任佳，陳軍龍，張順斌，易朋瑩

（1重慶市高新巖土工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400045；2四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程有限公司，四川成都 610091）

泥石流固體物源量的動(dòng)態(tài)變化

任佳1，陳軍龍2，張順斌1，易朋瑩1

（1重慶市高新巖土工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400045；2四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程有限公司，四川成都 610091）

根據(jù)對(duì)梁家山泥石流前后兩次的勘查成果進(jìn)行的分析，可知泥石流的固體物源量是動(dòng)態(tài)變化的，不僅是量的變化，亦存在分布位置的變化和不同類(lèi)型物源的轉(zhuǎn)化，其決定因素為降雨條件，應(yīng)對(duì)不同頻率降雨條件下的固體物源量進(jìn)行預(yù)測(cè)。該結(jié)論適用于除棄渣泥石流以外所有類(lèi)型的泥石流。

固體物源量；動(dòng)態(tài)變化；降雨條件

0 引言

2010年8月12日以來(lái)，四川部分地區(qū)降大到暴雨，局部地區(qū)大暴雨。這次降雨主要分布在成都、德陽(yáng)、廣元、綿陽(yáng)、雅安、阿壩等汶川地震的重災(zāi)區(qū)，致使極重災(zāi)區(qū)綿竹市清平鄉(xiāng)、汶川縣映秀鎮(zhèn)和都江堰龍池鎮(zhèn)受災(zāi)尤為嚴(yán)重。2010年四川省已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害1453處，其中滑坡1032處，崩塌180處，泥石流185處，造成72人死亡，37人失蹤[1]。2008年地震后早期泥石流治理工程在此次洪災(zāi)期間體現(xiàn)的治理效果較差，多處工程設(shè)施被直接沖毀、架空或傾倒，大部分專(zhuān)家和學(xué)者都對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了反思。作者完整參與了梁家山溝泥石流治理工程項(xiàng)目前后兩次的勘查與設(shè)計(jì)工作，亦對(duì)其進(jìn)行了反思。下文將梁家山溝泥石流兩次勘查成果進(jìn)行分析。

1 工程概況

梁家山溝泥石流治理工程項(xiàng)目為四川省地震災(zāi)區(qū)第五批重大地質(zhì)災(zāi)害項(xiàng)目。該泥石流位于崇州市雞冠山鄉(xiāng)竹根村5組梁家山溝內(nèi)，為境內(nèi)鞍子河主要水源之一。2008年5月16-18日在連續(xù)強(qiáng)降雨條件下發(fā)生了一次泥石流，此次泥石流爆發(fā)一次性沖積物約23.4萬(wàn)m3，居民點(diǎn)附近沖積物堆積物厚度一般為3～4m，沖毀公路約1.2km，淹沒(méi)房屋500m2，沖毀電線桿4根，堵塞涵洞兩處，淹沒(méi)鞍子河電廠梁家山溝進(jìn)水口以及檢修閥，幸無(wú)人員傷亡，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約300萬(wàn)元，并威脅著流域區(qū)內(nèi)40戶120人的生命財(cái)產(chǎn)安全。2010年4月對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了一次性詳細(xì)勘查，并完成了該項(xiàng)目的可研、初步及施工圖設(shè)計(jì)，施工單位已進(jìn)場(chǎng)開(kāi)展治理施工，并完成一段防護(hù)堤。

該泥石流于2010年“8·13”洪災(zāi)期間爆發(fā)一次泥石流，泥石流沖出固體物質(zhì)量約7.5×104m3，泥石流總量為20.2×104m3，并新增加威脅對(duì)象1戶5人，該住戶于詳細(xì)勘察施工完成后修建民房[2]。

梁家山溝泥石流流域面積約5.3km2，縱溝長(zhǎng)約4.8km，從水體供給上屬暴雨泥石流、從土體供給上屬坡面侵蝕型泥石流、從集水區(qū)地貌特征上為溝谷型泥石流、按沖出物成分上為稀性泥石流[3]。泥石流溝從規(guī)模上為大型泥石流，爆發(fā)頻率上屬于高頻泥石流。該泥石流防治工程等級(jí)為四級(jí)[4]，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20年，設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度為20年一遇暴雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)[2]?？紤]存在以下問(wèn)題：①誘發(fā)泥石流的降雨條件降低；②1＃物源點(diǎn)穩(wěn)定性狀態(tài)降低，可能誘發(fā)潰決性泥石流；③物源的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量均有所增加；④保護(hù)對(duì)象增加了1戶5人，對(duì)該泥石流進(jìn)行補(bǔ)充勘查，并重新編制可研、初步及施工圖設(shè)計(jì)報(bào)告。

