震后深切拉槽型泥石流成因模式、暴發(fā)特點(diǎn)與防治：以四川九寨溝牙扎溝為例

張盧明，楊 東，周 勇，劉 鵬

(1.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610061；2.四川省冶勘設(shè)計(jì)集團(tuán)，四川 成都 610081)

0 引 言

四川九寨溝漳扎鎮(zhèn)牙扎溝在2008年“5·12”地震前百年內(nèi)未發(fā)生過泥石流；受強(qiáng)降雨影響，2008年8月20日晚10時(shí)該溝發(fā)生大規(guī)模泥石流，共造成3人死亡、10余人受傷，并損毀掩埋房屋若干間。2010年8月13日凌晨2時(shí)許該溝再次發(fā)生大規(guī)模泥石流，泥石流沖擊下游村寨。2014年7月29日下午該溝再次發(fā)生大規(guī)模泥石流，造成已建3座攔擋壩淤滿，排導(dǎo)槽嚴(yán)重淤積。6年內(nèi)牙扎溝發(fā)生三次大規(guī)模泥石流災(zāi)害，其間雖通過三次(補(bǔ)充)勘察設(shè)計(jì)和兩次工程治理或修復(fù)，但并沒有使泥石流得到根治或有效遏制。

這幾次泥石流事件后，筆者多次赴現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)牙扎溝泥石流具有典型的深切拉槽型特征，要達(dá)到根治目的，需要解決一些關(guān)鍵性技術(shù)問題，如泥石流的成因模式、暴發(fā)特點(diǎn)、臨界雨量等，這樣才能為該泥石流的有效防治提供思路，為地震區(qū)該類泥石流的防治和預(yù)警提供借鑒。

1 牙扎溝流域地質(zhì)環(huán)境概況

牙扎溝流域平面呈柳葉形(圖1)，溝域面積41.2 km2，其中右支溝磨子溝流域面積11.8 km2，流域最大高差約2 300 m，平均溝床縱比降219‰。形成流通區(qū)平均溝床縱比降312.9‰，溝口堆積扇溝床縱比降52‰～87‰，流域中上游溝道以“V”形為主，中下游逐漸以“U”形為主(圖2)。

圖2 牙扎溝流域主溝縱剖面圖Fig.2 Cross-section of the main Yazhagou channel

流域內(nèi)出露的地層由三疊系下統(tǒng)菠茨溝組(T1b)板巖及第四系殘坡積層(Q4el+dl)、崩坡積層(Q4col+dl)、泥石流堆積層(Q4sef)和人工填土(Q4ml)組成。

九寨溝縣境內(nèi)活動斷裂發(fā)育。2017年“8·8”九寨溝地震震中附近主要的斷裂有塔藏?cái)嗔?、虎牙斷裂帶、雪山梁子斷裂及岷江斷裂帶，此次地震發(fā)震斷裂即為塔藏?cái)嗔训哪隙蝃1]。

牙扎溝流域存在典型的清水匯流區(qū)、形成流通區(qū)(三大侵蝕區(qū))和堆積區(qū)(三大堆積區(qū))，泥石流物源類型主要為溝道堆積物和岸坡崩滑堆積物(以殘坡積和崩坡積物為主)，如圖1所示。

圖1 牙扎溝流域分區(qū)圖Fig.1 Topographic contour map of the Yazhagou drainage basin

受2017年“8·8”地震的影響，溝內(nèi)兩側(cè)岸坡失穩(wěn)產(chǎn)生了大量新的危巖體和不穩(wěn)定斜坡，極有可能轉(zhuǎn)化成新的物源?！?·8”地震后通過現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合高分衛(wèi)星圖片解譯(圖3)，物源點(diǎn)的數(shù)量及總量均有較大的增加。

圖3 牙扎溝流域高分衛(wèi)星圖片解譯成果圖(2017年)Fig.3 Interpreted landslide map superimposed on high-resolution satellite image in Yazhagou (2017)

目前“8·8”地震后牙扎溝流域內(nèi)松散固體物源儲量約558×104m3，可能參與泥石流活動的物源類型基本無大變化，動儲量約128×104m3，是地震前的6倍。

