邵蓮芬

(黃淮學(xué)院 建筑工程學(xué)院,河南 駐馬店 463000)

0 引言

欒川縣位于豫西腹地深山區(qū)，境內(nèi)山嶺縱橫，層巒疊嶂，地勢險峻，不穩(wěn)定斜坡發(fā)育，地形地貌條件復(fù)雜；巖石地層復(fù)雜多樣，節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化破碎強(qiáng)烈，松散坡積層厚度大；溝谷坡降大，采礦等人類工程活動強(qiáng)烈，降雨量大而集中.這些因素使得欒川縣地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差，造成全縣具備有利的泥石流孕災(zāi)環(huán)境[1-2].據(jù)歷史記載，欒川縣曾數(shù)次暴發(fā)過區(qū)域性泥石流災(zāi)害[3].受臺風(fēng)“燦都”影響，欒川縣地區(qū)在2010年7月24日當(dāng)天普降大到暴雨，導(dǎo)致多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴發(fā)了泥石流[4-7].柿樹溝為其中一條典型的泥石流溝道.

柿樹溝位于欒川縣石廟鎮(zhèn)常門村，屬伊河一級支流.歷史上柿樹溝曾經(jīng)多次暴發(fā)泥石流災(zāi)害.根據(jù)野外調(diào)查顯示，溝內(nèi)存在大量泥石流堆積物，尤其以溝谷中下游平緩地帶居多.由于過去對泥石流災(zāi)害了解不夠，未能認(rèn)識到溝道泥石流堆積體在強(qiáng)降雨作用下作為物源復(fù)發(fā)泥石流的可能性.在以往泥石流暴發(fā)之后，未采取有效措施清理溝道泥石流堆積體，或修筑攔擋工程，預(yù)防下次泥石流暴發(fā).加之欒川縣山多地少，當(dāng)?shù)鼐用裢谝恍┏Ｄ晁枯^少的溝道內(nèi)圈地造田，從溝口往上游開墾成種植地，這種毫無規(guī)劃、村民自發(fā)修建的梯田極大地占用了溝道原有天然徑流空間，在洪水時期極大地削弱了溝道過水能力[8].2010年7月24日，該溝暴發(fā)泥石流.當(dāng)時泥石流將下游耕地全部沖毀，席卷而下溝道淤積近300 m.

1 柿樹溝泥石流形成條件

1.1 地形地貌條件

柿樹溝位于石廟鎮(zhèn)常門村，流域處在1000～2000 m之間的中低山流水侵蝕地貌區(qū)，地形多為深切割或強(qiáng)切割高山陡坡深谷，溝壑縱橫，谷深山高，以懸崖峭壁縱橫相連.

柿樹溝泥石流流域面積為1.2 km2，溝長約2.4 km.大量泥石流溝的統(tǒng)計資料表明，易發(fā)泥石流的流域面積多在0.5～10.0 km2之間，太大或太小的流域都不易發(fā)生泥石流[9-10].柿樹溝流域面積處在該范圍內(nèi)，說明其屬于易發(fā)泥石流流域.

柿樹溝為V字形溝谷.溝谷右側(cè)谷坡較左側(cè)谷坡更陡，其中左側(cè)谷坡傾角42°，右側(cè)谷坡傾角55°，屬于重力侵蝕陡坡.柿樹溝流域相對高差441 m，平均縱坡坡降207‰，同樣屬于泥石流易發(fā)坡降范圍內(nèi)[10].

20世紀(jì)50～60年代，柿樹溝流域植被大量砍伐，導(dǎo)致山體巖石裸露，崩塌時常發(fā)生，溝道內(nèi)物源豐富，導(dǎo)致柿樹溝曾經(jīng)多次發(fā)生泥石流.直到20世紀(jì)90年代，大量植樹造林，生態(tài)得以修復(fù)，現(xiàn)在植被覆蓋率約為90%，其中:地表植被森林覆蓋率約占60%，灌木及農(nóng)田約占30%.由于柿樹溝上游段縱坡降較大，而沿溝兩側(cè)山坡較陡，加之柿樹溝上游區(qū)域地形坡度較大，支溝發(fā)育，水流快速匯集，沿程不斷補(bǔ)給徑流能量，使得徑流流動過程中動能不斷增加，從而沖刷拖拽溝道堆積物形成泥石流.

