四川绵竹清平乡文家沟“8·13”特大泥石流灾害*

游勇，陈兴长，柳金峰

(1.中国科学院地表过程与山地灾害重点实验室/成都山地灾害与环境研究所，四川成都610041;2.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010)

2010年8月12 日晚至13日凌晨，四川省绵竹市清平乡遭受局地强降雨，12日23:30分左右，位于清平乡场镇附近的11条沟道同时暴发泥石流，造成重大的生命和财产损失。截至8月15日18时，遇难和失踪人数均达7人，冲毁和掩埋房屋379间，汉(旺)清(平)公路中断，2座桥梁被毁。其中以文家沟泥石流(简称“8·13”特大泥石流)规模最大，共造成5人遇难，1人失踪。泥石流直冲清平乡新场镇，并冲入绵远河，形成长约1 650 m，宽约420 m的堰塞坝。堰塞坝淤埋震后新建民房、绵远河防护堤、幸福大桥，并堵塞老大桥。主河堵断后形成了回水长约1.5 km的堰塞湖。堰塞湖淹没上游的公路、民房等基础设施。泥石流还造成清平乡电力、通信、交通完全中断。根据调查，文家沟是汶川地震后新增的一条泥石流沟。该流域在震前近百年内都没有发生过泥石流，但在震后的2008年、2009年已暴发了4场泥石流。

在汶川地震区，像文家沟这类震后新增的泥石流沟还有很多，深入研究文家沟“8·13”特大泥石流灾害的形成机制和发展趋势很有必要。

1 文家沟自然环境概况

1.1 流域概况

文家沟位于汶川地震极重灾区绵竹市清平乡境内，是绵远河左岸的一级支沟，距绵竹县城直线距离约33.0 km，距清平乡政府所在地直线距离约0.5 km。该沟流向自东向西，汇入绵远河。沟口地理位置为104°06'58.6″E，31°33'04.8″N，流域面积7.7 km2，主沟长度4.5 km，流域相对高差1 520 m，主沟纵比降337.8‰(图1)。

1.2 地形地貌

文家沟所处区域位于青藏高原东缘的龙门山区，属第一阶梯青藏高原向第二阶梯四川盆地及边缘山地过渡地带，地貌类型复杂，属于构造侵蚀中切割陡峻低—中山地貌。流域平面呈阔叶状，主沟居中，在海拔约1 000 m处接纳右岸的一条大支沟，在海拔约1 350 m处分为两条支沟。沟口海拔约880 m，流域最高点海拔2 400 m(图1)，相对高差较大。

汶川大地震在文家沟沟源诱发了一大型滑坡，并在运动中转化为碎屑流。滑坡－碎屑流堆积在沟道内，形成一特殊的堆积地貌[1]。震后两年多的时间内，由于地表水冲刷，在滑坡－碎屑流堆积体上形成了新的狭窄冲沟，呈陡缓相间的折线状，冲沟宽度约3～10 m。

1.3 地质条件

研究区处于龙门山褶断带与四川盆地的结合部，映秀—北川逆冲断层从流域的北西方通过。文家沟流域位于发震断裂下盘，距离主发震断裂直线距离约3.5 km，夹持于龙门山主中央断裂和前山断裂之间，处于发震断裂下盘和前山断裂的上盘，北、西、南三面被断层所围限。地震期间不仅主发震断裂对该区域影响严重，而且前山断裂在该段也产生了明显的地震地表破裂[2－6]。受断裂的影响，该流域地表破坏十分严重。

图1 文家沟流域及“8·13”泥石流危害范围

该流域出露的地层较简单，主要是古生界寒武系和泥盆系的地层(图2)。寒武系地层主要出露于流域内海拔1 300 m以下，属寒武系下统清平组的灰色薄层状长石云母石英粉砂岩、钙质泥质粉砂岩，以及暗紫红色薄层板状钙质粉砂岩。泥盆系的地层主要出露于海拔1 300 m以上区域，以泥盆系中统观雾山组为主，岩性为灰—灰白色石灰岩夹白云岩和白云岩质灰岩，下部为砂页岩夹泥质灰岩、石英砂岩等，岩层产状323°∠34°。在海拔2 000 m以上分布有少量泥盆系上统唐王寨群的浅灰色薄—厚层状白云岩夹白色纯灰岩。

