周　偉，吳　翼

(核工業(yè)德陽金陽巖土工程有限公司，四川 德陽 618000)

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茨里溝泥石流災(zāi)害評價

周偉，吳翼

(核工業(yè)德陽金陽巖土工程有限公司，四川 德陽 618000)

摘要：“5.12”地震后，災(zāi)區(qū)地質(zhì)環(huán)境十分復雜，區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，為泥石流發(fā)育提供了大量松散物源，在強降雨條件下，極易形成泥石流災(zāi)害，嚴重威脅災(zāi)區(qū)人民的生產(chǎn)生活[1]。通過汶川縣茨里溝災(zāi)害調(diào)查評價，詳細分析了該泥石流成因機制、發(fā)生頻率、發(fā)展趨勢和危險性程度，通過計算泥石流基本特征值，提出“以攔為主”的防治措施，使泥石流威脅區(qū)域內(nèi)危險程度降低，對改善當?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，防災(zāi)、減災(zāi)效益和社會效益明顯[2]。

關(guān)鍵詞：茨里溝；泥石流；災(zāi)害評價；基本特征值；防治措施

受“5.12”汶川地震影響，地震災(zāi)區(qū)兩側(cè)山體結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，溝內(nèi)及兩岸的崩塌、滑坡等松散固體物質(zhì)急劇增加，充足的物源條件使泥石流的爆發(fā)變得更加頻繁[1-3]。災(zāi)區(qū)山高坡陡，地形復雜，地勢險峻，地形條件成熟。最近幾年震區(qū)暴雨集中，雨量大，水源充足。因此，泥石流災(zāi)害發(fā)生風險性非常大，故開展泥石流災(zāi)害評價對該地區(qū)的抗災(zāi)、減災(zāi)、防災(zāi)等工作提供科學依據(jù)具有很重要的意義[4-5]。

2013年7月，西南地區(qū)普降大雨。7月10日汶川縣茨里溝暴發(fā)泥石流，沖出固體物質(zhì)約7 000 m3，泥石流沖出物已堆積至茨里溝水庫尾部溝床內(nèi)，嚴重威脅茨里溝水庫安全及水庫下游村民、通村公路及其附屬設(shè)施等。文章通過調(diào)查研究茨里溝泥石流的特征、成因、危險性及未來發(fā)展趨勢，并提出有效的防治措施，為該溝泥石流防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。

1　水文、地質(zhì)特征

1.1氣候水文特征

茨里溝位于汶川縣威州鎮(zhèn)南溝上游段，區(qū)內(nèi)受西南和東南暖濕氣流共同影響，使區(qū)內(nèi)具冬季氣候干燥，夏季溫暖濕潤多雨的東亞季風氣候特征，屬暖溫帶大陸性半干旱季風氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)多年平均降水量為528.7 mm，日最大降水量79.9 mm。

茨里溝水源補給主要來自大氣降水，流量受降水量影響較大。溝域內(nèi)支溝發(fā)育，且分布不均勻，大都集中在主溝的右岸和茨里水庫以上，較大的支溝從上往下有石水干溝、水槽頭溝、掉洪崖溝、沖尖子溝。

1.2地層巖性特征

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)和泥盆系月里寨組(Dyl)和第四系地層。震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)巖性主要為硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)頁巖、白云巖等。泥盆系月里寨群(Dyl)巖性主要為灰色薄～厚層狀灰?guī)r與灰色千枚巖、白云巖、變質(zhì)石英砂巖、黑灰色炭質(zhì)千枚巖等。第四系松散堆積層主要為碎塊石土，結(jié)構(gòu)松散，碎塊石分選性和磨圓度較差，以泥石流堆積物(Q4sef)和沖洪積物(Q4al+pl)為主，含大量碎塊石和漂礫，含量多在50%，其成分復雜，巖性以白云巖、灰?guī)r、砂巖、千枚巖、板巖等為主。

2　泥石流分析

2.1泥石流成因分析

2.1.1地形條件[6]

