王邦陽，楊華舒，楊在月

(1.大理白族自治州水利水電勘測設(shè)計研究院，大理　671000；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明　650093；3.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明　650500)

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梓里溝泥石流形成及綜合治理研究

王邦陽1，楊華舒2，楊在月3

(1.大理白族自治州水利水電勘測設(shè)計研究院，大理671000；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明650093；3.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明650500)

梓里河泥石流每年雨季均有發(fā)生，給兩岸人民的正常生產(chǎn)、生活秩序帶來嚴(yán)重的影響?；诂F(xiàn)場勘查資料，研究了泥石流的發(fā)育特征，分析了梓里河泥石流的形成原因。認(rèn)為松散堆積物、不利的地貌和未疏導(dǎo)的雨水是這類地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因。并有針對性地提出了泥石流的預(yù)防措施，可供類似項目參考。

地質(zhì)災(zāi)害；泥石流；發(fā)育特征；成因分析

自2013年“8·28”、“8·31”地震后，梓里河兩岸多處發(fā)生坍塌，溝谷內(nèi)分布多處松散堆積物，有形成泥石流災(zāi)害的可能。災(zāi)害一旦發(fā)生，輕則造成田地?fù)p毀，重則毀壞梓里河下游橋梁及沿岸民用建筑，正常的生產(chǎn)生活秩序?qū)⑹艿絿?yán)重影響。經(jīng)訪問，梓里河泥石流為高頻泥石流溝，每年雨季均有泥石流發(fā)生，由于沖出量較小，表現(xiàn)為河谷下切，在堆積區(qū)表現(xiàn)為溝谷淤積，溝岸坍塌。目前在維西-德欽二級公路橋梁處淤積嚴(yán)重。受地震影響，梓里河沿岸產(chǎn)生的崩塌較多，物源增多，在雨季形成泥石流，將威脅下游兩岸居民及公路橋梁、農(nóng)田。威脅梓里村42戶157人，民房120間，學(xué)核教師15人，學(xué)生280人，橋梁2座，經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失520萬元。因此，如不盡快采取治理完善措施，在長期降雨和暴雨激發(fā)下形成大型山洪泥石流災(zāi)害的可能性大。

1　泥石流發(fā)育基本特征

1.1堆積特征

梓里河溝谷兩岸無法準(zhǔn)確觀察到具體的泥石流堆積區(qū)的范圍。根據(jù)調(diào)查，堆積物分布在高程1 800～1 860 m的溝床中，沖、淤交替，河床寬20～30 m，溝床堆積物質(zhì)厚2～4 m。梓里河洪水的攜帶能力較大，對大的漂石和卵石均具有搬運作用。堆積區(qū)溝床堆積物總體特征(圖1)：①以粒徑20～200 mm的卵石為主，約占60%；②顆粒以卵石和礫石堆積為主，中間夾帶砂粒、粉粒；③物質(zhì)成分以片巖為主，呈次圓狀；④典型的泥石流側(cè)向堆積現(xiàn)象較明顯，與溝谷形成區(qū)中巖性一致。

圖1　溝床中的卵石

1.2流體特征

經(jīng)調(diào)查分析，泥石流流體呈水石流，以陣流的形式運動。0.8 m以下塊度的巖塊、卵石和礫石呈懸浮狀，大致呈整體移動。泥石流堆積無分選性，有鋪床作用(圖2)；流體重度ρc=1.50 t/m3，泥石流固體顆粒密度ρH=2.60 t/m3，成災(zāi)泥石流堆積物中粘粒含量一般在5%～10%。根據(jù)上述特點和參數(shù)綜合判定該泥石流按流體性質(zhì)劃分，屬于稀性泥石流。

圖2　泥石流堆積物

1.3溝谷分區(qū)特征

根據(jù)梓里河的溝谷形態(tài)特征、水流匯集條件、松散固體物質(zhì)分布及其泥石流固體物質(zhì)堆積分布，將梓里河泥石流溝劃分為：水源物源區(qū)、物源流通區(qū)和堆積流通區(qū)等3區(qū)。水源物源區(qū)以沖刷為主，其余2區(qū)，隨著溝床縱坡、寬度的變化，沖、淤交替。由上游至下游分別為高中山陡坡地形、洪積臺地地形，各地形區(qū)基本上以泥石流的3區(qū)相對應(yīng)，地勢北西高，南東低，分水嶺最高點海拔4 144.50 m，河口最低點海拔1 801.52 m，相對高差1 322.78 m。流域形態(tài)呈酒瓶形，下游有古泥石流堆積扇發(fā)育，由于地殼上升，堆積區(qū)河床下切明顯，近代泥石流排泄物基本上由瀾滄江排走，無明顯的泥石流堆積扇。

