岷江上游干旱河谷地區(qū)泥石流形成條件與防治——以黑水縣蘆花鎮(zhèn)澤蓋村中蘆花組垮溝泥石流為例

李毅，鄧茂林，張洪，李乾坤

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岷江上游干旱河谷地區(qū)泥石流形成條件與防治——以黑水縣蘆花鎮(zhèn)澤蓋村中蘆花組垮溝泥石流為例

李毅1，鄧茂林2，張洪1，李乾坤1

（1.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八三大隊(duì)，四川 達(dá)州 635000； 2. 三峽大學(xué) 湖北長江三峽滑坡國家野外科學(xué)觀測研究站，湖北 宜昌 443002)

岷江上游干旱河谷地區(qū)存在大量松散固體物質(zhì)，泥石流給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。黑水縣中蘆花組垮溝泥石流為粘性泥石流，爆發(fā)泥石流的可能性極大，為該區(qū)域的典型泥石流之一。以蘆花組垮溝泥石流為例分析了岷江上游干旱河谷地區(qū)泥石流發(fā)生的三個(gè)基本條件和促發(fā)（激發(fā)、觸發(fā)和誘發(fā)）條件。通過對泥石流的形成條件分析，針對泥石流災(zāi)害的基本特征提出了相應(yīng)的綜合治理措施，對其治理效果進(jìn)行了評述。為岷江上游地區(qū)的泥石流調(diào)查、勘察和評價(jià)提供了技術(shù)借鑒，也對相關(guān)工程研究具有一定的理論意義。

泥石流；干旱河谷；防治措施；垮溝

泥石流作為山區(qū)常見的自然災(zāi)害現(xiàn)象之一，具有來勢兇猛、破壞力強(qiáng)、發(fā)生突然、歷時(shí)短暫等特點(diǎn)[1-2]?！?·12”汶川大地震后黃潤秋等通過災(zāi)后對地震地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)場調(diào)查和遙感解譯，共獲得地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)l1 308處[3]。崔鵬等對汶川地震區(qū)震后泥石流活動(dòng)特征與防治對策就行了分析，震后泥石流的活動(dòng)特征主要表現(xiàn)在泥石流數(shù)量增多，規(guī)模增大、頻度增加、臨界降雨強(qiáng)度降低，多發(fā)育粘性泥石流[1,4]。汶川地震災(zāi)區(qū)的泥石流集中分布于干旱河谷松散固體物質(zhì)大量存在且以風(fēng)化殼和碎屑巖及其變質(zhì)巖為主的地區(qū)[1]，給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。降雨特征與國內(nèi)外眾多泥石流溝的降雨特征可以比較，其形成模式多樣［1,5］。四川黑水縣蘆花鎮(zhèn)澤蓋村中蘆花組垮溝泥石流為典型的干旱河谷區(qū)泥石流，研究該泥石流具有典型的工程意義。

表1 垮溝2007~2010年之間主要泥石流統(tǒng)計(jì)表

垮溝泥石流位于黑水縣縣城澤蓋村中蘆花組，發(fā)源于中蘆花組上游，向東于澤蓋村中蘆花組匯入黑水河。該泥石流發(fā)育于“5·12”汶川大地震前，震后進(jìn)入了快速發(fā)育期，爆發(fā)頻率明顯增加，僅2007年至2010年期間就發(fā)生了多次（表1）。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，該流域內(nèi)存在多處滑坡，形成了較多物源，多段溝道處存在堵塞現(xiàn)象，流域內(nèi)發(fā)育了多處不穩(wěn)定的土質(zhì)滑坡，爆發(fā)泥石流的可能性極大。一旦泥石流發(fā)生，將直接威脅到堆積區(qū)內(nèi)現(xiàn)有居民及城鎮(zhèn)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟(jì)損失5 000萬元以上。因此，通過蘆花組垮溝泥石流的形成條件，預(yù)測其暴發(fā)規(guī)模及應(yīng)急治理措施的分析，為岷江上游河谷中的泥石流調(diào)查、評價(jià)和治理提供技術(shù)借鑒作用和對相關(guān)工程研究具有一定的理論指導(dǎo)意義。

