汶川县福堂沟泥石流成因及防治建议

赵玉林，叶晓华，唐晟

(四川九○九建设工程有限公司,绵阳 621000)

汶川县福堂沟泥石流成因及防治建议

赵玉林，叶晓华，唐晟

(四川九○九建设工程有限公司,绵阳 621000)

2013年7月特大暴雨期间，该泥石流爆发，灾情严重。分析泥石流的基本特征、爆发条件、形成原因及其发展趋势，提出防治措施，为恢复受损都汶高速提供依据。

汶川县；福堂沟泥石流；成因；治理

汶川县位于“5.12”特大地震震中地区，也是地震灾害极重灾区。特大地震不仅造成了一定的人员伤亡和严重的经济财产损失，同时还诱发了众多的崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害。尤其是2013年“7.10”特大暴雨期间，汶川县映秀镇银杏乡桃关村福堂沟爆发了特大泥石流，损毁都汶高速约250 m，砸毁桥梁，使桥梁垮塌30 m，掩埋福堂隧道出口,中断了阿坝州进出成都的生命线。直接经济损失约500万元，泥石流主要威胁都汶高速公路、福堂隧道，岷江，威胁财产约1 000万元。尽快恢复生命线的畅通，确保当地百姓的生命财产安全是四川省委省政府的头等大事，因此研究汶川福堂沟泥石流灾害的基本特征，提出合理可行的防治方案，对确保生命线的畅通，减少人员伤亡及过往车辆的财产安全，促进当地经济社会和谐发展及银杏乡居民恢复重建的顺利开展尤为重要。

1 泥石流基本概况及形成条件

1.1 自然环境条件

汶川县福堂沟泥石流位于阿坝州汶川县映秀镇银杏乡桃关村，岷江右岸，沟口即映汶高速公路，沟口地理坐标为东经103°29′10″，北纬31°14′53″，行政区划上属汶川县映秀镇桃关村，堆积区前缘有都汶高速公路通过，交通较为便利。

福堂沟所在区域地处四川盆地亚热带湿润气候区，由于本区处于岷江流域的暴雨区，冬季受青藏高原气候影响明显，夏季受东南季风和西南季风影响，雨量较为丰沛，根据渔子溪水文站25 a实测，多年平均降水量1 253.1 mm，最大年降水量为1 688 mm(出现在1964年)，最小年降水量为836.7 mm(出现在1974年)，日最大降水量269.8 mm，每年6月～9月为汛期，是滑坡、泥石流等地质灾害的高发期。

2013年7月9日阿坝州汶川县映秀镇开始出现暴雨极端天气， 2013年7月9日晚8点至10日早上8点，12 h降雨量达到74.4 mm，降雨强度超50 a一遇，2013年7月10日上午福堂沟发生泥石流。

1.2 泥石流形成条件分析

1.2.1 沟道地形地貌及沟道条件

汶川县福堂沟泥石流区域地形总体上属深切割构造侵蚀低山和中山地形，沟域内总体上地形陡峻，地形临空条件发育。福堂沟泥石流沟域形态近似矩形，沟域面积1.12 km2，主要由福堂沟主沟和福堂沟支沟组成，主沟长度1.3 km，坡降654.86 ‰，支沟长度0.76 km，坡降630.86 ‰。受构造控制，整个泥石流域分布不对称，西南侧较窄(沟源地带)，北东侧较宽(沟口地带)。沟域最高点位于沟谷山脊地带，高程2 400 m，最低点位于泥石流沟汇入岷江口，高程1 100 m，相对高差1 300 m。见图1和图2。

福堂沟流域内山高坡陡，平均坡度在40°以上，沟谷纵坡较大，沟道上游段纵坡多在600‰以上，有利于降雨的汇集，根据不同地段坡度、植被情况、斜坡结构特征等的差异，降雨的径流系数一般在0.2～0.3左右，为泥石流水源的汇流集中提供了基础。

福堂沟泥石流没有典型的流通区，沟域主要为物源流通区和堆积区组成，堆积区主要分布于沟口扇形地区，其余地段为物源流通区。在高程2 074 m以上植被较好，植被覆盖率在80%以上，在地震中未出现大的变形破坏迹象，主要为基岩区，物源分布较少，因此划为泥石流形成区(清水区)；在高程2 074 m至沟口地带植被覆盖率在60%左右，道沟两岸崩滑现象发育，沟床堆积物丰富，为沟域内泥石流松散固体物源的主要分布区域，划为泥石流物源流通区；沟口至岷江为泥石流流通堆积区。

