四川省金川县曾达沟泥石流灾害特征与监测预警

侯儒宁 胡桂胜 陈宁生 韩征 刘恩龙

摘要：2019年6月27日22：45，流域面积达125.53 km 2的四川省金川县曾达沟突发特大型泥石流灾害，一次性冲出固体物质约120万m 3，直接经济损失达1.51亿元。通过现场调查、遥感解译、室内实验等手段，从物源、地形和水源条件入手，分析了此次灾害的成灾特征、形成演化过程、动静特征参数、未来发展趋势。研究表明：6月27日曾达沟泥石流是前期雨量和激发雨量共同引发的稀性泥石流，重度为1.60～1.78 g/cm 3，峰值流量为442 m 3/s;此次泥石流的成灾过程可以分为龙古沟源区滑坡失稳、各支沟泥石流汇入主沟后规模不断扩大、在主沟沟道淤积并减速停止3个阶段。“群测群防”体系与工程措施的结合在此次泥石流灾害避险中发挥出重要作用，可为以后相关地质灾害的预警及避险提供借鉴和参考。

关 键 词：特大型泥石流; 成灾特征; 形成机理; 曾达沟泥石流; 四川省

中图法分类号：  P642.23

文献标志码：  A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.017

 0 引 言

青藏高原东缘地区，河流下切侵蚀剧烈，区域内沟谷发育，强烈的构造活动导致岩体结构破碎，夏季降雨集中丰沛  [1-2] 。泥石流在该区域内发育条件较易满足，是该地区主要自然灾害类型之一。特别是汶川特大地震对震区山体结构的破坏导致震后泥石流物源激增  [3-4] ，以文家沟  [5] 、银厂沟  [6] 、红椿沟  [7] 为代表的震后泥石流一般具有形成临界雨量条件降低，成灾规模、频率增大，人员伤亡和经济损失较为惨重等特点。

影响泥石流形成的流域地貌因素主要体现在流域面积、沟谷长度和沟床比降，泥石流沟数目累计分布与上述因素具有统计自相似性  [8-9] 。已有研究基于分形理论对泥石流的流域地貌因素进行非线性分析，认为流域面积对泥石流发育和形成起控制作用  [10-12] 。成灾规模较大的泥石流通常具有流域面积小、坡降大的特征，以汶川极震区“窄陡型”泥石流  [13-14] 为典型代表。流域面积大于30 km 2、支沟较多的流域，泥石流的暴发往往局限在流域局部沟道  [15] 。

金川县曾达沟流域面积达125.53 km 2，流域内分布有大小不一共16条支沟（见图1），按常规认知，主沟不会发生特大规模泥石流灾害。但在2019年6月27日22：45，流域上游支沟龙古沟暴发泥石流，并引发了主沟沟道泥石流，持续时间约3 h，一次性冲出泥石流固体物质约120万m 3。此次灾害造成部分已建地灾治理工程失效，冲毁房屋1 326间，农田受灾50.77 hm 2（ 761.5 亩），通乡通村道路损毁25.1 km，桥梁损毁17座，直接经济损失达1.51亿元。幸运的是，得益于高效的防灾体系建设，此次泥石流灾害中并无一人伤亡。

本文以四川省金川县“6·27”曾达沟泥石流为研究对象，通过现场调查、遥感解译与室内实验，详细分析了曾达沟泥石流的形成条件、演化过程及其成灾特征，并介绍了灾害发生前的实时撤离过程。本研究不仅对进一步认识大流域面积泥石流活动有重要意义，其成功避险经验也可为其他地质灾害的防治提供借鉴。