茨里溝流域形態(tài)為樹葉狀(見圖1，圖2),溝域面積約4.48 km2，溝道縱向長度約2.7 km，流域分水嶺處高程3 200 m，最大相對高差1 440 m，平均縱坡降411‰，見圖3。根據(jù)現(xiàn)有松散固體物源的分布、泥石流形成條件及運動機制，將茨里溝泥石流溝域劃分為：清水區(qū)、形成流通區(qū)、堆積區(qū)三段。清水區(qū)為高程3 200 m～2 740 m段，該段溝道溝床縱坡坡降在533‰左右，沖刷痕跡不明顯，溝谷較窄，寬3 m～8 m，谷坡坡度30°～70°，區(qū)內(nèi)沿溝道兩側(cè)均有不連續(xù)的基巖出露，植被發(fā)育程度較發(fā)育。形成流通區(qū)為高程2 749 m～1 809 m段，區(qū)內(nèi)支溝發(fā)育，崩塌、滑坡等物源集中點較多，且溝道狹窄，溝床縱坡坡降大，平均583.7‰，利于塊碎石等物質(zhì)的排泄，溝谷岸坡較陡，坡度30°～70°，谷坡上主要為雜木及雜草，為松散物質(zhì)主要分布區(qū)域，溝道內(nèi)物源較豐富，在暴雨季節(jié)容易在陡峭的地形下啟動形成泥石流，見圖4。高程1 809 m至茨里水庫尾水段(1 758 m)溝道平緩，平均坡降約126.1‰，堆積大量溝道物源，為泥石流堆積區(qū)。

2.1.2物源條件

(1)溝道堆積物源

泥石流溝道堆積物源主要是溝道內(nèi)的松散固體物質(zhì)及上游崩塌滑坡進入溝道內(nèi)物質(zhì)，見圖5。在強大的水動力條件下，泥石流刨蝕溝床，對溝床揭底沖刷，裹挾大量溝床堆積物質(zhì)形成大規(guī)模的泥石流，造成巨大的危害。據(jù)本次調(diào)查，溝道松散固體物源總量達6.1×104m3，動儲量為1.75×104m3。

圖1茨里溝泥石流整體地形地貌

圖2茨里溝泥石流平面圖

(2)崩塌堆積物源

崩塌堆積物源主要分布于溝道兩側(cè)基巖出露且坡度較陡的地段。該類物源主要是“5.12”汶川特大地震誘發(fā)，后在“7.10”強降雨作用下加劇了崩塌的發(fā)生和規(guī)模。茨里溝上游崩塌物源有2個(B1、B2)，該類物源主要發(fā)育于風化裂隙發(fā)育區(qū)域，巖性多以灰?guī)r、千枚巖為主。崩塌松散固體物源量1.25×104m3，動儲量為0.2×104m3。

(3)滑坡堆積物源

滑坡堆積物源主要分布于溝道兩側(cè)，坡度一般較緩，主要為殘坡積層受地震、地下水、降雨、坡腳流水沖刷等綜合作用而誘發(fā)。溝域內(nèi)發(fā)育2處滑坡，為小型滑坡?？們α繛?.8×104m3，動儲量為0.25×104m3。

圖3茨里溝泥石流溝道縱剖面圖

圖4茨里溝泥石流形成流通區(qū)地貌

圖5茨里溝泥石流溝道物源

茨里溝流域內(nèi)固體物源主要為崩塌物源及滑坡物源和溝道物源，主要分布在形成流通區(qū)內(nèi)，全域松散固體物源總量為7.35×104m3，動儲量為2.05×104m3。

2.1.3水源條件[7]

表1　茨里溝泥石流特征雨值計算成果表

茨里溝流域降雨充沛，降雨頻率雨值均已超過了泥石流界限雨值，成為暴發(fā)泥石流極為重要的因素。

2.2泥石流的成因機制和引發(fā)因素

泥石流是在一定的氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等條件下形成和發(fā)展的，這些條件之間都有密切的關(guān)系，并且相互作用才促成泥石流的形成和發(fā)展[8]。

(1)降雨因素

在快速、強烈的水源條件下，松散碎屑物質(zhì)有可能沿河床產(chǎn)生運移和移動，因此，水動力條件對泥石流的產(chǎn)生起著相當重要的作用。據(jù)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)降雨豐富，短時降雨值遠大于泥石流觸發(fā)雨量。

(2)地質(zhì)構(gòu)造因素

茨里溝流域內(nèi)，地層陡傾，巖性為灰?guī)r、千枚巖，均屬較堅硬巖，在長期的風化卸荷作用下易產(chǎn)生崩滑現(xiàn)象，為泥石流的暴發(fā)提供有利物源條件。

(3)地形因素

茨里溝相對高差較大，溝床整體呈由陡變緩的形態(tài)，溝床平均坡降411‰。陡峻的溝道更利于流水匯集，強大的水動力更能促使泥石流的發(fā)展。茨里溝溝谷兩岸山體坡度以35°～50°為主，利于降雨和岸坡松散物質(zhì)匯集。