1.2.2 物源条件

福堂沟泥石流沟(主沟、支沟)主要物源包括崩塌堆积物源、坡面侵蚀物源和沟床堆积物源等三类，其中崩滑堆积物源总量15.17×104m3，坡面侵蚀物源8.92×104m3，沟内沟床堆积物源23.76×104m3，物源总量为47.85×104m3，其中可参与泥石流活动的动储量为13.26×104m3。从空间上分布，福堂沟泥石流沟道和坡面物源主要集中在沟道下游近沟口地带，崩塌堆积物源主要集中在沟道中上游，福堂沟泥石流各类物源基本情况汇总如表1和图3。

2 泥石流基本特征

从福堂沟泥石流堆积扇体的形态及挤压主河的特征分析，汶川县福堂沟泥石流为老泥石流沟，通过访问泥石流最近一次发生泥石流最少在50 a以上。“5.12”汶川大地震后，福堂沟内增加了丰富的物源，但并没有形成泥石流。2013年7月9开始降暴雨， 7月10日福堂沟爆发泥石流，一次性冲出量约4.36×104m3，挤压岷江河道，但未使岷江受堵，损毁都汶高速约250 m，砸毁桥梁，使桥梁垮塌30 m，掩埋福堂隧道出口,中断了阿坝州进出成都的生命线，直接经济损失约500万元，本次泥石流历时约2 h。

泥石流冲淤特征：福堂沟上游清水区普遍坡度较大(多在50°～70°左右)，沟谷纵坡较陡(普遍在600‰以上)，沟段多为基岩裸露，且上游沟源地带植被覆盖率达到80%以上，沟床抗冲刷能力较强，该区沟床大多表现为冲淤不明显。形成流通区冲淤特征表现为以冲为主的特点。堆积区分布于福堂沟沟口至岷江段，同时该段为福堂沟和支沟交汇段，该沟段纵坡较小，平均纵坡仅400‰左右，而沟道宽度相对较大，宽度在50～100 m，这种条件决定该沟段冲淤特征仍为以淤为主的特点。

泥石流堆积物颗粒特征：采用沟道堆积物(包括泥石流堆积物和部分清水冲沟内的冲洪积物)颗粒级配试验，试验方法是将探槽表层0～50 cm的土样采集进行现场筛分试验，得出颗粒大小为<5 mm、5～20 mm、20～50 mm、50～100 mm、100～150 mm、150～200 mm、>200 mm等粒级的颗粒重量及所占百分比，然后采集部分筛出的粒径<5mm土样送室验室进行进一步的筛析试验。试验成果均反应出其土石比较小，最大值为福堂沟沟口段的颗粒级配，其值为0.38，最小值为福堂沟上游的试验值为0.16，从沟道上游至下游土石比由小变大，说明福堂沟流域总体上水源丰富，水动力条件强大，正是由于强大水动力条件下，同时由于物源分布特征，在沟道上游以崩滑物源位置，而在中下游以沟道和坡面侵蚀物源为主，导致了土石比随着变化。

根据福堂沟流域内物源分布特征和“7.10”暴发泥石流性质，通过现场试验计算出主沟泥石流重度为1.85t/m3，福堂沟泥石流属粘性泥石流。按照50 a一遇暴雨强度的设计标准，泥石流运动特征参数为：福堂沟沟口泥石流流速5.78 m/s，流量32.7 m3/s，整体冲压力83.95 kN，冲起高度1.71 m，爬高2.73 m；福堂沟泥石流泥石流弯道超高主沟0.52 m，支沟1.27 m；直道冲刷深度在福堂沟主沟沟口可达2.03 m。

泥石流规模特征：“7.10”暴雨福堂沟主沟、支沟发生泥石流，其中主沟冲出量约4.2×104m3，支沟冲出量约0.16×104m3，一次性总量冲出量约4.36×104m3。规模为中型。

3 泥石流成因分析

(1) 适宜的地形条件。福堂沟主沟流域坡度较大，平均纵坡降654.86‰。清水区、形成流通区纵坡达到731‰。，沟谷两岸陡峭，形成流通区沟谷狭窄，堆积区沟谷相对较宽。这种地形为泥石流的形成以及流通堆积提供了适宜的地形条件。

