樂山市張村溝泥石流工程地質(zhì)特征及成因機(jī)制分析

嚴(yán)映峰　何朝陽　解明禮　崔巍　王愷毅　靳帥

摘要：泥石流具有形成過程復(fù)雜、暴發(fā)性強(qiáng)、破壞力大等特點(diǎn)，查明單溝泥石流工程地質(zhì)特征，分析其災(zāi)害現(xiàn)狀，并預(yù)測其潛在發(fā)展趨勢，對泥石流防治具有重要意義。以大渡河?xùn)|岸樂山市金河口區(qū)張村溝泥石流為例，通過對泥石流的地形地貌條件、溝道條件、巖土體條件、物源條件、水源條件、沖淤特征及堆積物特征調(diào)查，對地貌、物源特征、堆積區(qū)特征等因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合歷史遙感影像資料綜合分析了張村溝泥石流的成因機(jī)制，預(yù)測了其發(fā)展趨勢。結(jié)果表明：① 張村溝泥石流溝谷兩岸斜坡陡峻，溝道溝床縱比降較大，匯水區(qū)面積大，降雨集中，且溝道內(nèi)常年有流水，為泥石流形成提供了地形與水源條件。② 溝域中下游地段兩岸斜坡穩(wěn)定性較差，多發(fā)育不穩(wěn)定斜坡、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流物源主要供給段。③ 張村溝泥石流溝目前還是一條“年輕”的泥石流溝，仍處于形成階段，受該區(qū)地形地貌及地質(zhì)環(huán)境條件控制，未來在強(qiáng)降雨及暴雨作用下可能會再次暴發(fā)更強(qiáng)的泥石流。研究成果可為類似泥石流防治提供一定參考。

關(guān)鍵詞：泥石流; 工程地質(zhì)特征; 成因機(jī)制; 樂山市; 大渡河

中圖法分類號： P642.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.10.023

0引 言

泥石流具有形成過程復(fù)雜、暴發(fā)性強(qiáng)、破壞力大等特點(diǎn)，是包含大量泥、沙和石塊等介于滑坡和水流的氣液固三相的流體，呈稀性紊流和黏性層流等運(yùn)動狀態(tài)，是常見的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害[1-3]。關(guān)于泥石流的研究，主要集中于以下幾個方面：① 泥石流活動特征，主要通過分析地震前后一定區(qū)域范圍內(nèi)泥石流溝谷數(shù)量的變化，及原有泥石流溝內(nèi)物源物質(zhì)的變化[4-7]。② 泥石流氣象預(yù)警，通過統(tǒng)計一定區(qū)域內(nèi)泥石流地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)時前期有效降雨量，運(yùn)用統(tǒng)計模型分析出指定區(qū)域內(nèi)泥石流暴發(fā)的臨界雨量[8-11]。③ 泥石流運(yùn)動模擬，采用數(shù)值模擬、物理模擬等技術(shù)模擬不同雨強(qiáng)條件下，泥石流暴發(fā)后運(yùn)動特征及堆積范圍[12-14]。④ 泥石流風(fēng)險評價，綜合考慮泥石流易發(fā)性、潛在威脅范圍及威脅對象等信息，評判區(qū)域或單溝泥石流的風(fēng)險性[15-18]。查明單溝泥石流工程地質(zhì)特征，分析其災(zāi)害現(xiàn)狀，并預(yù)測其潛在發(fā)展趨勢，對泥石流防治具有重要意義。本文以大渡河?xùn)|岸樂山市金河口區(qū)張村溝泥石流為例，對研究區(qū)地形地貌、物源特征、堆積區(qū)特征等因素進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)合歷史遙感影像宏觀物源變化，綜合分析張村溝泥石流的成因機(jī)制，并預(yù)測其發(fā)展趨勢。研究結(jié)果可為類似泥石流防治提供一定參考。