1 区域环境

曾达沟地处四川省金川县曾达乡，沟口坐标N 31° 12′3.2148″、E 102° 0′41.3064″，属金川河左岸一级支流。地貌属高山峡谷地貌，地形切割剧烈，沟域内支沟发育，狭窄多呈窄“V”型。区域内出露的地层主要有三叠系中统杂谷脑组（T  2 z）、三叠系上统侏倭组（T  3 zh）、三叠系上统新都桥组（T  3 x）（见图2）。三叠系中统杂谷脑组（T  2 z）主要分布在两侧支沟中上游及主沟中下游区域。侏倭组（T  3 zh）分布区域几乎覆盖流域内各个支沟。新都桥组（T  3 xn）主要分布在流域中上游龙古沟、双海子沟、干海子沟中上段区域，主沟沟源等区域。

曾达沟所在区域属大陆性高原季风气候，干、湿季节分明。据气象资料，区域多年平均降水量为621.0 mm，多集中在夏半年（5～10月），降雨量为588.1 mm，占全年降水量的91.0%，其中6月多年平均降水量为1 445 mm，占全年降水量的23.3%。

2 泥石流灾害特征

2.1 泥石流动、静参数

陈宁生等  [16] 对中国西南地区45条典型的沟道泥石流容重与黏粒含量关系的统计分析，得到式（1）

γ   C=-1.32× 10  3x 7-5.13× 10  2x 6+8.91× 10  2x 5-55x 4+34.6x 3-67x 2+12.5x+1.55 （1）

灾后现场调查在主沟内7处不同位置（见图1）取泥石流堆积物土样并进行颗粒级配试验（土样编号为1～7，自上游到下游依次增大）。试验结果显示泥石流堆积物的黏粒含量为0.53%～2.43%，據公式得出此次灾害泥石流的重度为1.60～1.78 g/cm 3，整体属于稀性泥石流（见图3）。

结合灾后调查测得的断面数据（见图1），采用云南省东川蒋家沟修正公式（式（2）～（3）），计算得到泥石流流速为15.32 m 3/s（见表1）。

V c= 1 n c H  2/3 I  1/2  （2）

1 n c =28.5H  -0.34  （3）

采用形态调查法（式（4））来估算此次泥石流灾害的峰值流量 Q  c为442 m 3/s，泥石过程时间 T 为3 h， K 为0.252，采用修正五边形法（式（5））计算得到此次泥石流总量 W  c为120.29万m 3。

Q c=V cA c （4）

W c=KTQ  c  （5）

2.2 灾害发展过程

从流域泥石流的形成条件出发，结合现场调查，大体可将曾达沟“6·27”泥石流过程分为3个阶段。

（1） 泥石流形成阶段。前期降雨历时长、雨量大，导致区域内处于饱水状态的松散堆积体极易启动，在强降雨的激发下，龙古沟上游滑坡体失稳。沟道内原本堆积的松散固体物质受水流影响，也被揭底冲刷汇入洪流之中。随着洪流的不断扩大，沟道下切深度达6 m，同时对沟道两侧不断掏蚀进一步增加泥石流容重，可以概括为“溯源侵蚀-冲刷刨蚀-侧蚀坍塌-混合裹挟”的扩沟作用模式  [6] 。就大颗粒粒径土粒占比来说，龙古沟沟口（3号）最大（见图3），证明该处水动力条件较好。龙古沟下游坡降达400%，已初具规模的泥石流撞击对岸山体，冲高达30 m左右（见图4），据此估算龙古沟沟口流速为24 m/s。

（2） 规模放大阶段。虽然主沟上游3号坝有效拦截了主沟上游沟道物源，但形成的洪水与龙古沟泥石流混合后，泥石流的规模和动力均得到加强，对主沟沿途铲刮、沟道下切作用更为明显，并携带大量砂石进入下游沟道。支沟倪家坪沟在强降雨的作用下也产生了规模不小的泥石流，使得主沟泥石流规模不断加大，形成特大型泥石流。

