曾貞，胡文惠

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肖家溝9#礦渣堆泥石流基本特征及防治建議

曾貞1，胡文惠2

（1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，成都 610081； 2. 四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610072）

肖家溝9#礦渣堆位于瀘州敘永縣落卜片區(qū)硫鐵礦礦區(qū)，為一條由礦渣形成的潛在泥石流，威脅溝口廠礦企業(yè)和沿溝耕地。實(shí)地調(diào)查和勘查發(fā)現(xiàn)，肖家溝泥石流發(fā)育主要受溝道條件、物源條件、水源條件的影響。通過(guò)深入分析該泥石流基本特征值基礎(chǔ)上，提出了通過(guò)對(duì)堆積體采用穩(wěn)攔工程，進(jìn)而實(shí)施堆積體土地復(fù)墾的防治建議。

泥石流；特征分析；防治建議；肖家溝

肖家溝9#礦渣堆泥石流位于瀘州市敘永縣落卜片區(qū)硫鐵礦礦區(qū)，是一條由礦渣堆形成的潛在泥石流溝，主要危害對(duì)象為堆積區(qū)內(nèi)大屯村二組村民、洪峰石場(chǎng)以及公路?，F(xiàn)9#礦碴堆坡面松散，斜坡坡度較陡，在降雨作用下已出現(xiàn)拉槽等變形跡象，拉槽深度約1m，寬度2m，在雨季有發(fā)生坡面泥石流的可能性。因受到攔擋壩的約束，其進(jìn)入下游溝道參與泥石流活動(dòng)的可能性較小，因而危害較小。主要危害是因棄碴堆積造成的土地壓占和地形地貌景觀破壞[1]。

礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題與人民的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，事關(guān)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，事關(guān)人與自然的和諧統(tǒng)一。國(guó)土資源部將礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)確定為國(guó)土資源生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的主要任務(wù)之一, 并把礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理和土地復(fù)墾列為七大重點(diǎn)實(shí)施的工程之首[2]。

圖1 Z03棄碴堆積體（9#棄碴堆積體）特征

圖2 肖家溝右岸Z03棄碴堆積物源工程地質(zhì)剖面圖

1 泥石流形成條件

1.1 溝道條件

肖家溝縱向長(zhǎng)度2.02km，平均寬度0.2km，流域面積0.43km2。流域最高點(diǎn)位于勘查區(qū)西側(cè)施家山，高程1 017.80m，最低點(diǎn)位于肖家溝與大樹(shù)河交匯處，高程約375.4m，相對(duì)高差約642.4m；主溝平均縱坡降207‰。肖家溝泥石流主要危害對(duì)象為堆積區(qū)內(nèi)大屯村二組村民、洪峰石場(chǎng)以及公路。肖家溝口扇形地寬約30m，長(zhǎng)約20m，溝道和溝口堆積物均砂卵石土為主，土質(zhì)成分含量少，為主河大樹(shù)河沖洪積，為稀性泥石流的特點(diǎn)，規(guī)模較小，未沖出溝口。

根據(jù)肖家溝可劃分為三個(gè)溝段，分水嶺至1#物源點(diǎn)附近為清水區(qū)，由1#物源點(diǎn)附近至現(xiàn)有攔擋壩段為物源區(qū)，現(xiàn)有攔擋壩段以下至溝口為流通堆積區(qū)[3]。

清水區(qū)兩側(cè)坡度較大，一般35°~50°，大者達(dá)60°以上；溝道長(zhǎng)699m，坡降264.5‰，相對(duì)高差185m，溝谷橫斷面多呈"V"字型。溝源段植為耕地，總體上崩滑不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。物源區(qū)溝道縱坡降也較大，谷底平均寬度5～8m，溝岸呈V型，岸坡坡度在35°以上，由于岸坡寬緩，不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，大量采礦棄碴提供主要泥石流松散固體物源。該段溝道平均縱比降為149.67‰，流通堆積區(qū)該段溝道相對(duì)上游區(qū)相對(duì)寬緩，據(jù)調(diào)查，該段溝道平均寬度10～15m，平均縱坡降為201‰。

1.2 物源條件

肖家溝泥石流物源主要來(lái)自于溝道內(nèi)的采礦棄碴，物源類型劃分為采礦棄碴物源、溝道堆積物源等兩類。據(jù)統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)主要物源點(diǎn)共5處，物源總量7.3×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量0.52×104m3。物源類型以采礦棄碴堆積物源所占比例較大，集中分布于肖家溝中段，以粒度小于5cm的細(xì)顆粒物質(zhì)所占比例較大，不利條件下易于啟動(dòng)。各物源點(diǎn)基本情況統(tǒng)計(jì)如表1。

