摘 要：基于對武威市涼州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查和風(fēng)險調(diào)查，重點分析研究區(qū)內(nèi)土佛溝泥石流災(zāi)害發(fā)育的特征，并針對研究區(qū)泥石流具體的危害對象和對受災(zāi)體的危害情況，提出了相應(yīng)的治理措施。

關(guān)鍵詞：泥石流；特征；治理工程

中圖分類號：P642.23 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

武威市涼州區(qū)金塔鎮(zhèn)土佛溝位于構(gòu)造剝蝕低中山與山前傾斜平原過渡帶，屬泥石流災(zāi)害中易發(fā)段。但隨著河西地區(qū)降雨量及暴雨頻次呈逐漸增加的趨勢，區(qū)內(nèi)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害活動頻次增加，這給相關(guān)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防治工作提出了新的要求。基于對土佛溝泥石流溝攔蓄物源、固坡穩(wěn)溝、加強疏通、完善排導(dǎo)的基本原則，對其進行工程地質(zhì)勘查及地質(zhì)災(zāi)害治理，改善土佛溝流域尤其溝口及臨近地帶村民生產(chǎn)生活環(huán)境，具有十分重要的防災(zāi)減災(zāi)意義。

據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)查及訪問流域內(nèi)年長的村民，土佛溝泥石流溝近年來受災(zāi)頻率增加，尤其是2018年，由于短時間強降雨極端天氣影響，造成土佛溝暴發(fā)泥石流災(zāi)害，此次災(zāi)害主要沖毀耕地、灌溉渠等，造成直接經(jīng)濟損失近千萬元。目前，該泥石流威脅溝口村莊、道路、農(nóng)田，威脅人口98戶360余人，間接威脅了金塔鎮(zhèn)的吳家臺子村和邢家莊等村社及相關(guān)農(nóng)田地、通信、通電線路等，潛在經(jīng)濟損失約4 000萬元[2]。

以甘肅省武威市涼州區(qū)土佛溝泥石流為研究對象，在現(xiàn)場調(diào)查、勘探、無人機測量及以往勘查資料的基礎(chǔ)上，重點調(diào)查泥石流特征，分析其形成條件和引發(fā)泥石流的成因機制和影響因素，預(yù)測泥石流的發(fā)展趨勢和危害范圍，最終對其提出相應(yīng)的治理工程措施，為武威市涼州區(qū)境內(nèi)祁連山山前地帶發(fā)育的泥石流工程治理提供參考。

1 泥石流區(qū)域概況

1.1 地形地貌

土佛溝為金塔河主要次級支溝之一，流域平面形態(tài)呈不規(guī)則的長樹葉狀，面積11.98 km2，海拔1 774～

2 545 m，相對高差達771 m。土佛溝溝口以西地貌類型屬構(gòu)造剝蝕低中山地貌，山體遭受風(fēng)化、剝蝕，切割較強烈。溝谷中、上游支溝的溝谷橫斷面分別呈深“V”“U”字形，匯水面積較大。切深多為50～200 m，主、支溝溝呈現(xiàn)寬緩“U”形，低山丘陵渾圓狀。主溝道長9.00 km，高差達700 m，溝床平均縱比降8.57%。上游最低點海拔2 216 m，相對高差達329 m，主溝段長2.13 km，溝床平均縱比降15.42%。中游最低點海拔1 875 m，相對高差達341 m，主溝段長4.97 km，溝床平均縱比降6.85%。下游最低點海拔11 774 m，相對高差達101 m，主溝段長1.89 km，溝床平均縱比降5.33%。流域內(nèi)平均溝壑密度1.06 km/km2。兩側(cè)溝坡呈上緩下陡的折線式坡形，上部斜坡坡度一般為15°～30°，下部受側(cè)蝕作用多在25°～60°。兩側(cè)支溝多呈“V”字形，上游陡、窄，下游舒緩、較寬。在主溝道溝口北側(cè)發(fā)育一條支溝，呈“V”字形，溝床縱比降10.24%。溝岸滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，形成重力侵蝕的溝坡地貌形態(tài)。土佛溝溝口至金塔河段屬山前傾斜平原，地形相對平坦、開闊，坡度一般在6°～10°，為堆積區(qū)，是農(nóng)田、道路、灌溉渠系及居民區(qū)所在地；南營水庫截留地表水自西南向東北通過渠系流經(jīng)此處。

