非典型山洪泥石流致灾分析和预防对策——以北川白什“7·16”山洪泥石流灾害为例

敬代昕,李必良

(1.绵阳市河湖保护中心,四川绵阳,621000;2.绵阳职业技术学院,四川绵阳,621000)

北川县白什乡场镇地处通口河一级支流青片河流域上游,青片河与白水沟汇流处,受特殊地理位置、地质环境控制,北川白什2022年7月16日暴发了山洪泥石流灾害,致灾严重性超出预测。灾情发生后,国家、省、市水利工作组迅速赶赴现场指导抢险救灾工作,开展致灾成因调查。

1 灾害背景

1.1 地质环境

1.1.1 地形地貌

北川境内峰峦起伏,沟壑纵横,属中高山区,大致以白什、外白为界,其西属岷山山脉,其东属龙门山脉,境内最高海拔4769m,地势西北高,东南低。

1.1.2 地质构造

龙门山地槽褶皱带自西向东发育汶川-茂汶断裂、映秀-北川断裂和彭县-灌县断裂,并以断裂为主滑面构成大规模、多级次的叠加式冲断推覆构造带[1],形成现状复杂的地质构造景观。

区内主要发育有:

(1)汶川-茂汶断裂:又称龙门山后山断裂。断裂向西北陡倾,地层方面,在汶川-茂县断裂沿线的草坡与汶川之间,主要是元古代花岗岩(雪隆包岩体)逆冲于志留系之上,志留系又逆冲于泥盆系或元古界彭灌杂岩之上[2];北东段在志留系茂县群浅变质岩系中穿过,南西段从志留系茂县群和“彭灌杂岩体”之间穿过,在茂县以东该断裂终止于志留系茂县群中,与一条东西向的弧形推覆构造相交。

(2)一系列复背向斜:影响和控制区内地层展布及构造发育特征的主要构造形迹是大鱼口倒转复向斜、庙坝倒转复背斜、马槽倒转复向斜、白什倒转复背斜等一系列后龙门山多期褶皱。

白什乡位于龙门山地槽褶皱带后山带内,处于汶川-茂汶断裂隐伏东端与东西向弧形推覆构造区的交汇地段,该区域岩性主要由志留系茂县群千枚岩构成,其次为夹板岩、砂岩,千枚岩劈理特别发育,层理不明显,岩体总体性状较软弱,易风化、剥蚀,风化后呈含少量块石的碎石类土。

1.1.3 地质灾害点分布情况

北川地质构造复杂、地质灾害非常发育,又受“5·12”地震影响,大部山体松动,岩石破碎,也为山洪泥石流灾害的发生创造了条件[3],历史上也多次爆发崩塌、滑坡、泥石流,有加剧发育的趋势。白什七星沟沟口至场镇间白水河左岸上油坊滑坡(泥石流)2007年滑动破坏,并形成泥石流堆积于白水河左侧,距离下游青片河汇口场镇约550m,已采用新建梳齿坝(距汇口515m,混凝土结构,有效高度6m)、防护堤(梳齿坝下游左侧282.7m,混凝土挡墙结构)等工程治理措施,于2018年主汛前完工,地灾隐患点已销号。白什场镇青片河下游1km处左岸草角坝滑坡,2020年进行了削坡+抗滑桩工程治理,“7·16”灾害未发现有影响。

经自然资源和规划部门历次排查和治理,北川现有地灾隐患点439处,白什乡范围内尚有17处,主要位于青片河两岸及其支沟,七星沟左岸1处(王麻子沟崩塌),白水沟两岸4处(何家院子滑坡等),目前主要采取群测群防等非工程措施。

1.2 水系环境

北川域内河流属涪江水系,面积100km2以上的支流支沟有10条,50km2以上的有14条。年均降水量28.76亿m3,年均地表径流量23.26亿m3。“7·16”灾害涉及支流主要有:

