汶川縣綿虒鎮(zhèn)磨子溝泥石流災害特征分析

金 輝，李光耀，李 園

(成都興蜀勘察基礎(chǔ)工程公司，成都 610072)

磨子溝位于汶川縣綿虒鎮(zhèn)羊店村，岷江左岸，為一老泥石流溝，曾于70年代發(fā)生過泥石流，泥石流淤埋了溝口的老 213國道，部分沖入岷江，但未造成嚴重損失。此后每隔數(shù)年，雨季時溝內(nèi)均會沖出一定的固體物質(zhì)，但規(guī)模很小。

2013 年7 月6日汶川縣普降大雨，2013 年7 月10 日凌晨7時磨子溝暴發(fā)大規(guī)模泥石流，歷時2.5h。泥石流雍塞岷江河道，淹沒G213草坡4號橋及道路，沖擊溝口都汶高速橋橋墩，回水淹沒溝口克約村4組殷家壩安置點房屋42戶，并造成G213線和都汶高速公路完全中斷，260余人無家可歸，直接經(jīng)濟損失1000萬元（圖1、圖2）。

圖1 “7.10”泥石流淹沒安置點

圖2 泥石流堵塞岷江

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本次泥石流一次性沖出固體物質(zhì)達41.75×104m3，同時溝道內(nèi)還堆積有大量的固體物源，還有再次暴發(fā)大型泥石流的可能[1]。本文根據(jù)對磨子溝泥石流災害現(xiàn)場調(diào)查，分析了泥石流災害特征、成災原因，以及泥石流運動參數(shù)等。

1 概況

1.1 地形地貌

磨子溝流域地形總體上屬深切割構(gòu)造侵蝕低山和中山地形，流域內(nèi)總體上地形陡峻，地形臨空條件發(fā)育；磨子溝流域形態(tài)呈喇叭形，流域平均縱向長度4.8km，流域面積7.5km2。流域內(nèi)水系呈樹枝狀分布，最高點位于流域北東側(cè)山脊部位，高程 3208m，最低點位于磨子溝匯入岷江入口，高程 1173m，相對高差2035m。

流域岸坡以陡坡地貌為主，一般坡度35°～45°，局部呈陡崖，由于斜坡較陡，地形臨空條件發(fā)育，崩塌、不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，特別是在5.12地震后，溝內(nèi)新產(chǎn)生了大量的崩滑不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流的發(fā)育提供了大量松散固體物源。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

磨子溝位于汶川縣綿虒鎮(zhèn)岷江河左岸，流域范圍主要發(fā)育構(gòu)造為茂汶斷層，溝域位于該斷層的下盤，由于該斷層為壓扭性大斷裂，綿虒一帶擠壓破碎帶發(fā)育明顯[2]，造成該區(qū)域發(fā)育花崗巖多具碎裂構(gòu)造，“5.12”地震期間區(qū)域內(nèi)多發(fā)育山體崩滑現(xiàn)象。

1.3 地層巖性

①元古代晉寧期第四期花崗巖體（γ2（4））分布于磨子溝全流域，巖性為深灰色細粒黑云花崗巖。巖石呈淺白色塊狀構(gòu)造，中～粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)均勻。主要礦物為鉀長石（35%～45%）、斜長石（10%～30%）、石英（30%～40%），其次為黑云母。

②第四系松散堆積層（Q）：包括泥石流堆積物（Q4sef）、沖洪積物（Q4pl+al）、殘坡積物（Q4el+dl）、崩坡積物（Q4col+dl）等。該層普遍含大量碎塊石，含量多在75%以上，其成分以花崗巖等為主[3]。

圖3 磨子溝泥石流物源分布圖

2 泥石流成因條件分析

2.1 物源條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，“5.12”地震后溝域內(nèi)發(fā)育了大量的崩滑物源，加之歷年洪水沖刷溝道內(nèi)堆積有大量的溝道物源。據(jù)統(tǒng)計，磨子溝流域內(nèi)固體物源總量約647.48×104m3，平均散布于主溝及支溝兩岸（圖3），其中主要以崩滑物源為主，約占總量的76%（圖4）。其中主溝向陽坪處發(fā)育的B14滑坡為本次泥石流的啟動點（圖5），由于短時集中降雨誘發(fā)B14崩滑體垮塌堵塞溝道，之后溝道潰決，最終激發(fā)泥石流。

圖4 磨子溝泥石流物源總儲量餅圖（×104m3/%）

圖5 B14滑坡

2.2 地形條件

磨子溝溝口坐標為東經(jīng)103°28′09.5″，北緯31°18′22.10″，流域形態(tài)呈喇叭形，支溝較發(fā)育。流域縱向長度4.8km，流域面積7.4km2。流域內(nèi)水系呈樹枝狀分布，最高點位于流域北東側(cè)山脊部位，高程3208m，最低點位于磨子溝匯入岷江入口，高程1173m，相對高差2035m，主溝平均縱坡降424‰。

