湖北省羅田縣九資河鎮(zhèn)黃柏山村泥石流特征及治理措施

王崇舉，賈雪嬌，陶海寧，潘天錄，陳伯恒，李建華

(湖北省地質(zhì)局 冶金地質(zhì)勘探大隊,湖北 黃石 435000)

中國對泥石流的治理可分為三個階段：局部治理階段、部門治理階段、綜合治理階段,局部治理僅對泥石流下游沖淤災(zāi)害進(jìn)行防治；部門治理始于20世紀(jì)中期,中國鐵路、公路等部門開始按照不同的防護要求開展泥石流防治工作[1]。綜合治理始于20世紀(jì)末期,中國研究部門提出科學(xué)合理的“全面”治理計劃。目前常見的泥石流防治措施主要有三方面,一是生態(tài)措施,包括種草植樹,防止水土流失,改善生態(tài)環(huán)境等；二是非工程措施,包括監(jiān)測,巡檢,防治工程維護,加強管理；三是工程措施,包括引蓄水工程、攔擋和防護工程及疏排導(dǎo)工程,引蓄水工程主要有調(diào)洪水庫、引水渠、截水溝等；攔擋和防護工程主要有攔擋壩、谷坊、護坡等；疏排導(dǎo)工程主要有排導(dǎo)溝、導(dǎo)流堤、急流槽[2]。

羅田縣九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流位于湖北省羅田縣北東約53 km大別山保護區(qū)內(nèi),該處泥石流為一年代久遠(yuǎn)的泥石流堆積體,呈扇貝狀堆積,平面圖上呈似三角狀、扇形,剖面圖上呈馬刀形,東西向長800 m,扇寬約350 m,總方量360×104m3。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和訪問,該泥石流堆積體為多期次泥石流堆積而形成的,近期發(fā)生的泥石流為70年代末期。由于泥石流的沖刷和淘蝕作用,造成水土流失,河岸垮塌,穩(wěn)定性較差。受2016年強降雨影響,在泥石流流通區(qū)及堆積區(qū)形成了大量的不穩(wěn)定地質(zhì)體,加大了泥石流的易發(fā)性和危害性,嚴(yán)重威脅羅田縣天堂寨風(fēng)景區(qū)內(nèi)民房、賓館、林場職工住房185棟房屋及常住人口1 186人,流動人口3 965人。

1 泥石流基本特征

1.1 泥石流流域特征

九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流的物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)相對較明顯,屬典型的溝谷型泥石流(見圖1)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流為暴雨型泥石流,暴雨既是泥石流形成的水體供給,又是激發(fā)因素,其物源補給以支溝泥石流及滑坡和崩塌堆積物為主,兼有坡面侵蝕、沖溝侵蝕、淺層坍塌及溝床物質(zhì)再起動等提供的物源補給。

圖1 九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流分布圖Fig.1 Distribution map of Huangbai Mountain debris flow in Jiuzihe Town

(1) 從地形地貌上來看,物源區(qū)山體渾圓,地勢較陡,坡度一般為45°～75°,主溝兩側(cè)山坡坡度多在40°～65°,構(gòu)成良好的地表匯水條件,其匯水面積為6.35 km2,而整個肖家河流域面積2.49 km2,物源區(qū)匯水面積占整個流域面積的40%,滿足泥石流形成所需的地形條件。

(2) 流通區(qū)主要位于肖家河、龍井河中下游一帶,龍井河長度約為400 m,河床總的坡降達(dá)102‰,肖家河長度約700 m,河床總的坡降達(dá)107‰,流通區(qū)溝谷以“U”谷為主,局部地段呈“V”型谷,河道寬度一般為15～35 m。

(3) 堆積區(qū)主要位于肖家河、龍井河下游,堆積區(qū)北側(cè)以肖家河為界,南側(cè)以龍井河為界。泥石流堆積區(qū)呈近東西走向,其中堆積區(qū)為東高西低,最高標(biāo)高為+589 m,最低標(biāo)高為+496 m,相對高差為93 m,坡度為15°～20°。

1.2 泥石流形成條件分析[3]

泥石流的形成需要三個基本條件：地形地貌條件——有陡峭便于集水集物的適當(dāng)?shù)匦?；物源條件——上游堆積有豐富的松散固體物質(zhì)；水源條件——短期內(nèi)有突然性的大量流水來源；人類工程活動。結(jié)合羅田縣九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流特點,該地區(qū)泥石流的形成條件為：

(1) 地形地貌條件?？辈閰^(qū)在地形上具備山高溝深,地形陡峻,溝床縱度降大,形狀便于水流匯集。在地貌上,勘查區(qū)可分為物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)三部分。物源區(qū)地形為三面環(huán)山,一面出口成漏斗狀,地形比較開闊、周圍山高坡陡、山體破碎、植被生長不良,這樣的地形有利于水和碎屑物質(zhì)的集中；中游流通區(qū)的地形為狹窄陡深的峽谷,谷床縱坡降大,使泥石流能迅猛直瀉；下游堆積區(qū)的地形為開闊平坦的山前平原,使堆積物有堆積場所。溝谷的地形地貌條件有利于泥石流的形成。

