四川省金川縣曾達溝泥石流災害特征與監(jiān)測預警

侯儒寧 胡桂勝 陳寧生 韓征 劉恩龍

摘要：2019年6月27日22：45，流域面積達125.53 km 2的四川省金川縣曾達溝突發(fā)特大型泥石流災害，一次性沖出固體物質約120萬m 3，直接經濟損失達1.51億元。通過現場調查、遙感解譯、室內實驗等手段，從物源、地形和水源條件入手，分析了此次災害的成災特征、形成演化過程、動靜特征參數、未來發(fā)展趨勢。研究表明：6月27日曾達溝泥石流是前期雨量和激發(fā)雨量共同引發(fā)的稀性泥石流，重度為1.60～1.78 g/cm 3，峰值流量為442 m 3/s;此次泥石流的成災過程可以分為龍古溝源區(qū)滑坡失穩(wěn)、各支溝泥石流匯入主溝后規(guī)模不斷擴大、在主溝溝道淤積并減速停止3個階段。“群測群防”體系與工程措施的結合在此次泥石流災害避險中發(fā)揮出重要作用，可為以后相關地質災害的預警及避險提供借鑒和參考。

關 鍵 詞：特大型泥石流; 成災特征; 形成機理; 曾達溝泥石流; 四川省

中圖法分類號： ?P642.23

文獻標志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.017

?0 引 言

青藏高原東緣地區(qū)，河流下切侵蝕劇烈，區(qū)域內溝谷發(fā)育，強烈的構造活動導致巖體結構破碎，夏季降雨集中豐沛? [1-2] 。泥石流在該區(qū)域內發(fā)育條件較易滿足，是該地區(qū)主要自然災害類型之一。特別是汶川特大地震對震區(qū)山體結構的破壞導致震后泥石流物源激增? [3-4] ，以文家溝? [5] 、銀廠溝? [6] 、紅椿溝? [7] 為代表的震后泥石流一般具有形成臨界雨量條件降低，成災規(guī)模、頻率增大，人員傷亡和經濟損失較為慘重等特點。

影響泥石流形成的流域地貌因素主要體現在流域面積、溝谷長度和溝床比降，泥石流溝數目累計分布與上述因素具有統(tǒng)計自相似性? [8-9] 。已有研究基于分形理論對泥石流的流域地貌因素進行非線性分析，認為流域面積對泥石流發(fā)育和形成起控制作用? [10-12] 。成災規(guī)模較大的泥石流通常具有流域面積小、坡降大的特征，以汶川極震區(qū)“窄陡型”泥石流? [13-14] 為典型代表。流域面積大于30 km 2、支溝較多的流域，泥石流的暴發(fā)往往局限在流域局部溝道? [15] 。

金川縣曾達溝流域面積達125.53 km 2，流域內分布有大小不一共16條支溝（見圖1），按常規(guī)認知，主溝不會發(fā)生特大規(guī)模泥石流災害。但在2019年6月27日22：45，流域上游支溝龍古溝暴發(fā)泥石流，并引發(fā)了主溝溝道泥石流，持續(xù)時間約3 h，一次性沖出泥石流固體物質約120萬m 3。此次災害造成部分已建地災治理工程失效，沖毀房屋1 326間，農田受災50.77 hm 2（ 761.5 畝），通鄉(xiāng)通村道路損毀25.1 km，橋梁損毀17座，直接經濟損失達1.51億元。幸運的是，得益于高效的防災體系建設，此次泥石流災害中并無一人傷亡。

本文以四川省金川縣“6·27”曾達溝泥石流為研究對象，通過現場調查、遙感解譯與室內實驗，詳細分析了曾達溝泥石流的形成條件、演化過程及其成災特征，并介紹了災害發(fā)生前的實時撤離過程。本研究不僅對進一步認識大流域面積泥石流活動有重要意義，其成功避險經驗也可為其他地質災害的防治提供借鑒。

