情況，按照20，50，100年一遇3種頻率來考慮。

從子耳溝的溝口至雅拉河河岸，建筑密集，順溝長約800 m，寬約500 m，溝口堆積扇面積約0.12 km2。按照上文計(jì)算的泥石流泥位、流速及流量，并結(jié)合堆積區(qū)范圍內(nèi)的建筑物分布及地形特征，圖6中標(biāo)示出在不同的頻率下泥石流的危險(xiǎn)區(qū)范圍。

圖6 子耳溝泥石流危險(xiǎn)性分區(qū)評價(jià)

5 結(jié) 論

子耳溝泥石流位于康定城西側(cè)后山，多次爆發(fā)的泥石流造成了重要的危害。目前溝口分布的機(jī)關(guān)單位及學(xué)校、居民區(qū)分布密集，威脅較大。通過對溝道內(nèi)物源的統(tǒng)計(jì)和穩(wěn)定性分析，可以判定子耳溝泥石流處于活躍期，物源穩(wěn)定性差，爆發(fā)泥石流可能性較高。本文根據(jù)已發(fā)生災(zāi)害的淤埋范圍及計(jì)算泥深，結(jié)合溝口的建筑分布及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地形條件，半定量地分析了在不同的頻率及規(guī)模情況下泥石流的沖擊范圍及危險(xiǎn)程度，分段劃分危險(xiǎn)區(qū)，是對城鎮(zhèn)泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估和合理規(guī)劃的一種嘗試。通過對此類山區(qū)城鎮(zhèn)泥石流的規(guī)模頻率分析，期望能指導(dǎo)類似區(qū)域內(nèi)后期的城市建設(shè)，并為泥石流防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。