孫瑜，王春，江守印，劉剛

（1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610061；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，成都 610051）

2013年4月20日四川省雅安市蘆山縣發(fā)生MS7.0級地震，引發(fā)大量崩塌、滑坡，為泥石流活動提供了豐富的松散固體物質(zhì)，而地震造成的大量坡體失穩(wěn)和巖體破壞，使震區(qū)泥石流將在今后較長一段時間內(nèi)處于活躍期，其暴發(fā)規(guī)模和頻率將顯著增加，直接危害災(zāi)區(qū)人民生命財產(chǎn)安全，尤其是城鎮(zhèn)、村莊、道路、水利水電工程和農(nóng)田等［1]。本文通過對蘆山地震災(zāi)區(qū)甘洛縣斯巴呷拉達(dá)溝實地踏勘訪問，針對其泥石流的形成條件和發(fā)育趨勢提出一套較有效的防治方案。

1 自然環(huán)境背景

1.1 流域概況

斯巴呷拉達(dá)溝位于蘆山地震災(zāi)區(qū)甘洛縣的東南側(cè)，溝口地理位置為102°47′49″E，28°43′10″N，距離蘆山地震震中直線距離約160 k m［2]。斯巴呷拉達(dá)溝為甘洛河右岸一級支溝，流域面積1.25 k m2，主溝長度1.92 k m，主溝比降436‰，最大高程2 775 m，溝口高程1 800 m，相對高度975 m，流向由南向北（圖1）。

1.2 地貌

甘洛縣地處川西高原與四川盆地的過渡帶，地跨川滇南北向構(gòu)造和青藏滇“歹”字型構(gòu)造，地貌嚴(yán)格受上述構(gòu)造控制，屬侵蝕構(gòu)造地貌，多呈南北向展布，縣域地勢東、西、南三面高，北部和中部較低。研究區(qū)地貌類型屬于中山地貌。

1.3 地質(zhì)

甘洛縣歷經(jīng)多次構(gòu)造變動，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，形成了不同特征的構(gòu)造體系。甘洛縣大地構(gòu)造屬康滇古陸的一部分，處于著名的川滇經(jīng)向構(gòu)造體系和青藏滇緬印尼巨型“歹”字型構(gòu)造的交接、上并部位，兩者貫穿全縣，華夏系龍門山構(gòu)造帶南端與金河－箐河構(gòu)造帶南端之殘余部分也影響了本縣的大部地區(qū)，還受筠連－赤水緯向構(gòu)造體系與新華夏系川西構(gòu)造帶的波及，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。因強烈的地殼運動，褶皺，斷層十分發(fā)育，形成大的背斜和向斜。

斯巴呷拉達(dá)溝流域出露地層主要有志留系（S）中統(tǒng)石門坎組，巖性為碳酸鹽巖及新生界第四系松散堆積（圖1）。

1.4 氣象與水文

甘洛縣屬亞熱帶季風(fēng)氣侯，夏季炎熱，冬季溫暖。據(jù)甘洛縣氣象站資料，多年平均降雨量968.3 mm，最大年降雨量為1 179.9 mm，最大日降雨量達(dá)80.7 mm，最大小時降雨量達(dá)40.3 mm，最大30 min降雨量達(dá)30.9 mm，最大10 min降雨量達(dá)14.8 mm。降雨量、氣溫等在不同地區(qū)和不同海拔高程上變化顯著。降水分配很不均勻，75%以上的降水量集中在5～9月（圖2）。

圖1 斯巴呷拉達(dá)溝流域示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of Sibaxialada Gully

圖2 甘洛縣多年降雨量氣溫曲線圖Fig.2 Monthly average rainfall of many years

1.5 地震

新構(gòu)造運動在甘洛縣內(nèi)主要表現(xiàn)為間歇性強烈上升，伴隨大量的新生帶斷裂、褶皺、老斷裂復(fù)活、地震和局部下降，形成了四級剝夷面、六級階地和迭置扇。據(jù)歷史記載，縣域7級以上地震發(fā)生較少。據(jù)2008年8月29日中國地震局發(fā)布的四川省汶川“5.12”8.0級強烈地震烈度圖，研究區(qū)地震烈度為Ⅵ度。據(jù)2013年4月25日中國地震局發(fā)布的四川省蘆山“4.20”7.0級強烈地震烈度圖，研究區(qū)地震烈度為Ⅵ度。據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011－2010），區(qū)內(nèi)地震地烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15 g，設(shè)計抗震為第三組。