(1) 水源物源區(qū)：河谷呈“V”型，地形坡度25°～40°。溝床略彎曲，岸坡一般70°以上。溝床寬度5～10 m，以沖刷為主，下切強烈。溝床寬度5～10 m，強烈下切，沖刷為主，淤積物少見。

(2) 物源流通區(qū)：河谷呈“V”型，地形坡度15°～40°，局部岸坡60°以上，崩滑坡發(fā)育。溝床寬窄相間，陡緩交替，多跌水。寬緩溝谷段多堆積，溝岸多坍塌及小型土質(zhì)滑坡。狹窄溝段沖刷強烈，岸坡陡峻，多見大塊石，溝床寬度8～30 m。開闊、緩坡段以淤為主，固體物質(zhì)直徑最大者達(dá)3.85 m。狹窄、陡坡段以沖為主，基巖裸露。溝床寬度8～30 m，狹窄、陡坡段以沖為主，基巖裸露；開闊、緩坡段以淤為主，固體物質(zhì)直徑最大者達(dá)3.85 m；最長樹干達(dá)8 m。

(3) 堆積流通區(qū)：河谷呈“U”型，較為寬闊。地形坡度上段13°～30°，下段(古泥石流堆積扇)4°～10°。溝床略彎曲，沖、淤交替。梓里村段，溝床開闊，寬8～36 m，沖、淤并存；溝床質(zhì)厚2～4 m，最大直徑1.5 m。在德維橋梁處，溝床寬度僅4.95～12 m，泥石流受鎖口阻擋，排泄不及，經(jīng)常淤積、漫堤成災(zāi)。

2　泥石流成因分析

形成泥石流一般有3個基本條件：(1)豐富的物質(zhì)來源；(2)陡峻的的地形條件；(3) 充沛的水源條件。3個條件缺一不可。

2.1物質(zhì)來源

(1) 白馬洛滑坡

白馬洛滑坡位于梓里河泥石流溝的水源物源區(qū)下段右岸，距梓里村直線距離約500 m?；轮芙缜宄骰较?222°，與梓里河斜交?；录舫隹谖挥跍习缎逼律?，下側(cè)斜坡坡度40°?；禄瑒雍笱仄旅嫦蛳禄瑒樱瑸槟嗍魈峁┐蠹s15.5×104m3物源。

(2) 溝岸坍塌、崩塌及谷地堆積物再啟動

梓里河高程1 820～2 280 m溝段，谷底寬窄相間。狹窄段基巖峻坡和陡崖在水流的沖擊、側(cè)蝕作用下有零星巖塊墜入溝流。谷地寬緩段松散堆積層厚度大，在水流的沖刷作用下以溝岸坍塌和小型滑坡(圖3、圖4)的形式直接匯入溝流。同時，溝床內(nèi)的原有松散堆積物在洪水到來時也會再次啟動下運，在堆積區(qū)后緣泥石流固體物源的補給以這種方式為主。經(jīng)估算可能以上述形式補給梓里河泥石流的固體物源總儲量約20.5×104m3。

(3) 坡面侵蝕

以坡面侵蝕形式匯入泥石流的固體物源主要分布于泥石流溝兩岸的坡耕地，以殘坡積細(xì)粒土體為主，亦有少量較細(xì)粒的角礫，估算總儲量約11.3×104m3。

流域內(nèi)各種松散固體物源總儲量約有34.8×104m3，為泥石流的形成提供了豐富的物源基礎(chǔ)。分類儲量估算見表1。

圖3　右岸崩塌

圖4　左岸崩塌

2.2地形條件

梓里河流域面積20.34 km2，主溝床平均縱坡降195‰。由上游至下游分別為高中山陡坡地形、洪積臺地地形，各地形區(qū)基本上與泥石流的3區(qū)相對應(yīng)。地勢北西高，南東低，分水嶺最高點海拔4 144.50 m，河口最低點海拔1 801.52 m，相對高差1 322.78 m。流域形態(tài)呈酒瓶形，下游有古泥石流堆積扇發(fā)育，由于地殼上升，堆積區(qū)河床下切明顯，近代泥石流排泄物基本上由瀾滄江排走，無明顯的泥石流堆積扇。因此，陡峻的地形和較大的溝床縱坡為泥石流的發(fā)生、流動創(chuàng)造了積極條件(圖5)。

