蘭州市安寧區(qū)大青溝泥石流災害危害性評價及治理方案

竇曉東

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院， 甘肅 蘭州 730050)

1 地質(zhì)概況

大青溝位于安寧區(qū)北部，大青溝流域在區(qū)域上地處隴西黃土高原西部邊緣與青藏高原的交接地帶，位于黃河蘭州段北岸，受區(qū)域構(gòu)造控制，區(qū)域上山體呈近東西向展布，地勢北高南低[1]。在大地構(gòu)造上隸屬于昆侖—秦嶺地槽褶皺系祁連中間隆起帶，區(qū)域上斷裂發(fā)育，出露地層較少，主要為長城系、古近系及第四系地層。區(qū)內(nèi)地下水類型劃分為基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水[2]。

2 泥石流特征

2.1 泥石流的形成特征

據(jù)實際勘查，大青溝泥石流形成以沖蝕匯流和主溝沖蝕為主。區(qū)內(nèi)的松散物質(zhì)主要集中于流域中、上游的平山造地區(qū)。由于該區(qū)域填方土體松散、相互之間無固結(jié)，固體松散物質(zhì)豐富，且場地平整、寬闊，具一定的縱坡比降，集水面積大，易于形成地表徑流。暴雨期間，雨水順平山造地場地地表而下，沿途沖蝕高填方表層的松散土體，成泥流狀態(tài)匯集于下游主溝及支溝內(nèi)，沖刷下游坡體坡面松散物質(zhì)及溝道內(nèi)滑坡、崩塌等物質(zhì)[3]。由于下游坡面松散物質(zhì)成分多為塊石及碎石，泥流在該段沖蝕、沖刷、搬運該物質(zhì)，從而轉(zhuǎn)化為泥石流，而下游溝床比降所具有的勢能及相對狹窄溝道的聚能，使其聚能加速，從而形成大規(guī)模的泥石流。

2.2 泥石流的徑流特征

泥石流的流態(tài)、沖淤變化、流量、流速等受流域溝道特征、固體松散物質(zhì)數(shù)量、補給方式和降雨量的控制。大青溝流域流通區(qū)長1.4 km，溝道縱比降68‰，形態(tài)呈“U”型，溝道較為順直，兩側(cè)支溝匯入較少，泥石流以側(cè)蝕為主，切沖蝕較弱。

大青溝流域中、上游受平山造地、回填溝谷的影響，固體物質(zhì)較豐富。大青溝首先是在中、上游區(qū)域形成泥流，多為連續(xù)性流動，但由于平山造地區(qū)縱比降小，洪水匯集較慢、流速較慢。流經(jīng)下游時，由于溝床縱比降相對中、上游增大，泥流沿主溝及支溝不斷沖蝕，從而使側(cè)蝕溝道內(nèi)松散物質(zhì)形成泥石流[4]。泥石流基本為連續(xù)性流動，但個別時候也出現(xiàn)間歇性陣流，先是含沙量較高的洪水流過，繼而洪水裹攜泥沙、塊石、碎石從溝中沖出。

2.3 泥石流的堆積特征

(1)溝道堆積。溝道堆積物主要分布于大青溝主溝下游段溝道內(nèi)和支溝下游段溝道內(nèi)。大青溝主溝下游形成區(qū)段溝床比降為68‰，溝谷呈“V”型向“U”型過渡，溝道較為寬闊，下切侵蝕較弱。依據(jù)ZK1、ZK2揭示，溝床堆積物厚度為3.0～3.2 m，其物質(zhì)多為塊石，其次為粉土、碎石及角礫。塊石粒徑一般5～10 cm，最大塊石粒徑0.4 m，塊石風化較為強烈，巖性多為石英片巖及片麻巖，質(zhì)地較為堅硬，局部夾砂巖，風化強烈，手掰易碎。大青溝主溝下游流通區(qū)段溝道呈“U”型，溝谷較為寬闊。依據(jù)鉆孔ZK5揭示，溝床堆積物厚度為4.1 m，堆積物質(zhì)多為塊石，其次為角礫、砂礫，土的含量減少，相對形成區(qū)溝道堆積物顆粒成分有明顯區(qū)別，其中碎、塊石含量少于角礫，細粒物質(zhì)顯著增多，尤其粘粒含量遠大于主溝道堆積物。大青溝支溝溝床比降為152‰，溝谷呈“U”型，溝道較為寬闊，下切侵蝕較弱。依據(jù)ZK3、ZK4揭示，溝床堆積物厚度為5.0～5.8 m，其物質(zhì)多為塊石，其次為粉土、碎石及角礫。

(2)溝口堆積。大青溝溝口為安寧區(qū)城建區(qū)，區(qū)內(nèi)建筑密集，人類工程活動強烈，其原始堆積形態(tài)已被破壞，溝口泥石流扇形地不發(fā)育。目前，排導溝溝內(nèi)所見最大粒徑為0.5 m，顆粒分選較差，有一定程度磨圓，淺表層顆粒粒徑明顯小于下游溝道內(nèi)溝床堆積物。

2.4 泥石流的危害特征

(1)泥石流沖毀、淤埋溝口城建區(qū)。泥石流具有強大的沖毀能力，現(xiàn)狀大青溝溝口的排導渠已被人為堆棄的棄土棄石及建筑垃圾堵塞。泥石流在沖出溝口時，無匯流渠道，將迅速向兩側(cè)擴散，沖毀兩側(cè)的建筑物及城區(qū)道路。隨著泥石流沖出溝口勢能銳減，大量的泥沙石塊停留下來，淤埋溝口城建區(qū)。