(2) 物源條件。九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流主溝泥石流集中物源補給以崩塌堆積體、松散堆積體為主。其中崩塌堆積體補給源總方量約30.53×104m3,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及收集資料,泥石流物源區(qū)及流通區(qū)上部已開展工程治理,攔砂壩工程對崩塌堆積體補給源攔擋有效,故崩塌堆積體補給源可不考慮。其次為松散堆積體補給源,包括溝床坡洪積和泥石流堆積體、岸坡古泥石流堆積體、公路挖方棄渣及溝岸垮塌、岸坡滑塌堆積物約19.80×104m3,可轉(zhuǎn)化為泥石流物源量約6.93×104m3。這些松散堆積物容易受到侵蝕和沖刷,順?biāo)滦纬赡嗍鳌?/p>

(3) 水源條件。羅田縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候,降雨充足,雨量充沛,年平均降雨量1 320 mm,縣北降雨量一般比縣南多150～300 mm,降雨日數(shù),縣北年均122 d,縣南139 d,年最大降水總量2 895 mm(1991年),月最大降水總量993 mm(1991年7月),日最大降水總量281 mm(1959年6月29日)，每小時最大降水總量107.3 mm(1988年8月9日)。該地區(qū)的氣象條件在夏季易發(fā)生大暴雨或連續(xù)強降雨,歷時短、強度大、面積小。該地區(qū)降水的形式和過程不僅為泥石流形成提供了充足水源,而且為泥石流形成創(chuàng)造了條件。

(4) 人類工程活動。泥石流堆積區(qū)呈近東西走向,東高西低,最高標(biāo)高為+589 m,最低標(biāo)高為+496 m,相對高差為93 m,坡度為15°～20°,人類工程活動強烈,主要為建房、修路、種田等,對泥石流堆積區(qū)坡體進(jìn)行切坡改造,使坡體多呈臺階狀。

2 泥石流的發(fā)展趨勢[4]

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》,圍繞地形地貌、松散物源、水源等三個主要方面,根據(jù)流域內(nèi)泥石流活動條件的諸多因素,選擇有代表性的15項因素進(jìn)行調(diào)查,以現(xiàn)場調(diào)查采訪和查閱歷史資料為基礎(chǔ),根據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行泥石流易發(fā)程度數(shù)量化分析,對泥石流溝易發(fā)程度進(jìn)行綜合評判(表1)。

表1 主溝泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評分表Table 1 Quantitative score table of the susceptibility of debris flow in the main ditch

根據(jù)易發(fā)程度數(shù)量化綜合評判等級標(biāo)準(zhǔn)表,可知主溝泥石流易發(fā)程度等級為易發(fā),其危害等級為特大型,潛在危險性等級為特大型。因此,羅田縣黃柏山村泥石流必須進(jìn)行相應(yīng)的綜合治理。

3 泥石流治理工程設(shè)計

3.1 治理目標(biāo)與原則

根據(jù)羅田縣九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流形成條件、發(fā)育特征、發(fā)展趨勢和治理需要,采取切實可行、安全可靠的工程治理措施,達(dá)到以下治理目標(biāo):一是防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo),即控制泥石流發(fā)生與發(fā)展,減輕或消除泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患,減輕或消除泥石流對被保護對象的危害；二是生態(tài)恢復(fù)目標(biāo),即恢復(fù)和平衡天堂寨自然風(fēng)景保護區(qū)(國家地質(zhì)公園)良性生態(tài)環(huán)境,使防治工程與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

泥石流防治遵循以下原則：

(1) 堅持以“預(yù)防為主、全面規(guī)劃、綜合治理、因地制宜、分工合作、加強管理、注重效益”的工作方針；根據(jù)泥石流形成條件、活動規(guī)律及危害對象,制定有力措施,抓住關(guān)鍵因素,突出重點,因地制宜。

(2) 堅持泥石流治理與天堂寨自然風(fēng)景保護區(qū)(國家地質(zhì)公園)建設(shè)要求相結(jié)合的原則。自然保護區(qū)景觀的美學(xué)價值和自然美是災(zāi)害防治工程布設(shè)時必須要考慮的因素,要盡可能地避免因工程建造而破壞或影響景觀的自然美,注意防治工程與景觀的協(xié)調(diào)一致性。工程布局上,充分利用地形地物和環(huán)境條件,巧妙布置,使災(zāi)害防治工程與地景相融合,盡量將防治工程布設(shè)在游客的視線之外或?qū)Ψ乐喂こ滩扇∶阑胧?防止因防治工程而破壞自然景觀。