1.2 物源積聚條件

根據(jù)野外對柿樹溝溝道兩旁殘留物質(zhì)的調(diào)查，可以還原出泥石流暴發(fā)前溝道內(nèi)物源的分布情況如下：上游溝道堆積物豐富，以大粒徑塊石為主，厚度1～3 m，7.24泥石流期間基本保持原狀；中上游溝道堆積物較少，厚度0.2～0.5 m，7.24泥石流期間大部分作為物源被帶走；中下游存在大量泥石流堆積體，厚度1～4 m，7.24泥石流期間大部分作為主要物源被帶走.

1.2.1 溝床堆積物

柿樹溝流域發(fā)育有燕山期花崗巖、元古界云英片巖、第四系殘坡積物，其中基巖裂隙高度發(fā)育，中等風(fēng)化.由于20世紀(jì)柿樹溝流域植被遭到大量砍伐，導(dǎo)致山體巖石裸露，崩塌發(fā)育，崩坡積物經(jīng)過水力侵蝕和重力侵蝕堆積于溝道中.尤其以柿樹溝上游，溝道堆積物大量賦存，以大粒徑塊石為主，溝道內(nèi)可見大直徑花崗巖，堆積雜亂無章，磨圓次棱角狀到次圓狀，如圖1所示.由于上游地區(qū)徑流形成時不具備起動溝床堆積物的能力，泥石流暴發(fā)時這些物質(zhì)并未被大量帶走，屬于無效物源.

圖1 柿樹溝上游溝道堆積物Fig.1 Deposits in the upper reach of Shishu gully

位于柿樹溝中上游的溝道堆積物，在7.24泥石流暴發(fā)時大部分作為泥石流物源沿光滑的基巖面被沖刷拖拽而起，僅在溝道兩旁殘存部分堆積物，如圖2所示.

圖2 柿樹溝中上游溝床堆積物Fig.2 Deposits in the upper and middle reaches of Shishu gully

1.2.2 溝道泥石流堆積體

對7.24柿樹溝泥石流的規(guī)模產(chǎn)生重要影響的是位于中下游寬緩地區(qū)的溝道泥石流堆積體(圖3).從殘留的泥石流堆積體來看，其以砂礫石混雜大量碎石、漂石及部分巨石，粒徑以20～200 mm居多，約占85%，巖性以花崗巖、石英片巖及石英巖為主.

圖3 柿樹溝溝道泥石流堆積體局部Fig.3 Part of the channel debris flow deposit in Shishu gully

圖4給出了泥石流堆積體分布區(qū)的溝道形態(tài)，泥石流堆積體處于溝道內(nèi)一段寬緩的地帶，所在區(qū)域形如一個藕節(jié)，中間寬而兩邊窄.泥石流堆積體所在區(qū)域上游溝床比降較大，溝道較窄，到泥石流堆積體區(qū)域逐漸變寬變緩，溝床比降接近于零.隨后溝床比降開始增大，溝道變窄，繼續(xù)往下游后溝道又進(jìn)一步變寬.

圖4 泥石流堆積體分布區(qū)溝道形態(tài)Fig.4 The channel morphology in the debris flow deposit area

正是由于柿樹溝溝道中存在這么一段特殊的地區(qū)，使得以往泥石流暴發(fā)時，由于規(guī)模不及7.24泥石流，在通過此處寬緩地帶時，泥石流能量快速衰減，不足以攜帶過多的泥沙和塊石，大量泥沙和塊石開始堆積.實際上，可以認(rèn)為該處曾經(jīng)是泥石流的堆積區(qū).多次的泥石流堆積使得此處的泥石流堆積體不斷增多，直至7.24強(qiáng)降雨的發(fā)生，由于中上游所形成的洪流能量巨大，將此處的泥石流堆積體席卷而下，最終形成了破壞力巨大的泥石流.

