兴海县多宗隆哇泥石流形成条件及防治

王春山，周洪福，聂德新

（1.成都地质矿产研究所，成都 610081；2.成都理工大学，成都 610059)

青海处于三江源头，高海拔和严寒干旱的自然条件使得生态环境脆弱。其东部黄土高原区[1]泥石流、滑坡等灾害时有发生，涉及到21个县。据近40年间不完全统计，青海省山洪、泥石流等造成的经济损失5.6 亿元，死亡人数达562人[2]。暴雨、山洪、泥石流灾害主要分布于黄河干流海南州的兴海县以下和整个徨水流域及大通河流域的门源、黑河流域的祁连等县境内，常见于6～9月，具有形成快，来势猛,规模大，损失重等特点。对兴海县各乡镇泥石流灾害的统计资料表明兴海县为泥石流的多发地区（表1）。

表1 兴海县各乡镇泥石流主要要素统计表

多宗隆哇泥石流沟位于兴海县中铁乡黄河左岸，该沟在上世纪90年代发生过多次较为大型的泥石流，导致多人和近百头牲畜的死亡，摧毁公路。因此对多宗隆哇泥石流形成的特点进行研究并对其进行必要的防治显的尤为重要。

1 多宗隆哇流域环境地质背景

多宗隆洼流域内山体雄厚，两岸冲沟发育，冲沟多为“V”字形。分水岭最高高程为4 319m，最低高程为与黄河的交汇处，高程为2 750m。平面上看，多宗隆洼流域呈长条状，除主沟外发育有数条较大的支沟。出露的地层以二叠、三叠系最为齐全，前石炭系、石炭系、侏罗系、第三系均有不同程度的出露，中生界缺失白垩系地层。流域内岩层倾向北西，倾角范围在45°～74°，为单斜构造。在两侧分水岭发育北东走向的背斜和向斜。区域内发育一系列的东西走向的正断层和逆断层，在多宗隆洼中部，靠近中铁乡的位置有两条较大逆冲断层通过。雨季集中在六月至九月份，占年,降雨量的80%，年降雨量为345.41～369.21mm，多年平均蒸发量为1 546.21mm，年最大蒸发量1 787.5mm，最小蒸发量为1 311.2mm。

2 泥石流特征

多宗隆哇流域面积为144.3km2，汇水面积为126.7 km2，沟长28570m，其流域冲沟密布，主要的深切冲沟有色楼支沟、多则隆哇支沟、章达支沟和果日切支沟（图1），平均坡降为54.50‰。可见多宗垄沟的平均坡降较小，而其他各支沟的坡降在100‰～150‰（表2）。

表2 多宗隆哇主沟及支沟特征表

多宗隆哇具有典型的分区特征，可以分为清水区、形成区、流通区和堆积区4个区（图2）。多宗隆哇有别于其他泥石流沟的地方在于堆积区并非位于沟口，而是位于距沟口约有2km 的上游宽阔部位。

图1 多宗隆洼流域三维展示图

图2 多宗隆哇泥石流分区图

2.1 清水区

受地形影响呈条带状，汇水面积约56.3km2，地形较陡，坡度为40°～55°。植被覆盖良好，局部地方有基岩出露，水土流失不严重，冬季冰雪覆盖。沟道较发育，为泥石流的形成提供了必要的条件。

2.2 物源区

植被覆盖85%以上，“V”型谷，水土流失少。物源零星分布于区内，主要为河道两边崩坡积物、小型滑坡、细沟泥石流及主沟河床沟底的再搬运物质。固体物质储量见表3。

2.3 流通区

沿沟谷分布，总体呈“V”字型，长近12km，平均坡降为43‰，面积约2.3km2，总体方向为32°。流通区总体较为顺直，局部迂回弯曲，区内卵砾石发育，局部有漂砾。

2.4 堆积区

沟谷开阔呈长条形，典型的“U”型河谷，长约4.1km，面积为约1.2km2。与流通区交界处沟底宽由10～20m变为60～80m，由于势能降低大量物质堆积。堆积区地势平坦，没有大型的堆积扇。由于沟道较长，因此历次的泥石流在堆积区造成的破坏较小，该区中部可见数十年的树木存在。

表3 多宗隆哇流域固体物储量统计表 单位(m3)

3 泥发育历史及易发性判断

多宗隆哇在历史上多次发生泥石流，最早一次大规模泥石流发生在1958年，冲毁房屋2间，导致一家4人全部死亡。1992年7月16日章达支沟发生泥石流，冲毁帐房2顶，牛20头，羊80只。1998年7月爆发的泥石流冲毁在建公路，致使施工单位损失数百万元。多宗隆哇泥石流爆发频率在8～10年/次。

考虑诱发泥石流的各种因素，如崩滑严重程度、泥沙沿途补给程度、河沟纵坡坡降、沟内植被覆盖状况等共15个要素，采用数量化综合评判法对多宗隆哇泥石流进行评判，对各要素逐项打分，进行累计，得到多宗隆哇现状发生泥石流易发程度评分为73分，经过比对多宗隆哇流域的泥石流的易发程度为轻度易发。各因素中崩塌滑坡及水土流失、泥沙沿途补给长度比、河沟纵坡度、构造影响程度、岩性影响、沟岸山坡坡度和产沙区松散物横断面等7个因素较为活跃，对泥石流的发生起到主要的作用。