磨子溝溝谷總體上呈“V”字型，具有高差大、溝道兩側(cè)岸坡陡峻、溝床高陡跌坎發(fā)育的特征（圖6、圖7）。溝兩側(cè)的岸坡以陡坡地貌為主，一般坡度為35°～55°，中下游岸坡50°～70°，局部呈陡崖狀，地形臨空條件發(fā)育。溝谷縱坡較大，主溝上游段及支溝縱坡多在400‰以上，有利于降雨的匯集，為泥石流水源的匯集提供了基礎(chǔ)；同時也為崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育提供了有利條件，為松散固體物質(zhì)的搬運和參與泥石流活動提供了有利的地形條件。

圖6 主溝上游溝道特征

2.3 降雨條件

根據(jù)泥石流暴發(fā)前羊店村自動雨量監(jiān)測器的記錄，2013年7月6日汶川開始降雨，2013年7月9日20 時至10 日20 時的降雨量為104.0mm，據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》所附暴雨量等值線圖，綿虒地區(qū)的1/6h、1h、24h多年最大暴雨量平均值分別為為9.0mm、20mm、70mm，本次降雨量遠大于歷年平均值。在暴雨作用下，主溝向陽坪處B14崩滑體失穩(wěn)垮塌，由于該處溝道狹窄，造成溝道嚴重堵塞，流域上游洪水匯集后，猛烈沖刷溝道及斜坡松散固體堆積物，最終該處溝道潰決，激發(fā)泥石流。

3 泥石流的成因機制分析

圖7 主溝下游溝道特征

據(jù)調(diào)查，“7·10”磨子溝泥石流為暴雨溝谷堵潰型泥石流，主要為短時集中降雨及溝道堵塞潰決所激發(fā)[4]。向陽坪堵塞體以上溝道未發(fā)生泥石流。其形成機制及過程受B14崩滑體變形影響可演化三個階段：

第一階段：由于充足的前期降水，溝道內(nèi)尤其是中上游形成區(qū)內(nèi)殘坡積土體飽水，坡面上細粒物質(zhì)被暴雨沖刷帶走至主溝道內(nèi)形成高含砂水流。根據(jù)調(diào)查，B14崩滑體在“5.12”地震后即形成滑塌體，規(guī)模較小，滑塌體前緣部分進入溝道。在暴雨作用下，B14坡面上形成拉槽，表層土體發(fā)生滑塌。

第二階段：堵塞溝道。隨著降雨的繼續(xù)，暴雨沖刷加劇，坡面上土體穩(wěn)定性降低，拉槽進一步發(fā)育，同時坡面滑塌規(guī)模增大，形成坡面泥石流。其在坡面上繼續(xù)沖刷下切，槽頂及槽壁的臨空面增大，穩(wěn)定性降低，從而引發(fā)更大規(guī)模的滑塌。根據(jù)調(diào)查，B14坡面上形成的拉槽深 5～20m，長約300m。大量滑塌物質(zhì)從高位高速進入主溝，堵塞溝道，堵塞體高達30m。

第三階段：潰決形成泥石流?；w堵塞溝道后，主溝洪水在堵塞體上游匯聚，使堵塞土體迅速飽水，強度急劇降低。當堵塞體物質(zhì)不能承受水土壓力作用時，發(fā)生潰決，大量的飽水物質(zhì)在潰決流體帶動下迅速奔向下游沖出形成潰決型泥石流。

第四階段：堵塞體潰決后，順溝而下。向陽坪至攀家?guī)r窩段溝道陡峻，平均坡降550‰，陡坎發(fā)育，陡坎最高近30m，溝道較窄，最窄處僅8m左右，溝道內(nèi)多處基巖出露，且溝床順直，這些有利條件使泥石流動力進一步提升。通過溝道揭底沖刷卷動溝道內(nèi)的松散堆積物源，并將兩側(cè)溝岸松散固體物質(zhì)帶走，以滾雪球的方式向下游運動，侵蝕下游溝床，導致兩岸崩滑現(xiàn)象加劇，松散固體物源進一步增多，從而暴發(fā)泥石流災害。

4 泥石流運動參數(shù)計算

4.1 泥石流容重

①配方法：根據(jù)現(xiàn)場訪問村民及調(diào)查，在主溝不同位置，采用現(xiàn)場配漿法計算泥石流容重，按式（1）計算：

式中γc為泥石流重度（t/m3）；Gc為配制泥漿重量（t）；V為配制泥漿體積（m3）。計算結(jié)果如表1。

表1 磨子溝泥石流流體重度配方法計算表

②查表法：按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220--2006）附錄H填寫泥石流調(diào)查表并按附錄G進行易發(fā)程度評分，按表G.2查表確定磨子溝泥石流重度和泥沙修正系數(shù)，磨子溝易發(fā)程度數(shù)量化評分110分，相對應泥石流重度γc為1.759t/m3[5]。

