震后映卧路沿线泥石流发育分布特征及防治措施

刘 海 ，沈军辉，彭昌翠，吴泊人

（1.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 6 10059；

2.安徽省公益性地质调查管理中心，安徽 合 肥 2 30040；

3.四川省交通厅 交 通勘察设计研究院，四川 成 都 6 10017）

0 引言

S303线映秀至卧龙公路是九环线映秀至日隆旅游公路的其中一段，2008年“5.12”地震处于地震震中区的该段公路受到了严重的毁坏，目前恢复重建工作仍在进行中。2010年8月13日至14日凌晨，S303公路沿线遭受了130年一遇的暴雨，公路沿线沟谷发生大规模泥石流灾害，泥石流冲毁路基、掩埋路面、隧道、淤高河床，泥石流冲出物堵塞河道，形成多处堰塞湖。对该区的人民生命安全和经济建设造成严重的影响。因此，对该路沿线沟谷泥石流的发育特征进行研究，为该公路建设的防灾减灾工作提供科学依据。

本文以泥石流的形成条件（地形条件、松散固体物质条件、水动力条件等）为基础，研究该路沿线泥石流的发育分布特征，并提出相应的治理措施，对映卧路的重建有重要的工程意义。

1 沿线泥石流形成条件

1.1 地形条件

研究区位于四川盆地与青藏高原东南缘的过渡地带，主要为中高山、高山峡谷地貌，地势总体上呈西北高东南低。区内谷深坡陡，高差悬殊，相对高差一般为1000～2000m，最大可达3000m以上，泥石流沟谷坡面坡度一般在40°～60°，沟床纵比降多为400‰～600‰，最大达1026‰；从而构成了泥石流发育的有力地形条件。根据流域面积统计资料显示，沿线泥石流沟的流域面积绝大部分为小于10 km2的小流域，占总数90％以上。这样的流域汇流速度快、坡面径流时间短、沟道水流迅速集中的特点，从而使沟内松散固体物质极易启动形成泥石流过程。

1.2 松散固体物质条件

映秀至七层楼沟口一线（岩浆岩区段）位于映秀断裂和茂汶断裂之间，出露晋宁—澄江期岩浆岩，岩性主要为黑云母花岗岩、花岗闪长岩，岩体中节理裂隙发育，岩体破碎，斜坡陡峻，受“5.12”汶川8.0级地震影响，区域内崩塌、滑坡发育，公路沿线沟谷和山体斜坡上积存了大量的松散堆积体。

七层楼口至花红树沟口一线（变质岩区段），位于茂汶断裂上盘（西盘），沿线主要出露古生界志留系茂县群（S mx）板岩夹千枚岩、泥盆系危关群（D wg）灰岩、石炭系—二叠系（C+P）灰岩、三叠系西康群灰岩及第四系松散层。该段距离汶川“5.12”地震震中稍远，山体破坏相对较弱。

调查结果发现，公路沿线泥石流固体物质主要来源于滑坡体和堆积崩塌体，其次是沟床冲洪积物和坡面侵蚀等。崩滑补给型的泥石流在公路沿线最为发育；据粗略统计，在沿线的沟谷型泥石流中，固体物源量在50×104～800×104m3的沟谷广泛发育。

1.3 水动力条件

研究区属盆地边缘气候区，气候温暖湿润，四季分明，夏季湿热，冬季温和，年气温差较小；本区具有多雨多涝，无霜期长等气候特点，其中6～8月降雨集中，约占全年降水量的66％ ～76％，日最大降水量达269.8mm，秋绵雨危害严重。气候垂向变化明显，垂直温差大，且降水量由多至少。

气候具有一定的区域差异性，耿达之东区域多年平均气温 15.2～15.9℃，年降水量 1001.9～1264.7mm，相对湿度 81％ ～84％，蒸发量 733.1～920.8mm，年均日照率24％，常年雾气蒙蒙，阴雨绵绵。耿达之西区域多年平均降水量827.6mm，最高年降水量达1225mm，年平均蒸发量1136.6mm，远远大于降水量，年均日照率51％。