（3） 停淤阶段。在流域主沟出现3处主要淤积区，分别位于支沟艾尔罗沟沟口上游、1号格栅坝坝后、海子萍（见图5）。在支沟艾尔罗沟沟口上游由于河道弯曲和纵坡相对平缓，影响泥石流流体首先堆积，堆积体长500 m左右，方量21.0万m  3 左右。然后，泥石流向下流动至1号格栅坝处，受坝体拦挡，坝后完全淤满，堆积体纵向长250 m左右，方量3.7万m  3 左右。白腊沟口到主河交汇处区段，该区域内修建的双边防护堤发挥了较好的防灾效果（见图5），泥石流堆积物淤满了原排洪沟道，双边防护堤很好地限制了泥石流对河道的侧蚀，此段淤积长1 800 m左右，方量88.2万m  3 左右。

2.3 成灾特征与防治工程现状

曾达沟泥石流在形成过程、扩大过程、停淤过程中除有一般泥石流灾害的共性成灾特征外，还表现出持续时间长、输移能力强、淤积规模大的特殊性。

泥石流过程时间为从开始发生到结束的整个过程，持续时间一般不超过 1.5  h或仅有短短几分钟  [17-18] 。曾达沟泥石流自6月27日22：45暴发以后一直持续到次日凌晨02：00，过程时间为3 h。各支沟长度、纵坡、沟道形态特征有一定的差异性，可能导致各支沟汇水形成的洪峰错峰到达主沟，延长了此次泥石流的过程。此外，此次泥石流灾害展现出较强的输移能力，在沟口处粒径1 m左右的巨石仍然随处可见（见图6），房屋和树木均遭到了巨石的冲击破坏。通常来说，沟道型泥石流中上游以冲刷流动为主，下游平缓处以淤积为主。除主沟沟道下游的淤积区以外，此次泥石流1号格栅坝坝后、艾尔罗支沟沟口上游形成2处淤积区。

在本次灾害发生之前，流域内已经修建防治工程若干，包括3座拦挡坝、10段防护堤。大部分防治工程均在此次灾害中发挥了不同的防灾效果（见图7），具体表现为：最上游3号格栅坝处于半库状态，1号和2号格栅坝处于满库状态，这些格栅坝有效拦截了泥石流，减少了泥石流在下游的淤积量;双边防护堤内淤满泥石流堆积物，有效限制了泥石流的运动路径，防止其对沟道横向侵蚀后漫淤;格栅坝和双边防护堤所受损伤较小，清淤后即可再次投入使用。而单边防护堤的防灾效果并不尽如人意，且被泥石流冲刷、掏蚀基底而损坏。

3 孕灾条件分析

3.1 降雨条件

曾达沟源区分水岭南坡的太平桥乡长胜店村，在6月27日泥石流暴发之前一个月内，降雨天数为19 d，在27日夜间20：00至28日夜间20：00降雨量为52.6 mm，超过中国暴雨临界值（50 mm/24 h）（见图8）。此外，高海拔地区降水局地特征十分明显，通常有随着海拔增高而增大的趋势  [19] ，太平桥长胜店村海拔较低，气象数据不足以反映曾达沟源区真实降水情况。根据调查访问，6月27日晚上22：45，曾达沟流域上游小时降雨强度达到特大型强降雨标准。从泥石流发生前的降雨模式看，曾达沟泥石流的暴发是前期雨量与激发雨量共同作用的结果  [20] 。

3.2 物源条件

松散固体物质构成、储存和聚集取决于内外地质营力  [21] ，在泥石流发生因素中占据主导地位，其成分、数量、补给方式决定了泥石流的性质和规模  [22] 。据现场调查，曾达沟内物源丰富，以沟道内堆积的泥石流堆积物为主，次为崩塌、滑坡堆积体，沟道两岸坡残积体亦提供少量物源。对各物源情况分叙如下：

（1） 沟道物源。老泥石流的堆积物可以为后期泥石流的发展提供充足物源，在2010年舟曲泥石流中，沟道中赋存的十余次历史泥石流堆积物为泥石流的重要物源补给  [23] 。自20世纪90年代以来，曾达沟流域内先后发生过5次泥石流灾害，沟道内存有大量泥石流堆积物。根据现场调查，沟道物源主要分布在主沟上游宽缓区、下游堆积区及各支沟局部沟段，被冲刷揭底为本次泥石流形成提供了重要物质来源。