(4)物源因素

溝谷暴發(fā)泥石流災(zāi)害其中一個必要條件就是存在足夠的固體物質(zhì)來源，松散固體物質(zhì)的儲備，是形成泥石流的物質(zhì)基礎(chǔ)，流域內(nèi)動儲量直接影響著泥石流的暴發(fā)頻率和性質(zhì)。茨里溝泥石流的物源主要為溝道物源、崩滑堆積物源組成，全流域松散固體物源總量為7.35×104m3，動儲量為2.05×104m3。因此，茨里溝流域具備較豐富的物源條件。

茨里溝流域地形復雜，山高坡陡，地勢險峻，區(qū)內(nèi)物源豐富，且雨季降雨充沛，在適宜的地形、物源及水源條件，較易發(fā)生泥石流災(zāi)害。

2.3泥石流各區(qū)段沖淤特征

(1)清水區(qū)沖淤特征

茨里溝清水區(qū)坡度較大，溝谷縱坡較陡，平均在533‰左右，由于溝道兩側(cè)松散層較薄，植被覆蓋較好，溝道底部見基巖出露，抗沖刷能力較強，所以清水區(qū)溝床主要為清水沖刷。

(2)形成流通區(qū)沖淤特征

茨里溝形成流通區(qū)縱坡溝道縱坡陡峭，溝床相對狹窄，一般為3 m～8 m左右，溝道下切較強烈，形成流通區(qū)沖刷作用強烈，主要沖淤特征為沖刷為主。

(3)堆積區(qū)沖淤特征

堆積區(qū)溝道縱坡坡降較緩，主要為淤積特征。

2.4泥石流災(zāi)害史及災(zāi)情、危害性分析

(1)泥石流災(zāi)害史及災(zāi)情

2013年7月10日茨里溝支溝沖尖子溝暴發(fā)泥石流，沖出固體物質(zhì)約7 000 m3，泥石流沖出物堆積至茨里水庫尾部溝床內(nèi)，泥石流雖未造成人員傷亡，但嚴重威脅茨里水庫的安全運行及水庫下游村民安全生產(chǎn)生活。

(2)泥石流危險區(qū)范圍

據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[9](DZ/T 0220-2006)，茨里溝泥石流潛在危險性等級為小型。茨里溝泥石流主要威脅對象是茨里溝及水庫下游村民、通村公路及其附屬設(shè)施等。

2.5泥石流發(fā)生頻率和規(guī)模

茨里溝近年泥石流發(fā)生較少，屬低頻泥石流。從2013年7月沖出泥石流物質(zhì)規(guī)模判斷，屬小型泥石流。受“5.12”汶川特大地震誘發(fā)，后在“7.10”強降雨作用下加劇了溝內(nèi)崩塌、滑坡及溝道物源增加，流域內(nèi)可參與泥石流活動的固體物源動儲量為2.05×104m3，相當于2013年7月泥石流一次固體物質(zhì)沖出量0.70×104m3的3倍。因此，茨里溝泥石流滿足再次暴發(fā)條件，近期內(nèi)暴發(fā)中～小型稀性泥石流的可能性大，故應(yīng)加強相應(yīng)的防治工作[10]。

2.6泥石流發(fā)展趨勢預(yù)測

茨里溝屬暴雨溝谷型泥石流，現(xiàn)階段該泥石流已進入發(fā)展壯年期。對15項反映泥石流活動條件的因素進行綜合評判并量化打分，再數(shù)量化評級標準進行評判。經(jīng)打分統(tǒng)計茨里溝泥石流易發(fā)程度量化得分91分，屬中度易發(fā)泥石流。

3　泥石流基本特征值的計算

3.1泥石流流體重度

3.1.1現(xiàn)場配漿法

參照2013年7月泥石流的性狀，對茨里溝泥石流重度采用現(xiàn)場配漿法試驗，試驗計算結(jié)果如表2。

表2　茨里溝泥石流流體重度現(xiàn)場試驗計算表

茨里溝泥石流重度為1.574 t/m3～1.675 t/m3，平均值為1.610 t/m3。

3.1.2查表法

茨里溝泥石流易發(fā)程度量化得分91分，按《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[9](DZ/T0220-2006)表G.2查表確定重度為γc=1.628 t/m3。

3.1.3綜合取值

依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[9](DZ/T0220-2006)附錄H、附錄G以及現(xiàn)場配漿試驗結(jié)果綜合確定茨里溝泥石流重度取值為γc=1.628 t/m3。

3.2泥石流流量

3.2.1雨洪法

(1)清水流量計算

采用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》[11]推薦的推理公式：

(1)

式中：QB為設(shè)計洪峰流量(m3/s)；i為最大平均暴雨強度(mm/h)；n為暴雨公式指數(shù)；τ為流域匯流時間(h)；S為暴雨雨力(mm/h)；F為流域集水面積(km2)。