4 泥石流运动及力学特征

4.1 泥石流流速

利用泥石流的易发性与重度的对应关系得出多宗隆哇泥石流的的容重为1.502 t/m3，属稀性泥石流。由于多宗隆哇泥石流为西北地区稀性泥石流。斯里勃内依公式按清水动能与挟沙相等的概念出发，从稳定均匀流推导而来，适用于水石流和稀性泥石流，经过铁道第一勘察设计院改进更适用于西北的泥石流，因此本次对于多宗隆哇泥石流流速计算的公式选择铁道第一勘察设计院改进的斯氏公式是非常恰当的。在多宗隆哇主沟选取3个典型剖面，经计算泥石流流速分别为3.87m/s、2.11 m/s和3.77 m/s。

4.2 泥石流流量

用雨洪法和泥痕法求得了多宗隆哇流域泥石流的流量，在雨洪法中用拉氏公式求得泥石流流量为294.04m3/s，东川公式求得泥石流流量为292.53m3/s；利用泥痕法求得的泥石流流量在各剖面上的数值分别为247.68 m3/s、130.82 m3/s和196.04 m3/s。雨洪法中求得的数值比泥痕法要大，这是因为雨洪法中的洪峰流量采用的最大日降雨量的结果。为了保有一定的安全裕度，这里选用292.53m3/s 作为多宗隆哇泥石流的流量。

4.3 泥石流冲击力

泥石流对相遇目标的冲击力包括两种，一是泥石流体的整体冲击力，二是泥石流中大石块的冲击力。

泥石流的整理冲击力通常采用下面的公式计算：

式中：F—泥石流整体冲压力，tf/m2；g—重力加速度，9.8m/s2；α—受力面与泥石流冲压力方向所夹的角，（°）；λ—受力体形状系数，方形为1.47；矩形为1.33；圆形、尖形、圆端形为1.00。

单块块石的最大撞击力按下式计算：

式中：Fs—单块巨石的撞击力，tf；γ—动能折减系数，正面撞击时取0.3；α—受力面与泥石流撞击面撞击角；C1、C2—巨石与建筑物的弹性变形系数，若采用船筏与桥墩台的C撞击系数，C1+C2=0.005；W—巨石重量（tf）。

前面计算已得到泥石流容重和流速，泥石流冲压方向与受力面的夹角即为沟槽坡度，为了方便计算，这里选用多宗隆哇主沟坡度4°，多宗隆哇沟谷多为“V”型谷，因此受力体形状选矩形较为合适，λ=1.47。将上述参数代入公式8-8，得泥石流总体冲击力F=0.32 tf/m2。对于单块泥石流冲击力的计算，还需要巨石的重量。多宗隆哇地区已砂岩和板岩为主，且节理发育，因此形成的泥石流堆积物中固体物质颗粒多在10～70cm之间，有少量块石粒径在1m以上，这里选1.5m作为最大巨石的粒径，岩块密度为2.71g/cm3，经计算多宗隆哇单块块石最大撞击力Fs=1.89×104N。

5 泥石流防治对策[4][5]

因此根据多宗隆哇泥石流的形成特征，土木工程综合治理措施主要包括以下3个方面:

1）稳，主要是在泥石流形成区植树造林，在支、毛、冲沟中修建谷场，其目的在于增加地表植被、涵养水分、减缓暴雨径流对坡面的冲刷，增强坡体稳定性，抑制冲沟发展。

2）拦，主要是在沟谷中修建拦挡坝，用以拦截泥石流下泄的固体物质，防止沟床继续下切，抬高局部侵蚀基准面，加快淤积速度，以稳住山坡坡脚，减缓沟床纵坡降，抑制泥石流的进一步发展。

3）排，主要是在沟谷下游修建排导槽，防止泥石流对下游居民区、道路和水电设施的危害。

在生物措施方面，由于多宗隆哇植被覆盖率高达85%以上，可有效的防治水土流失。但在调查中发现草原上鼠害较为严重，一方面老鼠啃食草根，使牧草死亡，另一方面鼠洞是表部土体松散。因此应进行鼠害的处理。

多宗隆哇属于放牧区域，居住人口多集中在中铁乡，因此在风险管理方面应采取以下措施：①对居住在沟内危险地段的牧民应予以劝导搬迁至安全地带；②与中铁乡政府联合，在牧民中加强泥石流灾害及避险的相关知识的宣传，加强泥石流技术的培训，通过对县、乡、村群测群防管理人员、监督人员，监测预警点人员及乡、村级专职监测人员等进行技术培训，使他们掌握泥石流的成因、特征、活动演变规律及危害，泥石流发生先兆的判断标志等，掌握简易监测预报方法、泥石流巡查方法，监测预警点的运行操作等基本知识和技能，以指导当地群众性对泥石流的监测和防灾工作的开展；③在泥石流的危险地段安置警告标志，使牧民在放牧中对泥石流危险有所防范。

6 结论

经上述分析，多宗隆哇泥石流具备上述特征：①多宗隆哇植被覆盖良好，岩性多样，岩体呈单斜产出，断层构造发育；②该沟从基本形态特征上具有明显的清水区、物源区、流通区和堆积区,并且各区功能显著,具备典型沟谷型泥石流特征；③多宗隆哇泥石流爆发频率为8～10年，通过判定属轻度易发；④运动及动力学分析表明多宗隆哇泥石流具有较快的流速、较大流量和巨大的冲击力；⑤根据对多宗隆哇泥石流的研究，应对其进行全面、合理的防治对策。

[1]崔志勇,李为民,钟鸿.青海省地质灾害现状及预防对策[J].青海大学学报(自然科学版),2008,26(4):77～80.

[2]杨丽萍,荣艳.青海省的主要灾害类型与防灾减灾对策[J].灾害学,2011,16(1):78～83.

[3]吴积善,田联全,康志成,等.泥石流及其综合治理[M].北京:科学出版社,1993.

[4]周必凡,李德基,罗德富,等.泥石流防治指南[M].北京:科学出版社,1991.