突泉县杨家街屯北沟泥石流基本特征及危险性评价

2016-07-10姜慧琴李丹张国飞姚威

安徽农业科学 2016年5期

姜慧琴　李丹　张国飞　姚威

摘要分析了内蒙古自治区突泉县杨家街屯北沟泥石流沟的地形地貌、物源、水源及动力学特征，采用刘希林推荐的单沟泥石流危险度评价法评价了该泥石流沟的危险性，并提出了防治建议。结果表明，该泥石流沟的形成条件充分，属中度危险泥石流沟，建议在沟口两岸修筑导流堤工程。

关键词泥石流；基本特征；危险性评价

中图分类号 P642.23 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）05-202-04

Abstract Topography， provenance， water and dynamic characteristics in north ditch Yangjiajie， Tuquan County of Inner Mongolia was analyzed. The hazard of debris flow was evaluated with LIU Xilin recommended method. Several prevention advises were put forward. The results showed that the formation conditions of debris flow are sufficient. The hazard is medium. Constructing diversion dike project was suggested.

Key words Debris flow； Basic features； Hazard assessment

杨家街屯北沟位于蛟流河上游左岸一级支沟北岸，行政区划隶属于内蒙古自治区兴安盟突泉县宝石镇宝合村杨家街屯。地理坐标：120°57′21″ E，45°50′02″ N。据调查，该沟曾发生2次泥石流。其中，1998年发生泥石流，冲毁农田13.33 hm2、道路100 m；2008年6月28日发生泥石流，冲毁房屋5间，死亡2人。目前，该沟威胁居民9户27人、房屋27间、农田20.00 hm2等，危害程度为中型。泥石流的发生不仅造成了很大的经济损失，也危及到当地人民的生命和财产安全[1]。为此，笔者分析了该泥石流的形成条件、动力学特征及危险性，并提出了相应的防治措施，以期为该泥石流沟的工程治理提供理论依据。

1 泥石流形成条件

1.1 地形地貌

杨家街屯北沟泥石流流域呈柳叶状，地势东北高，西南低，流域内最高海拔高程为903.5 m，最低海拔高程为620.0 m，相对高差283.5 m。该泥石流为沟谷型，主沟长2.4 km，沟道较弯曲，流域面积为3.2 km2，呈北东-南西向分布，沟口向南西，沟道中上游段纵坡降75‰，中下游段纵坡降33‰，平均纵坡降54‰。这样的地形有利于雨水的集中[2]，为泥石流的形成提供了水动力条件，也为松散固体物质的搬运和参与泥石流活动提供了地形条件。

1.2 物源

杨家街屯北沟泥石流沟分为上游形成区、中游流通区和下游堆积区，该沟的平面示意见图1。

形成区（上游段）：上游形成区坡度较大，根据地形条件，其冲淤特征以冲为主。该段长0.9 km，横断面呈“V”字型，沟底宽0.5～2.5 m，切割深度为1.0～2.5 m，沟底为断续出露基岩，节理裂隙发育将岩石切割成碎块状，为泥石流提供了物源，沟底砂砾石层，平均厚0.8 m，砾石含量占总量的50%左右，分选及磨圆较差，粒径最大可达40.0 cm。沟道两侧为砂土夹砾石层，土体松散，坍塌发育。左岸发育一较大支沟（支沟1），沟底宽度为0.5～1.0 m。切割深度为1.0～1.5 m，沟底松散物厚约0.6 m。该段松散物主要包括主沟及支沟的沟道淤积松散物和沟岸已经坍塌及潜在坍塌松散物，松散物总量约为5 610 m3。

流通区（中游段）：中游流通区较上游坡度减缓，沟道形态逐渐由“V”字型向“U”字型转变，该区段冲淤特征表现为以冲为主，有冲有淤。该段长0.9 km，沟底宽3.0～6.0 m，切割深度为1.0～2.0 m，沟道内砾石增多，粒径减小，以1.0～5.0 cm粒径的砾石为主，10.0～15.0 cm粒径的砾石占少数，含量约占总量的50%。沟道两侧坍塌较发育，左岸发育一较大支沟（支沟2），沟底宽2.0 ～3.0 m，沟深0.5～1.5 m，沟底砂砾石层，该段松散物储量主要为主沟及支沟的沟道淤堵及沟岸坍塌的松散物，松散物总量约为9 480 m3。

堆积区（下游沟口段）：堆积区地形较缓，沟道形态逐渐向宽缓转变，该段冲淤特征表现为以淤为主，抗冲刷能力较强。该段长0.6 km，沟底宽8.0～10.0 m，切割深度为0.5～1.0 m，沟底砂砾石层，砾石粒径减小，为1.0～10.0 cm，磨圆及分选一般，平均厚度为1.6 m。沟底淤堵严重，坍塌不发育，该段松散物储量主要为沟道淤积松散物，总量约为8 640 m3。沟口扇形地发育不完整，扇长约为100 m，扇宽约为80 m，扩散角为60°，完整程度达40%。

综上所述，该泥石流沟内的物源丰富，松散物总储量为23 730 m3。流域内的松散固体物质是泥石流形成的必备条件之一[3]。物源总量不仅决定着泥石流的性质，也在一定程度上决定着泥石流的规模及成灾能力。