(2) 有丰富的松散固体堆积物源条件(包括崩塌堆积物源、坡面侵蚀物源和沟床堆积物源)。其中崩滑堆积物源总量15.17×104m3，坡面侵蚀物源8.92×104m3，沟内沟床堆积物源23.76×104m3，物源总量为47.85×104m3。沟道和坡面物源主要集中在沟道下游近沟口地带，崩塌堆积物源主要集中在沟道中上游，这为泥石流的发生提供了充足的物源条件。

(3) 充足的水源条件。2013年7月9日阿坝州汶川县映秀镇开始出现暴雨极端天气，12h降雨量达到74.4 mm，降雨强度超50 a一遇，为泥石流暴发提供了充足的水源条件。

综合以上三个因素福堂沟泥石流属“暴雨”泥石流。形成过程分为以下几个阶段：

(1) 暴雨激发。泥石流的发生虽是一个突发过程，但在它的形成过程中降雨关系重大，2013年7月9日阿坝州汶川县映秀镇开始出现暴雨极端天气， 2013年7月9日晚8点至10日早上8点，12 h降雨量达到74.4 mm，降雨强度超50 a一遇，2013年7月10日上午8点左右福堂沟发生泥石流。由于福堂沟泥石流沟域内清水区和形成流通区地形较陡，基本都是基岩裸露，所以雨水在短时间内难以入渗，基本全部沿坡面汇入主沟。 促使坡面和沟道的松散物体启动，在沟口地带形成揭底拉槽，形成泥石流。

(2) 侧蚀拉槽发展。泥石流在暴雨激发阶段也同时经历侧蚀拉槽阶段，强降雨汇流形成的洪峰对沟床、岸坡产生巨大的水压力，洪水侧蚀岸坡、松散固体物质的加入起动泥石流，在沟道中下游段，由于大量的物源堆积于沟道内，在该段泥石流拉槽揭底导致沟床物质大量启动，在拉槽揭底过程中使岸坡和沟床物质失稳，泥石流向前运动，其侧蚀、刨蚀能力逐渐加强，如此侧蚀、拉槽发展，沿途不断有新物质加入，使泥石流规模越来越大，流体流速不断加快。

(3) 堆积。福堂沟泥石流由于2013年7月10日上午10点左右开始进入泥石流堆积阶段。在福堂沟沟道沟道段由于沟道相对较宽，开始进入堆积，福堂沟泥石流进入堆积区后，在都汶高速公路形成带状堆积，堆积至岷江后扩散角逐渐变大，形成不规则的扇形堆积体。至此，完成了泥石流的全部运动过程。

4 泥石流发展趋势

根据泥石流沟域基本特征和参数，按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》[1]中“泥石流沟的数量化综合评判及易发程度等级标准”，福堂沟泥石流易发程度评分为111分，其易发程度属易发，其危险性较大。

根据泥石流灾害史的调查，福堂沟泥石流沟以往属低频泥石流，通过访问，自2013年“7.10”暴雨发生泥石流以前70 a以来没有发生过泥石流，其时间间隔最少为70 a。但“5.12”地震后，沟内崩塌、滑坡等不良地质现象大大增加，坡面侵蚀加剧，可能参与泥石流活动的松散固体物源量大增，现沟内可参与泥石流活动的固体物源动储量达13.26×104m3，激发泥石流的临界雨强可能降低，因此，泥石流的爆发频率可能提高，成为中频甚至高频泥石流，震后5～10 a预计其发生频率可能达到1～3 a一次，以后，随着植被的恢复和部分物源趋于稳定，其发生频率可能逐渐降低为低频，据此估算，50 a内可能发生5次左右的泥石流灾害，固体物质冲出量计20.8×104m3。目前福堂沟泥石流所处发展阶段为发展期(壮年期)。

福堂沟属暴雨沟谷型泥石流，泥石流规模主要与沟域内松散固体物源的累计和动态变化情况及与引发泥石流的暴雨情况相关，当沟域内松散固体物源累计较多，且遇到集中暴雨时，势必引发较大规模的泥石流灾害，威胁阿坝州进成都的高速生命通道及岷江河谷以及当地百姓的生命安全。

5 泥石流防治建议

泥石流防治措施从大的方面可划分为避让搬迁、工程治理、生物工程和群测群防等。从泥石流的形成条件、运动特征、发生频率、易发程度和危险性、危害性分析，单纯的采取群测群防措施已不能满足福堂沟泥石流防治的要求，因此必须在群测群防和监测预警的基础上，采用工程治理措施对其进行综合防治。