1 垮溝泥石流形成條件

泥石流發(fā)生需要三個(gè)基本條件和促發(fā)（激發(fā)、觸發(fā)和誘發(fā)）條件。三個(gè)基本條件包括水體條件，地形（自然坡面）或壓力坡條件、松散固體物質(zhì)條件[6]。

1.1 垮溝泥石流形成的基本條件

1）水體條件，垮溝泥石流區(qū)屬高原型季風(fēng)氣候區(qū)，旱、雨季分明，日照充足，氣溫年差較小，日差較大，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒。平均氣溫為9.5℃，縣城年平均氣溫9℃，年極端最高氣溫33.5℃，最低極端氣溫-14.4℃。黑水縣是阿壩州降水最多的地區(qū)之一，降雨分布不勻，夏季集中，秋季陰雨連綿，雨量的日變化大，夜間降雨占全年總降雨量的70.2%。

表2 黑水縣蘆花鎮(zhèn)氣象站月平均降雨量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《四川省水文手冊》所附暴雨量等值線圖[7]，澤蓋村中蘆花組流域內(nèi)，雨季總降雨量699.5mm，旱季總降雨量136.3mm；旱季平均天數(shù)190天，雨季平均天數(shù)160天；10min最大降雨量8.0mm，1h最大降雨量約20mm，24h最大降水量約41mm，多年平均降雨量835.8mm[8]。本地區(qū)1h泥石流觸發(fā)雨量的臨界值為20mm。該區(qū)激發(fā)泥石流形成的暴雨條件是充分的[8]。

圖1 年最大24小時(shí)暴雨量均值等值線圖

圖2 中蘆花組垮溝泥石流堆積區(qū)地貌圖

2）地形條件，垮溝泥石流溝地勢總體西高東低，地形總體上屬高山淺溝地貌。流域范圍內(nèi)，溝源三面環(huán)山，主溝溝槽向下逐漸開闊；中游兩側(cè)溝岸較陡、溝道較順直；下游至溝口呈堆積扇地貌[8]（圖2）。該溝最高分水嶺高程為3 000m，由溝源向下，溝床縱向坡降總體呈由陡變緩的變化趨勢，溝源最大高程約2 924m，入河口高程為2 350m，相對高差650m[8]（圖3）。溝域形態(tài)為紡錘體，流域面積為1.01km2，流域縱向長度2.73km，平均寬度0.84km[8]。

根據(jù)垮溝泥石流的溝谷變化特點(diǎn)，可將溝谷分為四段，即溝源段、上游段、中游段及下游段。其中，溝源段三面環(huán)山，兩側(cè)岸坡較陡，呈小漏斗狀陡坡地形，利于匯水，為泥石流的清水區(qū)[9]；上游段溝道狹窄，滑坡較發(fā)育，溝底下蝕能力強(qiáng)，溝側(cè)滑塌現(xiàn)象普遍，屬此泥石流的形成區(qū)[8]。中游段溝道較順直，“V”型谷發(fā)育，屬泥石流的流通區(qū)；下游流經(jīng)泥石流堆積扇，其上段溝道較深，下段較為平緩，下部居民聚居區(qū)內(nèi)溝道淺坦，并因人類工程活動(dòng)，溝道已被掩埋，屬泥石流的堆積區(qū)[8]。根據(jù)對跨溝泥石流縱向坡度的分析，其坡降最小達(dá)142.8‰，而平均坡降達(dá)322.0‰。整個(gè)溝道坡度較陡，溝道具備發(fā)生土力類泥石流條件。

