梓里沟泥石流形成及综合治理研究

王邦阳，杨华舒，杨在月

(1.大理白族自治州水利水电勘测设计研究院，大理　671000；2.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明　650093；3.云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明　650500)



梓里沟泥石流形成及综合治理研究

王邦阳1，杨华舒2，杨在月3

(1.大理白族自治州水利水电勘测设计研究院，大理671000；2.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明650093；3.云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明650500)

梓里河泥石流每年雨季均有发生，给两岸人民的正常生产、生活秩序带来严重的影响。基于现场勘查资料，研究了泥石流的发育特征，分析了梓里河泥石流的形成原因。认为松散堆积物、不利的地貌和未疏导的雨水是这类地质灾害的主要诱因。并有针对性地提出了泥石流的预防措施，可供类似项目参考。

地质灾害；泥石流；发育特征；成因分析

自2013年“8·28”、“8·31”地震后，梓里河两岸多处发生坍塌，沟谷内分布多处松散堆积物，有形成泥石流灾害的可能。灾害一旦发生，轻则造成田地损毁，重则毁坏梓里河下游桥梁及沿岸民用建筑，正常的生产生活秩序将受到严重影响。经访问，梓里河泥石流为高频泥石流沟，每年雨季均有泥石流发生，由于冲出量较小，表现为河谷下切，在堆积区表现为沟谷淤积，沟岸坍塌。目前在维西-德钦二级公路桥梁处淤积严重。受地震影响，梓里河沿岸产生的崩塌较多，物源增多，在雨季形成泥石流，将威胁下游两岸居民及公路桥梁、农田。威胁梓里村42户157人，民房120间，学核教师15人，学生280人，桥梁2座，经济财产损失520万元。因此，如不尽快采取治理完善措施，在长期降雨和暴雨激发下形成大型山洪泥石流灾害的可能性大。

1　泥石流发育基本特征

1.1堆积特征

梓里河沟谷两岸无法准确观察到具体的泥石流堆积区的范围。根据调查，堆积物分布在高程1 800～1 860 m的沟床中，冲、淤交替，河床宽20～30 m，沟床堆积物质厚2～4 m。梓里河洪水的携带能力较大，对大的漂石和卵石均具有搬运作用。堆积区沟床堆积物总体特征(图1)：①以粒径20～200 mm的卵石为主，约占60%；②颗粒以卵石和砾石堆积为主，中间夹带砂粒、粉粒；③物质成分以片岩为主，呈次圆状；④典型的泥石流侧向堆积现象较明显，与沟谷形成区中岩性一致。

图1　沟床中的卵石

1.2流体特征

经调查分析，泥石流流体呈水石流，以阵流的形式运动。0.8 m以下块度的岩块、卵石和砾石呈悬浮状，大致呈整体移动。泥石流堆积无分选性，有铺床作用(图2)；流体重度ρc=1.50 t/m3，泥石流固体颗粒密度ρH=2.60 t/m3，成灾泥石流堆积物中粘粒含量一般在5%～10%。根据上述特点和参数综合判定该泥石流按流体性质划分，属于稀性泥石流。

图2　泥石流堆积物

1.3沟谷分区特征

根据梓里河的沟谷形态特征、水流汇集条件、松散固体物质分布及其泥石流固体物质堆积分布，将梓里河泥石流沟划分为：水源物源区、物源流通区和堆积流通区等3区。水源物源区以冲刷为主，其余2区，随着沟床纵坡、宽度的变化，冲、淤交替。由上游至下游分别为高中山陡坡地形、洪积台地地形，各地形区基本上以泥石流的3区相对应，地势北西高，南东低，分水岭最高点海拔4 144.50 m，河口最低点海拔1 801.52 m，相对高差1 322.78 m。流域形态呈酒瓶形，下游有古泥石流堆积扇发育，由于地壳上升，堆积区河床下切明显，近代泥石流排泄物基本上由澜沧江排走，无明显的泥石流堆积扇。

(1) 水源物源区：河谷呈“V”型，地形坡度25°～40°。沟床略弯曲，岸坡一般70°以上。沟床宽度5～10 m，以冲刷为主，下切强烈。沟床宽度5～10 m，强烈下切，冲刷为主，淤积物少见。

(2) 物源流通区：河谷呈“V”型，地形坡度15°～40°，局部岸坡60°以上，崩滑坡发育。沟床宽窄相间，陡缓交替，多跌水。宽缓沟谷段多堆积，沟岸多坍塌及小型土质滑坡。狭窄沟段冲刷强烈，岸坡陡峻，多见大块石，沟床宽度8～30 m。开阔、缓坡段以淤为主，固体物质直径最大者达3.85 m。狭窄、陡坡段以冲为主，基岩裸露。沟床宽度8～30 m，狭窄、陡坡段以冲为主，基岩裸露；开阔、缓坡段以淤为主，固体物质直径最大者达3.85 m；最长树干达8 m。