據(jù)此，求得的各斷面部位暴雨洪峰流量值詳見表3。

(2)泥石流峰值流量計算

采用雨洪法求得泥石流峰值流量如表4。

表3　茨里溝暴雨洪峰流量計算表

表4　茨里溝泥石流峰值流量計算表

3.2.2形態(tài)調(diào)查法

形態(tài)調(diào)查法計算公式為：

Qc=WcVc

(2)

式中：Qc為泥石流斷面峰值流量(m3/s)；Vc為泥石流斷面平均流速(m/s)；Wc為泥石流過流斷面面積(m2)。

泥石流重度為1.628 t/m3，泥石流流體性質(zhì)則偏于稀性泥石流[12]，流速采用稀性泥石流通用公式進行計算：

表5　茨里溝泥石流流速計算表

表6　茨里溝泥石流流量形態(tài)調(diào)查法計算表

3.2.3綜合取值

泥石流峰值流量采用表5雨洪法計算求得的結(jié)果。

3.3一次泥石流過流總量

據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[9](DZ/T0220-2006)附錄Ⅰ計算公式：

Q=0.264TQc

(4)

式中：Qc為泥石流最大流量(m/s)；Q為一次泥石流過流總量(m3)；T為泥石流歷時(s)。

泥石流峰值流量為38.635 m3/s；泥石流歷時T=1800 s；泥石流沖出量為Q=1.84×104m3。

3.4一次泥石流固體沖出物

據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[9](DZ/T0220-2006)附錄Ⅰ計算公式：

QH=Q(γc-γw)/(γH-γw)

(5)

式中:γw為水的重度(t/m3)；Q為一次泥石流過程總量(m3)；γH為泥石流固體物質(zhì)的重度(t/m3)；γc為泥石流重度(t/m3)；QH為一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量(m3)。

茨里溝泥石流一次固體物質(zhì)沖出總量約為QH=0.70×104m3(見表7)。

表7　一次泥石流總量及一次沖出固體物質(zhì)總量

3.5泥石流整體沖壓力

據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》[13](DZ/T0239-2004)式計算：

(6)

式中：λ為矩形建筑物形狀系數(shù)，取1.33；Vc為泥石流平均流速(m/s)；P為泥石流沖壓力(kPa)；γc為泥石流重度(kN/m3)；α為建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角(°)。

泥石流整體沖壓力計算結(jié)果詳見表8。

表8　茨里溝泥石流溝整體沖壓力計算表

3.6泥石流爬高和最大沖起高度

按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[9](DZ/T0220-2006)附錄Ⅰ計算公式：

(7)

式中：b為泥石流迎面坡度的函數(shù)；ΔHc為泥石流爬高(m)；ΔH為泥石流最大沖起高度(m)；Vc為泥石流平均流速(m/s)。

計算茨里溝泥石流最大中期高度為0.49 m，爬高為0.79 m。

4　防治措施建議

茨里溝溝道整體縱坡較大，形成流通區(qū)支溝發(fā)育，溝道物源和崩滑堆積物源發(fā)育，若暴發(fā)較大規(guī)模泥石流，大量的粗顆粒物質(zhì)可能淤塞茨里溝的取水口，致使取水口閘門無法啟閉，這將嚴重影響茨里溝的灌溉效益及防洪調(diào)峰作用，進而威脅到下游村民、溝口汶川縣城及G213線的安全。

茨里溝泥石流災(zāi)害采取以防為主、防治結(jié)合的防治工程措施，以控制泥石流運動為主，建議在茨里溝尾水處修建攔擋壩，將上游沖下來的泥石流物質(zhì)攔住，防止泥石流物質(zhì)進入茨里溝，以防御和減輕泥石流災(zāi)害，保護當?shù)鼐用裆敭a(chǎn)安全。

5　結(jié)　論

(1)茨里溝流域形態(tài)為樹葉狀,溝域面積約4.48 km2，溝道縱向長度約2.7 km，平均縱坡降411‰。山高坡陡，地形復雜，地質(zhì)溝道作用強烈，溝谷縱坡較大，沖刷較強烈，兩岸覆蓋層土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，植被稀疏，溝道淤積大量松散堆積物質(zhì)，據(jù)統(tǒng)計流域內(nèi)松散固體物源總量為7.35×104m3，動儲量為2.05×104m3。溝域雨季雨量集中，在暴雨作用下易形成泥石流災(zāi)害。