1.2 地層巖性

土佛溝流域內(nèi)地層巖性主要有寒武系中下統(tǒng)變質(zhì)砂巖，分布于勘查區(qū)中、上游的南半部，為一套巨厚淺變質(zhì)的淺海相類復(fù)理石建造，主要由變質(zhì)細砂巖夾千枚狀板巖組成，韻律不完整；第四系上更新統(tǒng)洪積含礫粉土、礫卵石（Q2pl、Q3pl），分布于土佛溝中、下游主溝道及以東的金塔河河谷中，由相互聯(lián)結(jié)的大、小洪積扇所形成的山前傾斜平原。一般厚度1.5～6.0 m。風(fēng)積黃土；第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q3eol），分布于中、下游兩岸山梁，在主溝道下游也見零星分布。土黃色，風(fēng)積成因，垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育，針狀孔隙發(fā)育，可見厚度達5.0 m，一般厚度為0.30～1.00 m，披覆分布于基巖之上。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動強度自南而北有逐漸減弱的趨勢，南部祁連山的上升幅度遠大于北部地區(qū)。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），勘查區(qū)地震動峰值加速度為0.20 g；地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，

抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

1.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘查區(qū)地下水賦存條件和含水層介質(zhì)特征，該區(qū)地下水類型分為基巖裂隙水和第四系松散巖類孔隙水兩大類。其中，勘查區(qū)第四系松散巖類孔隙水主要為溝谷潛水，呈條帶狀或串珠狀分布于土佛溝及其較大的支溝溝床地帶，主要賦存于碎石土層孔隙中，為潛水，由于下伏基座，一般為透水不含水。含水層厚度為0.5～2.0 m，水位埋深一般0.5～8.0 m。由于含水層厚度小，富水性弱，單井涌水量可達10～30 m3/d。

1.5 人類工程活動

勘查區(qū)與泥石流災(zāi)害相關(guān)的人類工程活動主要是村莊建設(shè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、道路、灌溉渠系及其與生產(chǎn)生活有關(guān)的附屬工程建設(shè)等。在近二三十年以來，由于人口增加，村社擴建使得土佛溝溝口至金塔河段的泄洪能力受到嚴重影響，排導(dǎo)段天然淤堵、人工填塞和擠占現(xiàn)象嚴重。類比土佛溝以南的流水溝、旱溝、寺底溝，及以北的廟溝、松牛溝泥石流災(zāi)害分析，土佛溝過流斷面不足，為泥石流暴發(fā)創(chuàng)造了更好的條件。

2 泥石流形成機制

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，土佛溝泥石流的松散固體物質(zhì)主要來源包括3種類型，分別為滑坡堆積物、崩塌堆積物、溝道與坡面松散物質(zhì)[1]。

土佛溝內(nèi)全為土質(zhì)滑坡，是以斜坡碎石、砂礫夾粉土質(zhì)為主的堆積層滑坡，此次共確定2處滑坡點，借以反映工作區(qū)內(nèi)滑坡特征，粗略估計區(qū)內(nèi)滑坡總體積約0.014×104 m3。

土佛溝流域內(nèi)及其下游共確定崩塌13處，借以反映流域內(nèi)崩塌的分布及其特征，初步估算區(qū)內(nèi)崩塌補給總體積約1.296×104 m3，一般體積300～2 000 m3。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，溝岸坍塌側(cè)蝕段長1 600 m，單側(cè)坍塌側(cè)蝕方量按6 m3/m計，經(jīng)估算流域內(nèi)溝岸坍塌側(cè)蝕物源量有0.96×104 m3；流域內(nèi)坡面侵蝕按0.35 m深度計算，結(jié)合相關(guān)地區(qū)DEM數(shù)據(jù)進行分析計算，以15°～40°區(qū)間的面積為重點統(tǒng)計，坡面侵蝕面積約5.85 km2，共計坡面侵蝕物源量205.00×104 m3。

經(jīng)計算，土佛溝泥石流全流域內(nèi)殘坡積物總儲存

量為205.96×104 m3。根據(jù)土佛溝溝道與坡面松散固體物質(zhì)的厚度、堆積體的位置、密實固結(jié)程度、植被覆蓋率及人類活動強度等因素，經(jīng)實際測量、勘查和估算，在土佛溝流域內(nèi)，可逐步轉(zhuǎn)化為松散固體物質(zhì)

