四川理縣塔斯溝多發(fā)性特大泥石流成災(zāi)機理與特征*

甘建軍，吳 晗，唐 春，黃 誠，陳 靜

（1.南昌工程學院，江西南昌330099；2.四川省宜賓地質(zhì)工程勘察院，四川宜賓644002）

四川理縣塔斯溝多發(fā)性特大泥石流成災(zāi)機理與特征*

甘建軍1，2，吳 晗2，唐 春1，黃 誠1，陳 靜1

（1.南昌工程學院，江西南昌330099；2.四川省宜賓地質(zhì)工程勘察院，四川宜賓644002）

塔斯溝是一條老泥石流，位于四川理縣塔斯村，屬于汶川8.0級地震極重災(zāi)區(qū)。2010年7月31日復(fù)活，突發(fā)大型泥石流，造成了較大的危害。在進行應(yīng)急治理后，由于其具備泥石流突發(fā)的必有條件，仍然具有泥石流復(fù)活的可能性。在對塔斯溝泥石流現(xiàn)場調(diào)查，查明溝域內(nèi)松散物源分布及穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，對塔斯溝泥石流的發(fā)育特征及動力學特性進行分析，重點分析了泥石流的成災(zāi)機理和特征。研究表明：塔斯溝泥石流物源豐富，地形易于匯水且主溝坡降大，水源動力足，屬易發(fā)性泥石流，具備再次發(fā)生泥石流的基本條件，建議采用建立導(dǎo)流槽，對極危險區(qū)和危險區(qū)進行保護。研究對于高寒山區(qū)泥石流的防治具有參考意義。

泥石流；成災(zāi)機理；多發(fā)性；動力特征；塔斯溝；四川理縣

汶川8.0級地震使地震區(qū)山體震碎，特別是在龍門山斷裂兩側(cè)的巖土體結(jié)構(gòu)破壞，形成了眾多松散堆積體，為泥石流的發(fā)生提供了大量的物源。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計［1］，震后四川省內(nèi)發(fā)生泥石流2 400多條，其中大型規(guī)模以上約占10%，并發(fā)生了多次災(zāi)難事件。其中，位于龍門山地震斷裂帶中段的塔斯溝歷史上曾經(jīng)6次改道，屬于“復(fù)活”泥石流，成災(zāi)機理復(fù)雜，代表性明顯。

2010年7月31日，在局地短歷時強降雨的條件下，四川理縣塔斯溝暴發(fā)了大型粘性溝谷型泥石流，沖出方量120萬m3，淤埋堆積河道長約1 000 m，最大堆積厚度5 m，造成河流改道650 m，死亡1人，13人受傷，沖毀房屋數(shù)十間，直接經(jīng)濟損失7 809萬元。本文在現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)勘查和室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，探討了塔斯溝泥石流的成因和特征，以期為震區(qū)其他類似低頻崩塌補給復(fù)活型泥石流的科學認識、評估和防治提供參考。

1 孕災(zāi)環(huán)境地質(zhì)背景

塔斯溝地處岷江上游孟屯溝右岸，距上孟鄉(xiāng)政府約1 km。研究區(qū)屬高山峽谷地貌，地勢南高北低，海拔高程2 088～4 286 m，相對高差2 208 m，最高峰位于四棚后山頂，海拔4 286 m（圖1）。流域整體呈樹枝狀，主要有一號、二號支溝，流域面積10.85km2，長軸方向近NE，溝深流急，谷坡陡峻（坡度達45°～60°）。

圖1 四川理縣塔斯溝流域及分區(qū)示意圖

勘查區(qū)出露地層為燕山期至印支期的侵入巖，有黑云母二長花崗巖、白云母花崗巖（）及白云母斜長花崗巖（）和三疊系上統(tǒng)（西康群）新都橋組（）、侏倭組（）和第四系沖洪積層（Q3al＋pl）、殘坡積層、崩積層、泥石流堆積層地層組成。溝口泥石流堆積層較厚，最厚度達50 m。泥石流堆積區(qū)面積1.06 km2。