2 牙扎溝泥石流暴發(fā)特點(diǎn)

2.1 隱蔽性

2008年“5·12”汶川地震前流域內(nèi)植被覆蓋較好，覆蓋率可達(dá)90%以上，且多以高大喬木為主，較好的植被覆蓋以及地震前百年內(nèi)未發(fā)生泥石流的情況，在一定程度上增加了泥石流暴發(fā)的隱蔽性。牙扎溝極低的泥石流暴發(fā)頻率使得周邊居民在古老泥石流堆積扇上修建房屋，耕種勞作，導(dǎo)致溝口溝道擠占嚴(yán)重，忽略了泥石流可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 突發(fā)性

(1)泥石流暴發(fā)所需的強(qiáng)降雨時(shí)間大大縮短。2010年8月13日凌晨1時(shí)30分開始降暴雨，2時(shí)30分開始暴發(fā)大規(guī)模泥石流，其間僅隔1小時(shí)左右。

(2)啟動泥石流的臨界雨量大大降低。唐川等[2]通過對2008年北川“9·24”泥石流的研究得到，汶川地震后泥石流啟動的前期累積雨量和小時(shí)雨強(qiáng)分別降低14.8%～22.1%和25.4%～31.6%；崔鵬等[3]通過監(jiān)測得到汶川地震后北川泥石流的臨界小時(shí)降雨量僅為37.4 mm。根據(jù)漳扎鎮(zhèn)氣象站觀測資料，2010年8月13日漳扎鎮(zhèn)1 h最大雨量13.5 mm，6 h最大雨量31.5 mm，24 h最大雨量32.6 mm；而1984年7月18日九寨溝縣最大1 h降雨量為37.4 mm[4]，且當(dāng)時(shí)牙扎溝并未發(fā)生泥石流。這說明2010年泥石流暴發(fā)的臨界雨量大大降低，約為汶川地震前的46%。

2.3 破壞性

泥石流導(dǎo)致上游許多大樹連根拔起，下游許多房屋被損毀淤埋。泥石流暴發(fā)的破壞性有以下幾點(diǎn)：

(1)匯流速度快。流域河谷深切，相對高差較大，上游溝谷平均縱比降在300‰以上，兩岸岸坡坡度一般在30°以上，呈典型的“V”形溝道，故泥石流運(yùn)動速度快，不斷沖切岸坡，導(dǎo)致很多粗大樹木被連根拔起，泥石流侵蝕能力較強(qiáng)。

(2)規(guī)模較大。流域松散物源豐富，汶川地震后松散物源急劇增加，而前期治理工程基本失效，因此在短期內(nèi)仍可形成規(guī)模較大的泥石流。在2008年和2010年泥石流事件中，很多居民房屋被摧毀或淤埋，巨石被搬運(yùn)至溝口并砸穿房屋，每次泥石流堆積體達(dá)6×104～8×104m3。

(3)陣發(fā)性。由于流域中上游第一侵蝕區(qū)段溝道深窄，溝道內(nèi)兩岸崩滑堆積物發(fā)育，泥石流暴發(fā)時(shí)很多粗大樹木被連根拔起，樹木和崩滑堆積體局部堵塞溝道，形成暫時(shí)性斷流，使泥石流顯示出陣發(fā)性和間歇性的特點(diǎn)，但間歇時(shí)間一般不長。流域磨子溝上游留下的寬窄相間的溝谷地貌就是牙扎溝泥石流具有陣發(fā)性的佐證(圖4)。

圖4 磨子溝上游橫剖面圖(1-1′)Fig.4 Cross-section (1-1′) of the upstream of Mozigou

2.4 輸沙能力較強(qiáng)

