浅谈进财沟泥石流的治理建议
2021-01-06张栗瑞舒智铭
张栗瑞,鲁 科,王 敏,孙 波,黄 翔,唐 敏,舒智铭
(四川省地质工程勘察院集团有限公司,四川 成都 610036)
进财沟泥石流位于宝兴县蜂桶寨乡新华村3组,该沟历史上未爆发泥石流,受“8.22”强降雨影响,于2019年8月21日、22日爆发泥石流,自形成流通区中下游沟道至堆积区内主沟段直至沟口均形成了较明显泥石流堆积,泥石流堆积呈长条状沿沟分布,沟口堆积扇面积为1.05万m2,冲出方量约3万m3,淤埋351国道100m,冲毁村道500m、掩埋房屋4栋,直接经济损失约200万元,所幸未造成人员伤亡。根据相关技术要求和有关程序,为了切实做好重大地质灾害防治工作,确保灾区人民群众生命财产安全,受宝兴县自然资源和规划局的委托,承担了宝兴县蜂桶寨乡新华村3组进财沟泥石流抢险救灾项目的勘察、设计工作。项目组立即开展了野外勘查工作,获得自然地理、地质环境和泥石流形成条件,提出治理措施。
1 地质环境
1.1 地层岩性
主要为花岗岩,浅灰、灰白、浅绿色,细-中粒花岗结构,他形-半自形粒状结构,局部有微文象结构,块状构造,矿物成份主要为酸性斜长石(5-45%)、斜钾长石(45-5%)石英(20-40%)、黑云母(2-6%))。主要分布于第一级跌水陡坎-沟口地段,抗风化能力弱,强风化带厚度大。
1.1.2 前震旦系黄水河群下段(Pthn1)
以凝灰岩为主,灰绿色,岩质坚硬,但受区域构造作用影响,岩体裂隙发育,岩石破碎,经风化后多呈碎块状。主要分布于沟源-第一级跌水陡坎段。
1.1.3 第四系全新统松散堆积
碎石土:黄褐色、褐黄色,结构松散;碎石成分主要为花岗岩、凝灰岩,多呈弱风化状,磨圆较差,呈次棱角状,大小混杂,分选较差;一般粒组组成:0粒径大于200mm的块石占15-25%,据地面调查,最大块径可达80cm,200-60mm的碎石占40-50%,60-2mm的角砾占10-15%,岩屑、细砂及粉粘粒充填,结构不均,局部为块石土或含碎石粉质粘土,透水性较好。
碎石土:灰白、灰绿色,结构松散;碎石成分主要为凝灰岩,多呈弱风化状,磨圆较差,呈次棱角状,大小混杂,分选较差;一般粒组组成:粒径大于200mm的块石占10-20%,据地面调查,最大块径可达40cm,200-60mm的碎石占45-50%,60-2mm的角砾占10-15%,岩屑、细砂及粉粘粒充填,结构不均,局部为含碎石粉质粘土,透水性较好。
主要为块碎石土,灰白色、灰黄色,结构松散,块石成分主要为花岗岩、凝灰岩,多呈弱风化状,磨圆较差,呈次棱角状,大小混杂,分选较差;一般粒组组成:粒径大于200mm的块石占40-50%,据地面调查,最大块径可达1.3m以上,多具架空现象,200-60mm的碎石占20-30%,60-2mm的角砾占20-30%,其中进财沟泥石流近沟口段主要为为碎石土,透水性较好。
1.2 地质构造
勘查区历经多次构造变动,形成了不同特征的构造体系,处巨型“歹”字型构造体系中部与龙门山北东向构造带结合部位,地质构造复杂,褶皱断裂发育。以赶羊沟断裂(龙门后山断裂)为界,北部为金汤弧形构造带,中南部为龙门山构造带。
1.3 水文地质条件
根据地下水赋存条件,将勘查区地下水类型分为两种:松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。
松散岩类孔隙水:储水物质主要为滑坡堆积体、崩坡积体、泥石流堆积体。崩坡积及滑坡堆积分布于斜坡上,结构松散,其孔隙较大,加之堆积体纵坡较陡,因而透水而不含水,无统一地下水位,其赋水性差,地下水较贫乏。
基岩类裂隙水:赋存于花岗岩、凝灰岩裂隙中,裂隙发育受构造控制,总的基岩裂隙水赋存条件差,地下水量贫乏。
2 泥石流形成条件分析
2.1 地形地貌及沟道条件
