汶川县清水沟北侧高位泥石流暴发特征及防治措施研究

兰昌义，赵昌坤

(四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川 成都 611730)

汶川县清水沟北侧高位泥石流暴发特征及防治措施研究

兰昌义，赵昌坤

(四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川 成都 611730)

通过对清水沟北侧泥石流的现场调查分析，得出该地暴发大规模泥石流主要是由于沟源大型滑坡产生的固体物源在雨水作用下形成的高位泥石流，在通过沟道卡口时形成堵溃，泥石流冲出量成倍放大，最后堆积于沟道中下游，在后期暴雨作用下，松散泥石流堆积体作为物源继续拉槽形成泥石流。针对这种泥石流暴发特征提出治理方案:在相邻清水沟出口处修建两道谷坊坝和一段排导槽，对该处泥石流沟采取排导的应对措施。

清水沟北侧；高位泥石流；暴发特征；防治措施

“5·12”汶川地震后，经过多年对高位泥石流的研究和治理已初见成效，高位泥石流具有物源丰富，分布相对位置高，沟道坡度纵比降大，泥石流暴发隐蔽性强，破坏性大等特征[1]，是需要高度重视的自然灾害。本文主要从高位泥石流暴发特征来研究清水沟北侧泥石流成灾模式，并提出相应治理方案，为后续的研究及治理提供参考。

1 清水沟泥石流的形成条件

图1 清水沟北侧泥石流无人机航空影像图(2011年10月)

图2 清水沟北侧主沟纵剖面

清水沟北侧泥石流沟位于汶川县南部，岷江左岸，行政隶属四川省汶川县银杏乡。距成都市100 km，距汶川县城47 km，国道213线和都汶高速公路从沟口通过，交通便利，但是从地质灾害的角度来看，清水沟北侧泥石流沟将是威胁国道213线和都汶高速公路的重要自然灾害源。从地形地貌来看，清水沟北侧泥石流沟流域形态呈梭形，无支沟，沟床纵向长度2.0 km，流域面积0.9 km2。沟口与岷江交汇处高程943 m，沟源分水岭处高程1 956 m，相对高差达到1 013 m(参见图1)。沟谷呈V～U型，两岸山高坡陡，平均坡度在35°。沟谷中上游段有一处垭口，垭口以上狭窄陡峭，以下相对宽缓，沟谷平均纵坡降51%(参见图2)。从水源条件来看，银杏乡属四川盆地边缘亚热带湿润季风气候区，川西多雨中心区，暴雨频发，多年平均年降水量在100～1 600 mm，最大日降水量269.8 mm，雨日在200天以上。夏季暴雨频繁，强度大、历时短，6～9月降雨量占全年的60%～70%，每年5～9月为汛期。2010年8月13日和2011年7月3日，该沟暴发过两次大规模泥石流。据资料和报道，2010年8月12日17：00时映秀镇范围开始降雨，当日累计降雨量达到19.9 mm；13日降雨持续时间较长，累计降雨量达到126.8 mm，最大小时降雨强度为32.2 mm[4]，就是说，清水沟北侧泥石流发生前期降雨量总计达到146.7 mm。引发此次泥石流的降雨强度达到了百年一遇。2011年7月3日降下暴雨，最大小时降雨量接近21.3 mm。引发此次泥石流的降雨强度达到了20年一遇。从物源条件来看，汶川“5·12”特大地震的强烈震动作用，使得沟道上游1#、2#滑坡体发生失稳垮塌，大量的滑坡体积于坡脚，堰塞沟道。其中1#滑坡体宽约400 m，纵长约120 m，2#滑坡体宽约130 m，纵长约80 m，2个滑坡体体积很大，在3次暴雨作用下，堰塞体发生不同程度溃决，之后形成泥石流，堆积于垭口以下。形成的堆积体纵向长约500 m，宽约50 m，平均厚约5 m，总方量约为12.5×104m3。若再次发生百年一遇强降雨，堰塞体剩余部分将继续垮塌，冲积至堆积区，将使前三次叠加堆积体再次启动，从而形成泥石流灾害。按块石最大粒径(3 m)的1.5倍计算泥石流启动深度，宽度按20 m计算，预计动储量约4.5×104m3(参见图3)。据统计，泥石流物源总量为19.5×104m3，其中动储量为7.1×104m3(参见表1)。

表1 泥石流物源量统计汇总

图3 清水沟北侧1#、2#滑坡全貌

2 泥石流暴发特征

2.1 泥石流暴发历史及威胁对象

清水沟北侧曾经暴发过3次泥石流灾害，属于沟谷型、泥石型、稀性、高频的泥石流灾害。2008年5月12日的汶川8.0级地震发生后，这里就首次暴发了泥石流灾害，但是规模相对较小。2010年8月13日的泥石流规模则最大，而2011年7月3日的泥石流规模相对较小。“8·13”泥石流最大，一次固体物质堆积总量约4.7万方，泥石流暴发规模等级为中型。幸运的是，清水沟北侧3次暴发泥石流均未造成人员伤亡和财产损失。“7·03”泥石流是在“8·13”泥石流堆积体中继续拉槽形成的，其最大侵蚀深度达2 m，平均侵蚀深度1 m。都汶高速公路从沟口通过，今后一旦再次暴发泥石流，将直接威胁映秀至汶川高速公路的交通安全，同时会对映秀湾电站蓄水造成一定影响，可能造成的直接经济损失约2 000万，依据泥石流潜在危害性分级表的分类，清水沟北侧的泥石流潜在危险性等级为中型，需要高度重视并且修建相应的工程设施来确保高速公路的交通安全。