研究區(qū)屬龍門山地震帶中段，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動影響，地層褶皺緊密、尖棱、倒轉(zhuǎn)、揉皺、拖拉現(xiàn)象十分普遍，致使巖石破碎，裂隙發(fā)育，巖石區(qū)域輕微變質(zhì)，有利于地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。其次，地震對于區(qū)域滑坡、崩塌、泥石流等的形成、發(fā)育（復(fù)活）有一定影響。地質(zhì)構(gòu)造活動劇烈，物理現(xiàn)象較發(fā)育，地震活動曾多次發(fā)生。

2 塔斯溝大型泥石流的基本特征

根據(jù)震后勘查［2］，研究區(qū)平面上呈“簸箕形”，水系呈“Y字形”發(fā)育，樹枝狀分叉多，易于匯水；剖面上后緣陡峭，中部緩傾，前緣平緣，具有震區(qū)大型泥石流復(fù)活的獨特形成及發(fā)展特征（圖2）。

圖2 塔斯溝泥石流照片（攝于2015年1月30日）

2.1 泥石流形成區(qū)基本特征

塔斯溝兩河口以上為泥石流的形成區(qū)，平面形態(tài)呈葉脈狀，海拔高程從2 540～4 286 m，相對高差1 746 m，該溝段流域面積約8.46 km2，地貌上屬高中山～高山，以構(gòu)造作用為主，具有強烈的冰川刨蝕切割作用及剝蝕切割作用。出露地層主要為白云母花崗巖，受風化及構(gòu)造裂隙影響，兩側(cè)溝壁巖體較破碎，不良地質(zhì)現(xiàn)象較發(fā)育，大量崩塌物質(zhì)堆積在溝谷兩側(cè)山坡上，為泥石流形成提供了豐富物源。1＃支溝，位于塔斯溝溝道左側(cè)，溝域前部分形態(tài)上呈現(xiàn)“V”字型，后部相對寬緩，整個呈一個小型漏斗狀，其后緣距離塔斯溝溝口約6.0 km，溝心段長約3.56 km，流域面積約3.48 km2，海拔高程2 540～4 286 m，相對高差約1 746 m，溝縱坡降397‰。

2.2 泥石流通區(qū)的基本特征

流通區(qū)由兩河口至塔斯溝出山口，高程2 186～2 540 m，溝段長約2.44 km，相對高差354 m，平均縱坡145‰，面積約2.39 km2，地貌上屬高中山，以構(gòu)造作用為主，具有強烈的剝蝕切割作用及部分冰川刨蝕切割作用。該溝段兩岸岸坡陡峻，呈“V”型溝谷，溝底寬度10～30 m，支溝不發(fā)育。受汶川特大地震影響，該段溝谷兩側(cè)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，崩滑現(xiàn)象發(fā)育，溝床堵塞嚴重，也為泥石流提供了較豐富物源。溝口受老君溝電站出水洞施工開挖棄渣影響，在溝內(nèi)堆積了大量工程棄渣，也為泥石流形成提供了豐富物源。

2.3 泥石流堆積區(qū)的基本特征

塔斯溝出山口至孟屯溝之間的寬緩地段為泥石流堆積區(qū)，高程2 084～2 186 m，該段為老堆積扇，當?shù)鼐用裼址Q為塔斯壩（堆積扇），溝口泥石流堆積扇長約1 600 m，寬約660 m，擴散角約110°，堆積扇面積約1.06 km2，平均縱坡降99‰；地貌上屬高中山間平壩，以構(gòu)造作用為主，具有強烈的剝蝕切割作用及部分冰川刨蝕切割作用。堆積扇上居民較多，地震后，堆積扇上大多數(shù)居民房屋遭受一定的破環(huán)，塔斯溝溪流經(jīng)數(shù)次改道后，目前從堆積扇南東側(cè)邊緣匯入孟屯溝。受多次泥石流堆積影響，目前該地段孟屯溝被推移到北側(cè)近山腳地段。據(jù)計算該泥石流重度為1.58 t／m3，屬稀性泥石流（表1）。