的總量約為301.77×104 m3，單位面積補給量為25.19×

104 m3·km2。

根據(jù)土佛溝流域松散固體物質(zhì)的分布、發(fā)育和泥石流的轉(zhuǎn)化方式等情況，經(jīng)測量計算，土佛溝流域內(nèi)可轉(zhuǎn)化為泥石流的松散固體物源量為150.885×104 m3，

占松散物源總量的50%。

根據(jù)涼州區(qū)氣象資料，區(qū)內(nèi)24 h、1 h和10 min最大降水量分別為89.9、43.2和16.0 mm，各數(shù)值遠大于土佛溝泥石流可爆發(fā)的臨界值。因此，當(dāng)流域內(nèi)物源條件滿足時，土佛溝則會暴發(fā)泥石流災(zāi)害。

綜上所述，土佛溝地形陡峭、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，溝道內(nèi)具有充足的物源，在充足的水源條件下，匯集為強勁水流，沿溝道揭底沖刷和側(cè)蝕溝側(cè)岸坡，形成坡面坍塌、滑坡，坡面大量松散固體物質(zhì)匯入水流，傾瀉而下，并撞擊、侵蝕、沖刷中下游溝道及兩側(cè)坡腳，不斷形成新的坍塌、滑坡，更多松散固體物質(zhì)匯入水流，最終爆發(fā)泥石流。

3 泥石流運動特征

根據(jù)土佛溝泥石流發(fā)生時的實際觀測數(shù)據(jù)，對其運動特征進行定性分析，主要包括泥石流重度、流量、流速、一次泥石流過流總量、一次泥石流固體沖出物和泥石流整體沖擊力[3]。

3.1 泥石流重度

泥石流重度與流域內(nèi)可補給泥石流的松散固體物質(zhì)儲備量關(guān)系密切，可參考下述經(jīng)驗公式：

rc=10.6AC0.12（1）

最終計算得泥石流容重為14.37 kN/m3；采用查表法對泥石流進行數(shù)量化綜合打分，土佛溝分值為95，對應(yīng)的重度值為16.55 kN/m3；根據(jù)訪問土佛溝經(jīng)歷泥石流災(zāi)害的多名村民描述，土佛溝泥石流的流體特征和運動狀態(tài)呈稠漿狀，判定其流體重度應(yīng)在13.0～16.0 kN/m3。按照3種方法綜合確定土佛溝泥石流重度為15.04 kN/m3。

3.2 泥石流流量

結(jié)合勘查區(qū)所處的地理位置及區(qū)內(nèi)泥石流的發(fā)育特征分析，勘查區(qū)內(nèi)泥石流的清水流量用雨洪法進行計算，然后根據(jù)計算的清水流量再分別計算泥石流流量。

泥石流流量按配方法計算，計算公式為：

QC=（1+Φc）Qp·DC（2）

清水流量采用本地區(qū)暴雨洪峰流量簡易計算公式：

Qp（1%）=0.278RIF（3）

采用雨洪法計算百年、五十年和二十年一遇泥石流流量分別為129.84、103.88和64.92 m3/s。

3.3 泥石流流速

土佛溝泥石流為稀性泥石流，流體是由少量黏性物質(zhì)組成，紊動強烈，固、液兩相做不等速運動，流速一般較大，根據(jù)土佛溝泥石流的實際情況選用西北地區(qū)（鐵一院）公式，計算得主溝和支溝擬布設(shè)攔擋壩處的泥石流流速分別為2.72、1.83 m/s。

VC=（15.2/a）·HCIc（4）

a=（γHΦ+1）1/2（5）

3.4 一次泥石流過流總量

泥石流一次最大沖出量采用以下經(jīng)驗公式進行計算，其計算方法主要根據(jù)泥石流歷時和最大流量，按泥石流暴漲暴落的特點，將其過程線概化成“三角形”狀（圖1），按下式進行計算：

Q=0.264TQC（6）

根據(jù)上述公式可計算得出土佛溝泥石流在百年、五十年和二十年一遇下泥石流最大沖出量6.17×104、4.11×104和2.06×104 m3。

3.5 一次泥石流固體沖出物質(zhì)總量

一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量按下式進行計算：

QH=Q（7）

根據(jù)上式計算土佛溝泥石流在百年、五十年和二十年一遇工況下泥石流一次泥石流沖出物質(zhì)總量為1.88×104、1.26×104和0.63×104 m3。