该泥石流沟在地形地貌上主要表现为四方面的特征:支沟不发育,主沟较顺直;岸坡对称,斜坡坡度较大;主沟纵坡降沟源较陡,中下游相对平缓;沟道狭窄。
2.2 物源条件
崩滑堆积物源为点状分布的集中性物源,据本次勘查,进财沟沟域内共发育不同规模的崩滑堆积物源点7处,均为滑坡堆积物源,按规模划分均为小型,由于进财沟局部段,特别是中游深切地段,地形坡度较大,因此沟岸多为陡坡,易形成崩塌、滑坡,长期积累便为泥石流运动提供直接的物源。
沟内物源区主要分布于沟谷中下段,主要是受沟水侧蚀沟岸、陡坎处揭底沟床形成的固体物源。沟床内早期松散堆积物及靠近主沟两侧的松散洪水堆积物,受径流的长期侵蚀冲刷,易局部垮塌,尤其在泥石流作用下,随短时径流量的增加,侵蚀能力增强,使得这些松散固体物质被铲刮裹挟成为泥石流重要补给物质。
2.3 水源条件
据宝兴气象站资料,多年平均降雨量1101.5mm,最大年降雨量为1279.0mm,最大日降雨量达123.5mm,最大三小时降雨量80.0mm以上。降雨量主要集中于5-9月,两季降雨量占全年的85%,其中7、8两月降雨量更为集中,7月为266.3mm,8月为285.8mm,两月累年平均降雨量达552.1mm,占全年降雨量的50%。
3 泥石流流体重度
3.1 现场调查试验法
本次勘查中利用“8.22”泥石流调查试验成果,8.22泥石流调查采用现场调查法并结合泥浆泥痕迹相似法综合测定泥石流体重度。其计算公式为:
式(5-1)中 :
Gc—样品的总质量,t;
V—样品的总体积,m3。
3.2 雨洪法
采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》推荐的推理公式:
式(4-1)中:QB―设计洪峰流量,m3/s;
ϕ―洪峰径流系数;
S―暴雨雨力,即最大1小时暴雨量,mm/h;
τ―流域汇流时间,h;
n―暴雨衰减指数;
F―流域面积,km2。
汇流参数m值的计算公式为:
设计泥石流峰值流量计算
其计算公式为:
式(5-3)中:Qc―泥石流洪峰流量(m3/s);
QB―清水洪峰流量(m3/s);
(1 + ϕc)―可参照表G.2确定;
Φc―泥石流泥沙修正系数,;
γc―泥石流容重(t/m3);
γw―清水容重(t/m3);
γs―固体物质实体容重(kN/m3),γs=27kN/m3;
Du―堵塞系数。
3.3 形态调查法
形态调查法计算公式为:
式中:
Qc—泥石流断面峰值流量(m3/s);
Wc—泥石流过流断面面积(m2);
Vc—泥石流断面平均流速(m/s)。
3.4 综合取值
由于8.22泥石流调查是根据实际发生泥石流情况测定的泥石流重度,就沟道内泥石流堆积地貌及物质组成而言,现场调查法并结合泥浆泥痕迹相似法综合测定准确程度较高,故而宜以现场调查试验成果作为泥石流设计的依据,因此频率1%下进财沟中、下游1.82t/m3;沟口1.86t/m3;1#支沟沟口重度1.88t/m3。
4 治理措施
进财沟泥石流易发性为易发,形成的泥石流性质为粘性泥石流,随着沟道纵坡的变化,流体向山洪性质转变,在形成流通过程中,沿程沟道较顺直,泥位线低于防治对象位置,目前主要威胁沟口一带安置点及居民聚居区。因此,结合这样的特点,治理工程重点在沟口一带,总体方案本着“以排为主”的治理思路采用“清淤+防护堤+涵洞改造”进行治理。
5 结论与建议
(1)进财沟沟口段为居民集中居住区,是主要保护对象,结合泥石流发育特征,根据泥石流过流断面的需要,在进财沟沟口居民区分布段设置防护堤,引导泥石流向下游运动,保护两岸居民的安全。
(2)考虑治理工程功效为保障危险区内农户不受泥石流灾害影响,根据过流需要,对4#涵洞进行了改造。
(3)泥石流防治工程可保护上述危险区人们生命财产安全,同时通过进财沟泥石流的治理,可改善生产生活环境,保护安置点安全,为地方建设和旅游开发创造良好的环境,并为地方带来良好的经济效益。