汶川縣清水溝北側(cè)高位泥石流暴發(fā)特征及防治措施研究

蘭昌義，趙昌坤

(四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊，四川 成都 611730)

汶川縣清水溝北側(cè)高位泥石流暴發(fā)特征及防治措施研究

蘭昌義，趙昌坤

(四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊，四川 成都 611730)

通過對清水溝北側(cè)泥石流的現(xiàn)場調(diào)查分析，得出該地暴發(fā)大規(guī)模泥石流主要是由于溝源大型滑坡產(chǎn)生的固體物源在雨水作用下形成的高位泥石流，在通過溝道卡口時形成堵潰，泥石流沖出量成倍放大，最后堆積于溝道中下游，在后期暴雨作用下，松散泥石流堆積體作為物源繼續(xù)拉槽形成泥石流。針對這種泥石流暴發(fā)特征提出治理方案:在相鄰清水溝出口處修建兩道谷坊壩和一段排導(dǎo)槽，對該處泥石流溝采取排導(dǎo)的應(yīng)對措施。

清水溝北側(cè)；高位泥石流；暴發(fā)特征；防治措施

“5·12”汶川地震后，經(jīng)過多年對高位泥石流的研究和治理已初見成效，高位泥石流具有物源豐富，分布相對位置高，溝道坡度縱比降大，泥石流暴發(fā)隱蔽性強(qiáng)，破壞性大等特征[1]，是需要高度重視的自然災(zāi)害。本文主要從高位泥石流暴發(fā)特征來研究清水溝北側(cè)泥石流成災(zāi)模式，并提出相應(yīng)治理方案，為后續(xù)的研究及治理提供參考。

1 清水溝泥石流的形成條件

圖1 清水溝北側(cè)泥石流無人機(jī)航空影像圖(2011年10月)

圖2 清水溝北側(cè)主溝縱剖面

清水溝北側(cè)泥石流溝位于汶川縣南部，岷江左岸，行政隸屬四川省汶川縣銀杏鄉(xiāng)。距成都市100 km，距汶川縣城47 km，國道213線和都汶高速公路從溝口通過，交通便利，但是從地質(zhì)災(zāi)害的角度來看，清水溝北側(cè)泥石流溝將是威脅國道213線和都汶高速公路的重要自然災(zāi)害源。從地形地貌來看，清水溝北側(cè)泥石流溝流域形態(tài)呈梭形，無支溝，溝床縱向長度2.0 km，流域面積0.9 km2。溝口與岷江交匯處高程943 m，溝源分水嶺處高程1 956 m，相對高差達(dá)到1 013 m(參見圖1)。溝谷呈V～U型，兩岸山高坡陡，平均坡度在35°。溝谷中上游段有一處埡口，埡口以上狹窄陡峭，以下相對寬緩，溝谷平均縱坡降51%(參見圖2)。從水源條件來看，銀杏鄉(xiāng)屬四川盆地邊緣亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，川西多雨中心區(qū)，暴雨頻發(fā)，多年平均年降水量在100～1 600 mm，最大日降水量269.8 mm，雨日在200天以上。夏季暴雨頻繁，強(qiáng)度大、歷時短，6～9月降雨量占全年的60%～70%，每年5～9月為汛期。2010年8月13日和2011年7月3日，該溝暴發(fā)過兩次大規(guī)模泥石流。據(jù)資料和報道，2010年8月12日17：00時映秀鎮(zhèn)范圍開始降雨，當(dāng)日累計降雨量達(dá)到19.9 mm；13日降雨持續(xù)時間較長，累計降雨量達(dá)到126.8 mm，最大小時降雨強(qiáng)度為32.2 mm[4]，就是說，清水溝北側(cè)泥石流發(fā)生前期降雨量總計達(dá)到146.7 mm。引發(fā)此次泥石流的降雨強(qiáng)度達(dá)到了百年一遇。2011年7月3日降下暴雨，最大小時降雨量接近21.3 mm。引發(fā)此次泥石流的降雨強(qiáng)度達(dá)到了20年一遇。從物源條件來看，汶川“5·12”特大地震的強(qiáng)烈震動作用，使得溝道上游1#、2#滑坡體發(fā)生失穩(wěn)垮塌，大量的滑坡體積于坡腳，堰塞溝道。其中1#滑坡體寬約400 m，縱長約120 m，2#滑坡體寬約130 m，縱長約80 m，2個滑坡體體積很大，在3次暴雨作用下，堰塞體發(fā)生不同程度潰決，之后形成泥石流，堆積于埡口以下。形成的堆積體縱向長約500 m，寬約50 m，平均厚約5 m，總方量約為12.5×104m3。若再次發(fā)生百年一遇強(qiáng)降雨，堰塞體剩余部分將繼續(xù)垮塌，沖積至堆積區(qū)，將使前三次疊加堆積體再次啟動，從而形成泥石流災(zāi)害。按塊石最大粒徑(3 m)的1.5倍計算泥石流啟動深度，寬度按20 m計算，預(yù)計動儲量約4.5×104m3(參見圖3)。據(jù)統(tǒng)計，泥石流物源總量為19.5×104m3，其中動儲量為7.1×104m3(參見表1)。