表1 四川省理縣塔斯溝泥石流特征值

表2 塔斯溝崩滑堆積物地震前后分布特征表

3 塔斯溝泥石流的成災(zāi)機理分析

存在大量的古崩滑堆積物是該大型泥石流觸發(fā)的基礎(chǔ)；汶川地震及突發(fā)降雨共同作用是泥石流“復(fù)活”的主因，地震使古泥石流溝兩側(cè)巖土體及溝谷堆積體松散，降雨為泥石流的形成提供動力及水源條件；陡峭的地形為泥石流提供了高位勢能［3］（圖3）。

圖3 塔斯溝高陡峽谷地形為泥石流提供了充足的動力條件

3.1 地震與物源

研究區(qū)屬龍門山地震帶中段，從1952-2008年間的不完全統(tǒng)計，共發(fā)生地震197次，7級以上地震4次（1933年8月5日茂縣疊溪7.5級地震、1973年2月22日爐霍7.2級地震、1976年8月16日松潘平武7.2級地震及2008年汶川8.0級特大地震）［4］。研究區(qū)共有崩滑堆積體35處，其中形成區(qū)26處、流通區(qū)9處；汶川8.0級特大地震震前固體物源總量約74萬m3，震后增加了12.9萬m3。震前可運移物源總量約19.7萬m3，震后增加32.6萬m3。汶川地震新形成的崩滑堆積物源主要分布于1＃支溝和流通區(qū)主溝。崩塌堆積物主要以花崗巖塊石、碎石、粉土及腐殖土為主，這些松散堆積物極有利于泥石流災(zāi)害的發(fā)生［5］（表2）。

3.2 降雨與水源

研究區(qū)位于川西北山區(qū)，氣候受地形影響顯著，雨量少但降雨集中，常出現(xiàn)局部性暴雨和冰雹。據(jù)理縣氣象站1958-2008年實測氣象資料，理縣上孟鄉(xiāng)多年年均降雨量780.9 mm，降水集中在雨季（5-9月），根據(jù)有時間記載的地質(zhì)災(zāi)害事件進行統(tǒng)計顯示，地質(zhì)災(zāi)害波動曲線與降雨量波動曲線呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。雨量隨海拔高度升高而增加，平均降雨梯度約為4 mm／100 m。據(jù)暴雨天氣過程分析，2010年7月31日研究區(qū)暴雨強度在海拔2 800～3 000 m地帶為最大，總雨量至少50 mm，其中1 h雨強和10分鐘雨強大約分別為40 mm和20 mm以上，初步估算暴雨的短歷時雨強的頻率達100年以上。塔斯溝是孟屯溝右岸的一級支流，支溝呈樹枝狀，溝道彎曲較多。溝內(nèi)常年平均水深約0.3～0.8 m，年水位變化幅度約1～2 m。溝口處豐水期（5～9月）流量7.8～18 m3／s，占全年徑流量的81%，20年一遇洪峰流量為25.2 m3／s；由于集雨面積較大（＞10 km2），溝域狹長（＞6 km2），溝谷比降大（＞305‰）的原因，洪水具有量大、峰高、歷時較短的特點，這為泥石流暴發(fā)形成提供了豐富的水源條件。

3.3 起動與破壞

研究區(qū)的屬于典型的山區(qū)溝谷多發(fā)型泥石流，其啟動破壞受到巖性、暴雨、地形地貌、洪水流量等的影響，存在大量的松散堆積物是前提條件，其中關(guān)鍵因素是暴雨量。根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ／T 0220-2006）［6］（以下簡稱《規(guī)范》）和《四川省水文手冊》，計算出泥石流的特征值如表2。由于無泥石流發(fā)生時的實際觀測數(shù)據(jù)，對理縣塔斯溝泥石流的分析，主要依據(jù)調(diào)訪資料，類比利用目前泥石流運動特征及動力特征研究的成果進行分析［7-8］。

3.3.1 泥石流的流速計算

根據(jù)《規(guī)范》推薦的西南地區(qū)中鐵第二勘察設(shè)計院（式1）、中鐵第三院勘查設(shè)計公式（式2）計算：

式中：Vc為泥石流斷面平均流速，m／s；1／n為清水溝床糙率系數(shù)，查水文手冊；R為水力半徑，一般可用平均水深H（m），I或Ic為泥石流水力梯度（‰），近似取溝谷縱坡坡度；φ為泥沙修正系數(shù)，經(jīng)計算，φ＝0.55。計算結(jié)果見表3。