泥石流工程治理措施常用的有控制水源的治水工程(如蓄水工程、引排水工程)、控制松散固体物源的治土工程(如拦碴坝和拦挡坝、挡土墙、护坡、变坡工程及潜坝工程等)、排导工程(如排导堤、顺水坝、排导槽、渡槽、明硐及改沟工程等)、停淤工程(如停淤场和拦泥库等)、农田水利工程(如水改旱、水渠防渗、坡改梯、夯填滑坡裂缝及修建截水沟等)。其中治土工程中的稳栏措施和各种排导工程经过多年的工程实践，特别是铁路部门等的研究和总结，其技术条件日趋成熟，为泥石流治理工程中采用最多的手段。

福堂沟泥石流物源丰富，且以沟床中堆积物源所占比例较大，而且纵坡较大，沟道较窄，沟道纵坡降均大于600‰， 所以在暴雨、特大暴雨时沟床堆积物源容易启动，造成强大的水动力条件，其揭底冲刷启动沟床堆积物源，在急水流的冲刷下很容易形成坡面泥石流。因此，福堂沟泥石流治理工程的关键在于降低泥石流水动力条件，避免其启动沟床堆积的大量物源。

由于福堂沟泥石流整体纵坡较大，没有修建拦挡工程的地形条件，所以治理工程主要通过沟道下游物源堆积集中区域位置布置沟床固源工程，布设防冲肋槛和排导槽起到稳床固源的作用，同时在沟口宽敞地带修建停淤堤，防治泥石流对都汶高速公路、福堂沟隧道、岷江造成威胁[2]。据此福堂沟泥石流总体思路为以固、停和排导相结合的综合治理措施。具体采用防治措施为：

在福堂沟主沟和支沟汇合段修建归流坝，在归流坝下修建排导槽，槽底采用防冲肋槛，肋槛之间用大块石回填，同时在堆积区缓坡地带修建停淤堤，在大规模泥石流时起到二次保护的作用。在福堂沟主沟中下游至沟口(修建归流坝以上)段修建潜坝，防治泥石流拉槽揭底，所以采用“潜坝+归流坝+排导槽+停淤堤“进行治理的综合方案[3]。

6 结论

(1) 2013年“7.10”特大暴雨，汶川县福堂沟爆发了特大泥石流，该泥石流位于阿坝州汶川县映秀镇银杏乡桃关村，岷江右岸，沟口即映汶高速公路，损毁都汶高速约250 m，砸毁桥梁，使桥梁垮塌30 m，掩埋福堂隧道出口,中断了阿坝州进出成都的生命线。直接经济损失约500万元。因此研究汶川福堂沟泥石流灾害的基本特征，提出合理可行的防治方案，对确保生命线的畅通，减少人员伤亡及过往车辆的财产安全，促进当地经济社会和谐发展及银杏乡居民恢复重建的顺利开展尤为重要。

(2) 汶川县福堂沟的地形地貌条件是泥石流形成的前提和基础，同时有丰富的松散固体物质，暴雨是泥石流发生的主要诱因。

(3) 在充分认识了福堂沟泥石流灾害的基本特征的基础上，提出了泥石流防治方案采取固、停和排导相结合的综合治理措施，同时结合该泥石流的地形地貌、施工条件等具体情况，建议采用“潜坝+归流坝+排导槽+停淤堤”进行综合治理。

[1] 泥石流灾害防治工程勘查规范(DT /T0220—2006 )[S].国土资源部发布，2006.6.

[2] 蒋忠信.震后山地地质灾害治理工程设计概要[M].成都：西南交通大学出版社，2013.7.

[3] 赵玉林,等.汶川县福堂沟泥石流应急勘查报告[R].绵阳：四川九0九建设工程有限公司，2014.2.

CAUSES AND CONTROL OF FUTANGGOUDEBRIS FLOW IN WENCHUAN

ZHAO Yu-lin,YE Xiao-hua,TANG Sheng

(Sichuan 909-th Construction Engineering Co., Ltd.,Mianyang 621000，China)

The debris flow occurred during the heavy rainfall in July, 2013 with serious calamities. We analyzed its basic characteristics, occurrence conditions, causes and trends. And control measures were put forward to provide basis for restoring Du-wen Highway.

Wenchuan; Futanggou Debris Flow; causes; control measures

1006-4362(2015)03-0017-05

2015-06-03改回日期：2015-08-23

P642.23

A

赵玉林(1981- )，男，工程师，主要从事水工环地质灾害勘查及设计工作。E-mail:yxh909@qq.com