澜沧江巴迪沟泥石流灾害及防治对策

2012-08-01周洪福聂德新刘惠军

成都理工大学学报（自然科学版） 2012年1期

周洪福聂德新刘惠军

（1.成都地质矿产研究所，成都610081；2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

云南省迪庆州维西县巴迪沟位于澜沧江左岸、巴迪镇下游0.5km处，沟口距里底坝址4.9 km（直线距离4.2km），有常年流水从沟内流出，为澜沧江上游较大的冲沟之一。

巴迪沟在历史上发生过多次泥石流，其中以1986年8月份的一次最大。该次泥石流从爆发至消退历时约1d，泥石流高峰期冲高约为2～3 m，冲深1～2m，对泥石流沟口的德钦—维西公路造成了较大的破坏。今后如果该沟继续爆发较大的泥石流，不仅对沟口公路和行人的生命、财产造成破坏，而且还会严重威胁里底水电工程的建设和运营。

1 环境地质背景

1.1 地形地貌特征

巴迪沟流域内地势东高西低，海拔高度1 780～4 200m，最大相对高差2 420m，为中高山分布区。主沟床全长约12.79km，主沟床弯曲系数1.083（主沟床实际长度与其直线长度之比），总体坡降比10%～12%。流域形态以巴迪河为界北宽南窄，总体呈北东东向不对称带状展布，流域面积达24.82km2。完全具备泥石流孕育的地形、地貌条件。

1.2 水系特征

巴迪沟流域内水系具梳状特征（图1），发育支沟32条，长度207～1 404m不等，平均为670 m左右，多为季节性流水冲沟。巴迪河为常年流水性河流，水源主要由高原融雪补给。冬季水流较小，现场实测资料表明，一般流量为0.765～0.816m3／s，平均为0.795m3／s；夏季较大，约为冬季的3～5倍。

图1 巴迪沟流域水系分布图Fig.1 Distribution of the water system in the Badi gully drainage area

1.3 地层岩性

研究区出露的地层主要是二叠系板岩、片岩、千枚岩和一些中酸性火成岩以及第四系松散堆积物。地层总体上呈南北向延伸，其走向与区域构造线走向比较接近，岩层产状为264°～280°∠60°～80°，总体较为稳定。第四系松散堆积物主要分布在沟道两侧边坡表部和沟口处，主要包括泥石流堆积物、滑积物和残坡积物等。

1.4 地质构造

里底地区的断裂较为发育，其中较大的断裂一共有10条，大部分断裂呈近南北走向，倾向北西西或南西西方向，并伴随着少量近东西向的小断裂。由于区内断裂发育，导致断裂及附近的岩体较为破碎，在暴雨情况下容易发生各种滑坡及山体崩塌等地质灾害，形成大量的松散堆积物，为各泥石流沟提供了丰富的物质来源。

1.5 降雨条件

维西县年降水量变化频度较大，总体表现为雨热同季，冬春干旱、夏秋多雨的特征。多年平均降雨量为968.4mm。每年雨季（4～10月份）降雨量为731.4mm，占全年降雨量的75.5%；特别是7～8月份降雨量为271mm，占全年降雨量的28%，近1／3（图2）。旱季降雨量为236mm，占全年降雨量的24.5%。受地形影响，高山区降雨较河谷区要多。

图2 维西县历年各月份平均降水量柱状图Fig.2 Annual rainfall statistics of Weixi County

2 泥石流特征

2.1 泥石流物源区

物源区大致位于干别沟以东（包括干别沟）海拔高度3.3km以上的地段，区内植被发育，主沟床长约5.58km，占总沟床长的43.63%。该段河床坡度6°～8°，坡降12.8%。河谷呈大致对称的“V”形谷，沟谷高差500～700m，主沟床两侧坡面多为高大的树木生长区，谷坡的坡度变化较大，接近源头处一般为35°～40°；靠近流通区坡度变陡，一般为45°～60°。区内除干别河与厄律齐沟的规模较大外，其他均为有植被覆盖的小支沟。支沟与主沟床呈大角度相交（＞60°），部分近正交。

区内物理风化作用强烈，主沟床与支沟内总体上均以侵蚀作用为主，但在部分支沟内有坡体垮塌后的松散堆积物残留体。比较有代表性的支沟是厄律齐沟与干别沟，它们为泥石流的重要物质来源区。

厄律齐沟长约1.4km，宽5～8m，呈NE12°方向延伸，沟内植被不发育，堆积了大量泥沙石块，堆积物中块石直径0.5～3m，最大见有6m左右，其中淹埋有直径约为0.3～0.5m的大树（图3）。干别沟为常年流水性冲沟，水流量约为5～10L／s，沟长1.2km左右，上部宽5～6m，下部较窄，仅2～4m，总体呈南北向延伸，平均坡降41.73%，近坡脚处＞60%。因坡降比大，水流速度较快，尤其在洪峰期，洪水携带的沟床中的块石对沟床的磨蚀、冲蚀作用强烈，沟床不断侵蚀下切，基岩大范围出露，形成槽状河道。