1.3 水源

突泉县属中温带大陆性半干旱季风气候，具有春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季凉爽短促、冬季寒冷漫长的气候特征。据1959～2013年气象资料统计，年平均降水量达393.1 mm，但年际间降水分配不均，最大降水量为692.7 mm，出现在1998年，年最小降水量为229.7 mm，出现在1967年。年内降水强度时间上分布不均，降水主要集中在6～9月，降水量占全年降水量的85%左右。月最大降水量为387.3 mm，出现在1993年7月；日最大降水量为146.4 mm，出现在1990年7月2日；小时最大降水量为57.3 mm，出现在1991年7月21日；10 min最大降水量为28.0 mm，出现在1988年8月3日。高强度的降雨为泥石流的形成提供了足够的水动力条件[4]。

2 泥石流动力学特征

2.1 泥石流重度

泥石流容重是确定泥石流性质的重要指标，泥石流流体重度的确定采用查表法[5]，杨家街泥石流易发程度数量化得分为91分，通过查表确定重度rc及修正系数（1+），其中γc为1.628，（1+）为1.624。

2.2 泥石流流速计算

根据杨家街北沟泥石流的流体性质，泥石流为稀性泥石流，所以流速的计算采用铁二院稀性泥石流计算公式：

在上述计算中，泥石流过流断面和平均泥深主要依据已发生泥石流的沟谷调查得到的平均泥深和断面平均宽度确定。泥沙修正系数按查表法得到的结果确定。最终求得Vc=4.03（m3/s）。

2.3 泥石流流量

泥石流流量对泥石流防治工程的规划设计和灾害评估都有重要意义。该泥石流流量按照形态调查法计算。在沟道中选取沟道顺直、断面变化不大、具有清晰泥痕的沟段，根据仔细调查泥石流过境后留下的痕迹及据此求得的泥石流流速求取泥石流断面峰值流量QC。选用沟口处作为计算断面，该处可见泥石流痕迹。

3 泥石流危险性评价

采取刘希林[6]推荐的单沟泥石流危险度评价方法判定泥石流的危险程度：

H=0.29M+0.29F+0.14S1+0.09S2+0.06S3+0.11S6+0.03S9

式中，M 为泥石流规模；F为泥石流发生频率；S1为流域面积；S2为主沟长度；S3为流域相对高差；S6为流域切割密度；S9为不稳定沟床比例。其中M、F 为2个主要因子，其余为辅助性因子。评价因子转换函数见表1，各项因子的实际值及转换值见表2。

根据刘希林[6]推荐的单沟泥石流危险度评价方法计算得该泥石流沟的危险度：H=0.53。按照危险度分级标准：极低危险0

4 防治建议

根据宝合村杨家街屯北沟泥石流灾害的威胁对象及危险性等，建议在沟口两岸修筑导流堤。工程起点由下游村民房屋段按照泥石流流向向沟口处延伸，直接导入主河，终点为主河处。堤防工程总长达800.0 m，两岸各400.0 m（图2），堤型全部为浆砌石护堤，墙型为重力俯斜式路肩墙，在起始位置设弧形墙，转角90°。由于拟修建导流堤上部均要修筑道路，考虑泥石流特征，设计堤身为梯形断面，堤身顶宽0.5 m，底宽1.3 m，高2.0 m，迎水面坡度1∶0，背水面坡度1∶0.40；堤基础为矩形断面，基础宽1.5 m，高1.2 m。

导流堤能有效地改变泥石流的流向，将泥石流与居民隔开，使沟岸两侧的居民免受泥石流危害。

5 结论

杨家街屯北沟流域内地形陡峻，物源、降水量丰富，具备了泥石流的形成条件。

该泥石流容重为1.628 t/m3，流速为4.03 m3/s，流量为43.52 m3/s，一次泥石流过流总量为13 187.77 m3，一次泥石流固体冲出物达13 665.17 m3，为泥石流的治理工程设计奠定了基础。

根据刘希林[6]推荐的单沟泥石流危险度评价方法，该泥石流沟的危险度为0.53，属于中度危险泥石流沟。

根据宝合村杨家街屯北沟泥石流灾害的威胁对象及危险性等，建议在沟口两岸修筑导流堤工程，以减少泥石流造成的损失。

参考文献

[1]高晶，姜慧琴，杜超，等.内蒙古自治区大兴安岭山地南段地质灾害高易发区地质环境调查（1∶5万）（地质灾害部分）[R].内蒙古自治区地质环境监测院，2015.

[2]高东.枇杷沟泥石流基本特征分析与评价[J].长春工程学院学报（自然科学版），2015，16（1）：77-81.

[3]崔鹏.泥石流起动条件及机理的试验研究[J].科学通报，1991（21）：1650-1652.

[4]庄建琦，崔鹏，葛永刚，等.降雨特征与泥石流总量的关系分析[J].北京林业大学学报，2009，31（4）：77-83.

[5]中华人民共和国国土资源部.泥石流灾害防治工程勘察规范：DZ/T0220-2006[S].北京：中国标准出版社，2006.