1.3 降雨條件

柿樹溝所在的石廟鎮(zhèn)在地理位置上非常接近欒川縣城，因此，以欒川縣氣象站觀測資料說明柿樹溝的降雨條件.欒川縣為河南省暴雨中心部位，降雨量較大.根據(jù)欒川縣氣象站1957-2000年降雨資料，年平均降雨量為818.7 mm，年際變化較大，最大年降雨量為1370.4 mm(1964年)，最小降雨量564.9 mm(1991年).

降雨年內(nèi)分配不均勻，降雨多集中在6-9月四個月，占全年降雨量的64%，而7-8月兩個月降雨量占全年的41%[11].因而泥石流也多在這一時段內(nèi)暴發(fā).1957-1989年的32年中，共出現(xiàn)暴雨洪水災(zāi)害72次，年均2.6次，其中出現(xiàn)于7月份的29次，占總數(shù)40%，出現(xiàn)于8月份的15次，占21%.

歷史實測24 h降水量最大達(dá)373.3 mm，最大6 h降雨量199.9 mm，最大1 h降水量39.9 mm，據(jù)《河南省暴雨參數(shù)圖集》(2005)資料，欒川縣百年一遇1 h降水量90～110 mm.如此大的降雨，形成徑流量大，易推動松散堆積物混合形成泥石流.

2 柿樹溝7.24泥石流特征

2.1 泥石流活動特征

2.1.1 泥石流由強(qiáng)降雨激發(fā)

2010年7月23日20時至24日20時，欒川縣氣象站觀測最大降雨量達(dá)250～300 mm，為百年一遇.極端的短歷時強(qiáng)降雨天氣使柿樹溝暴發(fā)泥石流.圖5是欒川縣氣象站2010年7月的日降雨量分布圖，從中可以看出在7.24泥石流暴發(fā)前，前期降雨量非常豐富，這也是促進(jìn)此次泥石流暴發(fā)的原因之一.

圖5 欒川縣氣象站2010年7月降雨資料Fig.5 Rainfall data of Luanchuan weather stations in July 2010

據(jù)欒川縣氣象站統(tǒng)計，7月23日20時至24日20時轉(zhuǎn)為特大暴雨，最大6 h降雨量達(dá)101 mm.雨量主要集中于24日上午10時至下午2時.據(jù)統(tǒng)計當(dāng)月降雨量近420 mm，也為新中國成立以來歷史最高.降雨詳細(xì)情況見圖6.該降雨統(tǒng)計數(shù)據(jù)與泥石流暴發(fā)時間相吻合.因此，柿樹溝泥石流誘發(fā)原因為2010年7月持續(xù)的強(qiáng)降雨.

圖6 欒川氣象站2010年7月24日的降雨資料Fig.6 Rainfall data of Luanchuan weather stations

2.1.2 泥石流為溝床起動型

2010年7月24日當(dāng)天，柿樹溝流域遭受短歷時強(qiáng)降雨作用，大量降水形成地表徑流，短時間上游來水暴漲，溝道來不及排水，徑流水深不斷增加，快速匯集于主溝的徑流形成強(qiáng)勁的山洪，猛烈沖刷溝道內(nèi)的泥石流堆積物，形成一股強(qiáng)大的沖刷拖拽侵蝕力，溝道泥石流堆積體表面強(qiáng)度下降，隨徑流一層一層搬移，最后出現(xiàn)“揭底”現(xiàn)象，洪流隨著溝道泥石流堆積物攪拌變稠，最后形成泥石流.泥石流快速順溝下涌并強(qiáng)烈沖刷溝床，掏蝕溝道內(nèi)的泥石流堆積體，將其卷入流體中帶走，使泥石流規(guī)模不斷增大，從形成機(jī)制分析，7.24柿樹溝泥石流的形成具有水流掀動揭底溝道泥石流堆積物的特征，為溝床起動型泥石流.