1 區(qū)域環(huán)境

曾達溝地處四川省金川縣曾達鄉(xiāng)，溝口坐標N 31° 12′3.2148″、E 102° 0′41.3064″，屬金川河左岸一級支流。地貌屬高山峽谷地貌，地形切割劇烈，溝域內支溝發(fā)育，狹窄多呈窄“V”型。區(qū)域內出露的地層主要有三疊系中統(tǒng)雜谷腦組（T  2 z）、三疊系上統(tǒng)侏倭組（T? 3 zh）、三疊系上統(tǒng)新都橋組（T? 3 x）（見圖2）。三疊系中統(tǒng)雜谷腦組（T? 2 z）主要分布在兩側支溝中上游及主溝中下游區(qū)域。侏倭組（T? 3 zh）分布區(qū)域幾乎覆蓋流域內各個支溝。新都橋組（T? 3 xn）主要分布在流域中上游龍古溝、雙海子溝、干海子溝中上段區(qū)域，主溝溝源等區(qū)域。

曾達溝所在區(qū)域屬大陸性高原季風氣候，干、濕季節(jié)分明。據氣象資料，區(qū)域多年平均降水量為621.0 mm，多集中在夏半年（5～10月），降雨量為588.1 mm，占全年降水量的91.0%，其中6月多年平均降水量為1 445 mm，占全年降水量的23.3%。

2 泥石流災害特征

2.1 泥石流動、靜參數

陳寧生等? [16] 對中國西南地區(qū)45條典型的溝道泥石流容重與黏粒含量關系的統(tǒng)計分析，得到式（1）

γ?? C=-1.32× 10? 3x 7-5.13× 10? 2x 6+8.91× 10? 2x 5-55x 4+34.6x 3-67x 2+12.5x+1.55 （1）

災后現場調查在主溝內7處不同位置（見圖1）取泥石流堆積物土樣并進行顆粒級配試驗（土樣編號為1～7，自上游到下游依次增大）。試驗結果顯示泥石流堆積物的黏粒含量為0.53%～2.43%，據公式得出此次災害泥石流的重度為1.60～1.78 g/cm 3，整體屬于稀性泥石流（見圖3）。

結合災后調查測得的斷面數據（見圖1），采用云南省東川蔣家溝修正公式（式（2）～（3）），計算得到泥石流流速為15.32 m 3/s（見表1）。

V c= 1 n c H? 2/3 I? 1/2? （2）

1 n c =28.5H? -0.34? （3）

采用形態(tài)調查法（式（4））來估算此次泥石流災害的峰值流量 Q? c為442 m 3/s，泥石過程時間 T 為3 h， K 為0.252，采用修正五邊形法（式（5））計算得到此次泥石流總量 W? c為120.29萬m 3。

Q c=V cA c （4）

W c=KTQ? c? （5）

2.2 災害發(fā)展過程

從流域泥石流的形成條件出發(fā)，結合現場調查，大體可將曾達溝“6·27”泥石流過程分為3個階段。

（1） 泥石流形成階段。前期降雨歷時長、雨量大，導致區(qū)域內處于飽水狀態(tài)的松散堆積體極易啟動，在強降雨的激發(fā)下，龍古溝上游滑坡體失穩(wěn)。溝道內原本堆積的松散固體物質受水流影響，也被揭底沖刷匯入洪流之中。隨著洪流的不斷擴大，溝道下切深度達6 m，同時對溝道兩側不斷掏蝕進一步增加泥石流容重，可以概括為“溯源侵蝕-沖刷刨蝕-側蝕坍塌-混合裹挾”的擴溝作用模式? [6] 。就大顆粒粒徑土粒占比來說，龍古溝溝口（3號）最大（見圖3），證明該處水動力條件較好。龍古溝下游坡降達400%，已初具規(guī)模的泥石流撞擊對岸山體，沖高達30 m左右（見圖4），據此估算龍古溝溝口流速為24 m/s。

（2） 規(guī)模放大階段。雖然主溝上游3號壩有效攔截了主溝上游溝道物源，但形成的洪水與龍古溝泥石流混合后，泥石流的規(guī)模和動力均得到加強，對主溝沿途鏟刮、溝道下切作用更為明顯，并攜帶大量砂石進入下游溝道。支溝倪家坪溝在強降雨的作用下也產生了規(guī)模不小的泥石流，使得主溝泥石流規(guī)模不斷加大，形成特大型泥石流。