1張村溝泥石流概況

張村溝泥石流位于四川省樂山市金口河區(qū)張家溝（東經(jīng)103°05′28.33″，北緯29°14′32.92″），位于大渡河?xùn)|岸水井灣處。研究區(qū)屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候區(qū)，多年平均年降水量在1 000 mm 左右，降水主要集中在5～10月，其中又以6～9月最多。區(qū)內(nèi)山勢巍峨、河谷深切，山峰海拔高程一般在3 000～4 000 m，且由西向東漸次降低?；鶐r在沖溝上游段集中出露，地層巖性主要為前震旦系峨邊群（Pteb）、茨竹坪組（Pt2c）淺變質(zhì)砂板巖，巖體中原生層理節(jié)理、構(gòu)造裂隙尤其是次生卸荷裂隙較為發(fā)育。溝口與大渡河交匯處可見明顯扇形坡積裙。張村溝泥石流溝主溝方向?yàn)?70°，長度約為4 km，匯水區(qū)面積約3 km2，其后緣高程為2 210 m，而泥石流的溝口處高程約為600 m，泥石流流域較廣，匯水面積大，崩滑物源充足，對下游居民、交通及工廠威脅嚴(yán)重。溝口南北兩側(cè)與和平彝族鄉(xiāng)政府、樂山市金口區(qū)人民醫(yī)院臨近，建筑物密集，人口眾多。若發(fā)生泥石流災(zāi)害，將對溝口下方的居民帶來生命威脅，會對建筑群造成破壞、阻塞道路交通，對下方車輛行人帶來危害，將造成較大的生命財產(chǎn)損失。

2019年8月2～4日，樂山市金口河區(qū)遭遇50 a一遇強(qiáng)降雨，河道水位陡增。此后兩日持續(xù)降雨，2019年8月6日，張村溝突發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害，因張村溝排導(dǎo)槽涵洞較小被泥石流堵塞，泥石流無法順利排走，淤積蔓延后沖毀某工廠營地圍墻進(jìn)入營地內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)施設(shè)備受損，如圖1所示。

2張村溝泥石流特征分析

2.1泥石流主溝基本特征

張村溝泥石流是一條典型的高山溝谷型泥石流，長超約4.1 km，溝谷寬約700 m，溝域面積約4 km2。溝口海拔599 m，頂部2 210 m，相對高差1 611 m，主溝自東向西延伸，平均縱坡降為368.42‰。溝內(nèi)長年流水，非汛期流量較小，其流量隨季節(jié)變化較大，年徑流量約為600萬m3，主要集中在汛期，5～10月約占全年徑流的79.90%，特別是6～9月，其徑流量占全年的61.80%，枯水期為11月至翌年4月，其徑流量僅占年徑流的20.10%，最枯期為1～3月占年徑流的7.34%?？菟诹髁繛?.5 L/s，預(yù)計最大洪流量約為25.6 m3/s（按最大日降雨量157.2 mm估算）。在雨季遭遇強(qiáng)降雨時易暴發(fā)山洪水，河水陡漲，流量猛增;兩岸分水嶺脊線高程在1 000～1 600 m之間，溝谷切深達(dá)500 m左右。溝谷兩岸地形坡度下游段較緩，自然坡度一般為18°～30°，上游段較陡，自然坡度一般為40°～60°，岸坡緩坡地帶多為覆蓋層，且分布有集中居民點(diǎn)和耕地。按張村溝溝域特征，可將溝谷分為清水區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)4個部分（見圖2～3）。

2.2物源區(qū)特征

張村溝泥石流的物源主要有3類：崩滑物源、溝道物源、坡面侵蝕物源等。

崩滑物源主要集中于溝谷中下部，現(xiàn)場查明張村溝流域內(nèi)的崩滑體分布約14處，在暴雨情況下，通過滑坡滑移、洪水或者泥石流裹挾、溝岸側(cè)蝕、坡面侵蝕等方式進(jìn)入溝道，形成泥石流物源。由于張村溝處于深切河谷地段，地形坡度較大，因此溝岸多為陡坡，易形成崩塌及滑坡，長期積累便為泥石流運(yùn)動提供直接的物源。由于人為開挖修筑公路，導(dǎo)致坡體發(fā)生嚴(yán)重崩滑，大量巖土體沿坡表一直滑動、滾落至溝底。類似的局部小型崩滑體在兩側(cè)的岸坡多達(dá)十余處，為泥石流提供了充足的物源條件（見圖4）。

