茨里沟泥石流灾害评价

周　伟，吴　翼

(核工业德阳金阳岩土工程有限公司，四川 德阳 618000)



茨里沟泥石流灾害评价

周伟，吴翼

(核工业德阳金阳岩土工程有限公司，四川 德阳 618000)

摘要：“5.12”地震后，灾区地质环境十分复杂，区内滑坡、崩塌等地质灾害发育，为泥石流发育提供了大量松散物源，在强降雨条件下，极易形成泥石流灾害，严重威胁灾区人民的生产生活[1]。通过汶川县茨里沟灾害调查评价，详细分析了该泥石流成因机制、发生频率、发展趋势和危险性程度，通过计算泥石流基本特征值，提出“以拦为主”的防治措施，使泥石流威胁区域内危险程度降低，对改善当地地质环境和生态环境，防灾、减灾效益和社会效益明显[2]。

关键词：茨里沟；泥石流；灾害评价；基本特征值；防治措施

受“5.12”汶川地震影响，地震灾区两侧山体结构遭到严重破坏，沟内及两岸的崩塌、滑坡等松散固体物质急剧增加，充足的物源条件使泥石流的爆发变得更加频繁[1-3]。灾区山高坡陡，地形复杂，地势险峻，地形条件成熟。最近几年震区暴雨集中，雨量大，水源充足。因此，泥石流灾害发生风险性非常大，故开展泥石流灾害评价对该地区的抗灾、减灾、防灾等工作提供科学依据具有很重要的意义[4-5]。

2013年7月，西南地区普降大雨。7月10日汶川县茨里沟暴发泥石流，冲出固体物质约7 000 m3，泥石流冲出物已堆积至茨里沟水库尾部沟床内，严重威胁茨里沟水库安全及水库下游村民、通村公路及其附属设施等。文章通过调查研究茨里沟泥石流的特征、成因、危险性及未来发展趋势，并提出有效的防治措施，为该沟泥石流防灾减灾提供依据。

1　水文、地质特征

1.1气候水文特征

茨里沟位于汶川县威州镇南沟上游段，区内受西南和东南暖湿气流共同影响，使区内具冬季气候干燥，夏季温暖湿润多雨的东亚季风气候特征，属暖温带大陆性半干旱季风气候区。区内多年平均降水量为528.7 mm，日最大降水量79.9 mm。

茨里沟水源补给主要来自大气降水，流量受降水量影响较大。沟域内支沟发育，且分布不均匀，大都集中在主沟的右岸和茨里水库以上，较大的支沟从上往下有石水干沟、水槽头沟、掉洪崖沟、冲尖子沟。

1.2地层岩性特征

区内出露的地层主要有震旦系上统灯影组(Zbdn)和泥盆系月里寨组(Dyl)和第四系地层。震旦系上统灯影组(Zbdn)岩性主要为硅质岩、粉砂质页岩、白云岩等。泥盆系月里寨群(Dyl)岩性主要为灰色薄～厚层状灰岩与灰色千枚岩、白云岩、变质石英砂岩、黑灰色炭质千枚岩等。第四系松散堆积层主要为碎块石土，结构松散，碎块石分选性和磨圆度较差，以泥石流堆积物(Q4sef)和冲洪积物(Q4al+pl)为主，含大量碎块石和漂砾，含量多在50%，其成分复杂，岩性以白云岩、灰岩、砂岩、千枚岩、板岩等为主。

2　泥石流分析

2.1泥石流成因分析

2.1.1地形条件[6]

茨里沟流域形态为树叶状(见图1，图2),沟域面积约4.48 km2，沟道纵向长度约2.7 km，流域分水岭处高程3 200 m，最大相对高差1 440 m，平均纵坡降411‰，见图3。根据现有松散固体物源的分布、泥石流形成条件及运动机制，将茨里沟泥石流沟域划分为：清水区、形成流通区、堆积区三段。清水区为高程3 200 m～2 740 m段，该段沟道沟床纵坡坡降在533‰左右，冲刷痕迹不明显，沟谷较窄，宽3 m～8 m，谷坡坡度30°～70°，区内沿沟道两侧均有不连续的基岩出露，植被发育程度较发育。形成流通区为高程2 749 m～1 809 m段，区内支沟发育，崩塌、滑坡等物源集中点较多，且沟道狭窄，沟床纵坡坡降大，平均583.7‰，利于块碎石等物质的排泄，沟谷岸坡较陡，坡度30°～70°，谷坡上主要为杂木及杂草，为松散物质主要分布区域，沟道内物源较丰富，在暴雨季节容易在陡峭的地形下启动形成泥石流，见图4。高程1 809 m至茨里水库尾水段(1 758 m)沟道平缓，平均坡降约126.1‰，堆积大量沟道物源，为泥石流堆积区。