3）松散固體物質(zhì)條件，垮溝泥石流溝域內(nèi)物源豐富，物源主要包含滑坡堆積物源，溝道堆積物源和坡面侵蝕物源三種?；露逊e物源多形成于“5·12”地震之前，均分布在泥石流溝道形成區(qū)東側(cè)50m范圍內(nèi)，地震后及余震期間有所加劇，堆積松散，呈錐狀、裙?fàn)罘植荚诳鍦现猩嫌蝺蓚?cè)，系垮溝水流沖刷土質(zhì)邊坡坡腳引起的土質(zhì)邊坡滑塌，部分滑塌土體已進(jìn)入溝道，且嚴(yán)重?cái)D壓溝道[8]。溝道堆積物源主要位于形成區(qū)和流通區(qū)段，其溝道總長度約為1.68Km，河床平均寬度約為2.0m～3.0m，溝底松散堆積體約為1～5m，其溝底表面松散物約為0.5m[8]。坡面侵蝕物源區(qū)參與泥石流活動(dòng)方式主要為水土流失，包括面蝕和溝蝕的情況均有，該泥石流溝兩側(cè)均有垮塌現(xiàn)象產(chǎn)生，其垮塌及可能垮塌段長約860m，溝深約2m，溝寬約3.5m，溝側(cè)坡度較陡[8]。溝道兩側(cè)土體松散，主要為粉質(zhì)粘土及碎塊石土，物源動(dòng)儲(chǔ)量按照穩(wěn)定坡度25°～35°計(jì)算，見表3。

表3 垮溝泥石流形成區(qū)、流通區(qū)物源儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表（單位：104m3）

垮溝泥石流的各類物源總量在4.72×104m3，可啟動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量總計(jì)為0.83×104m3。從分布區(qū)域上看，絕大多數(shù)的動(dòng)儲(chǔ)量物源集中在形成區(qū)內(nèi)。從表2可看出，垮溝泥石流的滑坡堆積物源和坡面侵蝕物源是其主要物源。

從垮溝物源總量、動(dòng)儲(chǔ)量以及主要物源類型進(jìn)行分析，該溝具備爆發(fā)泥石流的松散固體物質(zhì)條件。

圖3 垮溝溝床坡降分區(qū)圖

1.2 垮溝泥石流形成的觸發(fā)條件

泥石流的觸發(fā)條件是泥石流研究的重要內(nèi)容[10-18]。也有不少專家對泥石流運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了研究[ 19-23 ]?？鍦暇邆浔l(fā)泥石流的基本條件后，則需發(fā)生泥石流災(zāi)害的促發(fā)條件，即激發(fā)、觸發(fā)和誘發(fā)條件。該泥石流溝的基本觸發(fā)條件據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及訪問資料，類比目前泥石流運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特征研究的成果進(jìn)行的[8]。

跨溝溝道總體較陡，土層厚度較大，溝側(cè)滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，溝道堵塞嚴(yán)重，物源豐富，在持續(xù)降雨的條件下，水土流失嚴(yán)重，致使溝道進(jìn)一步下切，進(jìn)而引發(fā)溝側(cè)滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)失穩(wěn)滑塌，并會(huì)進(jìn)一步加劇溝側(cè)滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害形成，當(dāng)暴雨超過一定強(qiáng)度或暴雨持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，隨即激發(fā)跨溝發(fā)生泥石流。

表4 黑水縣境內(nèi)3.0級以上以及受境外地震影響統(tǒng)計(jì)表

黑水縣地處位于松潘—龍門山地震帶上，從茂縣經(jīng)較場壩到漳臘沿線的岷江干流地震活動(dòng)頻繁且強(qiáng)烈[24]。據(jù)記載，黑水縣境內(nèi)3.0級以上地震25次，受境外地震波及14次（表4）。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），對應(yīng)地震基本烈度VII度。強(qiáng)烈的地震活動(dòng)使跨溝泥石流具備了良好的觸發(fā)條件。同時(shí)，跨溝內(nèi)固體物源豐富，降雨充足，具備溝內(nèi)水體突然增加，土體聚然失穩(wěn)等爆發(fā)泥石流的誘發(fā)條件。

2 工程防治措施

泥石流的防治工程設(shè)計(jì)要適合泥石流的特點(diǎn)，應(yīng)在查清泥石流各種特征的基礎(chǔ)上確定方案、精心設(shè)計(jì)，應(yīng)更多地采用攔、排措施相結(jié)合，工程措施和生物措施相結(jié)合的綜合治理方案[25]。