2.2 泥石流基本特征值

(1)堆积物颗粒特征。清水沟北侧的泥石流堆积体主要由碎块石组成，母岩成分为花岗岩，灰色、黄灰色，强～中风化程度，碎块石为棱角形，粒径以150～380 mm为主，最大达3 m。主要充填物为砂、砾及少量粘性土，局部可见架空现象。粒径200 mm以上的占50%，颗粒直径偏大，颗粒级配差。

(2)泥石流流体重度。据现场配浆分析，清水沟北侧沟泥石流重度为1.564～1.613 t/m3，平均值为1.588 t/m3。按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220—2006)附录G的办法进行评分，对清水沟北侧的泥石流进行易发程度评分为91分，泥石流易发程度为易发，重度取值为1.628 t/m3。

(3)泥石流流速。对于清水沟北侧的泥石流来讲，选取“8·13”、“7·03”两次泥石流不同泥位典型断面进行泥石流流速计算，结果参见表2和表3。

表2 “8·13”泥石流流速计算(铁二院公式)

表3 “7·03”泥石流流速计算(铁二院公式)

(4)泥石流流量。通过调查了“8·13”、“7·03”泥石流的泥痕和沟道情况计算各断面位置泥石流峰值流量，结果参见表4和表5。

表4 “8·13”泥石流流量形态调查法计算

表5 “7·03”泥石流流量形态调查法计算

(5)一次泥石流过流总量和固体冲出物量。通过对“8·13”、“7·03”两次泥石流一次泥石流过流总量和固体冲出物量进行计算，“8·13”泥石流冲出物总量约12.4万方，固体物总量约4.7万方；“7·03”泥石流冲出物总量约4.5万方，固体物总量约1.7万方(见图4)。

图4 泥石流堆积情况:“8·13”(左)、“7·03”(右)

3 泥石流治理措施建议

鉴于清水沟北侧发生的3次泥石流主要堆积于沟道转弯以上的沟床上，泥石流未翻越位于沟道下游的山脊，因此高速公路管理部门未对该泥石流沟进行工程治理，只采取简单的路堤方式应对泥石流的威胁。根据上述的分析后提出的泥石流治理措施建议是，在相邻清水沟出口处修建两道谷坊坝和一段排导槽，对该处泥石流沟采取排导的应对措施，以将泥石流引入清水沟排导槽内，且设计两排导槽以锐角相交。在不采取任何拦挡措施的条件下，当清水沟在暴雨的作用下，沟床堆积物二次启动形成泥石流灾害的可能性是很大的。根据估计，泥石流冲至沟下游路堤边最大体积为3万方，只采用拦排结合的方式就可以保证高速公路不受泥石流影响。根据以上综合分析，建议治理方案为3级固床坝加排导槽的方式；同样，为减小沟床堆积物二次启动量，在垭口以下流通堆积区采取3道固床坝稳固沟床的治理措施，下游接排导槽，将泥石流引入清水沟已建成的排导槽后排出。

[1] 魏昌利，何元宵，等.汶川地震灾区高位泥石流成灾模式分析[J].中国地质灾害与防治学报，2013(4)：52-55.

[2] 四川省冶金地质勘查局水文队.汶川地震灾区重要交通干道沿线重大地质灾害清水沟北侧泥石流应急勘查报告[R].2011.12.

[3] 张成航，等.四川省都江堰市虹口乡红色村干沟泥石流特征及危险性评价[J].西北地质，2014(3)：127-131.

[4] 何元宵,魏昌利，等.汶川县烧房沟高位泥石流成灾模式研究[J].地质灾害与环境保护，2014(1)：22-27.

Characteristics of debris flow and the controlling measurement in the northern Qingshui gully in Wenchuan County

Lan Changyi，Zhao Changkun

(Hydro-engineering team of Sichuan Metallurgical Geology & Exploration Bureau, Sichuan Chengdu 611730, China)

Based on the field investigation and characteristic analysis for the debris flow in the northern Qingshui gully, we think that in heavy rain season, loose deposit landslide and drag groove will form debris flow with a higher position due to the large scale landslide. The debris flow will pile up in the middle and low channel and form a dam. The dam may collapse in heavy rain and the amount of debris flow may be multiplied times in the middle and lower reaches of the channel. According to the debris flow characteristics and in order to deal with the disastrous debris flow, two check dams and a length of row guide groove should be built to ensure the traffic safety of a high way. The measurement of drain and guide ditch can reduce the destroy effect of a debris flow.

the northern Qingshui gully; debris flow with high position; breakout character; controlling measurement

2015-03-27

兰昌义(1984-)，女，四川省彭州市人,工程师.

X43

B

1001-8115(2015)03-0025-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.007