2.3環(huán)境水源

降雨是暴雨類泥石流形成的主要激發(fā)因素，特別在前期降水充沛的條件下，短歷時降雨起控制性作用。據(jù)現(xiàn)有研究資料,降雨強超過25 mm/d，小流域10 min雨量超過10 mm或30 min雨量超過20 mm就有可能暴發(fā)泥石流。

研究區(qū)地處低緯高原，屬西藏-華西類康滇區(qū)的亞熱帶與溫帶季風(fēng)高原山地氣候，年平均氣溫14.3℃，年降水量947.7 mm，降水日數(shù)在100～160 d之間。此外，梓里河流域總面積為22.73 km2，匯水面積大。

因此，豐沛降水補給、廣闊的流域面積、較大縱坡等因素為泥石流的形成提供了豐富的水源和動力條件。根據(jù)《云南省水文手冊》得出的梓里河流域短歷時降水特征數(shù)值見表2。

圖5　梓里河溝泥石流溝谷區(qū)地形圖

多年平均降雨量/mm設(shè)計頻率/%多年平均最大一日暴雨量/mm最大24h降雨量/mm最大1h降雨量/mm947.70156.3143.0655.79947.70256.3128.8150.24947.70556.3110.2442.99947.701056.394.7536.95947.702056.379.2730.92

3　泥石流運動參數(shù)計算

泥石流動力特征參數(shù)是泥石流防治工作的重點，它的可靠性關(guān)系到整個防治工程的成敗，這些動力特征參數(shù)主要包括了泥石流的容重、流速、流量(表3)。

3.1泥石流容重

由于沒有泥石流現(xiàn)場觀測的容重值，因此只能采用經(jīng)驗法來確定，即通過訪問當(dāng)?shù)鼐用?，較客觀地了解泥石流體中的固液兩相的體積比例5∶11，按式(1)計算泥石流容重：

(1)

式中,γc為泥石流容重(t/m3)；γs為固體物質(zhì)平均比重(2.6 t/m3)；f為泥石流體中固體物質(zhì)體積和水的體積之比(5∶11)。由此獲得泥石流容重為1.5 t/m3，因此可以初步將泥石流定性為稀性泥石流。

3.2泥石流流速

梓里河泥石流為稀性泥石流，流速計算按《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)規(guī)定，采用綜合通用公式(2)計算泥石流流速：

(2)

式中,Vc為泥石流流速(m/s)； 1/n為清水河床糙率系數(shù)；R為水力半徑(m)；I為泥石流水力坡度。根據(jù)以上公式，計算得梓里河泥石流的平均流速為8.168 3 m/s。

表3　梓里河泥石流運動參數(shù)計算表

3.3泥石流流量

泥石流流量的計算方法很多，此處先用泥痕法來計算泥石流流量。根據(jù)泥石流沖淤情況時所測得的斷面，可以求出梓里河泥石流溝的泥石流流量。按式(3)計算泥石流流量：

(3)

式中,Qc為泥石流流量(m3/s)；Wc為泥石流過流斷面面積(m2)；Vc為泥石流斷面的平均流速(m/s)。根據(jù)以上公式，計算梓里河泥石流流量為75.475 0 m3。

4　治理建議

根據(jù)梓里河泥石流特征，泥石流物源區(qū)和流通區(qū)溝谷呈“V”型，兩側(cè)岸坡較陡。谷床縱坡陡，而且溝谷多為基巖。物源主要為兩側(cè)斜坡風(fēng)化剝落形成的坍塌體及坡面沖刷的殘坡積物，攔擋效果較差。泥石流成災(zāi)主要是堆積區(qū)淤積，阻塞溝道成災(zāi)，且堆積區(qū)縱坡較小。綜上，建議對梓里河泥石流溝采取排導(dǎo)+攔擋+植物結(jié)合的綜合防治措施。