（3） 停淤階段。在流域主溝出現3處主要淤積區(qū)，分別位于支溝艾爾羅溝溝口上游、1號格柵壩壩后、海子萍（見圖5）。在支溝艾爾羅溝溝口上游由于河道彎曲和縱坡相對平緩，影響泥石流流體首先堆積，堆積體長500 m左右，方量21.0萬m? 3 左右。然后，泥石流向下流動至1號格柵壩處，受壩體攔擋，壩后完全淤滿，堆積體縱向長250 m左右，方量3.7萬m? 3 左右。白臘溝口到主河交匯處區(qū)段，該區(qū)域內修建的雙邊防護堤發(fā)揮了較好的防災效果（見圖5），泥石流堆積物淤滿了原排洪溝道，雙邊防護堤很好地限制了泥石流對河道的側蝕，此段淤積長1 800 m左右，方量88.2萬m? 3 左右。

2.3 成災特征與防治工程現狀

曾達溝泥石流在形成過程、擴大過程、停淤過程中除有一般泥石流災害的共性成災特征外，還表現出持續(xù)時間長、輸移能力強、淤積規(guī)模大的特殊性。

泥石流過程時間為從開始發(fā)生到結束的整個過程，持續(xù)時間一般不超過 1.5 ?h或僅有短短幾分鐘? [17-18] 。曾達溝泥石流自6月27日22：45暴發(fā)以后一直持續(xù)到次日凌晨02：00，過程時間為3 h。各支溝長度、縱坡、溝道形態(tài)特征有一定的差異性，可能導致各支溝匯水形成的洪峰錯峰到達主溝，延長了此次泥石流的過程。此外，此次泥石流災害展現出較強的輸移能力，在溝口處粒徑1 m左右的巨石仍然隨處可見（見圖6），房屋和樹木均遭到了巨石的沖擊破壞。通常來說，溝道型泥石流中上游以沖刷流動為主，下游平緩處以淤積為主。除主溝溝道下游的淤積區(qū)以外，此次泥石流1號格柵壩壩后、艾爾羅支溝溝口上游形成2處淤積區(qū)。

在本次災害發(fā)生之前，流域內已經修建防治工程若干，包括3座攔擋壩、10段防護堤。大部分防治工程均在此次災害中發(fā)揮了不同的防災效果（見圖7），具體表現為：最上游3號格柵壩處于半庫狀態(tài)，1號和2號格柵壩處于滿庫狀態(tài)，這些格柵壩有效攔截了泥石流，減少了泥石流在下游的淤積量;雙邊防護堤內淤滿泥石流堆積物，有效限制了泥石流的運動路徑，防止其對溝道橫向侵蝕后漫淤;格柵壩和雙邊防護堤所受損傷較小，清淤后即可再次投入使用。而單邊防護堤的防災效果并不盡如人意，且被泥石流沖刷、掏蝕基底而損壞。

3 孕災條件分析

3.1 降雨條件

曾達溝源區(qū)分水嶺南坡的太平橋鄉(xiāng)長勝店村，在6月27日泥石流暴發(fā)之前一個月內，降雨天數為19 d，在27日夜間20：00至28日夜間20：00降雨量為52.6 mm，超過中國暴雨臨界值（50 mm/24 h）（見圖8）。此外，高海拔地區(qū)降水局地特征十分明顯，通常有隨著海拔增高而增大的趨勢? [19] ，太平橋長勝店村海拔較低，氣象數據不足以反映曾達溝源區(qū)真實降水情況。根據調查訪問，6月27日晚上22：45，曾達溝流域上游小時降雨強度達到特大型強降雨標準。從泥石流發(fā)生前的降雨模式看，曾達溝泥石流的暴發(fā)是前期雨量與激發(fā)雨量共同作用的結果? [20] 。

3.2 物源條件

松散固體物質構成、儲存和聚集取決于內外地質營力? [21] ，在泥石流發(fā)生因素中占據主導地位，其成分、數量、補給方式決定了泥石流的性質和規(guī)模? [22] 。據現場調查，曾達溝內物源豐富，以溝道內堆積的泥石流堆積物為主，次為崩塌、滑坡堆積體，溝道兩岸坡殘積體亦提供少量物源。對各物源情況分敘如下：

（1） 溝道物源。老泥石流的堆積物可以為后期泥石流的發(fā)展提供充足物源，在2010年舟曲泥石流中，溝道中賦存的十余次歷史泥石流堆積物為泥石流的重要物源補給? [23] 。自20世紀90年代以來，曾達溝流域內先后發(fā)生過5次泥石流災害，溝道內存有大量泥石流堆積物。根據現場調查，溝道物源主要分布在主溝上游寬緩區(qū)、下游堆積區(qū)及各支溝局部溝段，被沖刷揭底為本次泥石流形成提供了重要物質來源。