（2） 崩滑物源。崩塌主要分布在支沟中下游，堆积于岸坡坡脚，前缘已进入沟道，并部分堵塞沟道。此外，沟谷两岸坡体坡残积堆积层中发育浅层滑坡，其中小型13处，分布于斜坡中部或中上部，大部分有滑移变形迹象，但未完全滑移进入主沟道;另有一大型滑坡分布在主沟中下游右岸，处于蠕变状态。在此次灾害中，前缘进入沟道的崩塌、滑坡约80%发生垮塌，被泥石流冲刷携带，提高了泥石流容重，同时也增强了泥石流冲击能力。

（3） 坡面物源。曾达沟地处川西北高原，受区域自然环境的影响，岩石风化作用强烈，水力侵蚀作用下水土流失现象严重  [24] 。侵蚀剧烈区多位于沟岸，中度与轻度侵蚀区距离沟道较远，依据SL 190-2007《土壤侵蚀分類分级标准》，结合植被类型、坡度等因素综合确定侵蚀模数，确定该类型可移动物源总量。

流域内物源总量为1 216.95万m  3 ，动储量为154.37万m  3 ，其中曾达沟主沟占比较大，物源总量和动储量为分别521.06万m  3 和58.95万m  3 。就各物源种类而言，流域内沟道物源、崩滑物源、坡面物源储量分别为584.37万，528.2万，104.38万m  3 ，占比分别为48.0%，43.4%，8.6%。

3.3 地形条件

曾达沟流域属高山峡谷地貌，流域最高点高程 4 720  m，沟口高程2 056 m，相对高差2 664 m。主沟上游段（沟源到张家沟沟口）平均纵坡降约317‰，沟道狭窄，整体呈“V”字形，中下游段平均纵坡降101‰～70‰，沟道宽17～117 m，沟道断面整体由“V”向“U”字形过渡。各支沟中下段沟道狭窄，沟道宽15～40 m，两岸谷坡陡峻，坡度约35°～60°，局部基岩出露段坡度达70°以上。此外，流域形态为“梨形”，主沟两侧分布有16条“柳叶状”形态的支沟，沿主沟两侧均向分布（见图1），有利于径流快速汇集到主沟沟道内。Huayong等  [25] 提出无量纲“形态系数”来表征泥石流的发育形态：

F=A/L 2 （6）

式中：F为流域形态系数，A为流域面积，L为流域沟道长度。F越小，说明流域狭长，坡降较陡，便于水流快速汇入主沟;当F接近1，则流域近方形，坡降较缓，不利于水流汇入主沟。曾达沟流域内形态系数在0.13～0.44之间（见表2），说明区内流域形态狭长，便于各支沟水流汇入主沟沟道。

4 泥石流监测预警

监测预警是针对泥石流的重要防灾减灾手段，是对工程防灾措施的一个有效补充  [26] 。目前，国内外泥石流预警模式和方法繁多，主要从形成背景、降雨条件、岩土条件、运动特征等方面进行预测预报;而从预报时间尺度方面来说，又可以分为短临期预警、短期预警、中長期预警和长期预警  [27-28] 。在本次泥石流灾害中，工程措施发挥了出色的减灾效果，但一种不同于上述单一模式和方法的多级联动、多手段配合、基于社区居民的“群测群防”机制也发挥了重要防灾作用。在这种模式中，基于降雨条件的短期预警和基于社区居民的短临期预警都有体现（见图9）。

