何偉杰

廣東省有色金屬地質局九三三隊 廣東 肇慶 526060

蔡洞坑溝位于懷集縣洽水鎮(zhèn)坡下村蔡洞坑組村莊北側低山丘陵地段，地理坐標東經：112°21′26″，北緯：24°10′02″，南面緊臨鄉(xiāng)道及河道，有常年性流水。

蔡洞坑溝泥石流在1982年曾發(fā)生一次造成重大災害；2020年6月7日發(fā)生泥石流造成9戶村民房屋被損毀，直接損失約10萬元。發(fā)生以后，流域內可以直接補給泥石流的松散物質增加，更加加劇了泥石流的危險性。一旦發(fā)生短歷時、高強度降雨或連續(xù)降雨，蔡洞坑溝隨時會發(fā)生災害性泥石流，威脅下游村莊28戶118人村民及道路過往行人安全。因此，根據對蔡洞坑溝“6·7”泥石流災害的野外調查及無人機航拍，分析泥石流的成災特征與危害形式，闡述蔡洞坑溝泥石流發(fā)展趨勢，提出了相應的災害治理措施，以提高對泥石流的形成與成災機理的認識。

1 泥石流形成條件

蔡洞坑溝泥石流災害的形成主要由適宜的地形、充足的水源條件以及豐富的物源。

1.1 地形條件

蔡洞坑溝位于粵西北山區(qū)，屬低山丘陵地貌，地勢呈北東高西南低，流域后緣位于分水嶺山頂處高程約654.89m，前緣為蔡洞坑村與鄉(xiāng)道交界處高程約81.89m，相對高差373.00m，流域面積約0.267km2，主溝道長0.99km，平均縱坡降比199‰，坡度30°～50°。地貌分割明顯，溝道上游切割強烈，兩岸坡底地形陡峭，溝道呈典型深“V-U”字形組合。溝流域共發(fā)育有3條支溝，呈樹枝狀展布在蔡洞坑溝兩側，各支溝平均縱坡降達250‰，上游清水區(qū)是三面環(huán)山、一面出口的瓢狀區(qū)域，地形陡峻，有利于地表降水的徑流和匯集，這些因素為泥石流的形成提供了有利的水源條件。其中：清水形成區(qū)位于410～307m段，流通區(qū)位于300～307m段，堆積區(qū)位于300m至溝道與道路交界處，特征分布如圖1所示。

圖1 蔡洞坑位置圖

圖2 堆積扇沖毀房屋

1.2 物源條件

根據野外調查及航拍，分析統計蔡洞坑溝域內共發(fā)育14處剝蝕裸露面物源。這些物源主要為開挖山體形成的邊坡發(fā)生崩滑坡堆積物源，疏松固體物源總量為41.42×104m3，可能參與泥石流運動的動儲量10.33×104m3。蔡洞坑溝泥石流的固體物質來源可分為兩類：溝谷兩側的陡坡堆積物、匯水區(qū)域內的剝蝕裸露坡面崩滑物質。

（1）溝谷兩側的陡坡崩滑物

溝道基巖為花崗巖，兩岸地形陡峭，基巖裸露，節(jié)理裂隙發(fā)育、在風化、卸荷的循環(huán)作用下，巖體完整性變差，表部發(fā)生崩滑，帶動松散表層碎石土構成泥石流的物源。崩滑主要發(fā)生于地形陡峭的前表部基巖裸露區(qū)，崩滑堆積物主要集中在溝域上段的寬緩溝谷內，受暴雨沖刷失穩(wěn)，構成物源。在強降雨作用下，可能將首先啟動。由于溝道泥石流溝縱坡比降較大，在降雨作用下，溝道物源崩滑物易進入溝床引發(fā)泥石流，特別是溝源崩滑區(qū)往往地形陡峻，暴雨沖刷下坡面上的松散物質和坡腳的崩塌堆積體被水流帶入溝床，從溝頭高位傾瀉而下，沿溝沖蝕溝床，裹挾溝側松散物質向下運動，形成泥石流。