據(jù)調(diào)查，2008年8月、2010年8月和2014年7月牙扎溝泥石流暴發(fā)后，海拔1 940～2 350 m處的溝道內(nèi)均有大量的堆積物和漂木，上游溝道拉槽切割明顯(圖5)。根據(jù)估算，泥石流過程共攜帶的固體物質(zhì)達(dá)21.5×104m3，其輸沙能力較強(qiáng)，并形成三個典型的堆積區(qū)。泥石流堆積物成分主要為含碎石粉質(zhì)黏土，通過顆粒分析得到黏粒含量在3%～8%之間，大于20 mm的碎石含量為30%～40%，小于2 mm的細(xì)顆粒含量在15%～20%之間，土石比一般為1.5∶8.5左右，土石比偏大，表現(xiàn)為細(xì)小顆粒含量較高；可見細(xì)顆粒和水組成的漿體是泥石流運(yùn)動的主要動力源，在懸移式運(yùn)動中帶動粗顆粒移動，總體呈現(xiàn)細(xì)顆粒在上、固體粗顆粒居下的一種液相主動、固相被動的非均質(zhì)、非等速黏性泥石流整體運(yùn)動特征?，F(xiàn)場測試泥石流漿體重度達(dá)1.9 g/cm3，溝口50年一遇泥石流流量達(dá)240 m3/s。

圖5 磨子溝中游橫剖面圖(2-2′)Fig.5 Cross-section (2-2′) of the midstream of Mozigou

2.5 泥石流活動方式：“拉槽切割”式

流域中上游溝道及兩岸岸坡物源豐富，是主要的物源集中區(qū)，且地震后崩塌堆積體和殘坡積物結(jié)構(gòu)松散，在洪水的沖擊作用下很難整體向前發(fā)生推移式運(yùn)動；其主要受流水的不斷沖擊而發(fā)生下蝕和沖刷，進(jìn)而引發(fā)溯源侵蝕，在下切侵蝕溝道的過程中不斷側(cè)蝕和切割溝岸岸坡，使得溝岸岸坡呈“手術(shù)刀”式垮塌破壞，進(jìn)而逐漸形成順溝的“拉槽”(圖6)。這種“拉槽切割”式的侵蝕方式使得泥石流防治的難度較大，特別是控制上游形成區(qū)溝道兩側(cè)物源啟動難度較大，這也是該泥石流溝地震后不斷頻繁暴發(fā)的主要原因。

圖6 磨子溝上游深切拉槽Fig.6 Deep-cut groove in the upstream of Mozigou

3 牙扎溝泥石流成因分析

3.1 短歷時(shí)強(qiáng)降雨

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，2010年8月13日泥石流暴發(fā)之前持續(xù)了30分鐘特大暴雨，泥石流暴發(fā)時(shí)間在凌晨2點(diǎn)15分左右；泥石流于13日2點(diǎn)40分左右到達(dá)村寨，1點(diǎn)30分以前村寨區(qū)域沒有發(fā)生強(qiáng)降雨，泥石流發(fā)生前降雨為小到中雨，推斷上游有大雨，降雨持續(xù)1小時(shí)左右即發(fā)生泥石流，此時(shí)的泥石流漿體較濃，泥石流持續(xù)了約30分鐘。13日4點(diǎn)30分左右村寨位置開始降大到暴雨，5點(diǎn)左右即發(fā)生大規(guī)模泥石流，此后泥石流漿體較稀，并將上次較濃的漿體沖到溝道兩側(cè)。

綜上分析得出，在2010年8月13日牙扎溝泥石流事件中，前期累計(jì)降雨量對泥石流的影響不大，反而短歷時(shí)強(qiáng)降雨是導(dǎo)致此次泥石流暴發(fā)的主要原因，尤其是8月13日4∶30～5∶00 時(shí)的大暴雨對泥石流的貢獻(xiàn)極大。

3.2 高陡地貌條件

牙扎溝流域形成區(qū)地形高陡，河谷深切，匯水面積大，兩岸岸坡坡度一般在30°以上，高陡的地形地貌有利于地表徑流的迅速匯集，為突然暴發(fā)大規(guī)模的泥石流提供必要條件。此外，巨大的相對高差和陡峭的溝道縱坡使得從上游沖出的洪流具有較大的勢能和速度，洪流對溝道內(nèi)松散固體物質(zhì)和岸坡的沖刷侵蝕強(qiáng)烈，故在較短時(shí)間內(nèi)能形成較大規(guī)模泥石流，并攜帶大量的固體物質(zhì)沖出。