顶子崖断层从流域中部呈近NS向通过。该断层为逆掩断层，走向NW，断面产状30°∠40°，位移方位NE-SW，断面呈弧形，有碎裂岩，拖拉褶皱，断层ESR年龄小于0.07 Ma[7]。文家沟内地震滑坡主要形成于断层下盘的泥盆系灰岩中。

1.4 气候

文家沟所在区域属亚热带山地湿润季风气候，气候温和，降水丰沛。春季降雨较少，常有春旱发生;夏季暴雨较多，常有洪涝;秋季常有连绵阴雨;冬季长而少雨多阴天。根据绵竹县气象站(距文家沟直线距离35 km)的观测资料:多年平均降水量为1 086.4 mm，年降雨量最大出现在1963年达1 421.4 mm，年降雨量最少出现在1965年仅699.3 mm。降水主要集中在夏季(6－8月)，雨量占全年总降雨量的59.6%，冬季(12－2月)的雨量仅占全年总降雨量的2.5%。近20年来日最大降雨量达496.5 mm，出现在1995年8月15日;1 h最大降雨量为49.8 mm，出现在1995年8月11日;10 min最大降雨量23.98 mm;一次性连续降雨最大出现在1959年8月9－11日，降水总量达706.9 mm;最长一次性连续降雨时间为18 d，降雨总量82.1 mm。据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》，清平乡文家沟一带多年平均降雨量在1 514 mm左右，多年24 h最大降雨量平均值在160 mm左右，多年6 h最大降雨量平均值在110 mm左右，多年1 h最大降雨量平均值在55 mm左右。

图2 文家沟区域地质简图

2 “8·13”前泥石流及防治情况

2.1 文家沟地震滑坡概况

汶川大地震在文家沟内诱发一巨型高位基岩顺层滑坡。滑坡源区位于文家沟上游东侧山体顶部，长约960 m，前缘宽度500 m，后缘宽度1 080 m，面积约为69万m2，分布高程1 885～2 340 m，前后缘高差455 m，滑体厚度20～30 m，初始方量约2180万m3。

该滑坡在地震的强大外力作用下高速下滑，并在运动中多次与山体发生碰撞，迅速解体转化为碎屑流。碎屑流沿沟谷倾泻而下，总的水平运动距离约4 022m，垂直运动距离为1 443m，遗留的松散堆积物体积达5000万m3，导致48人遇难[8]。

2.2 “8·13”前泥石流活动情况

文家沟流域在震前山清水秀，植被良好，沟内居住有40多户村民，近百年内没有泥石流发生的记录。震后，该沟在2008年6月21日、7月25日、9月24日，2009年7月30日均暴发了规模不等的泥石流。其中，以2008年9月24日暴发的泥石流规模最大，冲出物达50万m3，绵远河主河道局部被堵塞，将主流逼向右岸，洪水漫过绵远河右岸防洪堤，淹没了下游右岸清平乡元宝村一组的大量房屋;同时上游回水长度大约500 m，淹没了部分耕地、房屋、道路、采沙场等，造成了一定危害和损失。

2.3 泥石流防治工程情况

汶川地震后，按20年一遇的频率对文家沟泥石流开展了防治工作，主要工程措施[9]:在主沟沟底高程1 243～1 095 m范围的上游沟段修建19座谷坊坝;在沟底高程1 095～1 075 m的中段范围，左侧修建护坡导流堤，按间距15 m布置6座潜坝;在沟底高程1 075～985 m的范围，沟道左侧修建护坡挡墙、按间距10～15 m在沟底布置35座潜坝;在沟底高程为942 m处布置高8m的拦挡坝;在沟底高程为940～913 m的下游段布置两侧护坡挡墙;在堆积扇上修建长255 m的排洪沟。