表3 泥石流流速計算表

塔斯溝泥石流發(fā)生時，其流體深度約在1.5～2.0 m，但均傾向于1.5 m這個結(jié)果，同時結(jié)合泥石流溝在塔斯壩堆積區(qū)的溝槽深度，最終確定流體深度取1.5 m，故塔斯溝泥石流流速推薦取7.15 m／s［9］。

3.3.2 泥石流流量計算

采用雨洪修正法對泥石流流量進行計算（式3），如表4所示。

式中：Qp為頻率為P的暴雨洪水設(shè)計流量，m3／s；KQ為泥石流流量修正系數(shù)，可如式（4）計算；γc為泥石流重度，t／m3，γH為泥石流固體物質(zhì)比重，t／m3；Dc為堵塞系數(shù)。

表4 塔斯溝主溝泥石流峰值流量 m3／s

根據(jù)泥痕調(diào)查法，主溝口斷面泥石流流量為105.51 m3／s，與頻率1%的泥石流爆發(fā)流量近似，表明計算結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果比較符合。

3.3.3 泥石流沖擊力及沖起高度

泥石流整體沖擊力采用《規(guī)范》中的公式（5）進行計算，計算結(jié)果見表5。

式中：δ為泥石流體整體沖擊壓力，Pa；g為重力加速度（取g＝9.8 m／s2）；α為建筑物受力面積與泥石流沖壓力方向的夾角（°）；λ為建筑物形狀系數(shù)，矩形建筑物λ取1.33；γc為泥石流容重，t／m3，根據(jù)勘查計算，取1.6。

泥石流單塊最大沖擊力按式（6）計算，r為動能折減系數(shù)，對圓形端r＝0.3；C1＋C2＝0.005；W為石塊重量，最大巖塊按直徑1m算，巖石容重18 kN／m3算，共75.36 kN。

表5 塔斯溝泥石流設(shè)計概率下沖擊力預(yù)測

3.3.4 危害與評價

根據(jù)《規(guī)范》中的泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評價標準，對崩滑水土流失的嚴重程度、泥砂沿程補給長度比、溝口泥石流堆積活動程度、河溝縱坡降等15個因素進行打分，判定泥石流為易發(fā)。結(jié)合塔斯溝堆積扇大小，主河河型被逼彎曲程度，泥石流補給長度、松散物貯量、松散體變形量大小，暴雨強度指標R，綜合判定塔斯溝泥石流活動強度為強。根據(jù)泥石流活動危險區(qū)劃分標準，結(jié)合泥石流危害對象造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和對當?shù)厣鐣?jīng)濟的影響程度以及治理工程現(xiàn)狀，將塔斯溝泥石流堆積扇劃分為3個區(qū)。極危險區(qū)：塔斯溝水溝兩側(cè)至孟屯溝邊的扇形區(qū)域，面積3.12×105m2，占扇區(qū)面積29.43%；危險區(qū)：極危險區(qū)右側(cè)前緣日京寨搬遷點以及左側(cè)的區(qū)域，面積2.24×105m2，占總面積的21.13%；影響區(qū)：高于危險區(qū)與危險區(qū)相鄰的地區(qū)，它不會直接與泥石流遭遇，但卻有可能間接受到泥石流危害的牽連而發(fā)生某些級別的災(zāi)害的地區(qū)，面積5.24× 105m2，占總面積的49.43%［10］。

4 結(jié)論與討論

塔斯溝與其附近的卡子溝泥石流、樸頭鄉(xiāng)甲司口泥石流一樣，屬于高寒山區(qū)型易發(fā)性特大泥石流，有其共有的形成和發(fā)育分布特征［11-12］。

（1）從地形地貌來看，該類泥石流匯水一般為圈椅狀、舌狀、扇狀、葉脈狀等地形，匯水面積較大，一般超過10萬km2。匯水區(qū)后緣坡降極大，一般為350‰以上；主溝口至后緣山頂?shù)南鄬Ω卟钇毡槌^2 000 m以上；前者容易聚水，后者則增加了水的動力條件。

