湖北省罗田县九资河镇黄柏山村泥石流特征及治理措施

王崇举，贾雪娇，陶海宁，潘天录，陈伯恒，李建华

(湖北省地质局 冶金地质勘探大队,湖北 黄石 435000)

中国对泥石流的治理可分为三个阶段：局部治理阶段、部门治理阶段、综合治理阶段,局部治理仅对泥石流下游冲淤灾害进行防治；部门治理始于20世纪中期,中国铁路、公路等部门开始按照不同的防护要求开展泥石流防治工作[1]。综合治理始于20世纪末期,中国研究部门提出科学合理的“全面”治理计划。目前常见的泥石流防治措施主要有三方面,一是生态措施,包括种草植树,防止水土流失,改善生态环境等；二是非工程措施,包括监测,巡检,防治工程维护,加强管理；三是工程措施,包括引蓄水工程、拦挡和防护工程及疏排导工程,引蓄水工程主要有调洪水库、引水渠、截水沟等；拦挡和防护工程主要有拦挡坝、谷坊、护坡等；疏排导工程主要有排导沟、导流堤、急流槽[2]。

罗田县九资河镇黄柏山泥石流位于湖北省罗田县北东约53 km大别山保护区内,该处泥石流为一年代久远的泥石流堆积体,呈扇贝状堆积,平面图上呈似三角状、扇形,剖面图上呈马刀形,东西向长800 m,扇宽约350 m,总方量360×104m3。根据现场调查和访问,该泥石流堆积体为多期次泥石流堆积而形成的,近期发生的泥石流为70年代末期。由于泥石流的冲刷和淘蚀作用,造成水土流失,河岸垮塌,稳定性较差。受2016年强降雨影响,在泥石流流通区及堆积区形成了大量的不稳定地质体,加大了泥石流的易发性和危害性,严重威胁罗田县天堂寨风景区内民房、宾馆、林场职工住房185栋房屋及常住人口1 186人,流动人口3 965人。

1 泥石流基本特征

1.1 泥石流流域特征

九资河镇黄柏山泥石流的物源区、流通区和堆积区相对较明显,属典型的沟谷型泥石流(见图1)。根据现场调查,九资河镇黄柏山泥石流为暴雨型泥石流,暴雨既是泥石流形成的水体供给,又是激发因素,其物源补给以支沟泥石流及滑坡和崩塌堆积物为主,兼有坡面侵蚀、冲沟侵蚀、浅层坍塌及沟床物质再起动等提供的物源补给。

图1 九资河镇黄柏山泥石流分布图Fig.1 Distribution map of Huangbai Mountain debris flow in Jiuzihe Town

(1) 从地形地貌上来看,物源区山体浑圆,地势较陡,坡度一般为45°～75°,主沟两侧山坡坡度多在40°～65°,构成良好的地表汇水条件,其汇水面积为6.35 km2,而整个肖家河流域面积2.49 km2,物源区汇水面积占整个流域面积的40%,满足泥石流形成所需的地形条件。

(2) 流通区主要位于肖家河、龙井河中下游一带,龙井河长度约为400 m,河床总的坡降达102‰,肖家河长度约700 m,河床总的坡降达107‰,流通区沟谷以“U”谷为主,局部地段呈“V”型谷,河道宽度一般为15～35 m。

(3) 堆积区主要位于肖家河、龙井河下游,堆积区北侧以肖家河为界,南侧以龙井河为界。泥石流堆积区呈近东西走向,其中堆积区为东高西低,最高标高为+589 m,最低标高为+496 m,相对高差为93 m,坡度为15°～20°。

1.2 泥石流形成条件分析[3]

泥石流的形成需要三个基本条件：地形地貌条件——有陡峭便于集水集物的适当地形；物源条件——上游堆积有丰富的松散固体物质；水源条件——短期内有突然性的大量流水来源；人类工程活动。结合罗田县九资河镇黄柏山泥石流特点,该地区泥石流的形成条件为：