(2)堆積壓埋溝道內(nèi)道路及廠房。大青溝流域內(nèi)主溝下游近溝口段現(xiàn)建設有水泥廠、采石廠等廠房，廠房均建設在泥石流溝道內(nèi)，堵塞了大青溝泥石流的行洪通道。該段泥石流危害形式以堆積壓埋為主，同時水流沖蝕溝道內(nèi)路面路基邊坡，易造成路基外緣垮塌。

3 泥石流災害危險性分析

3.1 泥石流處于活躍期

受流域中上游平山造地回填溝谷及流域下游削坡采石的影響，溝內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件特別是松散物質(zhì)的補給條件仍在不段增強，大青溝泥石流仍處于不斷發(fā)展之中，其規(guī)模和活動性將進一步增強。

3.2 防護措施不足

大青溝主溝道下游近溝口處修建的2處擋墻并不具備防治泥石流的功能及作用，溝口的簡易排導渠已被人工堵塞，需進一步拓寬、加固。流域內(nèi)無任何可以阻擋或減緩泥石流的工程措施，其防災形勢嚴峻。

3.3 溝口城建區(qū)面臨泥石流災害威脅性

安寧區(qū)近年來中心區(qū)域的土地均已被開發(fā)利用，城市建設用地十分緊張。因此，安寧北山山前一帶已成為安寧區(qū)重要的建設區(qū)。目前溝口有師大教學樓、變電所、駕校、在建北環(huán)路等重要設施，總?cè)丝?萬余人，財產(chǎn)約3億元。隨著安寧區(qū)經(jīng)濟建設的發(fā)展，其人口及建筑物仍將不斷增加，泥石流災害的危險性、易損性將會不斷增高。

4 泥石流危害程度分區(qū)

4.1 泥石流危害區(qū)計算

大青溝泥石流危害區(qū)包括泥石流溝道兩岸和泥石流堆積區(qū)，重點確定其堆積區(qū)范圍。泥石流堆積區(qū)以歷史最大一次淹沒范圍或根據(jù)泥石流的特征計算的最大淹沒范圍為危害區(qū)。本次計算方法采用相關(guān)規(guī)范中提到的覆蓋范圍法。

稀性泥石流擴散角一般為15°左右，可按下式計算：

L=60Qci0.7

(1)

式中：L為泥石流流動長度；Qc為泥石流最大流量，m3/s,；i為溢出處被埋沒地區(qū)坡降，為0.0311。

依據(jù)上述公式計算，泥石流流動長度為329.3 m。泥石流危害總面積約0.045 km2。

根據(jù)大青溝泥石流的發(fā)育特征、形成規(guī)模、堆積區(qū)地形特征及城區(qū)企事業(yè)單位、居民點的分布情況，結(jié)合歷次泥石流沖淤范圍，可將該泥石流區(qū)分為嚴重危害區(qū)和一般危害區(qū)(或稱波及區(qū))。大青溝泥石流危害區(qū)總面積約0.051 km2，人口約2萬人，固定資產(chǎn)約3億元。

4.2 危害程度分區(qū)

(1)嚴重危害區(qū)：為泥石流直接沖毀、預埋的范圍，主要威脅財產(chǎn)為大青溝溝道內(nèi)的磊鑫集團廠房及居民區(qū)、溝口師大教學樓、變電所、君安駕校、在建北環(huán)路等重要建筑物及居民區(qū)，總面積0.022 km2，占整個危險區(qū)的43%。

(2)一般危害區(qū)：為泥石流向兩側(cè)擴散后沖毀、預埋的范圍，主要威脅財產(chǎn)為在建北環(huán)路、君安駕校部分場區(qū)等建筑物及居民區(qū)，總面積0.29 km2，占整個危險區(qū)的57%。

5 泥石流治理方案建議

5.1 攔擋工程

(1)攔砂壩類型及功能。攔砂壩主要作用是攔蓄泥石流中固體物質(zhì)，降低容重，減低泥沙輸出溝道，減少進入排導溝中的泥沙，防止排導溝淤積。可選擇在溝道內(nèi)設置7座攔砂壩，其主要功能在于攔沙，也兼有固溝穩(wěn)岸的作用，其中大青溝主溝布設4座，大青溝支溝布設3座。其目的是利用相對寬大的溝道地形，最大限度地攔蓄泥沙，減少泥沙輸出，此外還有穩(wěn)定兩側(cè)溝岸的作用。

(2)攔砂壩構(gòu)筑物形式。本次攔擋壩采用抗剪切、抗沖擊力強的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其構(gòu)筑物形式上采用鋼筋混凝土重力壩。鋼筋混凝土重力壩造價雖比漿砌塊石壩要高，但防治效果良好，抗剪切、抗沖擊力強，安全性、可靠性比漿砌塊石壩更高。而且采用鋼筋混凝土壩可以大幅度地增加壩高，最大限度地攔蓄泥沙，達到很好的攔沙效果。鋼筋混凝土攔擋壩布置在溝道比降相對較緩、溝道寬度較寬、堆積粒徑較小的壩址處。

5.2 排導工程

排導溝的設計布局上采取直排的方式，上部從磊鑫有限公司采砂廠處開始，將排導堤修建至君安駕校門口，下部與安寧區(qū)北山山前南北向主排洪通道相接。排導溝設計斷面按復式梯形設計，總長820 m。為防止溝床沖刷下切，保護排導溝護堤基礎，建議對排導堤通道進行硬化，并在排導溝內(nèi)布設防沖底檻。