4 牙扎溝泥石流成因模式

牙扎溝泥石流災(zāi)害類型為溝谷侵蝕型[5]，固體物源主要來自溝谷中上游匯水區(qū)的松散堆積物以及兩側(cè)的崩滑堆積物。其特征是流域匯水面積較大，運(yùn)動路徑較長，破壞能力較強(qiáng)，呈現(xiàn)一定周期性[6]。

2008年“8·20”、2010年“8·13”和2014年“7·29”泥石流為山洪泥石流體強(qiáng)烈地溯源侵蝕，溝道沖刷下切和側(cè)蝕坍塌增加物源而形成，特別是2010年“8·13”泥石流規(guī)模大的主要起因?yàn)槎虤v時(shí)強(qiáng)降雨。流域中上游第一侵蝕區(qū)首先在洪水沖擊作用下，溝道不斷發(fā)生下切，進(jìn)一步產(chǎn)生溯源侵蝕，在下切侵蝕溝道的過程中不斷側(cè)蝕和切割溝岸岸坡，使得溝岸岸坡呈“手術(shù)刀”式垮塌破壞，進(jìn)而逐漸形成順溝的“拉槽”，沿程不斷添加物質(zhì)導(dǎo)致溝道不斷擴(kuò)寬和切深。

綜上所述，2008—2014年期間牙扎溝泥石流主要存在“洪水沖擊侵蝕、溝道溯源侵蝕、沖刷淘蝕、岸坡側(cè)蝕坍塌、懸移滾動”的溝道不斷擴(kuò)展作用模式?？偨Y(jié)牙扎溝泥石流的成因模式為：降雨滲流→巖土飽水、山洪沖擊→溝道拉槽切割→溯源侵蝕→沖刷淘蝕→岸坡側(cè)蝕坍塌→懸移滾動。

5 泥石流臨界雨量分析

5.1 臨界雨量

根據(jù)前人的研究[7]，本文選擇1 h降雨強(qiáng)度(I)-前期累積雨量(P)模式作為牙扎溝泥石流發(fā)生的臨界雨量模式(簡稱I-P模式)，其臨界判別式為：

R=I+KP

式中：I為1 h降雨強(qiáng)度，mm；P為前期累計(jì)有效降雨量，mm；K為特征系數(shù)，無量綱；R為臨界雨量，mm。

在上述模式中，K值的大小對臨界雨量的最終大小影響很大，故取值應(yīng)慎重。根據(jù)前人的研究[8]，對溝道侵蝕型泥石流而言，K值約為0.08，一般分布范圍為0.07～0.1。在牙扎溝泥石流形成的分析中，由于準(zhǔn)確有效的降雨數(shù)據(jù)較為有限，2010年之前牙扎溝附近還未建立雨量觀測站，現(xiàn)階段還無法對K取得準(zhǔn)確的數(shù)值。在此，借鑒謝正倫研究的臺灣震中地區(qū)的K值為0.073[7]，且2017年“8·8”九寨溝7級地震震中距研究區(qū)僅幾公里，兩者均有強(qiáng)震、崩滑、暴雨的背景條件，泥石流的啟動又具有相似的機(jī)理，因此該地區(qū)K的取值具有較好的參考價(jià)值和對比性。

牙扎溝震后的幾次典型泥石流的降雨資料能較好地反映降雨實(shí)際情況，但2008年前該地區(qū)沒有詳細(xì)的降雨資料，僅1984年7月18日有較詳細(xì)的降雨資料。因此，只有通過2008年及以后的降雨資料，分析發(fā)生泥石流時(shí)的總降雨量，最大1 h降雨量和前期累計(jì)降雨量資料。降雨參數(shù)詳見表1。

牙扎溝泥石流的具體發(fā)生時(shí)間不明確，故無法獲得準(zhǔn)確的激發(fā)雨量。

很多學(xué)者通過研究得到汶川地震區(qū)最大1 h降雨量即為激發(fā)泥石流的小時(shí)雨強(qiáng)[9-12]，如都江堰市八一溝最大1 h降雨量為75 mm，由此得出激發(fā)泥石流的小時(shí)雨強(qiáng)為75 mm；清平文家溝最大1 h降雨70.6 mm，激發(fā)泥石流的小時(shí)雨強(qiáng)為70.6 mm。由于沒有詳細(xì)的降雨資料，且九寨溝地震區(qū)與汶川地震區(qū)有較為相近的背景條件，因此假定激發(fā)泥石流的小時(shí)雨強(qiáng)為最大1 h降雨量。

