四川省都江堰龙池8·13麻柳沟泥石流灾害特征

亓 星，余 斌，马 煜，吴雨夫，张健楠

（成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059）

0 引言

麻柳沟位于四川省都江堰市龙池镇南岳村1组，距离龙池新场镇约1.5km，流域面积1.2km2，主沟道长2.3km，平均纵坡降420‰。根据调查，麻柳沟在汶川“5.12”地震以前属于清水沟，未发生过泥石流。沟内植被发育良好，沟道内固体物源堆积体主要为两岸少量第四系残坡积体等松散堆积物。由于2008年“5.12”地震的剧烈影响，使麻柳沟流域内的山体发生大规模滑坡和崩塌，在沟谷两岸及沟道内堆积了大量的崩塌、滑坡堆积物，为泥石流的发生提供了丰富的物源（图1）。

2010年8月，都江堰市经历了一次较长的降雨过程，受局部强降雨影响，该沟在8月13日暴发泥石流，沟口堆积物总量约8×104m3。泥石流在沟口形成了大规模的堆积扇区，淤积至龙溪河口，导致沟口处3户居民房屋严重损毁，龙池景区公路被於埋的重大经济损失。

由于麻柳沟泥石流的物源丰富，地质条件和地形地貌条件都有利于泥石流的形成，在连续降雨或短时强降雨作用下极易再次暴发泥石流，对沟口处村民的生命财产安全构成严重威胁，并对龙池景区公路的正常通行造成影响。因此，通过对麻柳沟的实际调查，根据沟道内取样以及泥石流的洪痕断面计算该沟的静动力学特征参数，预测麻柳沟的发展趋势，对麻柳沟泥石流的防治有重要的意义。

图1 麻柳沟流域平面示意图Fig.1 Layout plan the Basin of Maliu Gully

1 麻柳沟泥石流形成条件

1.1 地质条件

麻柳沟位于四川盆地西部边缘山地区，地形复杂陡峭，断裂带发育。地质构造为震旦系至第三系的碎屑岩沉积，岩体为不等厚的层状结构，地层岩性主要为砂泥岩互层及炭质页岩岩组，在地质构造条件和地形地貌条件的共同控制下，岩层产状变化大，岩体较破碎，风化强烈，斜坡岩体的自稳性较差，地质灾害比较发育。

2008年“5.12”汶川大地震前，麻柳沟流域没有典型崩塌和滑坡体，植被覆盖良好，物源仅为岩体表层少量松散堆积物，不具备发生泥石流的物源条件，因此地震前属于清水沟。震后，受地震影响，麻柳沟内的崩塌和滑坡非常发育，为泥石流提供大量的松散固体物质来源。经调查，形成区有多处滑坡崩塌，产生大量的松散堆积物积累在沟道两侧同时淤塞沟道，使沟床及沟床两侧堆积有厚2～5m的松散物源，总方量约60×104m3。同时，流通区也有较多大小不等的滑坡和崩塌，在强降雨时这些松散堆积物在雨水的冲刷作用下会迅速转换为泥石流的物源，从而再次暴发泥石流，这也是形成泥石流的重要因素。

1.2 地形地貌条件

麻柳沟主沟高程从912m到1878m，相对高差966m，主沟长仅为2.3km，流域面积狭小，主沟平均纵坡降420‰。形成区沟道断面主要以V形为主，沟道坡度一般在20°以上。由于形成区纵坡降大，地形陡峻，并且形成区沟道基本顺直，为泥石流的发生提供了充足的势能条件。

1.3 降水条件

由于没有麻柳沟的直接降雨资料，参考都江堰市（距离龙池直线距离 10.3km）的降雨资料［1］，“8.13”强降雨从 13日14：00到 14日7：00，总降雨量达到229mm，最大 1小时（16：00-17：00）降雨量达75.0mm，连续 2小时（16：00-18：00）降雨量达到128.3mm，连续3小时（15：00-18：00）降雨量达到150mm（图2）。麻柳沟泥石流形成过程为：13日14：00左右龙池乡开始降雨，1小时后降雨量增大，约17：00左右暴发泥石流，17：50泥石流量逐渐转变为洪水流。