3.6 泥石流整體沖擊力

泥石流整體沖擊壓力δ根據(jù)規(guī)范按以下公式進行計算。計算公式如下：

δ=（Vc2sinα）·λ（8）

根據(jù)上式計算得出土佛溝泥石流整體沖擊壓力為15.07 kPa。

土佛溝泥石流隨著逐年泥石流松散固體物質(zhì)的淤積，溝道有逐年擴大的趨勢，同時，上、中游物源區(qū)的溝道也隨著溝岸坍塌的發(fā)育和發(fā)展，溝道逐漸向兩側(cè)發(fā)展，溝道范圍有逐年擴大的趨勢，為泥石流提供了大量的物源，不僅促進了泥石流的發(fā)育，還促進了泥石流溝道的持續(xù)擴寬。

4 泥石流防治措施

土佛溝泥石流治理工程設(shè)計標(biāo)準按國家《防洪標(biāo)準》（GB 50201—2014）、《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》（DZ/T 0239—2004）、《泥石流防治工程設(shè)計規(guī)范（試行）》（T/CAGHP021—2018）等相關(guān)規(guī)范和要求執(zhí)行。土佛溝泥石流設(shè)防標(biāo)準按20年一遇（P=5%）標(biāo)準設(shè)計，防治工程安全等級為三級。

此次設(shè)計參數(shù)采用治理后的重度進行取值計算，設(shè)計流速、流量及沖擊力根據(jù)治理后擬布設(shè)攔擋壩處特征值計算結(jié)果取值。最終確定土佛溝治理工程方案：在土佛溝主溝流通區(qū)下游及北側(cè)支溝溝口地帶布設(shè)2座攔擋壩，目的是對中、上游泥石流固體物質(zhì)進行攔截，同時起到削減洪峰、調(diào)節(jié)洪流，減輕或削弱泥石流的形成與強度，進而穩(wěn)固溝床，減輕沖蝕、破壞作用。結(jié)合攔擋工程，在居民居住區(qū)和耕地側(cè)布設(shè)雙側(cè)排導(dǎo)堤工程，即達到穩(wěn)固溝岸，又可保護居民區(qū)村民的生命、財產(chǎn)安全，使泥石流按指定路徑排導(dǎo)，防止泥石流對居民居住點沖擊破壞的目的。

5 結(jié)束語

泥石流地質(zhì)災(zāi)害對社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民群眾的生命安全具有廣泛而又深刻的影響，不僅會給人們的財產(chǎn)和生命帶來一定的威脅或損傷，還會給社會環(huán)境造成一定的破壞，甚至給社會的和諧發(fā)展帶來不利影響[4]。

通過對土佛溝泥石流的發(fā)育特征、形成機制等進行研究，計算泥石流運動特征，并對其治理工程措施進行分析，得出以下結(jié)論：（1）土佛溝位于構(gòu)造剝蝕低中山與山前傾斜平原過渡帶，在有利的地形地貌、豐富的松散固體物質(zhì)和充足的水源3個因素的影響下，促使土佛溝泥石流的形成和發(fā)生。（2）針對土佛溝泥石流的流域特點和一次泥石流固體物質(zhì)沖出量，設(shè)計以土佛溝治理后泥石流的重度、流速、流量和沖擊力為參數(shù)，在土佛溝泥石流主溝及支溝流通區(qū)下游各布設(shè)1座攔擋壩；（3）在流通區(qū)出口處，居民區(qū)和耕地兩側(cè)布設(shè)雙側(cè)排導(dǎo)堤工程，使泥石流順暢排導(dǎo)，保護集中居住點村民的生命、財產(chǎn)安全。

參考文獻

[1] 趙亮.武威市礦山地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價及治理建議[J].世界有色金屬，2021（15）：166-167.

[2] 袁磊，陳新，吳煥恒，等.席家溝泥石流形成機制及治理工程措施研究[J].路基工程，2020（4）：212-221.

[3] 毛岳.油庫溝泥石流形成條件及防治措施研究[J].甘肅科技，2020，36（16）：59-60.

[4] 鄒根.藏區(qū)某擬建水電站1#泥石流溝形成機制及發(fā)展趨勢分析[J].珠江水運，2022（17）：105-107.