牙扎溝在汶川地震前發(fā)生泥石流頻率極低，地震前百年內(nèi)未發(fā)生過泥石流，因此本次研究假定泥石流的暴發(fā)周期為100年，相應(yīng)的激發(fā)泥石流降雨也為100年一遇降雨。

從表1可知，2008年爆發(fā)的臨界雨量為汶川地震前(本文中采用1984年數(shù)據(jù))的46%，2010年爆發(fā)的臨界雨量為地震前的47%，2014年爆發(fā)的臨界雨量為地震前的36%。由此可粗略推斷，短期內(nèi)牙扎溝激發(fā)泥石流的臨界雨量不會馬上恢復(fù)到汶川地震前，至少得持續(xù)一段時(shí)間。而隨著時(shí)間的推移和治理工程的作用，牙扎溝臨界雨量會逐漸增大，并不斷向地震前恢復(fù)。

表1 牙扎村降雨參數(shù)

綜上所述，牙扎溝泥石流激發(fā)的臨界雨量在短期內(nèi)(10年內(nèi))可按地震前的40%考慮，即1 h臨界雨量值按14.9 mm來考慮，一旦超出這個雨量值，即可發(fā)出預(yù)警預(yù)報(bào)。

5.2 臨界雨量變化趨勢及變化原因

(1)2010年和2008年泥石流的臨界雨量分別為17.0 mm和17.7 mm，兩者相差不大，主要原因在于地震后間隔時(shí)間較短，形成泥石流的條件并未有較大的變化，且流域并未得到治理，首次治理工程2012年才竣工。

(2)2014年“7·29”暴雨激發(fā)泥石流的臨界雨量則在下降，為13.3 mm，主要原因在于“5·12”地震后幾年流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，岸坡堆積物在不斷飽水后強(qiáng)度急劇降低，形成區(qū)物源并未得到控制，下游攔擋工程對控制上游重力侵蝕作用極其有限。因此，激發(fā)泥石流的最大1 h降雨強(qiáng)度比前兩次小。

(3)2014年“7·29”泥石流后積極實(shí)施修復(fù)工程，至2017年“8·8”九寨溝地震前該溝未爆發(fā)泥石流。除2016年臨界雨量為20.7 mm，其他幾次均在13.5～14.5 mm之間變化。達(dá)到之前的臨界雨量而未爆發(fā)泥石流的主要原因在于該溝積極實(shí)施了修復(fù)治理工程，產(chǎn)生一定效果，同時(shí)上游積極實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程，一定程度上抑制了泥石流的發(fā)生。

(4)2017年“8·8”九寨溝地震后流域內(nèi)松散物源急劇增加，地質(zhì)環(huán)境又進(jìn)一步惡化，仍有再次爆發(fā)泥石流的可能，臨界雨量仍有可能達(dá)到2010至2014年期間的水平。

6 牙扎溝泥石流防治對策

6.1 泥石流防治理念與思路

流域物源主要集中在磨子溝上游溝道及兩側(cè)岸坡區(qū)域，泥石流暴發(fā)時(shí)呈現(xiàn)“拉槽”特征，是泥石流爆發(fā)的物源集中區(qū)，加之下游堆積區(qū)為村寨聚集區(qū)，無排導(dǎo)條件，因此泥石流治理思路應(yīng)以固源為主、攔擋為輔。通過在上游形成區(qū)重點(diǎn)設(shè)置固溝穩(wěn)坡工程，減弱其參與泥石流活動，則該溝再次暴發(fā)較大規(guī)模泥石流的可能性將顯著降低；其次在下游有條件處修建骨干梯級攔沙壩，降低泥石流危害。

2014年之前的治理思想為攔擋，即主要在流域下游修建3座攔擋壩。從2014年之前的治理工程可以得出一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，迫切需要調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，具體表現(xiàn)在：