表1 泥石流物源量統(tǒng)計匯總

圖3 清水溝北側(cè)1#、2#滑坡全貌

2 泥石流暴發(fā)特征

2.1 泥石流暴發(fā)歷史及威脅對象

清水溝北側(cè)曾經(jīng)暴發(fā)過3次泥石流災(zāi)害，屬于溝谷型、泥石型、稀性、高頻的泥石流災(zāi)害。2008年5月12日的汶川8.0級地震發(fā)生后，這里就首次暴發(fā)了泥石流災(zāi)害，但是規(guī)模相對較小。2010年8月13日的泥石流規(guī)模則最大，而2011年7月3日的泥石流規(guī)模相對較小。“8·13”泥石流最大，一次固體物質(zhì)堆積總量約4.7萬方，泥石流暴發(fā)規(guī)模等級為中型。幸運(yùn)的是，清水溝北側(cè)3次暴發(fā)泥石流均未造成人員傷亡和財產(chǎn)損失?！?·03”泥石流是在“8·13”泥石流堆積體中繼續(xù)拉槽形成的，其最大侵蝕深度達(dá)2 m，平均侵蝕深度1 m。都汶高速公路從溝口通過，今后一旦再次暴發(fā)泥石流，將直接威脅映秀至汶川高速公路的交通安全，同時會對映秀灣電站蓄水造成一定影響，可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約2 000萬，依據(jù)泥石流潛在危害性分級表的分類，清水溝北側(cè)的泥石流潛在危險性等級為中型，需要高度重視并且修建相應(yīng)的工程設(shè)施來確保高速公路的交通安全。

2.2 泥石流基本特征值

(1)堆積物顆粒特征。清水溝北側(cè)的泥石流堆積體主要由碎塊石組成，母巖成分為花崗巖，灰色、黃灰色，強(qiáng)～中風(fēng)化程度，碎塊石為棱角形，粒徑以150～380 mm為主，最大達(dá)3 m。主要充填物為砂、礫及少量粘性土，局部可見架空現(xiàn)象。粒徑200 mm以上的占50%，顆粒直徑偏大，顆粒級配差。

(2)泥石流流體重度。據(jù)現(xiàn)場配漿分析，清水溝北側(cè)溝泥石流重度為1.564～1.613 t/m3，平均值為1.588 t/m3。按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220—2006)附錄G的辦法進(jìn)行評分，對清水溝北側(cè)的泥石流進(jìn)行易發(fā)程度評分為91分，泥石流易發(fā)程度為易發(fā)，重度取值為1.628 t/m3。

(3)泥石流流速。對于清水溝北側(cè)的泥石流來講，選取“8·13”、“7·03”兩次泥石流不同泥位典型斷面進(jìn)行泥石流流速計算，結(jié)果參見表2和表3。

表2 “8·13”泥石流流速計算(鐵二院公式)

表3 “7·03”泥石流流速計算(鐵二院公式)