根据都江堰1957年～2008年50年降雨资料统计，得到该区域暴雨量值如表1：

表1 不同频率历时暴雨量Table 1 Rainfall in different duration

图2 都江堰龙池乡8.13、8.18降雨资料Fig.2 Rain fall data of meteorological station on Aug.13 and 18，2010

8月13日16：00到17：00龙池乡实测降雨量达到75mm，为20a一遇降雨量值；8月18日20：00到21：00，龙池乡降雨量达到 69.0mm，降水量相当于10a一遇，这也是8.18麻柳沟仅产生洪水而没有暴发泥石流的主要原因。

2 麻柳沟泥石流特点

2.1 泥石流形成区

麻柳沟主沟上游有两条主要分支沟，两条分支沟交汇处以上区域为形成区，形成区高程1120～1878m，沟谷相对狭窄，沟内底宽约2～3m，最长支沟为麻柳沟左支沟，长约1300m。

根据实际调查，麻柳沟形成区沟道淤塞（图3），8.13前后均没有崩滑体完全堵塞沟道形成的堰塞湖，因此，8.13泥石流暴发的起动机理为沟道起动。

2.2 泥石流流通区

流通区主要位于沟谷堆积区后缘以上至沟道分支口处，沟谷长度约700m，宽度3～6m，平均纵坡降约243‰，横断面主要呈U型。

流通区主要以冲刷为主，中部由于沟道弯曲度大产生部分淤塞，有大量巨石在此堆积，淤塞段长30m，淤塞平均厚度约2m。

2.3 泥石流堆积区

堆积区位于东岳村1组龙溪河口，高程912～950m。根据现场调查，堆积区长250m，沟口堆积扇最宽处120m，堆积扇物质组成以碎石、块石和砂土为主，於厚5m，最大於埋深度达8m，堆积区后缘坡度为5°，前缘堆积坡度约1°。堆积物从沟道内100m处於埋至龙溪河边，将沟口3户居民房屋於埋冲毁，龙池公路於埋约100m，同时有部分堆积物冲入龙溪河中，但并未对主河产生明显的挤压作用。通过现场估算，麻柳沟冲出固体物质总量约8×104m3。

图3 形成区沟道内堆积大量物源Fig.3 Accumulation of a large number of source in forming region gullies

3 麻柳沟泥石流静动力学参数

3.1 容重

根据实际调查，麻柳沟泥石流堆积物沉积分选性差，有泥包石现象，块石间未直接接触，充填有大量细粒砂土，粘性泥石流特征明显。因此，初步确定麻柳沟泥石流为粘性泥石流。

通过在麻柳沟沟口的取样（小样），由颗粒分布曲线（图4）可以计算出黏性泥石流的容重［2］。

容重计算公式如下：

γ= γ+PP0.35γ

D 0205v

式中：γD——黏性泥石流容重（g/cm3）；

γv——黏性泥石流最小容重（取2.0 g/cm3）；

γ0——泥石流的最小容重（取1.5 g/cm3）；

P2——＞2mm的粗颗粒百分含量（按小数计）；

P05为 ＜0.05mm的细颗粒百分含量（按小数计）。

计算结果如表2。

图4 颗粒分布曲线图Fig.4 Particle size distribution curve

计算出泥石流容重2.0kg/m3，为黏性泥石流。

表2 泥石流容重计算表Table 2 Caculation of densities of debris flow s

3.2 泥石流流量

通过麻柳沟沟道流通区的实际调查，在较顺直的沟道处选取2个断面（表3），确定泥石流洪峰断面面积，利用形态调查法计算通过断面的泥石流峰值流量。

表3 断面特征参数Table 3 C ross-section parameters

选用粘性泥石流流速公式计算断面流速［3］：

式中：VC——泥石流断面平均流速（m/s）；

HC——计算断面平均泥深（m）；

IC——泥石流水力坡降，采用沟床坡降代替（‰）；

nc——粘性泥石流的河床糙率，查粘性泥石流糙率表取值；

泥石流洪峰流量由洪峰流速和形态调查法得到的泥石流断面面积计算：

Qc=Vc×S

式中：S——泥石流洪峰断面面积（m2）

Qc——泥石流洪峰流量（m3/s）

泥石流流速和流量的计算结果见表4：

两个断面的泥石流流量值相差不大，因此取两个断面的流量平均值计算泥石流总量，平均流量为104.9m3/s。

表4 泥石流流速和流量的计算结果Table 4 Calculation results of velocities and discharges of debris flow s in Gullies