(1)提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。在2010年“8·13”汶川震區(qū)群發(fā)型泥石流前，很多工程都采用20年一遇降雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而經(jīng)相關(guān)學(xué)者的研究[13]，震后泥石流啟動的臨界雨量僅為震前的20%左右，而且其暴發(fā)規(guī)模大，破壞性強(qiáng)。因此，應(yīng)提高泥石流的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從20年一遇降雨強(qiáng)度提高至50年一遇降雨強(qiáng)度。

(2)2008年“5·12”汶川地震后諸多泥石流治理工程經(jīng)歷2010年“8·13”暴雨后，很多溝域仍發(fā)生大型泥石流災(zāi)害，部分治理工程甚至完全失效，主要原因之一是動儲量嚴(yán)重估計(jì)不足，一般僅為靜儲量的1/3左右，而地震后崩塌、滑坡發(fā)育，這些地災(zāi)體結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，應(yīng)基本或80%以上按動儲量考慮。工程穩(wěn)攔物源量不能僅以計(jì)算得到的一次性固體物質(zhì)沖出量為準(zhǔn)，至少應(yīng)達(dá)到控制動儲量1/3的規(guī)模。牙扎溝2008年“8·20”和2010年“8·13”泥石流的動儲量估計(jì)是不足的，設(shè)防也僅以一次性沖出量為準(zhǔn)。

(3)“拉槽”式泥石流治理應(yīng)以控制物源啟動為主，攔擋為輔，否則將事倍功半。牙扎溝前期治理工程主要布置在流域主溝下游，而在支溝磨子溝溝口附近僅布置5座小型谷坊，但該段區(qū)域岸坡物源并不發(fā)育，兩側(cè)侵蝕較弱，谷坊工程對控制中上游物源的啟動作用甚微。需要指出的是，2014年后的治理工程仍然主要是在主溝下游設(shè)置的2座8～11 m高攔擋壩，壩的回淤長度僅200 m左右，庫容僅11×104m3；2座攔擋壩作用有限，且難以控制流域中上游的重力侵蝕。

(4)調(diào)整并優(yōu)化治理工程結(jié)構(gòu)型式。因地震后泥石流規(guī)模巨大，往往攜帶巨石，破壞性強(qiáng)，故應(yīng)加強(qiáng)或調(diào)整攔擋工程結(jié)構(gòu)型式。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)掌握2個原則。

其一，在物源豐富和破壞性大的泥石流溝，不宜采用漿砌石結(jié)構(gòu)的攔擋工程。如舟曲泥石流[14]和牙扎溝泥石流前期工程均采用漿砌石結(jié)構(gòu)，遇到一次大型泥石流后就一觸即潰。針對震后泥石流破壞性強(qiáng)和沖擊力大的特點(diǎn)，應(yīng)盡量采用鋼筋混凝土壩或樁林壩，壩基要盡量進(jìn)入基巖，若覆蓋層太厚，為防止壩基被沖刷和滲透變形而遭破壞，針對高壩應(yīng)盡可能采用樁基壩。如汶川紅椿溝[15]、高川茶園溝均采用樁基壩，穩(wěn)定運(yùn)行多年。在顆粒較大的稀性或水石流溝盡可能用格柵壩(梳齒壩)代替實(shí)體壩。

其二，壩下防護(hù)措施要重視。目前很多攔擋壩被破壞的主要原因是壩肩和壩基受沖刷，壩基掏空而引發(fā)潰壩。當(dāng)壩肩兩側(cè)為松散堆積體時(shí)，應(yīng)加大埋深并應(yīng)在兩側(cè)設(shè)置側(cè)墻或護(hù)坡等支擋措施，甚至是抗滑工程。如紅椿溝2#壩右壩肩有一崩塌堆積體，工程實(shí)施幾年后發(fā)生崩塌破壞而損壞壩肩。稀性或者水石流溝應(yīng)設(shè)置副壩防沖，主副壩間拋填高強(qiáng)度的大塊石。只有顆粒很細(xì)的泥石流溝或者小型泥石流溝才適合設(shè)置護(hù)坦防沖。