（2）剝蝕裸露坡面崩滑物質

在經濟林地未破壞前，流域植被茂盛，水土保持良好。但近年來當地村民對經濟林地山體開挖形成邊坡，土層在降雨作用下，花崗巖土體軟化、崩解，強度降低，產生滲透變形，引起邊坡結構土體軟化、松散，土塊受重力引起的拉力及傾覆力矩作用下，造成坡面發(fā)生中小規(guī)模的崩滑。這類崩塌物大多發(fā)生裸露的邊坡，土體結構松散，在降雨條件下坡面水流沖蝕極易發(fā)生崩滑而進入溝道補給物源?？傊?，在對經濟林山體開挖樹木砍伐之后，流域內土體在雨水沖蝕下發(fā)生崩滑更容易向下游發(fā)生運移。

2020年6月7日在短歷時、高強降雨作用下，對開挖形成的邊坡沖刷，巖土體強度和結構軟化，加之山體自然陡峭地形，在該過程由勢能的轉化，泥石流的能量也增大，破壞力增強。造成這類崩滑物大多發(fā)生在人工開挖形成邊坡，坡面裸露，土體結構松散，在降雨條件下坡面水流沖蝕極易發(fā)生崩塌而進入溝道補給泥石流。因為這種剝蝕裸露坡面分布面積較大且多，所以是構成泥石流固體物質的主要來源。

1.3 水源條件

水源是泥石流發(fā)生的主要的引發(fā)因素，蔡洞坑溝潛在水源條件主要有：（1）降水充沛。根據懷集縣氣象局30年氣象資料顯示，多年平均降雨量1713.2mm，降雨多集中在4～9月，總雨量為1375.4mm，約占全年降雨量的78.40%。日最大降雨量188.9mm，時最大降雨量為60.90mm。據暴雨洪水計算手冊，計算不同頻率降雨量（表1）。如此大的降雨量泥石流的形成提供了有利的水源條件。在2020年6月7日，該地區(qū)降雨量達到216mm，短時間內時降雨量達50mm，完全具備引發(fā)泥石流災害的降雨條件。短歷時、高強降雨是此次泥石流的誘發(fā)因素。

表1 不同頻率下流域暴雨洪水流量參數表

（2）排泄通道堵塞。溝口處發(fā)生泥石流前原簡易溝道寬為1.2～2.0m，深約1.0m，發(fā)生后該溝道填埋后進行拓寬成寬4～6m，深約3.0m，但過路段涵管直徑約0.6m；由于近年來暴雨少，雨季溝澗水量不大，若遇到極端氣候，溝道排泄不順暢，可能發(fā)生災害。

1.4 堆積區(qū)

蔡洞坑溝口村莊為泥石流堆積，地勢較低且開闊。“6.7”泥石流形成的堆積扇，威脅28戶共118人，潛在經濟損失1000萬元。泥石流爆發(fā)時溝道淤積變幅近1m，堆積粒徑0.5m～2m，現以填埋溝道拓寬。目前堆積扇進行清理堆積在溝道兩側，以30～50cm粒徑居多，巖性主要以花崗巖，大塊有明顯撞痕，塊石呈次棱角狀至圓角，被沖毀房屋還存有泥痕。

2 泥石流成災機理及運動特征研究

在短歷時、高強降雨作用下，6月7日蔡洞坑溝發(fā)生泥石流災害，蔡洞坑村受災示意（圖3），圖中紅框內為主要受泥石流影響嚴重區(qū)域。人類活動對蔡洞坑溝流域最明顯的是破壞生態(tài)環(huán)境及巖土體結構，使泥石流活動所需的物源動儲量劇增，降低泥石流啟動的降雨閥值。在持續(xù)強降雨，使流域內土體飽和和水土流失程度進一步加劇，其抗剪強度性能力被降低，最后在當日的高強降雨中被激發(fā)，爆發(fā)了泥石流災害。

泥石流形成與運動過程：在降雨較小時，水動力尚不是很足的條件下，溝道內少量先達到飽和的物質及部分崩滑堆積體表層物質被雨水沖刷攜帶出溝，形成小規(guī)模的泥石流活動。隨著時間推移，溝內雨水持續(xù)匯集，蔡洞坑匯水區(qū)多物源開始啟動，且溝道內部分崩滑堆積物隨著雨水沖刷作用下參與泥石流運動，此時水動力增強，部分溝道堆積物已被攜帶啟動，但泥石流流速不大，沖擊力較弱，由于連接谷口至主河道的溝道較窄小，排泄能力有限不利于泥石流持續(xù)向下游運動，故而絕大部分泥石流停淤堆積在溝道出口附近。與此同時，各條溝上游物質不斷向下移動，受到溝口下游泥石流堆積物阻攔，堆積規(guī)模逐漸增大，堵溝現象更加嚴重。由于人類活動對植被及巖土體遭受嚴重破壞，且上游地形陡峭，基巖及人工邊坡裸露，降雨持續(xù)，匯水大量持續(xù)在堰塞體上游匯集，堵塞體最終迅速潰決，形成較大規(guī)模的泥石流活動。