3.3 泥石流总量计算

一次泥石流总量Q可通过泥石流历时T（S）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴涨暴落的特点将其过程概化为五角形，按下式计算：

Q=K·T·Qc

式中：K值的变化随流域面积的大小而变化，麻柳沟泥石流形成区无明显的堰塞湖和严重的淤塞，不属于溃决型泥石流。该泥石流暴发机理为沟道起动，按洪水型泥石流计算，K值取0.264。根据现场在沟口处居民的调查记录，泥石流历时T值为50分钟。

一次泥石流冲出的固体物质总量QH：

QH=Q（γc- γw）/（γH- γw）

式中：γc——泥石流容重（t/m3），取 2.0t/m3；

γH——泥石流固体物质比重，取2.7t/m3；

γw——水容重（t/m3），取 1 t/m3。

麻柳沟泥石流一次过程总量计算参数及结果如表5。

表5 一次泥石流总量和冲出固体物质总量计算参数及结果一览表Table 5 Parameters and calculation results of total volume and sediment flush-out of the debris flow

根据麻柳沟泥石流的现场调查，沟口堆积区堆积体积约8×104m3，结构松散，空隙大，堆积体积在暴发泥石流后变化不大，因此判定沟口堆积量为泥石流一次过程总量，与形态调查法计算的一次过程总量值基本相符。

4 麻柳沟泥石流发展趋势

麻柳沟泥石流主要危害沟口处东岳村1组3户村民的生命财产安全，於埋沟口处龙池景区公路。同时，麻柳沟泥石流出口与龙溪河呈近于直角，8月13日暴发泥石流堆积物已经堆积至龙溪河口，再次暴发泥石流时堆积物很容易冲入主河道中对主河产生挤压，甚至堵塞龙溪河。

“5.12”汶川大地震后，麻柳沟流域内产生大量的崩塌和滑坡，根据对沟内形成区物源、流域内地形的现场调查，以及2010年8月13日暴发泥石流的记录判断，麻柳沟由清水沟变为典型的泥石流沟，属于中频泥石流。由于麻柳沟沟内松散物贮量很大，形成区仍有沟道淤塞和大量的边坡松散物堆积，物源量在暴发泥石流前后变化不大，因此，在短时强降雨或持续降雨作用下极有可能再次暴发较大的泥石流。

5 结论

（1）麻柳沟泥石流是“5.12”地震后由清水沟转变而成的典型泥石流沟，根据实际调查，麻柳沟泥石流属于暴雨类-沟谷型-中型-粘性型泥石流，流域面积1.2km2，主沟道长2.3km，平均纵坡降 420‰。沟口堆积物总量约8×104m3。

（2）计算出泥石流的容重为2.0t/m3，通过形态调查法计算出麻柳沟泥石流峰值流量为104.9m3/s。初步确定震后麻柳沟泥石流的主要暴发因素为降雨条件。

（3）麻柳沟泥石流流域内仍有大量的崩塌和滑坡堆积物，形成区沟道部分堵塞，物源丰富，在有充足降雨量的情况下极有可能再次暴发较大的泥石流，威胁沟口处东岳村1组3户居民生命财产安全和龙池镇景区公路，并可能挤压甚至堵塞龙溪河。

［1］四川省地质工程勘察院.龙池“8.13”暴雨地质灾害排查报告［R］.2010.9.Sichuan GEII.“8.13”Rainstorm of geological hazards investigation report in Longchi［R］.2010.9.

［2］余斌.根据泥石流沉积物计算泥石流容重的方法研究［J］.沉积学报.2008.26（5）：789-796.YU Bin.Method of calculation of debris flow density based on the Sediments［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2008，26（5）：789-796.

［3］DZ/T 0220-2006.泥石流灾害防治工程勘察规范［S］.DZ/T 0220 -2006.Debris flow disaster prevention engineering investigation［S］.