麻格沟泥石流特征、成因及危险性评价

2011-02-01马东涛

中国水土保持 2011年4期

关键词：支沟危险度危险性

李峰,马东涛,马煜

(1.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都 610041;2.中国科学院研究生院,北京 100049;3.成都理工大学,四川成都 610041)

麻格沟泥石流特征、成因及危险性评价

李峰1,2,马东涛1,马煜3

(1.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都 610041;2.中国科学院研究生院,北京 100049;3.成都理工大学,四川成都 610041)

泥石流;形成条件;危险性评价;麻格沟

麻格沟为雅砻江右岸一级支流,研究麻格沟主沟及 4条泥石流支沟的泥石流特征、形成条件等,对制定泥石流防治方案具有重要意义。采用 MFCAM模型对麻格沟进行危险性评价的结果表明,麻格沟主沟和烈士陵园沟为危险性极高的泥石流沟,相克宗沟为高度危险,麻格宗沟为中度危险,雅江兵站左岸支沟为低危险。

麻格沟为雅砻江右岸一级支流,发源于海拔 4 702m的剪子湾山,在雅江县县城西侧海拔 2 688m处汇入雅砻江,位于国道 318线东俄洛至海子山段,由 10余条支沟汇合而成,其中 4条为泥石流沟。麻格沟流域面积 163.78 km2,主沟长度 17.35 km,平均比降 117‰,汇流面积大,纵坡较陡,沟谷和岸坡上堆积了大量的冰碛物、坡残积物和老泥石流堆积物,加之高山区降水强度大,为泥石流的形成和运动创造了条件。

1 泥石流活动概况

据实地调查,麻格沟曾于 1989年 6月、1997年 7月、2005年 8月发生过较大规模的泥石流,平均 7～8 a发生一次。雨季洪水冲蚀沟床极易形成泥石流,主沟内小规模的泥石流几乎年年都有发生,各支沟大致 3～5 a发生一次泥石流。麻格沟主沟(N1)和 4条泥石流支沟(N2—N5)的基本情况见表 1。麻格沟主沟及支沟泥石流的发生时间多集中在 6—9月份,尤其以 6、7月份暴发频率最高,这与流域内的降水分布规律基本一致,说明该流域的泥石流均为强降雨所激发。积雪消融的春季未见泥石流发生,说明冰雪融水对泥石流形成影响较小。

表1 麻格沟主沟及泥石流支沟基本情况

2 泥石流形成条件

2.1 地形条件

麻格沟流域位于山体强烈隆升、河流深切的中高山峡谷地区,地形起伏大,最大高差 2 688m。高落差为上游的第四系冰川堆积物和沟道中的崩坡积物等松散碎屑物质运动提供了势能,陡峻的地形又为径流向主沟汇集和松散碎屑物质运动创造了条件。麻格沟的地形条件对泥石流发育极为有利:上游沟床纵坡比降较大,多在 24%以上,为泥石流形成区;主沟、相克宗沟及麻格宗沟沟道比降较小,在 11%～13%之间,为泥石流形成—流通区;烈士陵园沟与主沟汇合口以下至雅砻江边的沟床比降在 10%以下,为泥石流堆积区,堆积区堆积扇不发育,在沟口仅形成泥石流滩地。

2.2 地质条件

麻格沟流域出露地层以中生界三叠系上统雅江组(T3y)的碎屑岩和碎屑变质岩为主。岩性主要为灰、深灰色块状变质细粒长石岩屑砂岩,变质泥质粉、细砂岩,灰色条带状含炭质绢云板岩呈不等厚韵律互层,局部具中粒结构。河(沟)谷低地及缓坡地带分布有第四系松散堆积层,成因类型主要有冲积、洪积、泥石流沉积、崩积、滑坡堆积、残坡积和冰川、冰水沉积等。受喜山运动影响,流域内新构造运动明显,并以断续上升运动为主,表现为河谷剧烈下切、山体隆升、阶地和断崖发育,为泥石流发育提供了优越的势能条件[1]。

2.3 松散固体物质来源

麻格沟流域地质条件十分复杂。据调查,流域内松散固体物质主要分布在泥石流形成—流通区,主要有主沟沟床松散堆积体、支沟泥石流堆积物、坡面表层松散土体和部分沟岸的小型滑坡、崩塌,其中以沟床堆积物为主,从沟道上游至下游均有分布。沟床内松散堆积体多为近期泥石流堆积形成,还有少量崩塌、滑坡堆积物。与典型泥石流沟相比,麻格沟泥石流松散固体物质补给较为分散,缺乏大型崩塌和滑坡等集中补给,松散固体物质相对不丰富,故而暴发的泥石流以稀性泥石流和过渡性泥石流为主。