(1)青片河(白什场镇以上):发源于北川县青片乡西插旗山,经白什、马槽、坝底、墩上、禹里等场镇,白什场镇以上集雨面积561km2。

(2)白水沟:青片河一级支流支沟,自西向东于白什场镇右岸汇入青片河,在汇口上游约2.3km左岸处收纳七星沟。

(3)七星沟:同白水沟于白什场镇汇口上游约2.3km处交汇形成白水沟下段。

2 “7·16”雨情、水情分析

2.1 雨情分析

2.1.1 降雨时空分布

2022年7月15日夜间至16日上午,北川县出现了一次较强降雨天气过程,白什乡及相邻青片、桃龙、小坝、马槽等地局部出现暴雨和大暴雨。

白什乡场镇设有白什雨量站,结合周边雨量站监测数据(见表1),大寨、青片、双溪、白什、坝底及石板关站5min雨量本次总降雨量分别为38.5mm、97.5mm、71.5mm、70.5mm、100mm、129mm。7月16日0-8时,青片河流域双溪站8时时段雨量较大,其他站点降雨时段主要集中在3时-5时;从地理分布看,上游降水量基本小于下游。

表1 白什乡邻近区域雨量站7月16日降雨特征值 单位:mm

2.1.2 降雨重现期

本次白什雨量站(见图1)最大10min降雨量为7mm(7月16日4时10分至20分),重现期小于5年一遇;最大1h降雨量为23mm(7月16日4时至5时),重现期小于5年一遇;最大6h降雨量为69mm(7月16日2时至8时),根据白什站1964年-2020年已有的年最大6h、24h暴雨系列资料,并查《四川省暴雨统计参数等值线图册》(2010年),考虑到图册综合考虑了地区多站成果,进行频率分析,重现期约为15年一遇。综合确定本次降雨重现期约为15年一遇,超过了七星沟防洪治理工程10年一遇设计标准。

图1 白什雨量站7月16日降雨量过程

2.2 水情分析

2.2.1 青片河(白水沟汇口以上)

白什乡上游场镇6km处设有双溪水文站,7月16日4时该站流量为10.7m3/s,随后水位开始上涨,5时55分流量为204m3/s。设备于6时数据中断。17日恢复水位数据的采集和传输,洪水调查16日双溪水文站洪峰流量为279m3/s,推算白什乡场镇上游处青片河洪峰流量为284m3/s,重现期小于2年,未超过该处10年一遇的防洪标准。

2.2.2 白水沟

白水沟在河坪村处有七星沟汇入,在青片河右岸白什乡场镇汇入青片河。七星沟汇口至源头河长为12.3km,流域平均比降为136‰;白水沟至分水岭河长为15.6km,流域平均比降为140‰。

七星沟、白水沟无水文测站,按照白什站7月16日最大6h实测暴雨,采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》(1984年6月)计算,汇口处的洪峰流量为243m3/s。

2.2.3 青片河(白水沟汇口以下)

7月17日白什乡场镇下游1.2km处青片河洪水调查,根据实测洪痕水位、比降与大断面资料,采用曼宁公式推算该断面洪峰流量552m3/s,重现期小于5年,未超过该处10年一遇的防洪标准。

3 灾害情况和致灾过程

白什“7·16”山洪泥石流灾害造成死亡8人,失踪10人,紧急转移安置1744人;倒塌房屋4户21间,严重损坏房屋39户113间,一般损坏房屋35户94间;电站严重受损4座、一般受损9座,河堤损毁约3.486km;冲毁桥梁5座,受损桥梁3座,冲毁路基路面11km;直接经济损失5.25亿元。致灾过程分为四个阶段。

3.1 斜坡及沟谷两侧、沟底冲刷、侵蚀

白水沟中上游双沟交汇、沟道纵坡降较大,两岸地形坡度陡峭,坡面侵蚀严重,沟壑纵横。坡面岩土堆积物构成了泥石流的主要物质来源。这其中一些体积巨大的块石、粗大树木来源于冲沟上游较高海拔地带。