(1) 地形地貌条件。勘查区在地形上具备山高沟深,地形陡峻,沟床纵度降大,形状便于水流汇集。在地貌上,勘查区可分为物源区、流通区和堆积区三部分。物源区地形为三面环山,一面出口成漏斗状,地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良,这样的地形有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区的地形为狭窄陡深的峡谷,谷床纵坡降大,使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原,使堆积物有堆积场所。沟谷的地形地貌条件有利于泥石流的形成。

(2) 物源条件。九资河镇黄柏山泥石流主沟泥石流集中物源补给以崩塌堆积体、松散堆积体为主。其中崩塌堆积体补给源总方量约30.53×104m3,根据现场调查及收集资料,泥石流物源区及流通区上部已开展工程治理,拦砂坝工程对崩塌堆积体补给源拦挡有效,故崩塌堆积体补给源可不考虑。其次为松散堆积体补给源,包括沟床坡洪积和泥石流堆积体、岸坡古泥石流堆积体、公路挖方弃渣及沟岸垮塌、岸坡滑塌堆积物约19.80×104m3,可转化为泥石流物源量约6.93×104m3。这些松散堆积物容易受到侵蚀和冲刷,顺水而下形成泥石流。

(3) 水源条件。罗田县属亚热带季风气候,降雨充足,雨量充沛,年平均降雨量1 320 mm,县北降雨量一般比县南多150～300 mm,降雨日数,县北年均122 d,县南139 d,年最大降水总量2 895 mm(1991年),月最大降水总量993 mm(1991年7月),日最大降水总量281 mm(1959年6月29日)，每小时最大降水总量107.3 mm(1988年8月9日)。该地区的气象条件在夏季易发生大暴雨或连续强降雨,历时短、强度大、面积小。该地区降水的形式和过程不仅为泥石流形成提供了充足水源,而且为泥石流形成创造了条件。

(4) 人类工程活动。泥石流堆积区呈近东西走向,东高西低,最高标高为+589 m,最低标高为+496 m,相对高差为93 m,坡度为15°～20°,人类工程活动强烈,主要为建房、修路、种田等,对泥石流堆积区坡体进行切坡改造,使坡体多呈台阶状。

2 泥石流的发展趋势[4]

根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》,围绕地形地貌、松散物源、水源等三个主要方面,根据流域内泥石流活动条件的诸多因素,选择有代表性的15项因素进行调查,以现场调查采访和查阅历史资料为基础,根据调查结果进行泥石流易发程度数量化分析,对泥石流沟易发程度进行综合评判(表1)。

表1 主沟泥石流易发程度数量化评分表Table 1 Quantitative score table of the susceptibility of debris flow in the main ditch

根据易发程度数量化综合评判等级标准表,可知主沟泥石流易发程度等级为易发,其危害等级为特大型,潜在危险性等级为特大型。因此,罗田县黄柏山村泥石流必须进行相应的综合治理。

3 泥石流治理工程设计

3.1 治理目标与原则

根据罗田县九资河镇黄柏山泥石流形成条件、发育特征、发展趋势和治理需要,采取切实可行、安全可靠的工程治理措施,达到以下治理目标:一是防灾减灾目标,即控制泥石流发生与发展,减轻或消除泥石流地质灾害隐患,减轻或消除泥石流对被保护对象的危害；二是生态恢复目标,即恢复和平衡天堂寨自然风景保护区(国家地质公园)良性生态环境,使防治工程与周边环境相协调。

泥石流防治遵循以下原则：

(1) 坚持以“预防为主、全面规划、综合治理、因地制宜、分工合作、加强管理、注重效益”的工作方针；根据泥石流形成条件、活动规律及危害对象,制定有力措施,抓住关键因素,突出重点,因地制宜。

(2) 坚持泥石流治理与天堂寨自然风景保护区(国家地质公园)建设要求相结合的原则。自然保护区景观的美学价值和自然美是灾害防治工程布设时必须要考虑的因素,要尽可能地避免因工程建造而破坏或影响景观的自然美,注意防治工程与景观的协调一致性。工程布局上,充分利用地形地物和环境条件,巧妙布置,使灾害防治工程与地景相融合,尽量将防治工程布设在游客的视线之外或对防治工程采取美化措施,防止因防治工程而破坏自然景观。