2011年7月3日晚18時(shí)，梁家山溝一帶開(kāi)始降雨，23時(shí)開(kāi)始暴雨，7月4日凌晨2時(shí)溝內(nèi)流水水量大增，爆發(fā)泥石流并填塞溝道，堆積至已建防護(hù)堤頂下約1m，溝道內(nèi)泥石流堆積厚度1～5m，并直抵鞍子河。本次堆積平均寬度約20m，厚度約3m，固體物約為14.2×104m3。由于當(dāng)?shù)卣茏尲皶r(shí)，已建長(zhǎng)101m的防護(hù)堤發(fā)揮防護(hù)作用明顯，未造成人員傷亡。2011年8月22日晚，雞冠山鄉(xiāng)境內(nèi)普降大雨，梁家山溝內(nèi)再度爆發(fā)了泥石流，泥石流沖出固體物質(zhì)量約1.5×104m3，沖出泥石流總量為4×104m3，且將“7·3”爆發(fā)的泥石流堆積物推向下游。 由于當(dāng)?shù)卣M織得力，人員搬遷避讓及時(shí)，未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

根據(jù)以上情況，該泥石流近3年多次爆發(fā)，為極高頻泥石流，危害性大，治理工程技術(shù)難度大，治理費(fèi)用增加大，經(jīng)四川省國(guó)土資源廳組織專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)踏勘及評(píng)審后，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行終止治理。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 地形地貌

梁家山溝自南向北伸展，屬構(gòu)造侵蝕中切割陡峻中山地貌、斜坡沖溝地形，區(qū)內(nèi)北、東、西三面高，中部及南部低，海拔高程1000～2900m，相對(duì)高差1900m。最高峰位于靠近汶川縣的人仁至巖的山脊，海拔高程達(dá)2912m。梁家山溝為樹(shù)枝狀的斜坡沖溝，沖溝由2條支溝組成，沖溝切割深度一般5～20m，局部深度較大；溝床坡降為10%～35%、溝坡坡度為30～60°。

2.2 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露的地層巖性主要有第四系泥石流積物（Q4sef）、第四系崩滑堆積物（Q4del）、第四系沖洪積物（Q4al+pl）、第四系殘坡積物（Q4el+dl）、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組和銅街子組（T1f+t）、泥盆系中統(tǒng)觀霧山組（D2g）。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

在構(gòu)造體系上屬于龍門(mén)山華夏系構(gòu)造體系之一的九頂山華夏系構(gòu)造，勘查區(qū)內(nèi)發(fā)育一斷層（F1）屬于二王廟斷層，北東延入綿陽(yáng)，南西延入邛崍。斷層走向北東30°～60°，一般為45°，斷面傾向310°～330°，傾角40°～53°，為壓扭性斷層。 勘查區(qū)內(nèi)基巖多處出露，除在斷層破碎帶附近產(chǎn)狀凌亂之外，其他地方產(chǎn)狀較穩(wěn)定，為286°～330°∠30°～38°。 節(jié)理裂隙發(fā)育。

2.4 水文降雨條件

鞍子河自東向西從梁家山溝溝口前緣流過(guò)，河床寬15～30m，縱比降約230.3‰，年均逕流量0.11～0.15m3/s。梁家山溝溝內(nèi)常年有少量流水自北向南匯入鞍子河，溝口高差約5m。

梁家山溝內(nèi)泥石流沖溝以及兩條支溝中常年有流水，枯水季節(jié)沖溝中流水一般寬為1～3m，水深0.5～0.8m，水流流量一般為1～3m3/s。雨季 （5～9月）溝內(nèi)流量暴增，流水寬可達(dá)20m，水深最深處達(dá)3m，流量可達(dá)20～40m3/s。由于泥石流溝縱坡坡降較陡，溝內(nèi)隨處可見(jiàn)跌水坎。局部地段甚至形成瀑布。

根據(jù)崇州市氣象局提供的降水資料，1959年至2009年期間，各降雨強(qiáng)度值如表1所示。

2010年“8·13”洪災(zāi)期間降雨情況為8月14日24h降雨量為59.3mm，8月19日24h降雨量為64.8mm，1月1日至8月31日降雨量總量為614.3mm。2011年7月3日降雨量接近百年一遇。

表1 崇州市氣象站歷年累計(jì)氣象資料

3 固體物源量對(duì)比分析

固體物源量分為靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量，靜儲(chǔ)量為泥石流流域面積內(nèi)所有的松散堆積物，動(dòng)儲(chǔ)量為所有可能參加泥石流活動(dòng)的松散堆積物。前后兩次勘查期間固體物源量如表2所示。：

表2 固體物源量對(duì)比表

對(duì)表2進(jìn)行分析可知，前后兩次勘查相隔時(shí)間約1年，靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量均發(fā)生了變化，與前一次相比，靜儲(chǔ)量增加了約82.15×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量增加了約1.3倍，變化非常大。組成物源的各類(lèi)型物源以滑坡堆積物源的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量變化最大，其次以溝道物源的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量變化較大，再次為滑塌堆積物源的動(dòng)儲(chǔ)量變化較大。前后兩次靜儲(chǔ)量轉(zhuǎn)化為動(dòng)儲(chǔ)量的轉(zhuǎn)化率亦不一樣，增加了8%。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及后期分析研究可知，前后兩次靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量不一致的原因主要為：前后兩次靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量的調(diào)查確認(rèn)均是在泥石流爆發(fā)后進(jìn)行的，此種情況下關(guān)于固體物源量的調(diào)查結(jié)果均只能反映前次發(fā)生泥石流的狀態(tài)，而前次爆發(fā)泥石流狀態(tài)的影響因素主要為降雨條件。詳勘(2010.4)為近20年一遇的降雨條件（P=5%），補(bǔ)充勘查(2011.3)為近50年一遇的降雨條件（P=2%），兩次降雨條件不一致，導(dǎo)致靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量不一致。