2.1.2物源条件

(1)沟道堆积物源

泥石流沟道堆积物源主要是沟道内的松散固体物质及上游崩塌滑坡进入沟道内物质，见图5。在强大的水动力条件下，泥石流刨蚀沟床，对沟床揭底冲刷，裹挟大量沟床堆积物质形成大规模的泥石流，造成巨大的危害。据本次调查，沟道松散固体物源总量达6.1×104m3，动储量为1.75×104m3。

图1茨里沟泥石流整体地形地貌

图2茨里沟泥石流平面图

(2)崩塌堆积物源

崩塌堆积物源主要分布于沟道两侧基岩出露且坡度较陡的地段。该类物源主要是“5.12”汶川特大地震诱发，后在“7.10”强降雨作用下加剧了崩塌的发生和规模。茨里沟上游崩塌物源有2个(B1、B2)，该类物源主要发育于风化裂隙发育区域，岩性多以灰岩、千枚岩为主。崩塌松散固体物源量1.25×104m3，动储量为0.2×104m3。

(3)滑坡堆积物源

滑坡堆积物源主要分布于沟道两侧，坡度一般较缓，主要为残坡积层受地震、地下水、降雨、坡脚流水冲刷等综合作用而诱发。沟域内发育2处滑坡，为小型滑坡。总储量为0.8×104m3，动储量为0.25×104m3。

图3茨里沟泥石流沟道纵剖面图

图4茨里沟泥石流形成流通区地貌

图5茨里沟泥石流沟道物源

茨里沟流域内固体物源主要为崩塌物源及滑坡物源和沟道物源，主要分布在形成流通区内，全域松散固体物源总量为7.35×104m3，动储量为2.05×104m3。

2.1.3水源条件[7]

表1　茨里沟泥石流特征雨值计算成果表

茨里沟流域降雨充沛，降雨频率雨值均已超过了泥石流界限雨值，成为暴发泥石流极为重要的因素。

2.2泥石流的成因机制和引发因素

泥石流是在一定的气象水文、地质构造、地形地貌等条件下形成和发展的，这些条件之间都有密切的关系，并且相互作用才促成泥石流的形成和发展[8]。

(1)降雨因素

在快速、强烈的水源条件下，松散碎屑物质有可能沿河床产生运移和移动，因此，水动力条件对泥石流的产生起着相当重要的作用。据统计，区内降雨丰富，短时降雨值远大于泥石流触发雨量。

(2)地质构造因素

茨里沟流域内，地层陡倾，岩性为灰岩、千枚岩，均属较坚硬岩，在长期的风化卸荷作用下易产生崩滑现象，为泥石流的暴发提供有利物源条件。

(3)地形因素

茨里沟相对高差较大，沟床整体呈由陡变缓的形态，沟床平均坡降411‰。陡峻的沟道更利于流水汇集，强大的水动力更能促使泥石流的发展。茨里沟沟谷两岸山体坡度以35°～50°为主，利于降雨和岸坡松散物质汇集。

(4)物源因素

沟谷暴发泥石流灾害其中一个必要条件就是存在足够的固体物质来源，松散固体物质的储备，是形成泥石流的物质基础，流域内动储量直接影响着泥石流的暴发频率和性质。茨里沟泥石流的物源主要为沟道物源、崩滑堆积物源组成，全流域松散固体物源总量为7.35×104m3，动储量为2.05×104m3。因此，茨里沟流域具备较丰富的物源条件。

茨里沟流域地形复杂，山高坡陡，地势险峻，区内物源丰富，且雨季降雨充沛，在适宜的地形、物源及水源条件，较易发生泥石流灾害。

2.3泥石流各区段冲淤特征

(1)清水区冲淤特征

茨里沟清水区坡度较大，沟谷纵坡较陡，平均在533‰左右，由于沟道两侧松散层较薄，植被覆盖较好，沟道底部见基岩出露，抗冲刷能力较强，所以清水区沟床主要为清水冲刷。

(2)形成流通区冲淤特征

茨里沟形成流通区纵坡沟道纵坡陡峭，沟床相对狭窄，一般为3 m～8 m左右，沟道下切较强烈，形成流通区冲刷作用强烈，主要冲淤特征为冲刷为主。

(3)堆积区冲淤特征

堆积区沟道纵坡坡降较缓，主要为淤积特征。

2.4泥石流灾害史及灾情、危害性分析

(1)泥石流灾害史及灾情

2013年7月10日茨里沟支沟冲尖子沟暴发泥石流，冲出固体物质约7 000 m3，泥石流冲出物堆积至茨里水库尾部沟床内，泥石流虽未造成人员伤亡，但严重威胁茨里水库的安全运行及水库下游村民安全生产生活。