1.3 水源條件

流域內(nèi)有少量礦坑水涌出，流量較小，沿溝無(wú)大的地表水體分布，形成泥石流的水源主要為降雨匯水。該地區(qū)降雨豐沛，且地形較陡峻，巖溶區(qū)松散層厚度較小，局部見(jiàn)基巖裸露，有利于降雨的匯聚，因而總體上具備發(fā)生泥石流的水源條件。

表1 泥石流物源量統(tǒng)計(jì)表

1.4 既有治理工程及效果

1）9#棄碴堆積體截排水工程（圖3），起點(diǎn)位于9#棄碴堆積體頂部于肖家溝溝道交匯處，終點(diǎn)位于攔擋壩后，溝長(zhǎng)227m，高差46m，溝道縱坡202‰，溝道采用梯形斷面，C15毛石混凝土結(jié)構(gòu)。溝頂寬1.5m，底寬1m，深1.2m，兩側(cè)厚0.4m，底厚0.2m。根據(jù)復(fù)核該截排水溝滿足洪水過(guò)流。

2）9#棄碴堆積體攔擋工程（圖4），攔擋壩長(zhǎng)45m，高6m，基礎(chǔ)埋深3.467m，采用仰斜式擋砂墻的結(jié)構(gòu)形式。壩頂寬2.35m，迎水面坡率1∶0.25，設(shè)反濾層，背水面坡率1∶0.25，采用C15毛石混凝土，間隔10～25m設(shè)置沉降縫，布置兩排泄水孔。該壩有效攔截上游泥石流固體物質(zhì)，特別是對(duì)9#礦碴堆起到了穩(wěn)固的作用，防治其啟動(dòng)參與泥石流活動(dòng)。壩整體結(jié)

構(gòu)良好，未見(jiàn)出現(xiàn)大的裂縫、傾倒等變形跡象。目前處于半庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算，壩體穩(wěn)定性較好，工程有效。

3）紅蜂石廠棄碴堆積攔擋工程，紅蜂石廠棄碴堆積攔擋工程采用毛石混凝土谷坊壩，壩高約3m，寬10m，頂寬1m，現(xiàn)已淤滿。因此失去了對(duì)上游泥石流物質(zhì)攔擋的功能。

圖3 9#礦碴截排水溝

圖4 9#礦碴攔擋壩

2 泥石流基本特征值的計(jì)算

2.1 假設(shè)無(wú)治理工程約束條件下

1） 重度計(jì)算：查表打分法則具有綜合性和預(yù)測(cè)性，所得結(jié)果具有較好的客觀性，因此，泥石流重度綜合取值采用查表法得到的結(jié)果。

表2 泥石流流體重度查表法結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2） 泥石流流速計(jì)算：根據(jù)調(diào)查和泥石流重度計(jì)算，此次泥石流流體性質(zhì)主要稀性泥石流，因而采用鐵二院公式進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算公式為：

式中V—泥石流流速（m/s）；γ—泥石流固體物質(zhì)重度（t/m3）；—泥石流泥沙修正系數(shù)；—泥石流溝床糙率系數(shù)；H—平均泥深（m）；I—泥位縱坡率，以溝道縱坡率代替。

據(jù)上式，計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 泥石流流速計(jì)算表（鐵二院公式）

3） 流量計(jì)算：由于為潛在泥石流溝，因此采用雨洪法進(jìn)行計(jì)算。

a、暴雨洪峰流量計(jì)算，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220—2006）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》[4]，采用《四川省水文水冊(cè)》（1979年版）和《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（1984年版）公式計(jì)算地表水匯水流量，計(jì)算公式為：

式中，Q－最大洪峰流量（m3/s）；ψ－洪峰徑流系數(shù)；i－最大平均暴雨強(qiáng)度；s－暴雨雨力；n－暴雨公式指數(shù)；F－集水面積（km2）；L－主河道長(zhǎng)度（km）；J－沿L的河道平均坡度；τ－流域匯流時(shí)間（h）；τ0－當(dāng)ψ＝1的流域匯流時(shí)間（h）；μ－產(chǎn)流參數(shù)（mm/h）；θ－流域特征系數(shù)；m－匯流參數(shù)。

表4 暴雨洪峰流量計(jì)算表

根據(jù)上述計(jì)算公式，流域特征參數(shù)F、L、J，最大1小時(shí)、6小時(shí)暴雨量均值H1、H6，及對(duì)應(yīng)的Cv1、Cv6，選擇適當(dāng)?shù)摩毯蚼，并進(jìn)行n2試算。根據(jù)試算的成果判斷是否符合n2的范圍，不符合則增加最大1/6小時(shí)或24小時(shí)的暴雨量均值及相應(yīng)的Cv值，再用n1或n3試算。其中，n1范圍：1/6～1小時(shí)；n2范圍：1～6小時(shí)；n3范圍：6～24小時(shí)。