3 “8·13”特大泥石流特征及成因分析

3.1 泥石流形成过程

2010年8月12 日18时左右至晚上22时，清平乡一直下小雨。晚上22时后，文家沟流域所处区域电闪雷鸣，开始下暴雨。大约在13日00:25，文家沟响声如雷，地面颤动，携带着巨石的泥石流接踵而至，直冲到绵远河对岸，直接冲毁、淤埋沟口两岸和主河对岸的房屋(图3～图6)。泥石流共造成6人死亡和失踪，379间房屋被冲毁或掩埋，汉(旺)清(平)公路中断，2座桥梁被毁。

图3 文家沟沟口堆积扇上巨石

图4 泥石流冲毁房屋

泥石流形成的堆积扇上最大石块长3 m、宽2.5 m、高1.6 m，其它直径超过1.5 m的巨石在沟口堆积扇上分布有20余个(图3)。文家沟泥石流过程持续约240 min，不仅在沟口淤积大量堆积物，而且泥石流还完全堵断绵远河主河，冲出物总量高达429.3万m3(表1)，属特大型泥石流。

图5 泥石流淤埋房屋

图6 泥石流严重堵塞主河

表1 “8·13”特大泥石流总量计算

3.2 泥石流的容重

泥石流的容重通过现场调查、结合文献[10]的计算方法和勘察规范[11]三种方法综合确定。根据对泥石流沟流通区和堆积区的调查，泥石流的堆积特征为混杂沉积，呈垄岗状堆积形态，属典型的粘性泥石流。根据经验，确定其容重为2.20 g/cm3。由于现场调查时恰逢下雨，未能采集到此次泥石流样品。此处近似用2009年1月四川省地质工程集团公司野外勘查采集的样品数据(颗粒分布曲线如图7)，采用文献[10]的计算方法，求得粘性泥石流的容重为2.25 g/cm3。同时，还根据现场调查，结合勘察规范，通过查表求得此次泥石流的容重为1.926 g/cm3。最后综合确定“8·13”特大泥石流的容重为2.20 g/cm3。

3.3 泥石流的运动特征

根据现场泥痕断面勘测，利用以下公式可求

图7 文家沟泥石流颗粒分布曲线

式中:VC为泥石流断面平均流速(m/s);nc为泥石流沟床粗糙率;RC为计算断面水力半径(m);IC为泥石流断面处水力坡降，用沟床坡降代替;WC为泥石流过流断面面积(m2);Qc为泥石流流量(m3/s);W为泥石流总量(m3);T为泥石流持续时间(s);WS为泥石流中泥沙总量(m3);C为泥石流的泥沙体积浓度。

计算参数和计算结果列于表2。计算的“8·13”特大泥石流总量与表1中调查的泥石流冲出量基本一致。这说明文家沟泥石流运动速度、流量和总量的计算比较合理。得粘性泥石流的运动速度、流量和总量[12]:

表2 泥石流的运动速度、流量和总量计算

根据现场调查和计算结果，“8·13”特大泥石流的流量和规模远远超过人们的一般认识，主要由以下几个原因造成。①松散物质极大丰富。地震诱发的滑坡在运动过程中解体并转化为碎屑流，形成的松散堆积物体积达5 000万m3，为震后泥石流的活动提供充足的松散物质，在合适的条件下这些松散物质大部分都可能形成泥石流。②沟道堵溃。流域内的拦挡坝未能抵挡住“8·13”泥石流，相反却起到了类似于堰塞坝的作用，在逐级溃决时，产生级联效应，加大了泥石流的峰值流量。流量的增大导致泥石流的侵蚀能力增强，沿程不断有新物质补充。另一面，堆积体上快速形成的沟道两岸在泥石流的冲击下坍塌，也加剧了沟道的堵塞，最终导致特大规模泥石流的形成。③泥石流容重增加。文家沟震前近百年来没有发生过泥石流，主要是山洪，其容重一般为1.30 g/cm3以下，震后该沟演变为泥石流沟，暴发的泥石流容重高达2.20 g/cm3，相应的流量就会增加238%。容重的增加也会增强泥石流的侵蚀能力，从而也会导致泥石流的流量和规模相应增大。