2019年6月27日17：38，阿坝州自然资源局向金川县自然资源局发出通知，地质灾害预警等级为2级。金川县自然资源局于17：39立即通过qq群、微信群、短信平台、电话通知等方式将预警信息发布至各乡镇防灾责任人、监测责任人、国土员。同时，金川县实施的自动化实时监测系统根据各监测点自动化雨量监测站点降雨信息，实时滚动发布雨情预警信息，该信息直接传递到隐患点所在乡乡长，分管副乡长、国土员、监测责任人和监测人。下午17：40曾达乡乡镇国土员以打电话、微信群等方式通知曾达沟监测员地质灾害预警等级为2级、发生地质灾害可能性较大，监测员遂通知泥石流沟受威胁群众。当日晚上20：00，监测员发现雨势未见减弱，沟水上涨较快，有泥石流暴发的可能，于20：10开始逐户通知避险转移，20：55受威胁群众全部完成转移。6月27日22：45，曾达沟暴发泥石流灾害。泥石流灾害发生前，监测人员及时发出预警信息，并立即组织群众主动避让，共转移200户820人，无一人员伤亡，实现成功避险。

此次灾害中无人员伤亡，属国内首次特大泥石流灾害成功避险的首例，针对泥石流的监测预警是此次灾害成功避险的关键。中国目前的地质灾害点还有28万处，防灾减灾任重道远，此次成功避险为国内其他地质灾害点防灾减灾工作提供了宝贵经验，值得推广。

5 结论与建议

“6·27”曾达沟泥石流是由强降雨诱发的稀性泥石流，泥石流重度为1.60～1.78 g/cm 3，流速为15.32 m/s，峰值流量为442 m 3/s。此次泥石流形成过程为：支沟龙古沟源区滑坡失稳引发支沟泥石流-汇入主沟后被不断放大-主沟下游减速淤积。除有一般泥石流灾害的共性成灾特征外，还表现出持续时间长、输移能力强、淤积规模大的成灾特征。

根据调查访问，自2010年倪家坪沟成泥石流并堵塞主沟事件后，几乎每逢暴雨就发生规模大小不一的山洪，具有高频的特点，预示着该区域泥石流活动正处于活跃期。本次泥石流灾害发生后，流域内岩土体受到不同程度的扰动、强度降低，流域内仍有较大物源储量，在合适降雨条件下，有再次启动的可能性，应及时进行沟道清理并开展工程防护措施建设。

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（编辑：刘 媛）

Characteristics， mechanism， monitoring and early warning of debris flow  disasters in Zengda Gully， Jinchuan County，Sichuan Province

HOU Runing  1，2 ，HU Guisheng  1，3 ，CHEN Ningsheng  1，3 ，HAN Zheng 4，LIU Enlong 5

 （ 1.Key Laboratory of Mountain Hazards and Earth Surface Process，Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences （CAS），Chengdu 610041，China; 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China; 3.Academy of Plateau Science and Sustainability，Xining 810016，China; 4.School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China; 5.College of Water Resources and Hydropower，Sichuan University，Chengdu 610041，China ）

Abstract：

At 22：45 on June 27，2019，a large debris flow event occurred in Zengda Gully，Jinchuan County，Sichuan Province，with a drainage area of 125.53 km 2.About 1.2 million m 3 of solid matter was washed out and the economic loss reached to RMB 151 million Yuan.This research mainly adopts methods such as field survey，remote sensing interpretation and indoor experiment.According to the basic conditions of source material，topography，water source，etc.，the disaster characteristics，formation and evolution process，dynamic and static characteristic parameters，and the development trend of future disasters were analyzed.Results were as follows：this event was a sparse debris flow caused by both the previous rainfall and the induced rainfall，with density of 1.60 ～ 1.78 g/cm 3 and peak discharge rate of 442 m 3/s.This debris flow event can be divided into three process stages：the instability of the landslide in the source area of Longgu Gully led to the occurrence of debris flow in the branch ditch firstly，then the scale expanded with the branch gully material merging into the main gully，and finally the material slowed down and stopped in the sedimentation area of the main gully.The combination of ‘Forecast and Prevention dependent on Masses system and engineering measures played an important role in the avoidance of debris flow disasters，which can provide reference for the early warning and avoidance of related geological disasters in the future.

Key words：

super-large debris flow;disaster characteristics;formation mechanism;Zengda Gully debris flow;Sichuan Province