(2)泥石流危险区范围

据《泥石流灾害防治工程勘查规范》[9](DZ/T 0220-2006)，茨里沟泥石流潜在危险性等级为小型。茨里沟泥石流主要威胁对象是茨里沟及水库下游村民、通村公路及其附属设施等。

2.5泥石流发生频率和规模

茨里沟近年泥石流发生较少，属低频泥石流。从2013年7月冲出泥石流物质规模判断，属小型泥石流。受“5.12”汶川特大地震诱发，后在“7.10”强降雨作用下加剧了沟内崩塌、滑坡及沟道物源增加，流域内可参与泥石流活动的固体物源动储量为2.05×104m3，相当于2013年7月泥石流一次固体物质冲出量0.70×104m3的3倍。因此，茨里沟泥石流满足再次暴发条件，近期内暴发中～小型稀性泥石流的可能性大，故应加强相应的防治工作[10]。

2.6泥石流发展趋势预测

茨里沟属暴雨沟谷型泥石流，现阶段该泥石流已进入发展壮年期。对15项反映泥石流活动条件的因素进行综合评判并量化打分，再数量化评级标准进行评判。经打分统计茨里沟泥石流易发程度量化得分91分，属中度易发泥石流。

3　泥石流基本特征值的计算

3.1泥石流流体重度

3.1.1现场配浆法

参照2013年7月泥石流的性状，对茨里沟泥石流重度采用现场配浆法试验，试验计算结果如表2。

表2　茨里沟泥石流流体重度现场试验计算表

茨里沟泥石流重度为1.574 t/m3～1.675 t/m3，平均值为1.610 t/m3。

3.1.2查表法

茨里沟泥石流易发程度量化得分91分，按《泥石流灾害防治工程勘查规范》[9](DZ/T0220-2006)表G.2查表确定重度为γc=1.628 t/m3。

3.1.3综合取值

依据《泥石流灾害防治工程勘查规范》[9](DZ/T0220-2006)附录H、附录G以及现场配浆试验结果综合确定茨里沟泥石流重度取值为γc=1.628 t/m3。

3.2泥石流流量

3.2.1雨洪法

(1)清水流量计算

采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》[11]推荐的推理公式：

(1)

式中：QB为设计洪峰流量(m3/s)；i为最大平均暴雨强度(mm/h)；n为暴雨公式指数；τ为流域汇流时间(h)；S为暴雨雨力(mm/h)；F为流域集水面积(km2)。

据此，求得的各断面部位暴雨洪峰流量值详见表3。

(2)泥石流峰值流量计算

采用雨洪法求得泥石流峰值流量如表4。

表3　茨里沟暴雨洪峰流量计算表

表4　茨里沟泥石流峰值流量计算表

3.2.2形态调查法

形态调查法计算公式为：

Qc=WcVc

(2)

式中：Qc为泥石流断面峰值流量(m3/s)；Vc为泥石流断面平均流速(m/s)；Wc为泥石流过流断面面积(m2)。

泥石流重度为1.628 t/m3，泥石流流体性质则偏于稀性泥石流[12]，流速采用稀性泥石流通用公式进行计算：

表5　茨里沟泥石流流速计算表

表6　茨里沟泥石流流量形态调查法计算表

3.2.3综合取值

泥石流峰值流量采用表5雨洪法计算求得的结果。

3.3一次泥石流过流总量

据《泥石流灾害防治工程勘查规范》[9](DZ/T0220-2006)附录Ⅰ计算公式：

Q=0.264TQc

(4)

式中：Qc为泥石流最大流量(m/s)；Q为一次泥石流过流总量(m3)；T为泥石流历时(s)。

泥石流峰值流量为38.635 m3/s；泥石流历时T=1800 s；泥石流冲出量为Q=1.84×104m3。

3.4一次泥石流固体冲出物

据《泥石流灾害防治工程勘查规范》[9](DZ/T0220-2006)附录Ⅰ计算公式：

QH=Q(γc-γw)/(γH-γw)

(5)

式中:γw为水的重度(t/m3)；Q为一次泥石流过程总量(m3)；γH为泥石流固体物质的重度(t/m3)；γc为泥石流重度(t/m3)；QH为一次泥石流冲出固体物质总量(m3)。

茨里沟泥石流一次固体物质冲出总量约为QH=0.70×104m3(见表7)。

表7　一次泥石流总量及一次冲出固体物质总量

3.5泥石流整体冲压力

据《泥石流灾害防治工程设计规范》[13](DZ/T0239-2004)式计算：

(6)

式中：λ为矩形建筑物形状系数，取1.33；Vc为泥石流平均流速(m/s)；P为泥石流冲压力(kPa)；γc为泥石流重度(kN/m3)；α为建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角(°)。