1.4 人类工程活动

区内人类工程活动以农耕、场镇建设、修建公路、修建电站等活动为主，特别是在该公路的恢复重建过程中，不可避免地造成一些山体的破坏，林木和竹林的砍伐，土地占用，路基挖填土石方可能导致水土流失、现有滑坡、崩塌堆积体或边坡的失稳破坏，以及弃方处理不当可能堵塞沟渠，淤塞河流，毁坏农田，造成新的泥石流，对地质环境的破坏和影响较大。并对自然水力学和水环境的有较大影响。

2 泥石流发育分布特征

2.1 泥石流整体发育特征

震后泥石流的发育明显受地形、地质条件控制，一般发育在震后崩滑堆积体相对集中的坡体、沟谷地段。按泥石流流域特征可分为沟谷型泥石流和坡面型泥石流两种；泥石流发育程度高，据不完全统计，沿线公路长约44km共计发育泥石流57处（条），发育程度1.3条/km。其中映秀至七层楼沟口段发育泥石流37处（条），占总数的 65％，发育程度大1.85条/km，七层楼口至花红树沟口段发育20处，占总数的35％，发育密度为0.83条/km，具有明显的不均匀分段发育的特征；公路沿线泥石流的发育分布特征见图1、表1及表2。

图1 泥石流发育分布图Fig.1 Distribution of debris flow

（1）公路沿线沟谷型泥石流发育28条，占泥石流总数的49％，主要分布在映秀至七层楼沟口段，共有22处；这类沟谷常沿断裂和岩层软弱面发育，堆积区为扇形或带形，堆积物磨圆度稍好，棱角不明显，可以划分为清水区、形成区、流通区和堆积区［1］。根据调查的28处泥石流沟的流域统计数据分析，该流域内基本上是逢沟必发育泥石流，沿线泥石流沟的流域面积最小为0.324 km2，为1#无名沟泥石流，最大可达33 km2，为幸福沟泥石流，泥石流主要集中发育在流域面积小于10 km2的范围内，尤其是以5～10 km2最为集中。当流域面积增大到20 km2时，沟谷数的发育处于一个较稳定的状态；泥石流主沟长度最小为0.76 km，为1#无名沟泥石流，最大可达10.5 km。同为幸福沟泥石流；区内泥石流沟谷主沟长度主要分布在1～5 km，其数量可达70％。泥石流纵比降大多处于400‰～600‰；泥石流沟谷纵比降最小为152‰，为觉墨沟泥石流，最大达1026‰，为1#无名沟泥石流，两者其差值为974‰；泥石流的相对高差最小值为460m，为干沟泥石流，最大值可达3090m，为觉墨沟泥石流，但大部分普遍位于1000～2000m，其数量占总数的66％。沟谷型泥石流发育规模以大型—特大型为主，占总数的90％以上；如肖家沟、黄粱沟、银厂沟等都是特大型泥石流。

表1 泥石流沟类型Table 1 Type of debris flow type

表2 沟谷型泥石流基本特征Table 2 The basic characteristics of Valley debris flow

（2）坡面型泥石流沿线发育29处，占泥石流总数的51％，坡面型泥石流是陡坡地段常见的一种突发性的泥沙搬运现象，也是环境退化的一种表现。坡面型泥石流多发育在30°以上的自然山坡上，山坡松散覆盖层厚度一般为0.5～4m，其形态多呈条状或片状，流域面积较小，无明显沟槽或者表现为宽浅的沟槽。沟槽纵坡与坡面基本一致，无明显的流通段。本区距“5.12”汶川大地震震源较近，岩体褶皱紧密，岩体破碎，呈碎块状，多张开裂隙，不同地段岩组特性不同，其中映秀至七层楼沟口段岩体为硬质岩组，七层楼沟口至公路终点为软质—半坚硬岩组，岩体风化强烈，风化带厚度较大，岩体呈碎石状—碎块状松散—镶嵌结构。受复杂的断层、褶皱及构造裂隙等控制，物理地质现象非常发育。受“5.12”汶川特大地震影响，高陡斜坡岩体发生了大量的崩塌、滑坡，渔子溪两岸坡脚及斜坡上堆积了大量的崩、滑堆积体松散碎屑物质，因此在暴雨作用下极易形成坡面型泥石流。