溝道兩側(cè)發(fā)育有大量潛在崩滑地質(zhì)災(zāi)害體，在崩滑地質(zhì)災(zāi)害體后緣存在有大量張拉裂縫，張拉裂縫逐漸貫通將會形成大規(guī)模崩滑地質(zhì)災(zāi)害，多為淺表層碎裂松動巖體，一旦失穩(wěn)將會為泥石流提供大量物源（見表1）。

張村溝溝道堆積物源主要形成于流通區(qū)中下游地段，分布較為集中，為松散固體物質(zhì)在溝道常年流水作用下下切侵蝕并搬運(yùn)至平緩溝段堆積而成。常年受地表流水徑流作用，溝床及溝道兩側(cè)洪積物遭受流水側(cè)蝕形成深“V”型峽谷，坡腳被嚴(yán)重侵蝕，在下游形成寬闊的流通通道。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降雨時，強(qiáng)大的水動力條件帶走這些固體物質(zhì)進(jìn)而形成泥石流，是泥石流的主要物源補(bǔ)給區(qū)。物質(zhì)組成為碎塊石夾粉質(zhì)黏土，碎塊石含量約占40%～60%，一般粒徑15～40 cm，最大可達(dá)3.0 m，棱角至次棱角狀，弱膠結(jié)（見圖5）。

張村溝形成流通區(qū)兩側(cè)斜坡坡度一般在 30°～50°，部分坡體有 60°以上，表層多為崩坡積碎塊石土（見圖6），巖土體結(jié)構(gòu)松散，厚度在 1～10 m 之間，物質(zhì)組成為碎塊石夾粉質(zhì)黏土，碎塊石含量約占75%～85%，一般粒徑8～16 cm，最大可達(dá)1.0 m。部分較陡地帶基巖出露。巖體結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育，表層風(fēng)化強(qiáng)烈。表層崩坡積碎塊石土與破碎巖體在雨水的侵蝕、沖刷下，向溝內(nèi)匯集，并參與泥石流活動，坡面沖溝、滑塌較發(fā)育。

2.3堆積區(qū)特征

張村溝泥石流溝道下游的地勢相對平緩，形成“U”型峽谷地貌，泥土巖塊散落堆積在溝谷中。位于溝口下方有一處排導(dǎo)渠，起到一定的導(dǎo)流作用（見圖7）。據(jù)當(dāng)?shù)鼐用衩枋觯?019年8月6日晚，突發(fā)泥石流，將排水溝渠堵塞，泥石流漫灌至附近居民家及枕頭壩水電站營地廠區(qū)內(nèi)。該排水溝渠的疏導(dǎo)能力有限，大方量泥石流涌入，僅憑疏導(dǎo)溝渠難以達(dá)到防治目的。

3張村溝泥石流成因機(jī)制分析

3.1地形條件

張村溝泥石流的地形地貌特征主要表現(xiàn)為溝谷總體較為狹窄、兩岸斜坡陡峻;溝道溝床縱比降較大。兩岸斜坡陡峻且形成流通區(qū)植被覆蓋較差，便于水流匯集。溝域中下游地段兩岸斜坡穩(wěn)定性較差，多發(fā)育不穩(wěn)定斜坡、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流物源主要供給段;下游寬緩地段主要為泥石流停淤堆積地段。溝床縱比降較大的溝段主要表現(xiàn)為泥石流的勢能向動能轉(zhuǎn)變，加劇了泥石流的沖刷下切能力，并帶走大量溝道物源，加大泥石流的規(guī)模。