(2)茨里溝泥石流的屬小型暴雨溝谷型泥石流。茨里溝泥石流易發(fā)程度量化得分91分，屬中度易發(fā)泥石流。威脅對象為茨里溝及水庫壩址下方茨里組村民、通村公路及其附屬設(shè)施等。受“5.12”汶川特大地震誘發(fā)和“7.10”強降雨作用，近期內(nèi)暴發(fā)中～小型稀性泥石流的可能性大，故應(yīng)加強相應(yīng)的防治工作。

(3)經(jīng)泥石流基本特征值計算，泥石流重度為γc=16.28 kN/m3，泥石流峰值流量為38.635 m3/s，一次泥石流沖出量為Q=1.84×104m3，固體物質(zhì)沖出總量為QH=0.70×104m3，泥石流整體沖壓力20.11 kPa，最大沖起高度為0.49 m，最大泥石流爬高為0.79 m。

(4)茨里溝泥石流通過采取以防為主、防治結(jié)合的防治工程措施，以控制泥石流運動為主，防御和減輕泥石流災(zāi)害，保護當?shù)鼐用裆敭a(chǎn)安全。整體治理思路為以攔為主，建議在泥石流堆積區(qū)修建攔擋壩，將上游沖下來的泥石流物質(zhì)攔住，防止泥石流物質(zhì)進入茨里溝水庫。

(5)通過對茨里溝泥石流的調(diào)查研究和評價，使該泥石流威脅區(qū)域內(nèi)危險程度降低，改善了當?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，防災(zāi)、減災(zāi)效益和社會效益明顯。

參考文獻：

[1]鐵永波.強震區(qū)城鎮(zhèn)泥石流危害風險評價方法與體系研究[D].成都：成都理工大學，2009.

[2]張建石.基于GIS的汶川縣城鎮(zhèn)泥石流風險性評價研究——以南溝泥石流為例[D].成都：成都理工大學，2012.

[3]亓星，余斌，朱淵，等.貴州都勻馬達嶺滑坡碎屑流形成泥石流特征[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2013，24(1)：1-6.

[4]張建良，車志強，韓國童，等.河南盧氏縣羅家溝泥石流災(zāi)害評價[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2013，24(1)：7-17.

[5]劉仁志，倪晉仁.中國暴雨泥石流危險性區(qū)劃[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學學報，2005，12(4):346-360.

[6]李泳.泥石流溝床比降的幾點討論[J].土壤侵蝕與水土保持學報，1999，5(6)：51-55．

[7]莊建琦，崔鵬，葛永剛，等.降雨特征與泥石流總量的關(guān)系分析[J].北京林業(yè)大學學報，2009，31(4)：77-83.

[8]馬宗源.泥石流流場三維數(shù)值模擬研究[D].西安：長安大學，2006．

[9]國土資源部地質(zhì)環(huán)境司.DZ/T0220-2006.泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2006.

[10]魯科.泥石流爆發(fā)頻率與其形成區(qū)巖性的相關(guān)研究[D].成都：成都理工大學，2010.

[11]四川省水利電力廳編.四川省中小流域暴雨洪水計算手冊[M].成都：四川省水利電力廳，1984.

[12]秦云鵬.淺談稀性泥石流流速[J].泥沙研究，1983，(1):36-40.

[13]中華人民共和國國土資源部.DZ/T0239-2004.泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2004.

DebrisFlowHazardandEvaluationofCiliGully

ZHOU Wei,WU Yi

(NuclearIndustryDeyangJinyangGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.,Deyang,Sichuan618000,China)

Abstract：After the “5.12” earthquake,the geological environment of the inflicted area has become very complex,the development of landslide,collapse and other geological disasters in the area provides a lot of loose material source for the development of debris flow.Under the condition of heavy rainfall,it is prone to cause debris flow disasters,which will put a serious threat to the people's livelihood.Based on the survey and assessment of debris flow hazard of Cili gully in Wenchuan county,the debris flow formation mechanism,characteristics,frequency,risk degree and the development trend were analysed in detail.According to the calculation of the basic characteristics of debris flow value,the prevention measure of “retaining primarily” was put forward.This measure will reduce the risk of the onset of debris flows to the endangered area and improve the local geological and ecological environment,as well as enhance the benefits of disaster prevention and mitigation,along with other social benefits.

Keywords：Cili gully;debris flow;hazard evaluation;basic characteristic value;prevention measures

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.03.031

中圖分類號：TU45

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0154—06

作者簡介：周偉(1988—)，男，四川石棉人，碩士，助理工程師，主要從事巖土體穩(wěn)定性及工程環(huán)境效應(yīng)等方面的研究工作。

收稿日期：2014-07-20修稿日期：2014-08-27