2 泥石流的形成條件與發(fā)育趨勢

2.1 形成條件

（1）地形

斯巴呷拉達(dá)溝流域山高坡陡，地形高差較大，地勢南高北低，土地主要集中分布在海拔1 800～2 000 m范圍內(nèi)，占總面積的17.6%，其中海拔＞2 000 m的面積占總面積82.4%（表1）。對流域內(nèi)山坡坡度進(jìn)行分級統(tǒng)計可知，流域內(nèi)＜25°的緩坡地占18.1%，主要位于流域的中游和下游部分地段；25°～35°的 陡 坡 地占27.7%；＞35°的急陡坡地占流域面積的54.3%，陡坡地和急陡坡地主要位于流域的上游和下游部分地段。斯巴呷拉達(dá)溝所在區(qū)域新構(gòu)造運動主要以抬升為主，主支溝強烈下切，溝谷呈“V”字型，溝床縱比降較大，其形態(tài)可以用流域形態(tài)完整系數(shù)來表示［3]：δ＝Ab／L2w（Lw：流域長度（k m），Ab：流域面積（k m2））。通過上式可以判斷，流域越為狹長，流域形態(tài)完整系數(shù)δ越??；反之流域形態(tài)完整系數(shù)δ越大。計算表明，斯巴呷拉達(dá)溝流域形態(tài)完整系數(shù)為0.34，屬于樺葉形泥石流流域，說明該流域較完整，具有良好的匯流條件，對山洪和泥石流的形成有利。斯巴呷拉達(dá)溝流域陡峭的山坡、陡急的溝床和良好的流域匯流條件，均為泥石流的形成提供了較好的地貌條件。

表1 斯巴呷拉達(dá)溝流域海拔和山坡坡度分級統(tǒng)計表Table 1 Elevation and slope classification of Sibaxialada Gully

（2）松散物質(zhì)

根據(jù)野外調(diào)查和訪問，結(jié)合震前遙感圖比對分析，斯巴呷拉達(dá)溝在蘆山“4.20”地震前植被覆蓋率較高，泥石流松散物源較少?！?.20”地震在溝域內(nèi)產(chǎn)生6處崩滑體，主要分布在流域的中下游。

斯巴呷拉達(dá)溝在震后的松散物源估算，采用文獻(xiàn)［4]建立的汶川地震災(zāi)區(qū)崩滑體面積（SL）和平均厚度（t）的經(jīng)驗公式來計算：t＝1.432×Ln（SL）－4.985。計算表明，斯巴呷拉達(dá)溝流域在震后形成的6處崩滑體總面積為17 047 m2，松散固體物質(zhì)總量為11.02×104m3（表2）。上述松散物源進(jìn)入溝道，造成松散堆積物急增，加之該溝本身具有有利于泥石流形成的地形和水源條件，具備泥石流暴發(fā)的基本條件。斯巴呷拉達(dá)溝泥石流的起動方式可能為，在一定的降水條件下，流域中下游的崩滑體失穩(wěn)起動形成泥石流，在攜帶巨大石塊向下游流動的過程中，不斷沖蝕、鏟刮溝岸和溝床，使溝道加寬，溝床下切深度增大，導(dǎo)致大量的松散物質(zhì)順流而下，從而形成危害性泥石流。

表2 斯巴呷拉達(dá)溝地震引起松散物源統(tǒng)計表Table 2 Loose materials of landslides triggered by the earthquake

（3）暴雨

降雨是泥石流暴發(fā)的重要觸發(fā)條件。“9.24”北川特大泥石流的調(diào)查分析結(jié)果表明［5]，在強震后，震區(qū)泥石流啟動所需臨界降雨量顯著降低，1999年臺灣集集地震后泥石流啟動的小時雨強和臨界累積雨量比震前降低1／3［6]。

