广西龙胜镇浸沟暴雨型泥石流灾变机理及治理效果评价*

唐名富 全洪波 梁文寿 刘芳 肖筱瑜 林达红

(中国有色桂林矿产地质研究院有限公司)

泥石流[1]是山区常见的一种突发性的自然灾害现象。暴雨型泥石流由于具有突发性强、历时短、成灾快、破坏性强等特点，易造成巨大的财产损失，严重影响局部区域人民生命和生产安全，严重制约社会与生态环境可持续发展。

龙胜镇浸沟历史上爆发过多次泥石流，近年来，随着人类工程活动的增多，有可能再次形成泥石流。根据对多次龙胜镇浸沟泥石流灾害的现场调查及广西龙胜镇浸沟泥石流勘查、设计、施工资料[1-2]分析，对龙胜镇浸沟泥石流发育泥石流情况及特征作了总结分析，研究此类泥石流灾变机理，并运用层次分析法对其防治工程进行了定量评价，为今后该泥石流沟及类似工程的防治提供了可借鉴的依据。

1 龙胜镇浸沟泥石流基本特征

根据现场踏勘及资料分析[2-5]，龙胜镇泥石流地质灾害由浸沟和多条支沟组成，其中规模较大、危害程度较大者属浸沟。

1.1 浸沟泥及支沟概况

浸沟长1.46 m，集雨面积1.23 km2，主沟流域为中山峡谷地貌，最高海拔597 m，最低海拔216 m，相对高差381 m。沟谷切割强烈，沟内陡坎数量多，沟床平均比降276.38‰。沟谷两侧边坡、崩塌较发育，两侧堆积较厚的第四系残坡积松散堆积物，厚1～4 m，堆积物成为发生泥石流地质灾害固体物源。该区域有16条影响较大的支沟(见表1)。各支沟坡度在17～45°，流区域面积1.63 km2，支沟两侧多为结构松散的第四系残坡积松散堆积物，厚度在0.2～1.0 m，是泥石流地质灾害的主要固体物源。

表1 项目区内主要支沟地形特征统计

1.2 浸沟泥石流固体松散物质来源与物质组成

1.2.1 物源区

泥石流地质灾害分布于高程597～216 m段，浸沟长1 460 m，存在多处陡坎，沟谷植被良好，岸坡坡度25°～65°，局部呈陡崖状。

浸沟两侧斜坡岩体为震旦系长安组(Z1c)紫红色中厚砂岩、泥岩和丹洲群拱洞组(Pt3g)灰绿色中厚层千枚岩，岩质较软；表层覆盖第四系残坡积层，主要由粘土、角砾、碎石等组成。是发生泥石流地质灾害的固体松散堆积物来源。

沟段两侧斜坡体上松散物质稳定性差，且存在大量的人类活动，导致沟谷两侧水土流失严重。经调查浸沟形成区储存的松散固体物质总量约20.0万m3，共同构成浸沟泥石流地质灾害的主要物源。其中明显的边坡和崩塌体，总量约2.8万m3。

1.2.2 流通区

浸沟流通区高程226～340 m,流通区长710 m,纵坡16.3°,沟底存在大量松散堆积体，沟谷总体呈“V”型峡谷。

两岸谷坡岩体由丹洲群拱洞组(Pt3g)地层组成，岩性为千枚状千枚岩。上覆第四系残坡积层角砾碎石土，谷坡中下部较厚，局部地段可达3 m以上。沟底地段为泥石流地质灾害及残坡积层覆盖，但厚度较厚，局部厚约5 m。流通区松散固体物质总量约18 000 m3。

1.2.3 堆积区

泥石流地质灾害在出沟口呈扇状分布，扇体地形较平缓，堆积厚度3～8 m，下伏基座为丹洲群拱洞组地层。扇轴长60～100 m，扇体前缘沿河宽64.0～80.5 m。

2 泥石流成灾机理

山区暴雨泥石流形成的3大基本条件是地形、地质和降水[6]，三者相辅相成、缺一不可。泥石流形成发展见图1。

图1 泥石流形成发展

2.1 地形条件

暴雨泥石流形成的主要地形条件有坡度、坡向、相对高度和流域形状及沟谷状态。其中相对高度又是形成雨水和泥石流的关键敏感点。因为相对高度越大，能提供的势能越大，形成泥石流的动力越强，引发生泥石流的可能性越大。故泥石流大多在山坡坡度较陡的山地发育。

龙胜镇浸沟走向北西到南东，北西高、南东低，地形起伏较大，沟谷谷坡25°～60°，局部达70°。正常状态下浸沟松散碎屑物处于基本稳定状态，在暴雨等极端条件作用下易形成暴雨型泥石流。