針對黑水縣垮溝泥石流的基本特征及其可能造成的危害，采用主要措施為：多級谷坊+防沖肋板+三級攔擋壩+排洪涵[26]。

該措施通過在形成區(qū)設(shè)置谷坊群，并在形成區(qū)X1#谷坊壩和X2#谷坊壩之間、X1#谷坊壩和3#格柵壩之間以及3#格柵壩和原4#谷坊壩之間底坡度較陡（平均436.8‰），下蝕和側(cè)蝕作用十分強(qiáng)烈，為此泥石流溝主要物源形成區(qū)，因此在此三段之間布置了三段防沖刷肋板，布置間距均為5m，其匹配物源為此段溝底物源以及此段坡面侵蝕物源，減小集中水流對邊坡的淘蝕，減少松散物源的來源，同時(shí)防沖肋板通過回淤物質(zhì)對溝道兩側(cè)不穩(wěn)定和潛在不穩(wěn)定的坡體進(jìn)行壓腳加固[27]。多級攔擋壩可以攔蓄大量泥沙，降低過壩泥石流重度，使溝底坡度平緩，河床固定，達(dá)到減少泥石流流速和峰值流量，保護(hù)溝道。原始溝道進(jìn)行簡單的清理修整，以滿足排洪需要為主。

通過采用上述措施對垮溝泥石流的治理，并結(jié)合近幾年垮溝泥石流防治工程的運(yùn)行情況，可初步判定，采用“多級谷坊+防沖肋板+三級攔擋壩+排洪涵”對該溝進(jìn)行治理效果較為顯著，其中防沖肋板群措施在該項(xiàng)目治理效果中起到了十分關(guān)鍵的作用。

3 結(jié)論與建議

1） 垮溝爆發(fā)泥石流具備泥石流爆發(fā)的水體條件、地形（自然坡面）或壓力坡條件、松散固體物質(zhì)三個(gè)基本條件以及促發(fā)（激發(fā)、觸發(fā)和誘發(fā)）條件，爆發(fā)泥石流的可能性極大，一旦泥石流發(fā)生，將直接威脅到堆積區(qū)內(nèi)現(xiàn)有居民及城鎮(zhèn)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。潛在經(jīng)濟(jì)損失5 000萬元以上。危險(xiǎn)性等級為大型。

圖4 垮溝泥石流綜合治理平面圖

2）針對垮溝泥石流的基本特征及其可能造成的危害，采用主要措施為：多級谷坊+防沖肋板+三級攔擋壩+排洪涵。結(jié)合近幾年垮溝泥石流防治工程的運(yùn)行情況，可初步判定，采用“多級谷坊+防沖肋板+三級攔擋壩+排洪涵”對該溝進(jìn)行治理效果較為顯著，其中防沖肋板群措施在該項(xiàng)目治理效果中起到了十分關(guān)鍵的作用。

3)黑水縣中蘆花組垮溝泥石流為粘性泥石流，爆發(fā)泥石流的可能性極大，為該區(qū)域的典型泥石流之一。岷江上游干旱河谷地區(qū)存在大量松散固體物質(zhì)，泥石流給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。通過對泥石流的形成條件分析，針對泥石流災(zāi)害的基本特征提出了相應(yīng)的綜合治理措施，對其治理效果進(jìn)行了評述。為岷江上游地區(qū)的泥石流調(diào)查、勘察和評價(jià)提供了技術(shù)借鑒，也對相關(guān)工程研究具有一定的理論意義。

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Forming Conditions and Control of Debris Flow in Arid Valley in the Upper Reaches of the Minjiang River

LI Yi1DENG Mao-lin2ZHANG Hong1LI Qian-kun1

(1-No. 283 Geological Party, Bureau of Geology, CNNC, Dazhou, Sichuan 635000; 2-National Field Observation and Research Station of Landslides in Three Gorges of Yangtze River, Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002)

A lot of loose solid matter are in existence in the arid valley area of the upper reaches of the Minjiang River, and debris flow brings serious threat to the lives and property of the local people. The Kuagou debris flow in Heishui County is one of typical debris flows in the study area. The present paper has a discussion on three basic conditions and control of debris flow in the arid valley area of the upper reaches of the Minjiang River by the example of the Kuagou debris flow.

arid valley; forming condition; control; Kuagou debris flow

2017-11-15

國家自然科學(xué)青年科學(xué)基金（41502291）資助

李毅(1984 - ) ，男，四川岳池人，本科，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害防治等方面的研究

P642.2

A

1006-0995（2018）01-0138-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.01.031