計(jì)算參數(shù)中，暴雨雨力參數(shù)的確定主要根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》，區(qū)內(nèi)年最大24小時(shí)暴雨量平均值為70mm，變差系數(shù)為0.42；年最大6小時(shí)暴雨量平均值為65mm，變差系數(shù)為0.47；年最大1小時(shí)暴雨量平均值為35mm，變差系數(shù)為0.45；年最大10分鐘暴雨量平均值為15mm，變差系數(shù)為0.40。其他流域特征參數(shù)主要從平面和縱橫斷面圖上量算。據(jù)此，求得的各斷面部位暴雨洪峰流量值詳見(jiàn)表4。

b、泥石流峰值流量計(jì)算，根據(jù)《規(guī)范》，采用公式：

Q=（1）Q D

式中Q—泥石流斷面峰值流量（m3/s）；—泥沙修正系數(shù)；Q—暴雨洪峰流量；D—堵塞系數(shù)，按勘查規(guī)范表I.1查表確定。

其中，泥沙修正系數(shù)采用查表法得到的結(jié)果。堵塞系數(shù)主要反映由于溝道過(guò)流條件可能對(duì)泥石流過(guò)流造成堵塞，松散固體物源以超出常態(tài)規(guī)模參與泥石流活動(dòng)，放大泥石流流量的作用，其確定方法是按照泥石流按正常模式啟動(dòng)的條件下，按現(xiàn)有溝道的堵塞程度確定。

據(jù)此計(jì)算求得各斷面處泥石流峰值流量如表5。

表5 泥石流峰值流量計(jì)算表

4） 一次過(guò)流總量和固體物質(zhì)沖出量計(jì)算:按照《規(guī)范》計(jì)算公式為：=0.264TQ

表6 斷面泥石流過(guò)流總量和固體物質(zhì)沖出量計(jì)算表

根據(jù)上式，對(duì)其中溝口控制性斷面一次過(guò)流總量和固體物質(zhì)沖出總量進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6。

5）整體沖壓力計(jì)算：泥石流整體沖壓力按《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DZ/T0239－2004）3.1－8式計(jì)算：

式中—沖壓力（KN）；—建筑物形狀系數(shù)，圓形建筑物=1.0，矩形建筑物=1.33，方形建筑物=1.47；γc—泥石流重度（KN/m3）；νc—泥石流平均流速（m/s）；—建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角。

表7 泥石流整體沖壓力計(jì)算表

計(jì)算時(shí)，流速采用前述流速計(jì)算結(jié)果；泥石流重度采用查表；受力面與沖壓方向夾角按正交取90°，計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

6）沖高和爬高計(jì)算；泥石流爬高和最大沖起高度按照《規(guī)范》附錄I提供的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

表8 泥石流沖起高度和爬高計(jì)算表

表9 泥石流流體重度查表法結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

計(jì)算斷面的確定、流速參數(shù)的確定與泥石流整體沖壓力的計(jì)算參數(shù)相同，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表8。

2.2 現(xiàn)有治理工程約束條件下

計(jì)算參數(shù)和斷面與假設(shè)無(wú)治理工程約束條件下的相同，計(jì)算方法也采用雨洪法，但考慮既有治理工程有效的條件下，其可能啟動(dòng)的松散物源量將大大削減，相應(yīng)的流體重度、泥沙修正系數(shù)也將減小。

1）重度計(jì)算：根據(jù)泥石流勘查規(guī)范，對(duì)易發(fā)程度進(jìn)行評(píng)分，然后根據(jù)勘查規(guī)范附表G.2查出對(duì)應(yīng)的泥石流重度和泥沙修正系數(shù)。肖家溝溝物源量相對(duì)較少，且主要為分散型物源，泥石流易發(fā)程度為輕度易發(fā)。據(jù)此泥石流易發(fā)程度評(píng)分、對(duì)應(yīng)流體重度和泥沙修正系數(shù)情況詳見(jiàn)表9。

表10 泥石流流速計(jì)算表（鐵二院公式）

2）泥石流流速計(jì)算：根據(jù)調(diào)查和泥石流重度計(jì)算，此次泥石流流體性質(zhì)主要稀性泥石流，因而也采用鐵二院公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表10。

3）流量計(jì)算：①暴雨洪峰流量計(jì)算，計(jì)算方法和公式同假設(shè)無(wú)治理工程條件相的相同，但9#棄碴堆積體已修建攔擋壩處考慮截水溝將匯水截排至壩體下方，實(shí)現(xiàn)了水沙分離，因而集水面積為截水溝處至壩處面積。據(jù)此，各斷面部位暴雨洪峰流量值詳見(jiàn)表11。②泥石流峰值流量計(jì)算計(jì)算方法同前，計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表12。