(3) 堆积流通区：河谷呈“U”型，较为宽阔。地形坡度上段13°～30°，下段(古泥石流堆积扇)4°～10°。沟床略弯曲，冲、淤交替。梓里村段，沟床开阔，宽8～36 m，冲、淤并存；沟床质厚2～4 m，最大直径1.5 m。在德维桥梁处，沟床宽度仅4.95～12 m，泥石流受锁口阻挡，排泄不及，经常淤积、漫堤成灾。

2　泥石流成因分析

形成泥石流一般有3个基本条件：(1)丰富的物质来源；(2)陡峻的的地形条件；(3) 充沛的水源条件。3个条件缺一不可。

2.1物质来源

(1) 白马洛滑坡

白马洛滑坡位于梓里河泥石流沟的水源物源区下段右岸，距梓里村直线距离约500 m。滑坡周界清楚，主滑方向 222°，与梓里河斜交。滑坡剪出口位于沟岸斜坡上，下侧斜坡坡度40°。滑坡滑动后沿坡面向下滑动，为泥石流提供大约15.5×104m3物源。

(2) 沟岸坍塌、崩塌及谷地堆积物再启动

梓里河高程1 820～2 280 m沟段，谷底宽窄相间。狭窄段基岩峻坡和陡崖在水流的冲击、侧蚀作用下有零星岩块坠入沟流。谷地宽缓段松散堆积层厚度大，在水流的冲刷作用下以沟岸坍塌和小型滑坡(图3、图4)的形式直接汇入沟流。同时，沟床内的原有松散堆积物在洪水到来时也会再次启动下运，在堆积区后缘泥石流固体物源的补给以这种方式为主。经估算可能以上述形式补给梓里河泥石流的固体物源总储量约20.5×104m3。

(3) 坡面侵蚀

以坡面侵蚀形式汇入泥石流的固体物源主要分布于泥石流沟两岸的坡耕地，以残坡积细粒土体为主，亦有少量较细粒的角砾，估算总储量约11.3×104m3。

流域内各种松散固体物源总储量约有34.8×104m3，为泥石流的形成提供了丰富的物源基础。分类储量估算见表1。

图3　右岸崩塌

图4　左岸崩塌

2.2地形条件

梓里河流域面积20.34 km2，主沟床平均纵坡降195‰。由上游至下游分别为高中山陡坡地形、洪积台地地形，各地形区基本上与泥石流的3区相对应。地势北西高，南东低，分水岭最高点海拔4 144.50 m，河口最低点海拔1 801.52 m，相对高差1 322.78 m。流域形态呈酒瓶形，下游有古泥石流堆积扇发育，由于地壳上升，堆积区河床下切明显，近代泥石流排泄物基本上由澜沧江排走，无明显的泥石流堆积扇。因此，陡峻的地形和较大的沟床纵坡为泥石流的发生、流动创造了积极条件(图5)。

2.3环境水源

降雨是暴雨类泥石流形成的主要激发因素，特别在前期降水充沛的条件下，短历时降雨起控制性作用。据现有研究资料,降雨强超过25 mm/d，小流域10 min雨量超过10 mm或30 min雨量超过20 mm就有可能暴发泥石流。

研究区地处低纬高原，属西藏-华西类康滇区的亚热带与温带季风高原山地气候，年平均气温14.3℃，年降水量947.7 mm，降水日数在100～160 d之间。此外，梓里河流域总面积为22.73 km2，汇水面积大。

因此，丰沛降水补给、广阔的流域面积、较大纵坡等因素为泥石流的形成提供了丰富的水源和动力条件。根据《云南省水文手册》得出的梓里河流域短历时降水特征数值见表2。

图5　梓里河沟泥石流沟谷区地形图

多年平均降雨量/mm设计频率/%多年平均最大一日暴雨量/mm最大24h降雨量/mm最大1h降雨量/mm947.70156.3143.0655.79947.70256.3128.8150.24947.70556.3110.2442.99947.701056.394.7536.95947.702056.379.2730.92

3　泥石流运动参数计算

泥石流动力特征参数是泥石流防治工作的重点，它的可靠性关系到整个防治工程的成败，这些动力特征参数主要包括了泥石流的容重、流速、流量(表3)。

3.1泥石流容重

由于没有泥石流现场观测的容重值，因此只能采用经验法来确定，即通过访问当地居民，较客观地了解泥石流体中的固液两相的体积比例5∶11，按式(1)计算泥石流容重：

(1)

式中,γc为泥石流容重(t/m3)；γs为固体物质平均比重(2.6 t/m3)；f为泥石流体中固体物质体积和水的体积之比(5∶11)。由此获得泥石流容重为1.5 t/m3，因此可以初步将泥石流定性为稀性泥石流。

3.2泥石流流速

梓里河泥石流为稀性泥石流，流速计算按《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220-2006)规定，采用综合通用公式(2)计算泥石流流速：