2.4 气候及水源条件

麻格沟流域属大陆性季风高原型气候区,主要受西南季风和高原季风控制,表现为气温低、冬季长、四季不分明、干雨季分明等气候特点。流域内年降水量最大值为1 001.3mm,最小值为 497.0mm,河谷区年降水量为 600mm左右,暴雨主要集中在 6—8月,期间降水量占年降水量的 78%。受地形影响,不同海拔地区气候呈规律性变化,基本趋势为:气温随海拔升高逐渐降低;降水量随海拔升高表现为先升高后降低,在海拔3 000m和5 000m附近出现两个降雨峰值带,降水量变化梯度为 50mm/100m。剪子湾山高山区年降水量可达1 000mm,为泥石流运动提供了丰富的水源。

2.5 人类活动

麻格沟流域自然条件较好,生态环境优越,人口密度较大,当地群众生产主要以农、牧业为主,目前流域内人类活动主要有农牧、建筑、修路等。农牧及建筑活动强度不大,一般不会诱发大规模泥石流灾害,而修路尤其是公路改建等容易诱发泥石流、滑坡、崩塌等。

3 泥石流特征

3.1 泥石流容重及颗粒组成

泥石流静力学特征主要指泥石流流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及静力特征等。由于泥石流暴发时突发性强、冲击力大,难以直接测得天然泥石流容重,因此一般采用现场调查试验法,在需要测试的沟段选取有代表性的堆积物搅拌模拟泥石流暴发时的流体状态,通过测定样品的总质量和总体积,求出泥石流流体容重。在无法取得代表性样品时,可根据泥石流沟易发程度数量化标准,通过现场试验和综合判断法确定泥石流的容重。在麻格沟主沟(N1)及支沟(N2—N5)分别选取测量断面(D1—D5),试验测得各泥石流沟的泥石流容重分别为 14.7～ 16.7、18.6、19.6、17.7、12.8 kN/m3。麻格沟砾石土颗粒分析结果见表 2。

表 2 麻格沟泥石流堆积物颗粒成分分析%

式中:Qmax为洪峰流量,m3/s;n为糙率,依据沟床情况确定;F为过流断面面积,m2;R为水力半径,m;I为河床纵比降。

最大流速计算公式为

式中:Vmax为最大流速,m/s;其余符号意义同上。

麻格沟主沟及支沟泥石流流速和流量计算结果见表 3。

3.2 泥石流流速及流量

采用洪痕法计算泥石流流量、流速,流量计算公式为[2]

表 3 麻格沟主沟及支沟泥石流流速和流量

3.3 一次泥石流冲出固体物质总量

一次泥石流冲出固体物质总量计算公式[3]为

根据上述计算结果和泥石流容重等参数,计算不同频率一次泥石流冲出固体物质总量,见表 4。

表 4 不同频率一次泥石流冲出固体物质总量万m3

4 泥石流危险性评价

地质灾害危险性是地质灾害发育密度、活动规模、活动频次的综合性反映[4]。本文采用MFCAM模型对上述 5条泥石流沟的单沟危险度进行计算,选择了泥石流规模(M)、泥石流发生频率(F)两个主要因子以及流域面积(S1)、主沟长度(S2)、流域相对高差(S3)、流域切割密度(S6)及不稳定沟床比例(S9)等 5个次要因子,利用评价因子的转换值进行麻格沟泥石流危险度(Ht)评价,计算公式为[5]

单沟泥石流危险度评价因子的转换函数见表 5、评价因子实际值及其转换值见表 6。将各评价因子的转换值代入式(4),得到麻格沟主沟及支沟的泥石流危险度分别为 0.95、0.85、0.78、0.45、0.24。根据单沟泥石流危险度分级标准,主沟(N1)和支沟(N5)属危险性极高的泥石流沟,支沟(N2)属高度危险的泥石流沟,支沟(N3)属中等危险的泥石流沟,支沟(N4)属低危险的泥石流沟[6-7]。

表5 单沟泥石流危险度评价因子的转换函数

5 泥石流防治建议

泥石流成因分析、动力学参数计算及危险性评价结果表明:麻格沟有暴发大规模泥石流的可能性,且一次泥石流冲出量较大。为了确保下游群众生命财产安全,必须对麻格沟进行综合治理,同时采取一系列生物措施,保护流域内的生态环境,从根本上抑制泥石流的发生。

据麻格沟的物源分布特征和工程地质条件,治理应以排导为主,排导、拦挡和沟岸支护相结合。通过修建拦挡坝削减泥石流流量、降低运动速度、减小破坏力,在部分沟道布置适量的固沟坝群,固定沟床松散固体物质,防止沟床下切和沟岸侧蚀,也可适当拦截泥石流中的大砾石及泥沙,减小泥石流规模和破坏力,同时在下游修建排导槽,将冲出的泥石流引到不会威胁群众生命财产的安全区[8-9]。