6.2 泥石流防治工程方案

牙扎溝歷次泥石流暴發(fā)物源啟動區(qū)主要位于支溝磨子溝中上游，呈“拉槽”型啟動模式。該段溝道縱坡較大，兩岸斜坡穩(wěn)定性較差，溝道呈“V”形，如設(shè)置混凝土或漿砌石等剛性穩(wěn)攔工程難以保證其自身穩(wěn)定性，且剛性結(jié)構(gòu)施工難度大，機(jī)械難以到達(dá)。故應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件設(shè)置鋼筋石籠柔性固底護(hù)坡、鋼筋砼固底槽、低矮石籠潛壩并結(jié)合谷坊工程，達(dá)到降低和削減泥石流啟動的作用。

兩支溝交匯處主溝中下游段溝道寬緩，溝道以U形為主，庫容量大，適合修建骨干控制性攔擋工程，可采取格柵壩(梳齒壩)和實(shí)體壩相結(jié)合的方式。

溝口堆積區(qū)較開闊，地形較平緩，溝道堵塞嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)一步對堆積區(qū)溝道進(jìn)行清理，必要時(shí)設(shè)置防護(hù)工程以滿足過流要求。

綜上，本文建議在牙扎溝流域布設(shè)三個防治工程區(qū)：上游固底穩(wěn)坡區(qū)、中游攔擋停淤區(qū)和下游溝口排導(dǎo)區(qū)，如圖7所示。

圖7 牙扎溝泥石流綜合治理平面圖(紅色為本文推薦方案，黑色為前期治理工程) Fig.7 Topographic contour map showing the integrated treatment of debris flow in Yazhagou (the red showing recommended schemein this study; the black showing preliminary treatment)

通過調(diào)研，牙扎溝自2011年開始實(shí)施治理工程，至2018年共實(shí)施了三次，總投資約1 560萬元，治理工程前后共攔蓄庫容約21×104m3，攔擋1 m3固體物質(zhì)花費(fèi)74元。經(jīng)預(yù)算人員核算，本文推薦的方案總投資約1 700萬元，但直接攔擋庫容可達(dá)31×104m3，攔擋1 m3固體物質(zhì)花費(fèi)約55元，加之上游固底護(hù)坡工程穩(wěn)固物源還尚未計(jì)算在內(nèi)，本文推薦的治理方案投資效益比明顯較高。

7 結(jié) 論

(1)牙扎溝泥石流具有隱蔽性、突發(fā)性、破壞性和較強(qiáng)輸沙能力等特點(diǎn)，其活動方式為拉槽切割式。

(2)短歷時(shí)強(qiáng)降雨、深切拉槽式物源補(bǔ)給和高陡的地形地貌條件是牙扎溝形成泥石流的主要原因，存在“洪水沖擊侵蝕、溝道溯源侵蝕、沖刷淘蝕、岸坡側(cè)蝕坍塌、懸移滾動”的溝道不斷擴(kuò)展作用模式。泥石流的成因模式為降雨滲流→巖土飽水、山洪沖擊→溝道拉槽切割→溯源侵蝕→沖刷淘蝕→岸坡側(cè)蝕坍塌→懸移滾動。

(3)牙扎溝2008年“8·20”泥石流的臨界雨量為2008年“5·12”汶川地震前的46%，2010年“8·13”泥石流的臨界雨量為地震前的47%，2014年“7·29”泥石流的臨界雨量為地震前的36%。短期內(nèi)牙扎溝激發(fā)泥石流的臨界雨量不會馬上恢復(fù)，隨著時(shí)間的推移和治理工程的作用，牙扎溝臨界降雨量會逐漸增大，并不斷向地震前恢復(fù)。牙扎溝泥石流激發(fā)的臨界雨量在短期內(nèi)(10年內(nèi))可按地震前的40%左右考慮，即1 h臨界雨量值按14.9 mm來考慮。

(4)牙扎溝這種“拉槽”式泥石流治理應(yīng)以控制物源啟動為主，攔擋為輔，否則難以達(dá)到根治泥石流的目的。對2011年泥石流治理、2014年修復(fù)工程和2018年治理工程的對比分析結(jié)果顯示僅以下游被動攔擋為主的治理作用有限。適合牙扎溝泥石流的綜合治理思路，即上游布置固底護(hù)坡工程，中游設(shè)置攔擋工程，下游適當(dāng)布置排導(dǎo)工程。