（2） 崩滑物源。崩塌主要分布在支溝中下游，堆積于岸坡坡腳，前緣已進入溝道，并部分堵塞溝道。此外，溝谷兩岸坡體坡殘積堆積層中發(fā)育淺層滑坡，其中小型13處，分布于斜坡中部或中上部，大部分有滑移變形跡象，但未完全滑移進入主溝道;另有一大型滑坡分布在主溝中下游右岸，處于蠕變狀態(tài)。在此次災害中，前緣進入溝道的崩塌、滑坡約80%發(fā)生垮塌，被泥石流沖刷攜帶，提高了泥石流容重，同時也增強了泥石流沖擊能力。

（3） 坡面物源。曾達溝地處川西北高原，受區(qū)域自然環(huán)境的影響，巖石風化作用強烈，水力侵蝕作用下水土流失現象嚴重? [24] 。侵蝕劇烈區(qū)多位于溝岸，中度與輕度侵蝕區(qū)距離溝道較遠，依據SL 190-2007《土壤侵蝕分類分級標準》，結合植被類型、坡度等因素綜合確定侵蝕模數，確定該類型可移動物源總量。

流域內物源總量為1 216.95萬m? 3 ，動儲量為154.37萬m? 3 ，其中曾達溝主溝占比較大，物源總量和動儲量為分別521.06萬m? 3 和58.95萬m? 3 。就各物源種類而言，流域內溝道物源、崩滑物源、坡面物源儲量分別為584.37萬，528.2萬，104.38萬m? 3 ，占比分別為48.0%，43.4%，8.6%。

3.3 地形條件

曾達溝流域屬高山峽谷地貌，流域最高點高程 4 720 ?m，溝口高程2 056 m，相對高差2 664 m。主溝上游段（溝源到張家溝溝口）平均縱坡降約317‰，溝道狹窄，整體呈“V”字形，中下游段平均縱坡降101‰～70‰，溝道寬17～117 m，溝道斷面整體由“V”向“U”字形過渡。各支溝中下段溝道狹窄，溝道寬15～40 m，兩岸谷坡陡峻，坡度約35°～60°，局部基巖出露段坡度達70°以上。此外，流域形態(tài)為“梨形”，主溝兩側分布有16條“柳葉狀”形態(tài)的支溝，沿主溝兩側均向分布（見圖1），有利于徑流快速匯集到主溝溝道內。Huayong等? [25] 提出無量綱“形態(tài)系數”來表征泥石流的發(fā)育形態(tài)：

F=A/L 2 （6）

式中：F為流域形態(tài)系數，A為流域面積，L為流域溝道長度。F越小，說明流域狹長，坡降較陡，便于水流快速匯入主溝;當F接近1，則流域近方形，坡降較緩，不利于水流匯入主溝。曾達溝流域內形態(tài)系數在0.13～0.44之間（見表2），說明區(qū)內流域形態(tài)狹長，便于各支溝水流匯入主溝溝道。

4 泥石流監(jiān)測預警

監(jiān)測預警是針對泥石流的重要防災減災手段，是對工程防災措施的一個有效補充? [26] 。目前，國內外泥石流預警模式和方法繁多，主要從形成背景、降雨條件、巖土條件、運動特征等方面進行預測預報;而從預報時間尺度方面來說，又可以分為短臨期預警、短期預警、中長期預警和長期預警? [27-28] 。在本次泥石流災害中，工程措施發(fā)揮了出色的減災效果，但一種不同于上述單一模式和方法的多級聯(lián)動、多手段配合、基于社區(qū)居民的“群測群防”機制也發(fā)揮了重要防災作用。在這種模式中，基于降雨條件的短期預警和基于社區(qū)居民的短臨期預警都有體現（見圖9）。