滑塌堆積物源的靜儲(chǔ)量沒(méi)有變化，但靜轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化率增加了，主要是因?yàn)橐恍┗w在P=5%時(shí)不會(huì)滑塌，但是在P=2%時(shí)會(huì)發(fā)生滑塌，所以動(dòng)儲(chǔ)量增加了。溝道堆積物源的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量均發(fā)生變化，主要是因?yàn)闇系蓝逊e物源一般是以歷史堆積于溝道的沖出物及前次爆發(fā)泥石流沖出物之和來(lái)統(tǒng)計(jì)的，補(bǔ)充勘查期間增加了“8·13”洪災(zāi)期間的沖出物，靜儲(chǔ)量發(fā)生了變化；而“8·13”洪災(zāi)期間的沖出物新近堆積于原溝道上，爆發(fā)泥石流時(shí)更易被上游沖出物和水?dāng)y帶，更易啟動(dòng)。滑坡堆積物源的變化與滑塌堆積物源的變化原因一致，皆是不同降雨條件，滑動(dòng)狀態(tài)不一致，在P=2%時(shí)更易滑動(dòng)。新增物源亦是受降雨條件的影響。

梁家山溝內(nèi)由于植被發(fā)育，所以兩次勘查期間均對(duì)坡面侵蝕物源進(jìn)行了忽略，實(shí)際上坡面侵蝕物源受降雨條件的影響較大，地表徑流與斜坡坡面上在P=2%明顯比P=5%坡面侵蝕深度要大，攜帶能力更強(qiáng)，可攜帶顆粒粒徑亦增大，所以坡面侵蝕物源的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量均會(huì)隨P的減小而增大。

綜上所述，泥石流的固體物源量是動(dòng)態(tài)變化的，是受降雨條件影響和控制的，在不同的降雨條件下，即P不同，則固體物源量不一致，P越小，固體物源量越大。固體物源量分為靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量，亦是隨P而變化。受P的影響，沖出能力發(fā)生變化，泥石流物源的分布位置亦發(fā)生變化，不同類(lèi)型的物源相互進(jìn)行轉(zhuǎn)化，多為滑塌堆積物源、坡面侵蝕物源、滑坡堆積物源轉(zhuǎn)化為溝道物源。

4 結(jié)論和建議

(1)泥石流的固體物源是動(dòng)態(tài)變化的，不僅是量的變化，亦存在分布位置的變化和不同類(lèi)型物源的轉(zhuǎn)化，其決定因素為降雨條件（P=5%）。

(2)固體物源量分為靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量，亦是隨P而變化。P越小，固體物源量(靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量)越大。該結(jié)論適用于除棄渣泥石流以外所有類(lèi)型的泥石流。

(3)泥石流的固體物源量為泥石流防治工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，但 《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220—2006)和《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(DZ/T0239—2004)兩本規(guī)范中均未對(duì)泥石流的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量進(jìn)行解釋?zhuān)辔疵鞔_泥石流的固體物源量是受降雨條件的影響而變化的，建議以后的勘查工作中，應(yīng)提出現(xiàn)狀下的固體物源量和設(shè)計(jì)頻率P下的預(yù)測(cè)固體物源量，設(shè)計(jì)工作應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)頻率P下的預(yù)測(cè)動(dòng)儲(chǔ)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

[1]許強(qiáng).四川省8·13特大泥石流災(zāi)害成因、特點(diǎn)與啟示[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18(5)：596-608.

[2]易朋瑩.四川省地震災(zāi)區(qū)第五批重大地質(zhì)災(zāi)害崇州市梁家山溝泥石流補(bǔ)充勘查報(bào)告[R].重慶：重慶市高新工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2011.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZ/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.

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZ/T0239-2004泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

Dynam ical Variation of Loose Depositof Debris Flow

Based on analysisof prospecting beforeand after debris flow of Liangjiashan Valley,itcan be inferred that loose depositof debris flow isdynam ically changeable,notonly in quantity,butalso in distribution location and transform of differentmaterial sources.As precipitation conditions are the determ inants,it isnecessary to predict loose depositunder rainfall conditionsof different frequencies.This conclusion can be applied to all typesof debris flow,except for spoildebris flow.

loose deposit；dynam icalvariation；precipitation condition

[TV144]

A

1671-9107（2012）09-0029-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2012.09.029

2012-6-14

任佳(1981-)，男，湖北人，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治方面的工作；

陳軍龍(1980-)，男，甘肅人，本科，工程師，主要從事巖土、地質(zhì)災(zāi)害設(shè)計(jì)施工工作。