3.2物源條件

崩滑物源主要分布在溝谷中下游地段，由于溝道兩側(cè)斜坡坡度較大，松散物質(zhì)覆蓋層較厚，巖土體穩(wěn)定性較低，再加上人工修筑道路對坡體的開挖導(dǎo)致的多處崩滑現(xiàn)象使得泥石流有良好的物源條件。在暴雨工況下，巖土體均處于飽水狀況，巖土體強(qiáng)度降低，極易發(fā)生不穩(wěn)定斜坡的二次塌滑，巖土體滑入溝道中堆積堵塞溝道，為泥石流的發(fā)生、發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)。該區(qū)段分布面積較廣，固體物質(zhì)儲量較大，是張村溝形成泥石流的主要物源之一。

溝道物源主要表現(xiàn)在張村溝溝床沿線分布的松散巖土體，該部分土體主要存在于溝床之上，局部跌水段流水沖刷能力較強(qiáng)，物源分布較少，而溝床平緩地段土層分布較厚。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查溝床底部松散固體物質(zhì)儲量較大（約1 000 m3），是張村溝形成泥石流的主要物源之一。

坡面侵蝕物源主要分布在形成流通區(qū)上、下游，以斜坡表層覆蓋土為主，在此段斜坡較為平緩地段均為農(nóng)耕活動，斜坡表面種植農(nóng)作物等導(dǎo)致斜坡土體松散，在強(qiáng)降雨天氣下松散物質(zhì)強(qiáng)度降低，伴隨雨水的沖刷流入溝道形成固體物源。流通區(qū)植被覆蓋率較高，溝谷中央植被覆蓋率較低，表層土體水土流失較為嚴(yán)重，在坡面形成小沖溝，松散固體物質(zhì)流入溝道中，為張村溝泥石流提供豐富的固體物源。

3.3水源條件

溝內(nèi)長年流水，平時流量較小，如圖8（a）所示，其流量隨季節(jié)變化較大，在雨季遭遇強(qiáng)降雨時易暴發(fā)山洪，河水陡漲，流量猛增，如圖8（b）所示。張村溝臨近雨量站（距離約5 km）數(shù)據(jù)顯示，在泥石流發(fā)生的前期存在強(qiáng)降雨，累計降雨量達(dá)176 mm，為泥石流暴發(fā)提供了水源條件（見圖9）。

3.4成因機(jī)制綜合分析

張村溝泥石流是一條典型的高山溝谷型泥石流，沖溝上游天然狀態(tài)下溝底有少量崩坡積物分布，物質(zhì)組成主要為大塊石、塊石、碎石夾黏土等，粒徑混雜，結(jié)構(gòu)較松散，多見架空現(xiàn)象，為兩岸岸坡崩塌堆積物。根據(jù)2018～2019年Sentinel-2影像（見圖10）綜合分析，該區(qū)域2019年開展了大量工程建設(shè)活動，例如山地區(qū)域開發(fā)山茶種植活動，修建大量便道，便道的棄渣均丟棄在溝道中;中下游部位，自2019年開始修建一條村道，開挖活動不僅產(chǎn)生大量碎石，更造成了大量局部垮塌現(xiàn)象，溝道兩岸邊坡穩(wěn)定性較差，為2019年8月份泥石流暴發(fā)提供了物源條件。對比2019年的4月5日、4月25日、6月4日影像，泥石流溝中下部修建村道處，滑塌跡象越發(fā)嚴(yán)重，溝道中可明顯見到物源增多。2019年8月2～4日，樂山市金口河遭遇50 a一遇強(qiáng)降雨，河道水位陡增，此后2 d持續(xù)降雨，小時最大降雨量達(dá)30 mm。張村溝泥石流溝源和兩側(cè)岸坡的松散物源體在暴雨作用下，大量匯集于溝道，匯流過程中將坡面松散物質(zhì)及坡面的各類松散堆積物源攜帶入溝道，并順溝而下，通過溝道揭底沖刷卷動溝道內(nèi)殘留的松散堆積物源，并將兩側(cè)溝岸松散固體物質(zhì)帶走，以滾雪球的方式向下游運(yùn)動，從而暴發(fā)泥石流災(zāi)害。