（3）根据形成时期，绝大部分泥石流为老泥石流，且具有多期次发育特征。泥石流发育与地貌演化具有明显的对应性，表现在发育期次、发育高程上与河谷阶地具有较好的对应性，表现出新构造活动对泥石流形成的控制。

2.2 典型泥石流分析

2.2.1 一号桥坡面泥石流

渔子溪一号桥中型坡面泥石流位于渔子溪左岸，此段公路以桥梁形式通过。主沟长0.8km，流域面积约0.65km2，流域内最高海拔 1700m，最低海拔940m，位于主沟与渔子溪交汇处，相对高差550m，平均沟床纵比降为687‰，出露基岩岩性为晋宁—澄江期花岗岩。

该沟在“8.14泥石流”之前未爆发过泥石流灾害，“8.14”期间受强降雨影响，爆发的泥石流在河道内堆积，堆积扇体不规则，表面坡度较缓，总体倾向下游。堆积体宽约 150m，长约 120m，堆积平均厚度20m左右，约15×104m3，堆积杂乱，分选性差，块石最大粒径1～2m，以粒径30～60cm块石居多，约占30％，堆积体主要以粉质粘土为主，约占50％。堆积体掩埋原道路，并抬高河床约3～4m，在桥下堆积，使水位离桥面只有3～4m。两岸斜坡陡峻，不良地质现象发育，沟口扇形堆积地形发育。该沟正处于发展期。

2.2.2 罗宝树泥石流

位于渔子溪右岸南华隧道外侧，该段公路以临时便道形式通过。主沟沟长1.83km，流域最高点位于罗宝树，高程 2610m，沟口高程 1020m，相对高差1590m，主沟平均纵坡降 624‰。流域平均宽度0.8km，流域面积1.34km2。流域内出露岩层主要为花岗岩，流域呈“V”字形沟谷，地形陡峻。

该沟在“8.14”泥石流之前曾爆发过泥石流。沟口为新近发生泥石流堆积体，堆积坡度约15°～20°，扇缘宽110m，高约80m，平均厚度6～10m，前缘已被河水侵蚀切割，堆积物主要以粉质粘土和粒径20cm以下的小块石为主，约占80％，有少量大粒径块石，最大粒径可达1.5m。在沟口左侧斜坡上部可见到老的泥石流堆积体，距离河流水面约40～50m，堆积体被两条河流侵蚀切割，堆积厚度约25m，分选性较差，主要以粉质粘土和粒径20cm以下的小块石为主。该沟域内两岸斜坡陡峻，不良地质现象发育，物源丰富，河道受挤压明显，沟口扇形堆积发育，新老泥石流堆积体呈叠置式外延，可见该沟正处于发展期。

3 震后泥石流对公路的危害

泥石流灾害呈现规模大、数量多、爆发突然、来势凶猛、危害面广等特点，而且活动频繁［2-5］；映卧路呈带状分布，沿渔子溪流域河谷迂回曲节行进。回旋躲避泥石流的余地小，即使是小规模的泥石流灾害也对公路造成严重的影响。根据野外调查，该区内泥石流对公路的危害可简单归结为：掩埋和堵塞、冲击和淘刷等。

（1）掩埋和堵塞 泥石流具有很强的输送固体物质能力，能输送大量固体物质，泥石流携带的固体物质可将路基桥涵及道路淹埋，中断交通，如瓦司沟泥石流、部分坡面泥石流等。

泥石流体的颗粒粗大，巨砾多，常夹带大量的树枝和断木残体，往往堵塞公路桥涵，使其不能发挥应有的泄洪作用。堵桥危害，一般是中型沟谷泥石流造成，如一号桥、二号桥泥石流和银厂沟泥石流（图2）。堵涵危害，则多数是冲沟泥石流所致。