图3 厄律齐沟内的松散堆积体Fig.3 Loose materials in the Elüqi gully

图4 巴迪沟物源区堆积物固体颗粒级配曲线Fig.4 Loose materials grading curve of the source region in Badi gully

为研究巴迪沟泥石流堆积物中的固体颗粒的级配特征，在物源区取了4组样进行粒度分析试验。结果表明，4组样品的级配特征较为接近，其级配曲线的总体趋势也较为一致（图4）。由计算可知，4组样品的不均系数（Cu）为10～50，平均为33.167；曲率系数（Cc）为0.805～4.379，平均为2.153；离散度为15～35.714，平均为25.928（表1）。可以看出，巴迪沟泥石流堆积物具有颗粒级配良好、离散度较大的特点。the Badi gully source region

表1 巴迪沟物源区堆积物固体颗粒特征粒径Table 1 Characteristic particle sizes of loose materials in

2.2 泥石流的流通区

流通区大致为干别沟与巴迪洛村之间的地段，海拔高度介于2.2～3.3km，段内主沟床长约4.34km，占总沟长的33.9%，沟谷宽12～30m。河谷形态总体呈现为“V”形，局部较宽段具“U”形特征。“U”形与“V”形的交替变化，造成河谷时宽时窄，平面上呈串珠状分布。但从整体来看，左侧谷坡相对较陡，坡度50°～64°；右侧谷坡稍缓，坡度40°～52°。总体上向下游河谷呈变宽趋势。段内主沟床坡度变化不大，为12°～15°，坡降比25%～28%。

该段内主沟床既有冲刷侵蚀，又有淤填堆积，明显受季节性控制。总的来讲是旱季以淤填堆积为主，雨季以冲刷侵蚀为主。淤填堆积与冲刷侵蚀常常交替进行，早期的淤填物堆积体在后期冲刷侵蚀作用下被切穿，之后又被泥石流淤填堆积。尤其在沟谷较宽的“U”形段，常常是半边淤积堆填，半边侵蚀下切。淤填堆积物中，主要为直径大小悬殊、分选较差的块石堆，块石的块径从数十厘米到数米均可见到，在部分地段还保留有形态残缺的“石埂”（图5）。

图5 巴迪沟流通区内残留的“石埂”Fig.5 Residual“rock rail”in the drainage region of the Badi gully

2.3 泥石流堆积区

堆积区主要位于巴迪洛村以西至沟口，海拔高度1 780～2 200m，段内主沟床长约2.87km，河谷总体变宽，约为20～40m，局部＞50m。主沟床坡度较缓，约为7°～9°，纵坡降为15%～17%。主沟床两侧谷坡的坡度为40°～50°，沟谷呈明显的不对称“U”形，左侧坡面较陡，右侧坡面较缓，均有一定的植被分布；但右侧坡面植被相对稀疏，且分布有大片农田。

由于沟谷总体变宽，泥石流流至该段时骤然散开，流体的动能降低，所携带的块石、泥沙的固体物质很容易在沟床中淤填堆积下来，淤填厚度3～10m，局部在15m以上，沟床被逐步淤高，在出口处形成泥石流堆积扇。堆积扇在平面上呈不对称扇形（图6），向澜沧江凸出，扇长95m左右，前缘扇宽130～140m，最大堆积厚度15～20m，堆积扇体积约为4.275×104m3。堆积物中可见有板岩、片岩、灰岩、砂岩、闪长岩及辉绿岩等多种岩性的块石（＞10cm）。其中以板岩、片岩为主，约占60%左右，磨圆度相对较差，多呈棱角状或半棱角状，块径0.1～1.5m，差异较大，平均为0.3～0.4m；灰岩、砂岩约占25%，有一定磨圆度，块径多为0.1～0.3m；闪长岩、辉绿岩占15%左右，磨圆度较好，块径一般＜0.3m。

图6 巴迪沟口泥石流堆积扇Fig.6 The debris flow accumulation fan in the mouth of the Badi gully

3 泥石流危害及成因分析

3.1 泥石流危害

巴迪沟泥石流物质来源丰富，沟床比降大，在历史上曾经发生过多次较大规模的泥石流。对巴迪沟居民的访问调查表明，自20世纪40年代以来，共发生过4次较大的泥石流，分别为1945年1次（大概时间）、1986年2次（5月份1次，8月份1次），2004年7月份1次。其中以1986年8月份的最大，该次泥石流从爆发至消退历时约1d，其物源主要来自厄律齐沟，其次是干别沟，为受暴雨激发后山体垮塌所致。泥石流峰期冲高约为2～3m，冲深1～2m。对沟床结构调查时发现沟床内残留的泥石流的泥迹、泥痕高度与峰期冲高值基本吻合（图7，图中泥迹高度2.2m），表明调查资料比较可靠。