3.4 泥石流成因分析

“8·13”特大泥石流发生后，笔者第一时间到达灾害现场，并对文家沟进行了调查。根据调查资料的分析，初步认为此次特大规模泥石流形成的主要原因有以下四点。

(1)文家沟流域位于汶川地震极震区，夹持于龙门山主中央断裂(发震断裂)和前山断裂之间。地震中，两条断裂均发生了不同程度的活动，受此影响山体表层受损严重，并在流域上游形成了一个大型地震滑坡。该滑坡在运动中多次与山体碰撞并解体，最终形成碎屑流，堆积在沟道内，为泥石流活动孕育了极为丰富的松散物质条件。

(2)文家沟流域在2010年8月12日18:00至8月13日04:00遭遇强降雨，降雨量达227.0 mm，特别是在8月12日22:30至8月13日01:30，降雨强度非常大。此次强降雨是“8·13”特大泥石流形成的激发和驱动因素。

(3)文家沟是震后新增的泥石流沟，震前近百年来没有发生过泥石流。在“8·13”强降雨作用下，洪水不断冲刷滑坡—碎屑流堆积体，并最终形成泥石流。泥石流形成后侵蚀能力明显增大，迅速下切堆积体前缘，大量堆积物沿程不断补给泥石流，导致泥石流规模迅速变大。

(4)震后相关部门在流域内修建的19座谷坊和1座拦挡坝，在泥石流形成过程中，不但没能有效地防止泥石流，相反却起到了堵塞坝的作用。上游防治工程堵溃后，大大增加了泥石流的峰值流量，直接导致下游防治工程溃决，形成级联效应，最终形成特大规模的泥石流。

4 文家沟泥石流发展趋势

文家沟所处区域属于汶川地震极震区，地震对文家沟流域内的崩塌和滑坡还将产生10年左右的影响[13]。经过“8·13”特大泥石流后，沟内松散堆积物依然很多。泥石流在碎屑堆积体上冲开了深达70余米的狭窄沟道，沟岸坡度约38°，处于极限稳定状态，在后期的降雨作用下很容易坍塌形成天然堵塞坝。根据对“8·13”特大泥石流的形成机制和现松散物质状况的综合分析，可以推测文家沟泥石流的发展趋势。

(1)近期文家沟内沟道较通畅，天然堵塞坝较少，但在遭遇强降雨情况下，沟道内松散堆积体上的溯源侵蚀依然严重，很容易再次形成泥石流。泥石流冲击沟岸可能导致坍塌堵塞，在一定程度上会增大泥石流规模，但由于堵塞体结构性较差，很容易被泥石流冲开并带走。因此，在后期同样降雨条件下形成的泥石流将会小于“8·13”特大泥石流的规模。

(2)文家沟虽然经历了“8·13”特大规模泥石流，但沟内松散物质依然丰富，短期内泥石流仍会频发，并将会保持一定的规模。在20年或更长的时期内，随着沟道的充分发展和流域内松散物质的自重固结，松散物质将逐渐稳定下来。在没有新的扰动情况下，泥石流将逐渐平息。

5 结论

(1)文家沟是一条在汶川地震后新增的泥石流沟，震前的近百年来没有泥石流发生的记录，但震后已演变成为一条高频的粘性泥石流沟。

(2)“8·13”特大泥石流后，文家沟沟内松散物质依然丰富，且沟道狭窄，容易形成堵塞坝。虽然在正常情况下，后期的泥石流规模不会超过“8·13”泥石流，但在相当长一段时间内泥石流将会保持一定的规模。

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