3.5張村溝泥石流發(fā)展趨勢預(yù)測

2020年10月，再次對該泥石流進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核發(fā)現(xiàn)，泥石流中下游的村道已經(jīng)修建完成，但溝道兩處岸坡仍存在大量局部滑塌現(xiàn)象，溝道中存在大量堆積物（見圖11）。該泥石流物源區(qū)巖體破碎，且山體土層松散，受極端天氣影響，易成為泥石流形成區(qū)豐富物源?，F(xiàn)場調(diào)查表明，張村溝泥石流溝目前還是一條“年輕”的泥石流溝，仍處于形成階段，未來在強(qiáng)降雨及暴雨作用下，受該區(qū)地形地貌及地質(zhì)環(huán)境條件控制，可能會再次暴發(fā)更強(qiáng)的泥石流。

4結(jié) 論

本文通過分析樂山市金河口區(qū)張村溝泥石流地貌、物源特征、堆積區(qū)特征等因素，結(jié)合歷史遙感影像特征，綜合分析張村溝泥石流的成因機(jī)制，并對其進(jìn)行發(fā)展趨勢預(yù)測，得出以下結(jié)論。

（1） 張村溝泥石流溝谷兩岸斜坡陡峻，溝道溝床縱比降較大，匯水區(qū)面積大，降雨集中，且溝道內(nèi)常年有流水，為泥石流形成提供了地形與水源條件。

（2） 溝域中下游地段兩岸斜坡穩(wěn)定性較差，多發(fā)育不穩(wěn)定斜坡、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流物源主要供給段。

（3） 下游寬緩地段主要為泥石流停淤堆積地段。溝床縱比降較大的溝段主要表現(xiàn)為泥石流的勢能向動能轉(zhuǎn)變，加劇了泥石流的沖刷下切能力，并帶走大量溝道物源，加大泥石流的規(guī)模。

（4） 張村溝泥石流溝目前還是一條“年輕”的泥石流溝，仍處于形成階段，未來在強(qiáng)降雨及暴雨作用下，受該區(qū)地形地貌及地質(zhì)環(huán)境條件控制，可能會再次暴發(fā)更強(qiáng)的泥石流。

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（編輯：劉 媛）

Abstract：Debris flow has the characteristics of complicated formation process，strong outbreak and great destructive power.Finding out the engineering geological characteristics of the debris flow，analyzing its disaster status and predicting its potential development trend are of great significance to the prevention and control of debris flows.Taking the debris flow in Zhangcungou，Jinhekou District，Leshan City，on the east bank of the Dadu River as an example，the terrain and geomorphic conditions，channel conditions，rock and soil conditions，material sources conditions，water source conditions，erosion and deposition characteristics and deposit characteristics of the debris flow were investigated.The geomorphology，material sources characteristics，accumulation area characteristics and other factors were analyzed in detail.Combining with historical remote sensing image data，the cause mechanism of the debris flow in Zhangcungou was comprehensively analyzed，and its development trend was predicted.The results show that：① The steep slope banks of the valley，the large longitudinal gradient of the channel bed，the large catchment area，the concentrated rainfall，and flowing water in the channel all the year around provide topography and water source conditions for the formation of the debris flow.② The slopes on both sides of the middle and lower reaches of the ditch are of poor stability，and there are often unstable slopes，landslides and other unfavorable geological phenomena，which are the main supply sections of debris flow sources.③ The Zhangcungou debris flow ditch is still a “Young” debris flow ditch，which is still in its formation stage.Under the control of the topography and geological environment conditions in the area，in the future，a stronger debris flow may erupt again under the action of heavy rainfall and heavy rain.The research results can provide a certain reference for the prevention and control of similar debris flows.

Key words：debris flow;engineering geological condition;formation mechanism;Leshan City;Dadu River