表11 暴雨洪峰流量計(jì)算表

表12 泥石流峰值流量計(jì)算表

4）一次過(guò)流總量和固體物質(zhì)沖出量計(jì)算：計(jì)算方法和公式同假設(shè)無(wú)治理工程約束條件相同，計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表13。

表13 斷面泥石流過(guò)流總量和固體物質(zhì)沖出量計(jì)算表

5）整體沖壓力計(jì)算：計(jì)算方法和公式與假設(shè)無(wú)治理工程約束條件相同，其計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表14。

表14 泥石流整體沖壓力計(jì)算表

6） 沖高和爬高計(jì)算：計(jì)算方法和公式與假設(shè)無(wú)治理工程約束條件相同，計(jì)算參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表15。

表15 泥石流沖起高度和爬高計(jì)算表

3 防治工程方案建議

肖家溝泥石流為輕度易發(fā)，且中游區(qū)以9#棄碴堆積體為主的松散物源啟動(dòng)和進(jìn)入下游溝道成災(zāi)的可能性較小，而下游虹峰石廠部分棄碴雖可能啟動(dòng)成災(zāi)，但屬虹峰石場(chǎng)礦權(quán)范圍，虹峰石場(chǎng)作為生產(chǎn)礦山為其責(zé)任主體，因而這部分屬石場(chǎng)自身礦山環(huán)境治理與恢復(fù)的范圍，不宜納入治理工程。

因此，治理工程主要針對(duì)9#棄碴堆積體邊坡可能發(fā)生坡面泥石流，并不斷向下游壩前淤積，造成地形地貌景觀破壞問(wèn)題日益嚴(yán)重的問(wèn)題。建議方案一：通過(guò)對(duì)堆積體的坡面整理，削坡填溝，進(jìn)而實(shí)施堆積體的土地復(fù)墾,為綠化奠定基礎(chǔ)。方案二：通過(guò)對(duì)堆積體采用穩(wěn)攔工程，進(jìn)而實(shí)施堆積體的土地復(fù)墾,為綠化奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

肖家溝泥石流為潛在泥石流溝，從發(fā)生頻率看屬低頻泥石流，發(fā)展階段屬發(fā)展期。通過(guò)野外調(diào)查、試驗(yàn)和計(jì)算，在無(wú)約束條件下肖家溝泥石流容重為1.481t/m3，在流通堆積區(qū)流速為1.831～4.445 m/s，在流通堆積區(qū)峰值流量為6.634～9.707 m3/s，泥石流過(guò)流總量為0.46×104m3，固體物質(zhì)沖出量為0.13×104m3，泥石流規(guī)模為小型。在已有治理工程條件下肖家溝泥石流容重為1.433t/m3，在流通堆積區(qū)流速為0.406～4.193 m/s，在流通堆積區(qū)峰值流量為0.036～5.185 m3/s，泥石流過(guò)流總量為0.31×104m3，固體物質(zhì)沖出量為0.06×104m3。

建議治理工程主要針對(duì)9#棄碴堆積體邊坡可能發(fā)生坡面泥石流，并不斷向下游壩前淤積，造成地形地貌景觀破壞問(wèn)題日益嚴(yán)重的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)堆積體的坡面整理，為該堆積體的土地復(fù)墾和綠化奠定基礎(chǔ)。

[1] 高培.基于 GIS 和 RS 的葫蘆島礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)研究[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2009.

[2] 張梁.我國(guó)礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理現(xiàn)狀和對(duì)策[J].中國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì),2002, （4）:25-27, 31.

[3]曾貞，四川省瀘州市敘永縣落卜片區(qū)硫鐵礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程（河西片區(qū)）9#礦碴堆（肖家溝）泥石流勘查報(bào)告 [R] .四川省華地建設(shè)工程有限責(zé)任公司, 2010 .

[4] DT/ T0220-2006 泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S] .北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006.

Basic Features and Control of the Debris Flow from Slag Heap 9 in the Xiaojia Gully

ZENG Zhen1HU Wen-hui2

（1-Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology, Chengdu 610081; 2-Sichuan Research Institute of Coalfield Geological Engineering Exploration andDesign, Chengdu 610072）

TheXiaojia Gully is located in a pyrite mine districtin Luopu, Xuyong County, Luzhou. It is a flow gully with potential debris formed from slag heap 9, threatening gully factory and mining enterprises and cultivated land along the ditch.A field investigation indicates that the development of thepossible debris flowwillbe influenced by channel conditions, material conditions and hydrogeological conditions as well as the existing engineering project. A suggestion on its control was made based on the analysis of possible movement characteristics of this debris flow.

debris flow; basic characteristics; a suggestion on control

2017-12-11

曾貞（1982-），女，四川瀘州人，工程師，現(xiàn)從事水工環(huán)地質(zhì)工作

P642.23

A

1006-0995（2018）04-0618-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.019