(3) 保护景观资源的原则。对于自然保护区而言,自然景观多是独特的或唯一的宝贵财富,是保护的主要对象。泥石流破坏景点,给自然保护区造成严重灾害,泥石流治理的核心是保护关键的景点和景观资源。罗田县天堂寨的水体景观是其重要的景观之一,因此,保护水体,就成为黄柏山村泥石流治理的核心任务。

(4) 保护生态环境的原则。生态环境是自然保护区的基本资源,是需要保护的重要对象。泥石流防治工程要聚焦这一保护对象进行设计,同时尽可能选用对目前已有原生态植被破坏小,对环境影响程度低的工程措施,要注意把工程施工对生态环境的影响减少到最小程度[5]。

(5) 设计方案上科学经济,在技术上可行的前提下,尽量采用造价较经济,能节约资金的工程措施。

(6) 坚持以环境效益、社会效益和经济效益最大化的原则设计治理方案。

3.2 治理措施

根据罗田县九资河镇黄柏山泥石流的基本情况,泥石流沟下游沟口狭窄,居民区密集,修建排导工程空间有限,同时中下游段较为堵塞。结合罗田县天堂寨旅游景区建设规划及地方经济发展,治理措施包括固源、拦挡、疏浚及生态恢复等方面。

(1) 固源。根据现场调查,泥石流集中物源补给以崩塌堆积体、松散堆积体为主,固源措施主要设置于泥石流中上游。采用防护堤工程,考虑到治理区位于景区,对裸露边坡进行植被绿化,防护堤外部进行生态恢复措施,防护堤内侧种植下垂藤类植物遮挡,使防护堤与周边环境相协调。

(2) 拦挡工程。结合泥石流基本特征,拦挡措施考虑以多级拦挡为主,并结合沟道清淤积的治理措施,拦砂坝的主要作用：①固定沟床、防止沟底下切、减缓沟床纵坡,降低流速,稳定沟槽两岸,防止沟岸坍塌,减少泥沙汇入；②起拦蓄泥沙的作用；③控制行洪流路,确保行洪河段安全。因此,罗田县九资河镇黄柏山泥石流防治工程方案中设置三处拦挡坝,稳定沟槽两岸,减少泥沙汇入,控制行洪流路,回淤部分泥沙对物源堆积体起回填压脚的作用。

结合旅游区建设需求,对拦挡坝坝面采用芝麻黑花岗岩贴面人工美学处理。坝体周边栽植水体植物,使其与周边环境相协调。

(3) 疏浚工程。河道清理主要是针对肖家河及龙井河堆积区进行,将沟内堆积的泥砂、碎石、块石清理干净,通过采削凸填凹,降低河道坡降,清理河道淤积区,以保持河道畅通,保证泄洪顺畅。

(4) 应急通道。考虑到泥石流位于旅游区内,游客较多,结合旅游区建设,在泥石流沟河道一侧合适地段设置应急通道,起到有效及时疏散游客的作用,应急通道采用仿生处理,使其与周边环境相协调。

(5) 生态恢复绿化工程。生态恢复绿化工程主要是对破坏的植被进行恢复,对治理措施采用美化手段,使防治工程与景区环境相协调。种植的植物多以耐寒、耐阴、喜湿润的植物为主。

4 结论

(1) 九资河镇黄柏山泥石流属于低频—稀性—暴雨—沟谷型泥石流,九资河镇黄柏山泥石流暴发规模为大型泥石流,按泥石流灾害危害性等级和潜在危险性等级划分均属特大型地质灾害；通过对泥石流活动危险性进行评估,九资河镇黄柏山泥石流受灾体处于危险工作状态,成灾可能性大。因此对其必须进行综合治理。

(2) 对该泥石流沟的治理采用拦挡为主,排导结合,辅助监测工程的治理方案,此方案经济合理,技术成熟,便于施工,实施后灾害隐患可得到有效的防治,当地居民的生命和财产安全可得到有效保护。