從泥石流堆積體在7.24泥石流前后的變動情況，靠近上游的泥石流堆積物所處溝道較窄，比降較大，幾乎沿著溝底基巖面被全部沖走，而位于寬緩地帶的泥石流堆積物，由于水流流經(jīng)此處時水流面變寬，流速降低，并且隨著泥石流的形成不斷下切泥石流堆積體，因此，只是攜帶了部分泥石流堆積物.

2.2 泥石流災(zāi)害特征

2.2.1 泥石流搬運(yùn)能力強(qiáng)

對7.24泥石流堆積物及泥痕的調(diào)查分析結(jié)果顯示，柿樹溝7.24泥石流容重為1.775 g/cm3左右，重度較高，攜帶能力較強(qiáng).被泥石流搬運(yùn)至溝口公路附近的最大塊石約為3 m×2 m×2.5 m.沿途都可以看見由泥石流攜帶到下游的大粒徑塊石.這些大顆粒的沖擊力是泥石流對建筑物破壞的主要來源.

2.2.2 防災(zāi)意識不強(qiáng)使泥石流災(zāi)害增大

如此大規(guī)模泥石流的暴發(fā)必然由暴雨或大暴雨激發(fā)，而暴雨或大暴雨的發(fā)生往往具有一定周期性，因此大規(guī)模的泥石流活動也具有一定的周期性，活動頻率較低.

近些年欒川縣雖然開展了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防知識的普及，但柿樹溝較長時間沒有出現(xiàn)過大規(guī)模泥石流活動，加之20世紀(jì)90年代，大量植樹造林，生態(tài)得以修復(fù)，溝內(nèi)森林植被良好使當(dāng)?shù)鼐用竦姆罏?zāi)意識有所減弱：

(1) 對低頻率大規(guī)模泥石流突然暴發(fā)的危害性認(rèn)識不足；

(2) 對以往泥石流堆積體復(fù)發(fā)泥石流的認(rèn)識不足，對存在于溝道內(nèi)的大量泥石流堆積體未及時清理，為7.24泥石流的暴發(fā)提供了大量物源；

(3) 生產(chǎn)建設(shè)無規(guī)劃，在溝道泥石流堆積體上修筑建筑物，在溝道內(nèi)圈地造田，從溝口往上游開墾成種植地，擠占了溝道的行洪斷面，在洪水時期削弱了溝道過水能力，同時增加了受災(zāi)的可能性.

因此，加強(qiáng)對泥石流危害的認(rèn)識，減少和避免不合理的人類活動，對于減少泥石流、山洪的危害極為重要.

2.2.3 泥石流災(zāi)害主要表現(xiàn)形式

7.24泥石流災(zāi)害的主要形式為沖毀房屋、耕地和損毀公路3種形式.在柿樹溝泥石流調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)泥石流沿河公路路基磨蝕現(xiàn)象特別嚴(yán)重.由于沿溝公路彎曲曲折，而且公路等級偏低，凹岸磨蝕作用發(fā)育.

3 結(jié)論

柿樹溝泥石流形成條件非常有利.柿樹溝流域面積適中，谷坡坡度較大，平均縱坡坡降屬于泥石流易發(fā)坡降范圍內(nèi)；欒川縣降雨豐富，極端強(qiáng)降雨和豐富的前期降雨量是導(dǎo)致柿樹溝7.24泥石流暴發(fā)的關(guān)鍵.柿樹溝7.24泥石流的主要物源為溝道泥石流堆積體，其主要分布于溝道內(nèi)的寬緩地帶，是由于以往泥石流規(guī)模不及7.24泥石流而形成.7.24柿樹溝泥石流的形成具有水流掀動揭底溝道堆積物的特征，為溝床起動型泥石流.由于柿樹溝人為改造較為嚴(yán)重，從溝口往上游開墾成種植地，在溝道泥石流堆積體處修建房屋，占用了溝道原有天然徑流空間，在洪水時期極大地削弱了溝道過水能力，導(dǎo)致泥石流暴發(fā)時損失增大.建議采取有效措施清理溝道泥石流堆積體，或修筑攔擋工程，預(yù)防下次泥石流暴發(fā).