白水沟中下游至白水河一级电站之间,沟谷相对宽缓,沟底淤积,堆积大量碎块石土,沟底松散体堆积区范围大,物质储量丰富,构成泥石流物质重要来源。

两河口以下沟段,沿沟两侧新生的小规模崩塌、滑坡、泥石流较常见,进一步为泥石流的形成提供了物源。

3.2 泥石流形成后自峡谷快速冲击下游

白水沟、七星沟汇口以上水源条件、地形条件及物源条件都有利于泥石流的形成和活动,当降雨量达到或超过爆发临界值造成泥石流爆发。

泥石流经白水沟和七星沟汇口以上一段狭窄、平直河段后快速冲出,冲毁沟口白水沟桥。这一段沟谷还保留较明显的泥石流痕迹。

白水沟泥石流汇集七星沟山洪及裹挟物,沿白水河顺直河道向下游运动,至上油坊滑坡(泥石流)梳齿坝,受该坝拦阻,开始停淤、堆积,随下泄物源继续增多,梳齿坝坝顶及左坝肩发生破坏,损毁,山洪泥石流物质迅速向下游流动,汇入青片河。

3.3 泥石流物质淤塞河道

泥石流流通区的沟道内沿途均有淤积,主要集中在白水沟白石桥至青片河锁龙桥河段。淤积物主要为碎石、碎屑及卵石、漂石,多呈次棱角状,分选性较差,砂砾及粉质粘土充填。白什场镇外德州桥上游淤塞面积2.4万m2,估算淤积量约6.6万m3;德州桥至锁龙桥淤塞面积1.3万m2,估算淤积量2.6万m3;合计淤积量9.2万m3。计入两岸街道淤积,一次性淤积总量超10.0万m3。

3.4 洪水漫溢成灾

泥石流淤积抬高原河床,导致泥石流和洪水漫过堤顶迅速淹没街道和居民房屋,冲入房屋,造成人员伤亡。

4 原因分析

4.1 冲沟条件

七星沟汇口至源头分水岭处河长为12.3km,流域平均比降为136‰;白水沟至分水岭河长为13km,流域平均比降为140‰。流域内总体地势西高东低,西面群山的最高海拔达到3768m,一般山峰海拔也都在2000m以上,沟谷深切,相对高差一般都在700m以上。白水沟在汇口以上狭窄、顺直,有利于泥石流物质快速运移。

4.2 物源

白什乡场镇上游白水沟收纳七星沟冲出的大量块石、泥沙、漂木顺沟而下,冲入青片河,冲毁河心处德州公园后,堵塞河道上德州桥,原河道河床淤积抬高,导致泥石流和洪水漫过堤顶迅速淹没街道和居民房屋。

白水沟、七星沟两岸分布千枚岩,夹板岩、砂岩等,岩体破碎,岩体较软弱,易风化、冲蚀。近年来,受地震、暴雨洪水影响,岩土体更加破碎,沟谷两侧山体小型崩塌、滑坡时有发生,坡面堆积物质松散。两河口以上沟道纵坡降较大,两岸地形坡度陡峭,坡面侵蚀严重,降雨作用冲刷、裹挟冲沟两侧及坡面岩土体至沟底,沿沟谷两侧及河床分布有一定厚度的冲、洪积砂砾卵石夹漂石,受冲刷侧蚀较强,易产生垮塌,构成了泥石流形成的重要物源。调查分析,白水沟、七星沟未见大的滑坡、崩塌现象,但不连续、小规模的崩滑现象较普遍。

4.3 短时降雨

本次白什雨量站最大6h降雨量为69mm(7月16日2时至8时),重现期约为15年一遇。经计算,七星沟出口处的洪峰流量约为243m3/s,重现期约为15年一遇。

短时强降雨为山洪泥石流暴发提供充足的水源条件。据白什站降雨监测资料,估算的暴雨强度指标>3.1,是可能发生泥石流的雨情。前期降雨使土体饱水、重度增大,强度降低,短时强降雨是构成泥石流的动力条件,洪水强烈冲蚀地表、侵蚀沟谷,夹带沿沟松散堆积物。