當泥石流運動到溝口附近時，之前的堵塞點瞬間被沖毀，泥石流運動到下游村莊附近時，原有排泄溝道和過路涵管不能滿足其過流量，沖出溝口后，由于失去兩側約束邊界，地形較低、平緩及開闊，泥石流流體發(fā)生大面積漫流，致使較多的房屋和道路被沖毀掩埋。

上述泥石流形成與運動過程得出泥石流的成災機理：人類活動形成的邊坡發(fā)生崩滑堆積物在強降雨作用下匯集到溝道中，并在溝口處形成堰塞體，其結構松散、孔隙度較大、密實度及強度明顯下降，變?yōu)榘腼柡屯馏w。上游水土不斷向此處匯集，洪水對堆積體強烈沖刷，當水土重力和洪水沖擊力共同作用下堵塞體不能承受時，最終潰決，大量飽和物質向下游漫流，形成泥石流。綜上分析，人類活動形成松散堆積物是主要物源，從而形成了巖土體飽和、凝聚力、強度降低，轉化為泥石流的重要啟動機制；同時也表明，在蔡洞坑村莊左一側溝道及過路涵管的排泄通道滯后；在發(fā)生后雖然對原有溝道進行拓寬，但是過路涵管仍然無法滿足現階段泥石流的排泄要求。

3 泥石流發(fā)展趨勢

通過蔡洞坑溝的航拍及調查分析，蔡洞坑地區(qū)泥石流具有較高的隱蔽性、突發(fā)性及較強的破壞性等特點，“6·7”高強降雨不僅造成該區(qū)域泥石流溝道物源量增多，同時在匯水區(qū)域人類活動造成較多邊坡發(fā)生崩滑物質，為泥石流補給較多物源，且該區(qū)茂密的植被及陡峭的溝道加大了泥石流的排查工作難度，使其具有較高的隱蔽性。該區(qū)域泥石流物源分布高程較高，分布位置較廣，且具有較強的運輸能力及較大泥石流沖出量體現出其較強的破壞性。“6·7”泥石流已經對其溝口下游的房屋及道路造成毀壞，目前遺留在溝道的部分物源及流域內分布的較多人工邊坡易發(fā)生的崩滑物質，若再次高強降雨及連續(xù)降雨，蔡洞坑溝還將發(fā)生較大規(guī)模的泥石流，造成對下游村莊的嚴重破壞。

4 結論

根據航拍及現場走訪調查確定，蔡洞坑溝泥石流的災地質條件遭受人類對生態(tài)環(huán)境的破壞使得發(fā)生劇烈變化的坡面泥石流災害。本次地質災害是2020年6月7日在暴雨作用下誘發(fā)。由于溝谷流域面積大，地形陡峻，易于匯水，水源豐富。泥石流規(guī)模主要與溝域內松散固體物源的累計和動態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關，當溝域內松散固體物源累積較多，且遇到集中暴雨時，往往就會發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災害。泥石流對蔡洞坑村莊造成的破壞，是因泥石流堵塞主要排泄溝道進而擴大泥石流致災范圍。在1982年和2020年該溝暴發(fā)兩次泥石流災害，泥石流活動是人類在上游對生態(tài)環(huán)境的破壞及村莊座落的布局之間不合理的矛盾，使得泥石流規(guī)模雖然不大但均造成嚴重損失。

泥石流的治理應兼顧固源、攔擋和排導措施，為減輕泥石流運動對建筑物及道路的破壞，使得溝口到主河之間泥石流可以順暢的排泄。固源措施主要集中在匯水區(qū)受人類工程活動對山體開挖形成的邊坡，可以采取生態(tài)修復的方式；攔擋措施主要在上游、支沖溝及在中下游修筑攔砂壩，緩解溝道底部的溯源侵蝕，有效攔擋粒徑較大碎塊石及降低泥石流的水動力條件；下游堆積區(qū)以排導為主，修建排導渠采用單邊防護堤對村莊一側進行有效防護，讓泥石流順利歸槽到達安全區(qū)域，同時加強對泥石流監(jiān)測預警工程建設。