(3) 保護景觀資源的原則。對于自然保護區(qū)而言,自然景觀多是獨特的或唯一的寶貴財富,是保護的主要對象。泥石流破壞景點,給自然保護區(qū)造成嚴(yán)重災(zāi)害,泥石流治理的核心是保護關(guān)鍵的景點和景觀資源。羅田縣天堂寨的水體景觀是其重要的景觀之一,因此,保護水體,就成為黃柏山村泥石流治理的核心任務(wù)。

(4) 保護生態(tài)環(huán)境的原則。生態(tài)環(huán)境是自然保護區(qū)的基本資源,是需要保護的重要對象。泥石流防治工程要聚焦這一保護對象進(jìn)行設(shè)計,同時盡可能選用對目前已有原生態(tài)植被破壞小,對環(huán)境影響程度低的工程措施,要注意把工程施工對生態(tài)環(huán)境的影響減少到最小程度[5]。

(5) 設(shè)計方案上科學(xué)經(jīng)濟,在技術(shù)上可行的前提下,盡量采用造價較經(jīng)濟,能節(jié)約資金的工程措施。

(6) 堅持以環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益最大化的原則設(shè)計治理方案。

3.2 治理措施

根據(jù)羅田縣九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流的基本情況,泥石流溝下游溝口狹窄,居民區(qū)密集,修建排導(dǎo)工程空間有限,同時中下游段較為堵塞。結(jié)合羅田縣天堂寨旅游景區(qū)建設(shè)規(guī)劃及地方經(jīng)濟發(fā)展,治理措施包括固源、攔擋、疏浚及生態(tài)恢復(fù)等方面。

(1) 固源。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,泥石流集中物源補給以崩塌堆積體、松散堆積體為主,固源措施主要設(shè)置于泥石流中上游。采用防護堤工程,考慮到治理區(qū)位于景區(qū),對裸露邊坡進(jìn)行植被綠化,防護堤外部進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)措施,防護堤內(nèi)側(cè)種植下垂藤類植物遮擋,使防護堤與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(2) 攔擋工程。結(jié)合泥石流基本特征,攔擋措施考慮以多級攔擋為主,并結(jié)合溝道清淤積的治理措施,攔砂壩的主要作用：①固定溝床、防止溝底下切、減緩溝床縱坡,降低流速,穩(wěn)定溝槽兩岸,防止溝岸坍塌,減少泥沙匯入；②起攔蓄泥沙的作用；③控制行洪流路,確保行洪河段安全。因此,羅田縣九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流防治工程方案中設(shè)置三處攔擋壩,穩(wěn)定溝槽兩岸,減少泥沙匯入,控制行洪流路,回淤部分泥沙對物源堆積體起回填壓腳的作用。

結(jié)合旅游區(qū)建設(shè)需求,對攔擋壩壩面采用芝麻黑花崗巖貼面人工美學(xué)處理。壩體周邊栽植水體植物,使其與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(3) 疏浚工程。河道清理主要是針對肖家河及龍井河堆積區(qū)進(jìn)行,將溝內(nèi)堆積的泥砂、碎石、塊石清理干凈,通過采削凸填凹,降低河道坡降,清理河道淤積區(qū),以保持河道暢通,保證泄洪順暢。

(4) 應(yīng)急通道?？紤]到泥石流位于旅游區(qū)內(nèi),游客較多,結(jié)合旅游區(qū)建設(shè),在泥石流溝河道一側(cè)合適地段設(shè)置應(yīng)急通道,起到有效及時疏散游客的作用,應(yīng)急通道采用仿生處理,使其與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(5) 生態(tài)恢復(fù)綠化工程。生態(tài)恢復(fù)綠化工程主要是對破壞的植被進(jìn)行恢復(fù),對治理措施采用美化手段,使防治工程與景區(qū)環(huán)境相協(xié)調(diào)。種植的植物多以耐寒、耐陰、喜濕潤的植物為主。

4 結(jié)論

(1) 九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流屬于低頻—稀性—暴雨—溝谷型泥石流,九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流暴發(fā)規(guī)模為大型泥石流,按泥石流災(zāi)害危害性等級和潛在危險性等級劃分均屬特大型地質(zhì)災(zāi)害；通過對泥石流活動危險性進(jìn)行評估,九資河鎮(zhèn)黃柏山泥石流受災(zāi)體處于危險工作狀態(tài),成災(zāi)可能性大。因此對其必須進(jìn)行綜合治理。

(2) 對該泥石流溝的治理采用攔擋為主,排導(dǎo)結(jié)合,輔助監(jiān)測工程的治理方案,此方案經(jīng)濟合理,技術(shù)成熟,便于施工,實施后災(zāi)害隱患可得到有效的防治,當(dāng)?shù)鼐用竦纳拓敭a(chǎn)安全可得到有效保護。