4.4 启动和传递

上游沟床比降大,形成较高的冲击势能,启动沿线较平缓堆积区正处于临界状态的物源再次启动,集中爆发向下游推移至白什乡场镇堆积致灾。

白水沟下段拦渣坝被泥石流淤堵,最大库容约50000m3,已大大超出拦渣坝设计库容9400m3,造成1号至11号梳齿上部溃决约2.2m～2.4m,12号至14号梳齿坝及连接坝溃决。拦渣坝前期积蓄了更多的泥石流物源和能量,在拦渣坝溃决后致使大量石块、混凝土块、漂木等快速进入下游河道,继续增大河道淤堵风险。

5 预防

(1)地质灾害隐患排查。突出排查重点,以支沟、冲沟为单元,突出人员居住、重要建筑等重点防范区域,达到“坡要到顶、沟要到头”的排查效果。

(2)强化技术支撑研判预防。水利、地质技术单位持续跟踪监测,充分利用如无人机航摄等成熟和创新的技术方法,在群测群防基础上,实现群专结合、人技结合、点面结合,科学评估。

(3)强化监测预警。加强高山峡谷区域气象雷达的应用,加强地面雨量站、水文站、监测站点增设建设,跨区域、跨部门信息共享,提升山区局部短历时强降雨监测能力和山洪灾害综合监测能力。对高程差较大的地区分高程段监控,以及雨量地区与人口、村镇分布情况的关系,有风险点的情况及时预警。

(4)强化避险转移。严格落实“降低阈值、超前预警、提级响应、早撤快跑”措施,全面压实“包保”和“村、组、点”一线责任,山洪灾害预警发布后“包保”责任人必须立即下沉至具体点位组织群测群防和转移避险,避免或减少人员伤亡。

(5)强化预案演练。在现有预案基础上,强化常态、应景式防灾避灾演练,强化乡镇一级和具体点位的预案演练,每个山洪灾害危险区每年至少要开展1次实战演练,通过演练检验预案的可操作性。

6 思考

6.1 认识

长期以来人类对山洪泥石流持续加强的关注和研究发现,灾害的发生需要具备暴雨、固体物源、典型地形地貌等背景条件,具有渐进性、规律性、可判性等特征。然而通过对白什“7·16”灾害灾后调查、地质环境、水情雨情分析发现,7月16日白什乡降雨重现期约为15年一遇,而场镇上游青片河洪水重现期小于2年,场镇下游洪水重现期小于5年。可见,大量降雨已饱含于泥石流堆积物中;而白水沟中下游沟床较宽缓(如白水河一级电站段),比降较小,符合天然堆积停淤区条件,然后再次强烈启动向下游冲出,超出预测,体现出明显的“隐蔽性、突发性、启动—传递—再启动—再传递”非典型特点。

6.2 对策建议

历史上总结出了各种有针对性的预防和防治措施,很大程度上保障了人民生命财产安全。但近年来我国西南部发生的山洪泥石流表现出新特点,灾害的发生不一定需要持续时间长的强降雨、大型规模的物源数量等成灾条件,体现出灾害发生前预防可判性差。受特殊地理环境和地质条件控制,多年环境条件演进、局部云团强降雨和长历时小区域降雨,在山区往往表现为:山下艳阳高照、山上半坡大雨连连,灾害隐患的突然爆发表现得极不可控,隐患极大。基于对白什“7·16”灾害的认识,提出如下对策建议:

(1)坚持贯彻以人为本。一是对有人口居住的地带,特别是乡村、场镇,强化有针对性的风险识别;二是加强人口密集区直线距离5km范围内的预警监测;三是风险过高有条件的地方,应采取人员搬迁或汛期临时撤离措施。

(2)强化排查。有安全隐患风险就纳入,按“极高、高、中、低”4个风险等级分类,对有人员居住的区域,结合实际适当提高一级纳入优先治理计划,按崩塌、滑坡、泥石流等不同类型灾害及演变特征,有针对性地制定方案,根据资金情况合理制定治理规划。

(3)技术层面。治点还需看面,应系统看待每条冲沟的整体特性,不能割裂开,对冲沟常年渐进发展保持持续监测和关注,避免头痛医头、脚痛医脚的情况。

(4)用变化的角度看待灾害的演化。小隐患往往不引人关注,慢慢累积为大爆发,至多因素、特殊工况共同作用下造成突发性灾难。