通過分析，本次泥石流重度的綜合取值采用查表法取得的結(jié)果，即泥石流容重為1.759t/m3。

4.2 泥石流流速、流量和總量

4.2.1 泥石流流速

本次泥石流流速采用粘性泥石流流速計算公式（通用公式），對主溝擬設工程位置處及溝口等4處斷面計算，按式（2）[5]計算：

表2 泥石流流速計算表（通用公式）

式中Vc為泥石流斷面平均流速（m/s）；Hc為泥石流平均泥深（m）；Ic為泥位縱坡率，以溝道縱坡率代替；nc為粘性泥石流溝床糙率。計算結(jié)果如表2。

4.2.2 泥石流流量

本次泥石流流量計算針對 20年，50年，100年暴雨頻率，公式采用經(jīng)我國學者修正后的雨洪法計算公式，也稱東川公式，公式如下式（3）[6]：

式中：Qc為頻率為 P的泥石流洪峰值流量(m3/s)；QB為頻率為P的暴雨洪水設計流量(m3/s)；Dc為泥石流堵塞系數(shù)；φ為泥石流泥沙修正系數(shù)，采用查表法或φ=（γc-γw）/（γH-γc）計算。計算結(jié)果如表3。

表3 磨子溝泥石流峰值流量計算成果表（雨洪法）

4.2.3 泥石流總量

本次泥石流總量計算根據(jù)《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）中附錄Ⅰ的Ⅰ.1.3條規(guī)定，按照式（4）[5]計算：

公式中Q為次泥石流的總量（m3）；T為泥石流歷時（s），T為9000s；Qc為泥石流的洪峰流量（m3/s）。計算結(jié)果見表4。

表4 泥石流沖出總量計算成果表

5 防治方案建議

防治目標是通過對該泥石流的綜合防治，在防治工程設防標準范圍內(nèi)有效減小泥石流再次暴發(fā)對溝口都汶高速、G213國道及羊店村人民生命及財產(chǎn)安全的危害。總體思路是“固護攔?！盵7]。

針對中游堵潰點及幾處較大的崩滑物源，由于該段溝道陡峻，施工難度較大，可采用格賓石籠或漿砌塊石潛檻群防護，材料可就地取材，對溝道進行固源及護坡；下游及溝口位置溝道開闊，可設置 2處攔砂壩進行攔截；溝口臨近岷江河且地形開闊，可設置停淤場，同時設置停淤堤，以避免泥石流直接沖擊都汶高速橋橋墩及直接進入岷江河；最后在溝口攔砂壩設置翻壩路，已考慮防治工程竣工后對治理工程及泥石流堆積進行適當?shù)那逵倬S護。

6 結(jié)論

1）在2013年7月10日汶川普降暴雨后，都汶高速沿線兩側(cè)暴發(fā)了多處大規(guī)模的泥石流災害，綿虒鎮(zhèn)磨子溝為其中1處大型泥石流。

2）本次泥石流歷時1.5h，沖出固體物質(zhì)高達41.75×104m3，淹沒了溝口G213草坡4號橋及道路，以及溝口克約村4組殷家壩安置點房屋42戶，造成260余人無家可歸，經(jīng)濟損失極大。

3）由于短時集中降雨，導致上游B14崩滑體垮塌堵塞溝道，上游洪水匯流，最終導致溝道潰決，大量的飽水物質(zhì)在潰決流體帶動下迅速奔向下游，形成潰決型泥石流。

4）磨子溝如再遭遇較大降雨還會暴發(fā)泥石流，因此對磨子溝泥石流的防治工作將是一個長期的工作。

5）根據(jù)溝道實際情況，考慮施工難度，可采用“固護攔?！钡闹卫硭悸贰?/p>

[1] 許強．四川省“8·13”特大泥石流災害、成因與啟示[J]．工程地質(zhì)學報，2010，18(5)：596～608．

[2] 四川省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊．中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R]（茂汶幅 灌縣幅）[R] ．

[3] 重慶蜀通巖土工程有限公司．汶川縣磨子溝泥石流應急勘查報告[R]．2013．

[4] 柳金峰，游勇，陳興長．震后堵潰泥石流的特征及防治對策研究 [J]．四川大學學報（工程科學版）2010，42(5)：68～75．

[5] 中華人民共和國國土資源部．泥石流災害防治工程勘查規(guī)范 (報批稿)[M]．2006．

[6] 吳積善，田連權(quán)，康志成，等．泥石流及其綜合治理[M]．北京：科學出版社，1993：164～170

[7] 周必凡，李德基，羅德富，等．泥石流防治指南[M]．北京：科學出版社，1991：125～129