4.1排導(dǎo)工程

排導(dǎo)措施主要是選擇在泥石流堆積區(qū)修建排導(dǎo)槽，有利于快速排導(dǎo)洪水，引排泥沙，減少對河道的淤積，阻止泥石流的啟動，防止泥石流災(zāi)害的形成，保護(hù)河道兩側(cè)的民房及公路、橋梁的安全。根據(jù)溝谷特點，選擇在梓里河村河段修建“V”型排導(dǎo)槽，槽底凈寬B=6.0 m，凈高2.2 m，槽底橫坡1∶4，頂寬6.0 m，邊墻頂寬0.8 m，坡比m=1∶0.5，邊墻砌體采用M7.5漿砌MU30塊石，槽底采用耐磨的M10漿砌M60塊石(圖6)。

圖6“V”型排導(dǎo)槽剖面圖

4.2攔擋工程

攔擋措施主要是選擇在流通區(qū)修建攔擋壩，對參與梓里河泥石流大的固體物質(zhì)(如漂石)進(jìn)行攔擋，目的是防止泥石流流體對排導(dǎo)槽的沖擊，削弱下切作用，抬高侵蝕基準(zhǔn)面，控制溝岸侵蝕，攔蓄大塊固體物質(zhì)，起到固床、穩(wěn)定岸坡的作用，削減部分泥石流洪峰流量及規(guī)模。在排導(dǎo)槽入口上側(cè)，分別設(shè)置攔擋壩及副壩一道。攔擋壩(圖7)壩高8 m，迎水面坡比1∶0.5，背水坡比1∶0.05，壩頂寬2.0 m，基礎(chǔ)埋深2.0 m；為保證攔擋壩的安全(主要是跌水沖刷淘腳)，在壩前設(shè)一道副壩(圖8)，副壩距主壩9 m，目的是攔蓄大塊固體物質(zhì)。

圖7主攔砂壩剖面圖

4.3植物措施

植物措施可改善泥石流區(qū)周圍的地質(zhì)環(huán)境條件。在部分地段采用植物措施有利于防止坡面土體垮塌，恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。主要是在泥石流溝區(qū)域做好植被恢復(fù)工作，防止亂砍亂伐、毀林開荒等破壞生態(tài)環(huán)境的行為發(fā)生。

圖8副攔擋壩剖面圖

4.4溝道清淤

清除溝道內(nèi)集中分布的松散固體堆積物，疏通河道，減少淤積堵塞，為洪流的快速通過提供空間，避免因堵塞造成更大的危害；同時，還可以減少洪流侵蝕和搬運的松散物質(zhì)的量，避免泥石流的發(fā)生，減小泥石流爆發(fā)規(guī)模，減少泥石流的發(fā)生次數(shù)，從而減輕泥石流造成的災(zāi)害風(fēng)險。

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STUDY ON ZILI BROOK DEBRIS FLOW FORMATION AND COMPREHENSIVE TREATMENT

WANG Bang-yang1，YANG Hua-shu2，YANG Zai-yue3

(1.Dali Institute of Water & Hydropower Engineering Investigation,Design and Research.Dali671000,China; 2.Kunming University of Science and Technology，Kunming650093,China； 3.School oh Tourism and Geography, Yunnan Normal University, Kunming650500,China)

Risk of secondary geological hazards will be happened again in wet-season. It is a serious danger to the normal life and productive activities of the people on both side of Zili river. In order to find rapidly geological hazards impact factors, we analysis the characteristics and causes of the debris flow of the river and think that main reasons are the unfavorable topography and non-flow water. Based on the analytical results, this article provides the some suggestions for the mud-rock flow prevention of the Diqin seismic area.

geological hazards; debris flow; development characteristics; causes analysis

1006-4362(2016)03-0025-05

2016-05-06改回日期：2016-06-20

國家自然科學(xué)基金(50869003)：云南紅土的工程劣化機理與土壩加固的基礎(chǔ)問題研究

P642.23

A

王邦陽 (1988-)，男，云南威信人，碩士研究生，主要從事環(huán)境地質(zhì)與工程地質(zhì)研究。E-mail： 284526081@qq.com.