(2)

式中,Vc为泥石流流速(m/s)； 1/n为清水河床糙率系数；R为水力半径(m)；I为泥石流水力坡度。根据以上公式，计算得梓里河泥石流的平均流速为8.168 3 m/s。

表3　梓里河泥石流运动参数计算表

3.3泥石流流量

泥石流流量的计算方法很多，此处先用泥痕法来计算泥石流流量。根据泥石流冲淤情况时所测得的断面，可以求出梓里河泥石流沟的泥石流流量。按式(3)计算泥石流流量：

(3)

式中,Qc为泥石流流量(m3/s)；Wc为泥石流过流断面面积(m2)；Vc为泥石流断面的平均流速(m/s)。根据以上公式，计算梓里河泥石流流量为75.475 0 m3。

4　治理建议

根据梓里河泥石流特征，泥石流物源区和流通区沟谷呈“V”型，两侧岸坡较陡。谷床纵坡陡，而且沟谷多为基岩。物源主要为两侧斜坡风化剥落形成的坍塌体及坡面冲刷的残坡积物，拦挡效果较差。泥石流成灾主要是堆积区淤积，阻塞沟道成灾，且堆积区纵坡较小。综上，建议对梓里河泥石流沟采取排导+拦挡+植物结合的综合防治措施。

4.1排导工程

排导措施主要是选择在泥石流堆积区修建排导槽，有利于快速排导洪水，引排泥沙，减少对河道的淤积，阻止泥石流的启动，防止泥石流灾害的形成，保护河道两侧的民房及公路、桥梁的安全。根据沟谷特点，选择在梓里河村河段修建“V”型排导槽，槽底净宽B=6.0 m，净高2.2 m，槽底横坡1∶4，顶宽6.0 m，边墙顶宽0.8 m，坡比m=1∶0.5，边墙砌体采用M7.5浆砌MU30块石，槽底采用耐磨的M10浆砌M60块石(图6)。

图6“V”型排导槽剖面图

4.2拦挡工程

拦挡措施主要是选择在流通区修建拦挡坝，对参与梓里河泥石流大的固体物质(如漂石)进行拦挡，目的是防止泥石流流体对排导槽的冲击，削弱下切作用，抬高侵蚀基准面，控制沟岸侵蚀，拦蓄大块固体物质，起到固床、稳定岸坡的作用，削减部分泥石流洪峰流量及规模。在排导槽入口上侧，分别设置拦挡坝及副坝一道。拦挡坝(图7)坝高8 m，迎水面坡比1∶0.5，背水坡比1∶0.05，坝顶宽2.0 m，基础埋深2.0 m；为保证拦挡坝的安全(主要是跌水冲刷淘脚)，在坝前设一道副坝(图8)，副坝距主坝9 m，目的是拦蓄大块固体物质。

图7主拦砂坝剖面图

4.3植物措施

植物措施可改善泥石流区周围的地质环境条件。在部分地段采用植物措施有利于防止坡面土体垮塌，恢复当地的生态环境。主要是在泥石流沟区域做好植被恢复工作，防止乱砍乱伐、毁林开荒等破坏生态环境的行为发生。

图8副拦挡坝剖面图

4.4沟道清淤

清除沟道内集中分布的松散固体堆积物，疏通河道，减少淤积堵塞，为洪流的快速通过提供空间，避免因堵塞造成更大的危害；同时，还可以减少洪流侵蚀和搬运的松散物质的量，避免泥石流的发生，减小泥石流爆发规模，减少泥石流的发生次数，从而减轻泥石流造成的灾害风险。

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STUDY ON ZILI BROOK DEBRIS FLOW FORMATION AND COMPREHENSIVE TREATMENT

WANG Bang-yang1，YANG Hua-shu2，YANG Zai-yue3

(1.Dali Institute of Water & Hydropower Engineering Investigation,Design and Research.Dali671000,China; 2.Kunming University of Science and Technology，Kunming650093,China； 3.School oh Tourism and Geography, Yunnan Normal University, Kunming650500,China)

Risk of secondary geological hazards will be happened again in wet-season. It is a serious danger to the normal life and productive activities of the people on both side of Zili river. In order to find rapidly geological hazards impact factors, we analysis the characteristics and causes of the debris flow of the river and think that main reasons are the unfavorable topography and non-flow water. Based on the analytical results, this article provides the some suggestions for the mud-rock flow prevention of the Diqin seismic area.

geological hazards; debris flow; development characteristics; causes analysis

1006-4362(2016)03-0025-05

2016-05-06改回日期：2016-06-20

国家自然科学基金(50869003)：云南红土的工程劣化机理与土坝加固的基础问题研究

P642.23

A

王邦阳 (1988-)，男，云南威信人，硕士研究生，主要从事环境地质与工程地质研究。E-mail： 284526081@qq.com.