泥石流整体冲压力计算结果详见表8。

表8　茨里沟泥石流沟整体冲压力计算表

3.6泥石流爬高和最大冲起高度

按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》[9](DZ/T0220-2006)附录Ⅰ计算公式：

(7)

式中：b为泥石流迎面坡度的函数；ΔHc为泥石流爬高(m)；ΔH为泥石流最大冲起高度(m)；Vc为泥石流平均流速(m/s)。

计算茨里沟泥石流最大中期高度为0.49 m，爬高为0.79 m。

4　防治措施建议

茨里沟沟道整体纵坡较大，形成流通区支沟发育，沟道物源和崩滑堆积物源发育，若暴发较大规模泥石流，大量的粗颗粒物质可能淤塞茨里沟的取水口，致使取水口闸门无法启闭，这将严重影响茨里沟的灌溉效益及防洪调峰作用，进而威胁到下游村民、沟口汶川县城及G213线的安全。

茨里沟泥石流灾害采取以防为主、防治结合的防治工程措施，以控制泥石流运动为主，建议在茨里沟尾水处修建拦挡坝，将上游冲下来的泥石流物质拦住，防止泥石流物质进入茨里沟，以防御和减轻泥石流灾害，保护当地居民生命财产安全。

5　结　论

(1)茨里沟流域形态为树叶状,沟域面积约4.48 km2，沟道纵向长度约2.7 km，平均纵坡降411‰。山高坡陡，地形复杂，地质沟道作用强烈，沟谷纵坡较大，冲刷较强烈，两岸覆盖层土质结构松散，植被稀疏，沟道淤积大量松散堆积物质，据统计流域内松散固体物源总量为7.35×104m3，动储量为2.05×104m3。沟域雨季雨量集中，在暴雨作用下易形成泥石流灾害。

(2)茨里沟泥石流的属小型暴雨沟谷型泥石流。茨里沟泥石流易发程度量化得分91分，属中度易发泥石流。威胁对象为茨里沟及水库坝址下方茨里组村民、通村公路及其附属设施等。受“5.12”汶川特大地震诱发和“7.10”强降雨作用，近期内暴发中～小型稀性泥石流的可能性大，故应加强相应的防治工作。

(3)经泥石流基本特征值计算，泥石流重度为γc=16.28 kN/m3，泥石流峰值流量为38.635 m3/s，一次泥石流冲出量为Q=1.84×104m3，固体物质冲出总量为QH=0.70×104m3，泥石流整体冲压力20.11 kPa，最大冲起高度为0.49 m，最大泥石流爬高为0.79 m。

(4)茨里沟泥石流通过采取以防为主、防治结合的防治工程措施，以控制泥石流运动为主，防御和减轻泥石流灾害，保护当地居民生命财产安全。整体治理思路为以拦为主，建议在泥石流堆积区修建拦挡坝，将上游冲下来的泥石流物质拦住，防止泥石流物质进入茨里沟水库。

(5)通过对茨里沟泥石流的调查研究和评价，使该泥石流威胁区域内危险程度降低，改善了当地地质环境和生态环境，防灾、减灾效益和社会效益明显。

参考文献：

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[13]中华人民共和国国土资源部.DZ/T0239-2004.泥石流灾害防治工程设计规范[S].北京：中国标准出版社，2004.

DebrisFlowHazardandEvaluationofCiliGully

ZHOU Wei,WU Yi

(NuclearIndustryDeyangJinyangGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.,Deyang,Sichuan618000,China)

Abstract：After the “5.12” earthquake,the geological environment of the inflicted area has become very complex,the development of landslide,collapse and other geological disasters in the area provides a lot of loose material source for the development of debris flow.Under the condition of heavy rainfall,it is prone to cause debris flow disasters,which will put a serious threat to the people's livelihood.Based on the survey and assessment of debris flow hazard of Cili gully in Wenchuan county,the debris flow formation mechanism,characteristics,frequency,risk degree and the development trend were analysed in detail.According to the calculation of the basic characteristics of debris flow value,the prevention measure of “retaining primarily” was put forward.This measure will reduce the risk of the onset of debris flows to the endangered area and improve the local geological and ecological environment,as well as enhance the benefits of disaster prevention and mitigation,along with other social benefits.

Keywords：Cili gully;debris flow;hazard evaluation;basic characteristic value;prevention measures

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.03.031

中图分类号：TU45

文献标识码：A

文章编号：1672—1144(2014)06—0154—06

作者简介：周伟(1988—)，男，四川石棉人，硕士，助理工程师，主要从事岩土体稳定性及工程环境效应等方面的研究工作。

收稿日期：2014-07-20修稿日期：2014-08-27