2.2 地质条件

重力地质作用在泥石流固体物质的积聚过程中起到了重要的作用。易发生泥石流的区域其上中游经常发生滑坡、崩塌，为暴雨泥石流的发生提供了物质基础。

龙胜镇浸沟松散层覆盖较厚，土层岩性为粉质黏土夹碎石土，松散土体为泥石流地质灾害发生提供了物源。

2.3 降雨条件

暴雨在形成泥石流的过程中是重要的外动力条件。一方面暴雨水体是固液两相流泥石流的液相部分，另一方面作为输送介质，并且挟带大量的土岩体运动形成泥石流。

龙胜县雨季一般在4—8月，占全年降雨量的67.72%，短历时强降暴雨极易形成泥石流。

2.4 地理环境条件

良好的森林植被能够削弱泥石流活跃程度，促进生态环境向良性转化。森林覆盖率越大，越能够减少暴雨洪水的侵蚀，并能在启动阶段阻止和减弱暴雨和泥石流的发生。当暴雨量特别大或降雨历时很长时，森林持水能力达到饱和，就会形成坡面径流，阻止和减弱暴雨泥石流发生的能力越弱。龙胜镇浸沟山脊不规则；人类活动较多，谷坡植被破坏严重。

2.5 人类活动

城市建设产生的大量渣土无序堆放，最多存有46.8万m3人工松散堆积体，增加发生泥石流灾害的固体物源。在暴雨条件下，极短时间内形成大流量的地表径流，导致暴雨泥石流发生。

2.6 暴雨泥石流形成机理

当具备了泥石流发生的水源、物源、地形地貌这3项必须条件[6-7]，随着暴雨作用下水流运动加强，地表径流侵润冲蚀沟谷中上段沟床物质，导致沟内某些松散固体物质失稳，失稳松散岩土体与水流混合而形成沟谷泥石流。随着降雨的持续进行，雨水下渗导致土体含水量增加，使岩土体的抗剪强度降低，导致剪切、剪胀破坏。雨水下渗还使得孔隙水压力升高，产生地下渗流以至于引起滑坡或坍塌，而形成重力型暴雨泥石流。

3 泥石流灾害治理效果评价

2012年浸沟泥石流治理工程竣工，主要采取的工程措施(图2)：①流通区(主沟与支沟底段)施工4道拦栅坝，对物源区的物源进行拦截；②堆积区采用导流槽+排水沟+导流堤+加固崩滑体及不稳定斜坡。其中，对浸沟流域内的Ⅰ号边坡采用锚杆格构梁+挡土墙+排水措施，Ⅱ号边坡采用抗滑桩+挡土板+排水措施，Ⅲ号边坡采用锚杆格构梁+挡土墙+钢管桩+排水措施；人工堆积体，采用格构式锚定板挡墙+排水措施[2-3，7-8]。该治理工程经历了2012年汛期及近几年来的暴雨，运行良好。

图2 工程治理平面

采用冯文凯所建立的泥石流防治工程效果后评价体系[9-13]，结合浸沟泥石流自身特点对龙胜镇浸沟泥石流治理工程进行评价。

将一级评价指标防治目标的有效性U1、工程效果的效益性U2、防治方案的合理性U3，根据评价指标的重要性，按照1～9标度法两两进行比较得判断矩阵A：

将矩阵A列向归一化并求行和归一化后，便可得到ω。

由Aω=λω，可得：

一级指标判断矩阵为3阶，经查询常用随机一致性指标表，当n=3，RI=0.55，

满足一致性检验。依此步骤，可得计算出各一级评价指标的权值。同理，计算可得出各二级评价指标权值。

通过多次对龙胜镇浸沟泥石流治理工程运行期间加固工程稳定情况、排导工程淤积情况、拦栅坝拦截状况、泥石流发生情况调查，最终计算出浸沟泥石流防治工程效果单因素评价(表2)。

表2 浸沟泥石流防治工程效果等级得分

各因素的单因素评估向量组成二级指标模糊关系矩阵R1，R2，R3，从而可得一级指标模糊关系矩阵R，最终可得评判结果。

3.1 二级评判结果

由Bi=Ai·Ri，得

3.2 一级评判结果

由B=A·R，得

则评价等级得分S为

计算得S=0.795，由表3可知龙胜镇浸沟泥石流防治工程效果为良好。结果表明:“①流通区施工拦栅坝，对物源区的物源进行拦截；②堆积区采用导流槽+排水沟+导流堤+加固崩滑体及不稳定斜坡”的综合防治措施取得了明显的效果。

表3 浸沟泥石流防治工程效果等级得分

4 结 论

(1)机理研究表明，随着降雨的持续进行，孔隙水压力升高使岩土体的抗剪强度降低导致剪切、剪胀破坏，以至于引起滑坡或坍塌，在暴雨等极端条件下易形成暴雨泥石流。

(2)结合浸沟泥石流的自身特点，采用泥石流防治工程效果综合后评价模型，对浸沟泥石流防治效果评判，评判结果：龙胜镇浸沟泥石流治理工程效果良好。

(3)从龙胜镇浸沟泥石流综合治理工程实践表明，流通区对物源的采用拦栅坝进行拦截；堆积区采用导流槽+排水沟+导流堤+加固崩滑体及不稳定斜坡，在类似泥石流地质灾害治理工程中具有借鉴意义。