2019年6月27日17：38，阿壩州自然資源局向金川縣自然資源局發(fā)出通知，地質災害預警等級為2級。金川縣自然資源局于17：39立即通過qq群、微信群、短信平臺、電話通知等方式將預警信息發(fā)布至各鄉(xiāng)鎮(zhèn)防災責任人、監(jiān)測責任人、國土員。同時，金川縣實施的自動化實時監(jiān)測系統(tǒng)根據各監(jiān)測點自動化雨量監(jiān)測站點降雨信息，實時滾動發(fā)布雨情預警信息，該信息直接傳遞到隱患點所在鄉(xiāng)鄉(xiāng)長，分管副鄉(xiāng)長、國土員、監(jiān)測責任人和監(jiān)測人。下午17：40曾達鄉(xiāng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土員以打電話、微信群等方式通知曾達溝監(jiān)測員地質災害預警等級為2級、發(fā)生地質災害可能性較大，監(jiān)測員遂通知泥石流溝受威脅群眾。當日晚上20：00，監(jiān)測員發(fā)現雨勢未見減弱，溝水上漲較快，有泥石流暴發(fā)的可能，于20：10開始逐戶通知避險轉移，20：55受威脅群眾全部完成轉移。6月27日22：45，曾達溝暴發(fā)泥石流災害。泥石流災害發(fā)生前，監(jiān)測人員及時發(fā)出預警信息，并立即組織群眾主動避讓，共轉移200戶820人，無一人員傷亡，實現成功避險。

此次災害中無人員傷亡，屬國內首次特大泥石流災害成功避險的首例，針對泥石流的監(jiān)測預警是此次災害成功避險的關鍵。中國目前的地質災害點還有28萬處，防災減災任重道遠，此次成功避險為國內其他地質災害點防災減災工作提供了寶貴經驗，值得推廣。

5 結論與建議

“6·27”曾達溝泥石流是由強降雨誘發(fā)的稀性泥石流，泥石流重度為1.60～1.78 g/cm 3，流速為15.32 m/s，峰值流量為442 m 3/s。此次泥石流形成過程為：支溝龍古溝源區(qū)滑坡失穩(wěn)引發(fā)支溝泥石流-匯入主溝后被不斷放大-主溝下游減速淤積。除有一般泥石流災害的共性成災特征外，還表現出持續(xù)時間長、輸移能力強、淤積規(guī)模大的成災特征。

根據調查訪問，自2010年倪家坪溝成泥石流并堵塞主溝事件后，幾乎每逢暴雨就發(fā)生規(guī)模大小不一的山洪，具有高頻的特點，預示著該區(qū)域泥石流活動正處于活躍期。本次泥石流災害發(fā)生后，流域內巖土體受到不同程度的擾動、強度降低，流域內仍有較大物源儲量，在合適降雨條件下，有再次啟動的可能性，應及時進行溝道清理并開展工程防護措施建設。

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（編輯：劉 媛）

Characteristics， mechanism， monitoring and early warning of debris flow ?disasters in Zengda Gully， Jinchuan County，Sichuan Province

HOU Runing? 1，2 ，HU Guisheng? 1，3 ，CHEN Ningsheng? 1，3 ，HAN Zheng 4，LIU Enlong 5

?（ 1.Key Laboratory of Mountain Hazards and Earth Surface Process，Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences （CAS），Chengdu 610041，China; 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China; 3.Academy of Plateau Science and Sustainability，Xining 810016，China; 4.School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China; 5.College of Water Resources and Hydropower，Sichuan University，Chengdu 610041，China ）

Abstract：

At 22：45 on June 27，2019，a large debris flow event occurred in Zengda Gully，Jinchuan County，Sichuan Province，with a drainage area of 125.53 km 2.About 1.2 million m 3 of solid matter was washed out and the economic loss reached to RMB 151 million Yuan.This research mainly adopts methods such as field survey，remote sensing interpretation and indoor experiment.According to the basic conditions of source material，topography，water source，etc.，the disaster characteristics，formation and evolution process，dynamic and static characteristic parameters，and the development trend of future disasters were analyzed.Results were as follows：this event was a sparse debris flow caused by both the previous rainfall and the induced rainfall，with density of 1.60 ～ 1.78 g/cm 3 and peak discharge rate of 442 m 3/s.This debris flow event can be divided into three process stages：the instability of the landslide in the source area of Longgu Gully led to the occurrence of debris flow in the branch ditch firstly，then the scale expanded with the branch gully material merging into the main gully，and finally the material slowed down and stopped in the sedimentation area of the main gully.The combination of ‘Forecast and Prevention dependent on Masses system and engineering measures played an important role in the avoidance of debris flow disasters，which can provide reference for the early warning and avoidance of related geological disasters in the future.

Key words：

super-large debris flow;disaster characteristics;formation mechanism;Zengda Gully debris flow;Sichuan Province