據(jù)四川省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集（2010年）所附暴雨量等值線圖，斯巴呷拉達(dá)溝流域所在地區(qū)的1 h、6 h、24 h多年最大暴雨量平均值分別為35 mm、48 mm、68 mm，變異系數(shù)分別為0.41、0.38、0.35。根據(jù)變異系數(shù)，查皮爾遜Ⅲ型曲線得到不同頻率下模比系數(shù)，再求取不同頻率下的雨強值，見表3。在P＝5%的條件下，1 h、6 h、24 h雨強可分別達(dá)到63.0 mm、83.04 mm、113.56 mm，由此可見，集中降水和較大的暴雨強度，為泥石流的形成提供了充足的水源條件。

表3 斯巴呷拉達(dá)溝所處區(qū)域不同頻率下雨強值計算表Table 3 Rainfall intensity under different frequencies

2.2 發(fā)育趨勢

蘆山“4.20”地震前，斯巴呷拉達(dá)溝流域內(nèi)植被發(fā)育，泥石流形成的松散物源總量較少。震后，流域內(nèi)地形地貌雖未發(fā)生明顯改變，但局部地貌發(fā)生顯著變化，共發(fā)育6處崩塌滑坡，形成松散固體物質(zhì)約11.02×104m3，斯巴呷拉達(dá)溝流域在地震后已具備形成泥石流的松散固體物源條件。

據(jù)汶川“5.12”地震災(zāi)區(qū)震后泥石流活動特征，在震后松散固體物源豐富時，泥石流的活動主要受控于降雨，斯巴呷拉達(dá)溝流域中下游在蘆山“4.20”地震的影響下已形成大量松散固體物質(zhì)，部分已進(jìn)入溝道，這些松散物質(zhì)在降雨作用下極易導(dǎo)致泥石流暴發(fā)，一旦泥石流堵斷主溝道，潰決后將形成大規(guī)模泥石流，嚴(yán)重威脅溝口群眾生命財產(chǎn)安全，甚至?xí)_入甘洛河導(dǎo)致河道壅塞或者短時堵斷。

3 防治措施

斯巴呷拉達(dá)溝口區(qū)域村莊密布，居住有27戶142人，均處于該泥石流溝影響區(qū)。采用現(xiàn)場漿體容重配制法和查表法，綜合得出斯巴呷拉達(dá)溝泥石流容重為1.6 g／cm3，屬于稀性泥石流。由于稀性泥石流阻力較小，流體多成兩相流，排導(dǎo)縱坡較小，沖淤能力相對較弱，流量變化相對較小，沖擊力亦較小等特點［7]，結(jié)合該溝泥石流的特征危害及減災(zāi)治理要求，其減災(zāi)工程規(guī)劃方案采取“以排為主”的措施（圖3）。

具體減災(zāi)工程包括：在出山口和甘洛河之間新建一條長約319.2 m的排導(dǎo)槽（圖3），以保證泥石流順利導(dǎo)入主河，避免危害溝口居民區(qū)；建立監(jiān)測點，完善群測群防體系，綜合監(jiān)測泥石流發(fā)生的各種征兆，在泥石流來臨前，及時發(fā)布預(yù)警預(yù)報，降低人員傷亡。

下面重點討論排導(dǎo)槽各段分項設(shè)計。

（1）出山口段

斯巴呷拉達(dá)溝流域由于無雨量和山洪流量觀測記錄，無法用數(shù)理統(tǒng)計的方法計算，采用四川省水文手冊提供的相關(guān)參數(shù)計算不同頻率下的暴雨洪峰流量，再用雨洪法求不同頻率下的泥石流洪峰流量。通過計算，斯巴呷拉達(dá)溝不同頻率的泥石流流量為：Q1%＝65.9 m3／s，Q2%＝29.0 m3／s，Q5%＝17.8 m3／s。目前，斯巴呷拉達(dá)主溝出山口段縱坡降較小，約為106‰，以淤為主，且溝道兩側(cè)房屋密集，過流斷面較小，大都小于6 m3，拓寬加深溝道成本較高。在滿足經(jīng)濟要求，兼顧東側(cè)支溝治理的前提下，排導(dǎo)槽采用機械開挖溝道進(jìn)行新建，從主溝出山口段沿北東向進(jìn)入甘洛河。