图2 银厂沟泥石流堵塞桥梁Fig.2 Yinchanggou debris flow blockage bridge

（2）冲击和淘刷 泥石流冲击力强，颗粒越粗，流速越大，冲击力越大，其破坏力也越大，往往容易毁坏桥涵及公路构筑物，公路沿线如南华隧道进口处崩塌+坡面泥石流摧毁了在建的钢筋棚洞，道路多处挡墙被冲毁（图3）。

图3 南华隧道进口坡面泥石流冲毁钢筋棚洞Fig.3 Destroyed by debris flow on slope

泥石流侵占河床、河面，迫使河水改道，都会带来冲刷淘蚀公路或桥梁的桥墩，造成路面悬空垮塌断道。如南华隧道进口处，由于上游泥石流不断抬升、挤压河道，导致该处路基挡墙被流水掏空，造成路基塌陷。

4 震后泥石流防治措施分析

（1）小型坡面型泥石流

应以生物防治为主，辅以工程措施，工程措施如清理泥石流堆积体，内侧设拦挡措施等；

（2）大型坡面泥石流

针对区内物源丰富，形成大型坡面泥石流的地段，线路应以绕避，或采取明洞、排导槽等工程。

（3）沟谷型泥石流

对治理难度大、代价高的泥石流沟道，公路线路应采用桥梁工程或隧道工程方案避让，如肖家沟泥石流、大阴沟泥石流等。对于治理难度小，代价低的泥石流，采用拦挡、固坡等工程，如七层楼沟泥石流等。

5 结论与建议

（1）映卧路沿线受地层岩性、地质构造、新构造运动、河谷地貌、气候坏境等控制，“5.12”地震的强大作用力导致坡体岩土体松动，造成沿线崩滑流堆积体密布；受2010年8月13日至14日强降雨的影响，沿线发生多处大规模的泥石流灾害；映卧路沿线沟谷属于泥石流高发区。

（2）针对该区泥石流的发育特征，建议采用生物防治与工程相结合的综合治理方法，使工程治理与环境保护相协调。

［1］唐川，张伟峰，黄达.美姑河牛牛坝水电站库区泥石流基本特征［J］.防灾减灾工程学报，2006，26（1）：129-135.TANG Chuan，ZHANGWeifeng，HUANG Da.Features of debris flow in reservoir of hydropower station in the Meigu river of Jinshajiang［J］.Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2006，26（1）：129-135.

［2］沈军辉，李永林，王小群，等.二郎山公路隧道泥石流地质灾害及防治［J］.中国地质灾害与防治学报，2005，16（2）：58-62.SHEN Junhui，LI Yonglin，WANG Xiaoqun，et al.The debris flow hazards of the tunnel in Erlang Mountain and its prevention［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2005，16（2）：58-62.

［3］贾留杰，沈军辉，刘维国.波罗水电站库区泥石流发育分布特征研究［J］.四川地质学报，2009，29（1）：55-58.JIA Liujie，SHEN Junhui，LIU Weiguo.Study of debris flows in the Boluo Hydropower Station drainage basin［J］.Acta Geologica Sichuan，2009，29（1）：55-58.

［4］沈军辉，王兰生.四川省西昌大桥沟泥石流及其工程危害性评价［J］.成都理工学院学报，2000（S）：209-212.SHEN Junhui，WANG Lansheng.An assessment of debris flow in Daqiaoguo，Xichang，and its harm fulness on hydroelectric project［J］.Journal of Chendu University of Technology，2000（S）：209-212.

［5］邹小虎，沈军辉，崔建凯，等.鲜水河下游泥石流发育分布特征研究［J］.地质灾害与环境保护，2007（1）：33-37.ZOU Xiaohu，SHEN Junhui，CUI Jiankai，et al.Study on the debris flow distribution characteristics of the lower Xianshui river［J］.Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，2007（1）：33-37.