小木岭泥石流堵江风险数值模拟

刘 华，廖红剑，娜子布林

(四川省地球物理调查研究所，四川 成都 610072)

1 小木岭泥石流概况

小木岭泥石流沟位于四川省德阳市绵竹市绵远河右岸，沟口坐标东经104°05′29″，北纬31°36′02″，其所在区域属构造侵蚀中切割陡峻中山地貌、山地深切割沟谷地形，泥石流汇水面积为24.53 km2，主沟道至分水岭处沟长9.38 km，沟谷宽度在800～2197 m之间，流域左右两侧宽度基本对称，两侧斜坡坡度较陡，一般在30°～70°，局部为陡崖地貌。相对高差达1760 m，整体呈西高东低，沟床总体平均坡降达188‰，小木岭泥石流沟谷上游段汇水区纵坡达273‰，为泥石流的形成提供水动力条件。

小木岭泥石流沟岸山坡坡度一般在35°以上，沟谷上游形态呈“U”形，有利于水源的汇集，中游形成谷中谷，“U”形中包含“V”形谷，为主要的产沙区，松散物厚度高达30～100 m，松散物源丰富，有利于泥石流的形成。

小木岭泥石流沟内松散固体物源极为丰富。根据调查，滑坡碎屑流主要堆积于一级平台、二级平台及三级平台处，支沟中有少部分堆积。泥石流的物源类型主要为滑坡碎屑流沟道堆积物。沟内固体物质静储量约为4600万m3，可能参与泥石流活动的动储量为620万m3。

2 数值模拟

2.1 建立模型

由于RAMMS软件仅能输入由笛卡尔坐标系定义的ASCII文件建立地形，本地形模型由相关地质勘查报告中的CAD等高线图经ArcGis软件提取为shp文件后进行投影，随后转换为tif格式文件最后转换为ASCII文件。

2.2 模拟验证

在2013年7月9日小木岭爆发泥石流，将处于沟口的临时施工驻地掩埋约15 m。查询气象资料得知，清平乡当日的24 h降雨量为447.2 mm。从相关勘察报告中取得所需数据后对该次泥石流过程进行了模拟，堆积深度为14 m，准确度93%。产生误差的原因可能是小木岭泥石流沟沟域面积较大，在实际过程中可能有比数值模拟时更多的物源加入泥石流运动中，导致模拟结果偏小，更为保守。

2.3 预测模拟

本研究利用RAMMS软件模拟了重现期为10 a一遇、20 a一遇、50 a一遇、100 a一遇降雨概率下小木岭可能发生的泥石流，并观察其堆积情况。在进行预测模拟之前，需要预先对泥石流容重、水文图等参数进行假设。参数根据相关实地勘察报告、RAMMS操作手册及《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》计算确定[1]，如表1所示。

表1 模拟参数的设置

将以上数据输入RAMMS模拟软件并运行后，其模拟结果如图1所示。

图1 不同频率降雨泥石流的堆积情况

对模拟的结果观察发现，在10 a、20 a、50 a、100 a重现周期暴雨条件下，小木岭泥石流沟道均有大量泥石流物质进入绵远河河道，最大堆积深度分别为12 m、14 m、16 m、17 m，且各重现周期条件下的泥石流堆积区域均已达到对岸，截断整个河道产生堵江现象，对绵远河水的流动产生较大影响。

由于在软件模拟中并未考虑绵远河水流动对于堆积物质的冲刷影响，其结果可能具有一定的偏差，还需利用其他判别条件进行进一步的计算推理。

3 泥石流堵江可能性验证

唐川等[2]通过对岷江和云南小江流域的堵河型泥石流沟的情况进行了分析总结，并分析推出了泥石流的堵江判别公式，该判别式将堆积区泥石流容重、泥石流流量、主河宽度、入汇处主河流量等因素进行了综合考虑。其判别结果可能会更加精确，如式(1)：

(1)

式中：Z为泥石流堵河判别值(当判别值Z≥1.0时，泥石流可能造成河流被完全堵断，属堵断型泥石流沟；0.5

表2 小木岭泥石流堵河主要影响参数的特征值

在10 a、20 a、50 a重现周期暴雨的影响下，小木岭泥石流沟的堵河判别值Z≥1.0，可能会造成主河的完全堵断；100 a重现周期降雨时判别值0.5

小木岭泥石流非常容易造成堵河现象，其主要原因有两点：(1)汇入口地形影响，绵远河在山区的主河道较为狭窄，河道两侧均为陡崖，山峰与河床高差可达1300 m；且小木岭泥石流沟口与绵远河河道相距较近，泥石流从沟道中流出后直接冲入主河道，其间没有有效的缓冲区，相较于其他地势平坦且河谷宽阔地区的泥石流，其堵塞河道的可能性更高。(2)泥石流沟内物源影响，局实地勘察，小木岭泥石流沟内可能参与泥石流活动的动储量为620万m3，且汇水面积达到24.53 km2，一旦遇到大量降水，沟道内的大量物源将在短时间内被地表汇集的径流冲出沟道汇入主河，具有流量大、速度快的特点。在泥石流汇入主河时，支流流量主河流量的比值越大，在相同时间内流入主河的固体物质总量就越大，泥石流对主河水流运动的影响作用也越强，形成堵塞大河的概率也相应增加[3]。

4 结 论

小木岭出现泥石流堵江的可能性极高。综合小木岭泥石流沟的数值模拟结果和堵江可能性分析计算结果可以看出，小木岭泥石流沟10 a、20 a、50 a、100 a暴雨频率下可能发生的泥石流，均会将绵远河主河道局部堵塞甚至是完全堵断。

小木岭泥石流沟流域的地貌、构造以及水文等条件均十分利于泥石流的形成，特别是其沟道内还存在有大量的泥石流物源，一旦条件满足，极有可能再次发生泥石流。受沟口与主河道两侧地形地貌的影响，一旦爆发泥石流，并发生堵江，将严重威胁到下游的电站设施以及绵茂公路的安全。因此，应对该泥石流沟给予足够的重视。建议对该泥石流的防治主要采取以排为主的措施进行治理，提高沟域内的植被覆盖面积实现水土保持，减少能够参与泥石流活动的物源；随时保持绵远河河道畅通；加强降雨监测，并建立应急预案，防患于未然。