排導(dǎo)槽出山口段由于在原主溝天然溝道興建，為了有效防治泥石流裹挾的大塊石對防護(hù)堤的沖刷，將排導(dǎo)槽起始段進(jìn)行了加高加厚，并嵌固進(jìn)左側(cè)山坡巖層內(nèi)。防護(hù)堤堤高4.5 m，基礎(chǔ)埋深根據(jù)沖刷深度1.72 m，安全深度取0.5～1.0 m，設(shè)計為2.5 m，頂寬1.2 m，底寬2.32 m。該段雙邊排導(dǎo)槽寬為4.0 m，輔以布設(shè)防沖肋檻（圖3）。防沖肋檻左側(cè)嵌入排導(dǎo)槽，右側(cè)嵌入泥石流堆積層中密實土體內(nèi)。

（2）支溝匯入段

東側(cè)支溝在雨季主要以坡面流匯入下方溝道，造成下游的民房毀損，故在支溝下方增設(shè)一段雙邊排導(dǎo)槽，長約40 m。防護(hù)堤堤高2.5 m，基礎(chǔ)埋深根據(jù)沖刷深度0.74 m，設(shè)計為1.2 m，頂寬0.6 m，底寬1.22 m，外側(cè)直立，臨溝側(cè)坡比為1∶0.25，用C20毛石混凝土結(jié)構(gòu)。在排導(dǎo)槽起始端設(shè)計為喇叭口，利于泥石流歸流，并輔以布設(shè)防沖肋檻（圖3），防沖肋檻兩側(cè)均嵌入防護(hù)堤，與防護(hù)堤整體現(xiàn)澆。

圖3 斯巴呷拉達(dá)溝泥石流治理工程平面圖Fig.3 Engineering plans for debris－flow treatment

（3）匯入甘洛河段

主支溝泥石流匯合后，導(dǎo)致50 a一遇泥石流峰值流量達(dá)到29.0 m3／s，采用雙邊排導(dǎo)槽進(jìn)行泥石流排導(dǎo)。對泥石流排導(dǎo)槽梯形最佳過流斷面進(jìn)行優(yōu)化計算得到，在排泄設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的泥石流時，排導(dǎo)槽的最佳過流斷面寬度為5.0 m，深度為3.5 m［8]（圖4）。防護(hù)堤堤高3.5 m，基礎(chǔ)埋深根據(jù)沖刷深度0.95 m，設(shè)計為1.2 m，頂寬0.8 m，底寬1.67 m，臨溝側(cè)坡比為1∶0.25，外側(cè)直立。在排導(dǎo)槽進(jìn)入甘洛河附近，由于岸坡高陡，近年受泥石流沖刷嚴(yán)重，將該段改造為急流槽，增設(shè)梯踏步消能，利于泥石流順利進(jìn)入甘洛河。

4 結(jié)論

（1）受蘆山地震影響，斯巴呷拉達(dá)溝流域中下游由于震動直接引發(fā)了6處崩滑體，崩滑體總面積為17 047 m2，松散固體物源的總量為11.02×104m3，為泥石流的形成提供了豐富的松散物源。

圖4 斯巴呷拉達(dá)溝泥石流梯型排導(dǎo)槽橫斷面圖Fig.4 Section view of the ladder drainage canal for debris flow

（2）經(jīng)實地踏勘和室內(nèi)分析，地震后斯巴呷拉達(dá)溝已經(jīng)具備暴發(fā)泥石流的條件，震后松散固體物源陡增，促使泥石流的活動主要受控于降雨。一旦發(fā)生泥石流，將嚴(yán)重威脅溝口群眾的生命財產(chǎn)安全，甚至?xí)_入甘洛河導(dǎo)致河道壅塞或者短時堵斷河流。

（3）通過對泥石流排導(dǎo)槽治理工程的分段優(yōu)化設(shè)置，相應(yīng)調(diào)整了雙邊排導(dǎo)槽和防沖肋檻的體型和嵌固深度，并在局部增設(shè)急流槽，達(dá)到了治理斯巴呷拉達(dá)溝泥石流的目的。

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