（2）從物源來看，泥石流發(fā)生區(qū)域處于高地應(yīng)力區(qū)，一般位于地震斷裂帶附近，坡體巖土體較破碎，加之高寒山區(qū)的常年積雪，導(dǎo)致山體被融裂，崩積于坡腳形成松散堆積體，特別是汶川地震使松散堆積體增添30萬m3，為泥石流的發(fā)生提供了充分的物源。

（3）塔斯溝溝口的泥石流流量受陡峭地形及溝口狹窄因素的影響，流速可達105.51 m3／s，且攜帶的泥石流最大巖塊沖擊力極大，最高達260 kN多，導(dǎo)致此次泥石流沖毀了溝口的建筑物，并沖上河谷對面山坡。

鑒于塔斯溝泥石流具備多發(fā)性、突發(fā)性和危害性的特點，建議對溝口農(nóng)戶采取搬遷避讓，并在堆積區(qū)的溝谷左岸（靠塔斯村一側(cè)）設(shè)置混凝土擋土墻導(dǎo)流，引導(dǎo)水流或泥石流排向孟屯河下游，并對溝口堆積扇作耕地恢復(fù)，使山區(qū)有限的土地得到充分利用。

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［2］ 四川省宜賓地質(zhì)工程勘察院.理縣塔斯溝泥石流應(yīng)急治理工程地質(zhì)勘查報告［R］.宜賓：四川省宜賓地質(zhì)工程勘察院，2009.

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［8］ Masami Saito，Tohru Araya，F(xiàn)utoshiNakamura.Sediment production and storage processes associated with earthquake-induced landslides in okushiri island，1993［J］.Sabo Gakkaishi，1993，47（6）：32-37.

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［11］李云，陳曉清，游勇，等.“梯-潭”型泥石流排導(dǎo)槽研究初析［J］.災(zāi)害學，2014，29（4）：173-175.

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M echanism and Characteristics of M ultiple Catastrophic M udslides of Tasi Ditch in Li County of Sichuan Province

Gan Jianjun1，2，Wu Han2，Tang Chun1，Huang Cheng1and Chen Jing1
（1．Nanchang Institute of Technology，Nanchang 330099，China；2．Geological Engineering Investigation Institute of Yibin in Sichuan Province，Yibin 644002，China）

Tasi ditch，which located in Sichuan Province，is an old landslide and belong toWenchuan M8.0 earthquake disaster zone.This old debris resurrection on July 31，2010，then development into a large landslides suddenly，and became a larger damage.Although people carry out the emergency management along the Tasi Ditch，but still have the possibility ofmudslides resurrection in this area，because there have a good condition of debris flow sudden.On the basis of site investigation，find out loose the distribution and its stability of the source domain，the author analysis the development of gully debris characteristics and kinetics characteristics，Analyses themechanism and characteristics of debris flow.The result show that Tasi Ditch have more rich loose deposits，and have a easy catchment and big grade in terrain main ditch，and have plenty ofwater power，so that it belongs to the liability debris flow，and have the basic conditions of themudslide again.In the end，the author recommended to establish a diversion trench，to protectmost of danger and the danger zone.The research has reference meaning for alpinemountain landslide prevention.

debris flow；mechanism；multiple mudslide；dynamic characteristic；Tasi Ditch；Li County of Sichuan Province

X43；P642.23

A

1000-811X（2015）04-0059-05

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.012

甘建軍，吳晗，唐春，等.四川理縣塔斯溝多發(fā)性特大泥石流成災(zāi)機理與特征［J］.災(zāi)害學，2015，30（4）：59-63.［Gan Jianjun，Wu Han，Tang Chun，et al.Mechanism and Characteristics ofMultiple Catastrophic Mudslides of Tasi Ditch in Li County of Sichuan Province［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：59-63.］

2015-04-01

2015-05-08

國家自然科學基金“巖土體與下墊面對降雨滑坡運動參數(shù)的作用機制及主控關(guān)系”（41272297）；四川省國際合作項目與交流計劃項目“粘土巖細觀結(jié)構(gòu)及滲透特性對封閉機理的影響研究”（2014HH0007）

甘建軍（1975-），男，江西永新人，博士，工程師，講師，主要從事巖土工程和邊坡穩(wěn)定性的研究和實踐工作.

E-mail：scdkj2006＠126.com