(4)泥石流流量。通過調(diào)查了“8·13”、“7·03”泥石流的泥痕和溝道情況計算各斷面位置泥石流峰值流量，結(jié)果參見表4和表5。

表4 “8·13”泥石流流量形態(tài)調(diào)查法計算

表5 “7·03”泥石流流量形態(tài)調(diào)查法計算

(5)一次泥石流過流總量和固體沖出物量。通過對“8·13”、“7·03”兩次泥石流一次泥石流過流總量和固體沖出物量進(jìn)行計算，“8·13”泥石流沖出物總量約12.4萬方，固體物總量約4.7萬方；“7·03”泥石流沖出物總量約4.5萬方，固體物總量約1.7萬方(見圖4)。

圖4 泥石流堆積情況:“8·13”(左)、“7·03”(右)

3 泥石流治理措施建議

鑒于清水溝北側(cè)發(fā)生的3次泥石流主要堆積于溝道轉(zhuǎn)彎以上的溝床上，泥石流未翻越位于溝道下游的山脊，因此高速公路管理部門未對該泥石流溝進(jìn)行工程治理，只采取簡單的路堤方式應(yīng)對泥石流的威脅。根據(jù)上述的分析后提出的泥石流治理措施建議是，在相鄰清水溝出口處修建兩道谷坊壩和一段排導(dǎo)槽，對該處泥石流溝采取排導(dǎo)的應(yīng)對措施，以將泥石流引入清水溝排導(dǎo)槽內(nèi)，且設(shè)計兩排導(dǎo)槽以銳角相交。在不采取任何攔擋措施的條件下，當(dāng)清水溝在暴雨的作用下，溝床堆積物二次啟動形成泥石流災(zāi)害的可能性是很大的。根據(jù)估計，泥石流沖至溝下游路堤邊最大體積為3萬方，只采用攔排結(jié)合的方式就可以保證高速公路不受泥石流影響。根據(jù)以上綜合分析，建議治理方案為3級固床壩加排導(dǎo)槽的方式；同樣，為減小溝床堆積物二次啟動量，在埡口以下流通堆積區(qū)采取3道固床壩穩(wěn)固溝床的治理措施，下游接排導(dǎo)槽，將泥石流引入清水溝已建成的排導(dǎo)槽后排出。

[1] 魏昌利，何元宵，等.汶川地震災(zāi)區(qū)高位泥石流成災(zāi)模式分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2013(4)：52-55.

[2] 四川省冶金地質(zhì)勘查局水文隊.汶川地震災(zāi)區(qū)重要交通干道沿線重大地質(zhì)災(zāi)害清水溝北側(cè)泥石流應(yīng)急勘查報告[R].2011.12.

[3] 張成航，等.四川省都江堰市虹口鄉(xiāng)紅色村干溝泥石流特征及危險性評價[J].西北地質(zhì)，2014(3)：127-131.

[4] 何元宵,魏昌利，等.汶川縣燒房溝高位泥石流成災(zāi)模式研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2014(1)：22-27.

Characteristics of debris flow and the controlling measurement in the northern Qingshui gully in Wenchuan County

Lan Changyi，Zhao Changkun

(Hydro-engineering team of Sichuan Metallurgical Geology & Exploration Bureau, Sichuan Chengdu 611730, China)

Based on the field investigation and characteristic analysis for the debris flow in the northern Qingshui gully, we think that in heavy rain season, loose deposit landslide and drag groove will form debris flow with a higher position due to the large scale landslide. The debris flow will pile up in the middle and low channel and form a dam. The dam may collapse in heavy rain and the amount of debris flow may be multiplied times in the middle and lower reaches of the channel. According to the debris flow characteristics and in order to deal with the disastrous debris flow, two check dams and a length of row guide groove should be built to ensure the traffic safety of a high way. The measurement of drain and guide ditch can reduce the destroy effect of a debris flow.

the northern Qingshui gully; debris flow with high position; breakout character; controlling measurement

2015-03-27

蘭昌義(1984-)，女，四川省彭州市人,工程師.

X43

B

1001-8115(2015)03-0025-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.007