从调查资料可以看出：①巴迪沟内几次大的泥石流均发生在降水量较大的暴雨季节（5～8月份），时段相对集中，具有明显的时控特征。②巴迪沟一次大型泥石流发生时的冲高一般为2～3 m，在主沟床内的冲深大约为1～2m。③巴迪沟的大型泥石流具有较强的破坏性，往往可以摧毁树林，冲蚀农田和沟口的公路，并且泥石流物质淤积在水电站库区将减少水库容量。由于泥石流沟距离大坝较近，如果一次性下来的泥石流物质较多，可能淤积在坝前并且堵塞发电进水口，造成较大的危害。

图7 巴迪沟1986年泥石流淤填堆积被2004年泥石流冲开后的泥痕Fig.7 Mud marks of the Badi gully debris flow in 1986burst by the debris flow in 2004

3.2 泥石流成因分析

泥石流物源的形成要受到气候条件、地形地貌、地层岩性、地质构造等多个方面的影响。调查表明，巴迪沟具备了良好的泥石流形成条件：

a.巴迪沟所在区域在每年雨季（4～10月份）降雨量为731.4mm，占全年降雨量的75.5%，特别是7月份和8月份的降雨量为271mm，占全年降雨量的28%，近1／3。这种集中降雨对于巴迪沟泥石流的启动具有激发作用。

b.巴迪沟的沟口海拔高度1 780m，沟底4 200m，相对高差2 420m。主沟床全长约12.79km，总体坡降比10%～12%，这种地形条件对于沟床松散物质的启动非常有利。

c.处于海拔高度3km以上的地段，由于日温差变化较大，岩石热胀冷缩较为强烈，尤其是雪线附近，在冬、春季节交替过程中，冻融作用强烈，岩石频繁的张弛有利于物理风化作用的进行，特别是在植被较少或基岩祼露的沟床、山崖等地段，这种物理风化作用更为明显。

d.坡体结构与物源的形成有紧密的联系，巴迪沟主沟为与岩层走向近于垂直的横向谷，板岩、片岩的层理与节理裂隙及坡面的组合较为有利（受断层带影响的除外），一般难以形成大的崩、滑体，因而不会产生大量的固体物源；支沟为与岩层走向近于平行的纵谷，板、片岩的层面与节理裂隙及坡面的组合极为不利，这样的沟谷中特别容易形成岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡，各类结构面的密集交切容易造成坡体结构的破坏而形成崩、滑体，从而产生大量的固体物源。该类物源在流域内较为丰富，但集中分布在各个支沟中，这也是巴迪沟几次泥石流物质均来源于支沟的原因。

e.人类的耕种、砍伐等生产活动，对物源区的植被和坡体造成了一定程度的破坏，促进了地质条件的恶化，也可以造成坡面的局部崩滑而产生松散的固体堆积物（图8）。

4 防治对策

泥石流的防治是当前地质灾害研究中的一个热点问题，众多的学者对各种类型泥石流的防治措施进行了大量的探讨和研究，既有针对单条泥石流沟的防治措施研究［1－4］，也有应对区域上泥石流灾害的防治措施研究［5－8］。这些研究均是在现场调查的基础上，针对泥石流沟的特点和威胁对象，采取有针对性的防治措施，取得了较好的效果。

巴迪沟泥石流物质来源主要是支沟内边坡表部风化破碎岩体以及人类工程活动造成的局部崩滑体，泥石流威胁的对象主要是公路和水电工程。因此，针对泥石流沟的地形地貌特征、物质来源（松散堆积物）的分布特征、沟槽形态、威胁对象等情况，对巴迪沟泥石流的防治应该采取“以防为主，防治结合”的总体原则，以监测预警为主，辅以必要的工程措施和生物措施。

a.监测预警措施：在泥石流物质来源的2条主要支沟（干别沟和厄律齐沟）设置雨量计，在雨季，特别是暴雨季节严密监视降雨量值。一旦降雨量较大，立刻发布预警信息，及时疏散泥石流可能威胁到的人员和财产。另外，在暴雨季节采用人工巡防排查的方法，对泥石流沟道两侧原有滑坡体物质的稳定情况以及下滑后堵塞沟道的情况进行及时的巡视，一旦发现滑坡堵塞沟道或者沟道内流水颜色变黄等危险情况，应及时通知有关部门并采取相应的对策。

b.工程措施：在泥石流沟道内较大滑坡体物质处采用挡土墙的方式，固定滑坡体松散堆积物。在沟口修建排导槽和防护堤，防治泥石流物质进一步冲刷沟道两岸边坡；并且扩大公路过水涵洞，避免泥石流物质的堵塞。

c.生物措施：在海拔高度3km以上的物源区实行封山育林，严禁一切森林砍伐行为。在海拔高度1.8～3km之间的沟道两岸边坡地带恢复植被，严禁开荒种地，并且种植乔木或者高大的经济林。通过生物措施改善流域内的汇流条件，控制水土流失，从而从根本上减少泥石流的物质来源。