后发型地震泥石流灾害调查与防治建议:以孙家沟“8·13”泥石流为例

李 丽，余 斌，褚胜名，3，吴语夫，4，亓 星

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059;2.核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川成都610061;3.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川成都610081;4.江西省地质灾害应急中心，江西 南昌330025)

地震泥石流特指在震区内由地震诱发形成的泥石流，与某具体的地震序列或某一次强震时空上相关，主要分布在烈度≥Ⅶ度的地区［1］。按地震与泥石流暴发的时间顺序，可以将地震泥石流分为同发型和后发型两种，其中同发型地震泥石流指在发生地震的同时暴发泥石流，后发型地震泥石流指在发生地震后由暴雨、堰塞湖溃决等诱发形成的泥石流［2］。通常，地震后同一地区同样暴雨条件下激发的泥石流无论是数量还是规模都更大。这是因为地震为沟谷型泥石流提供了大量的松散物质来源，由地震直接诱发的泥石流多为坡面碎屑流，相对于大型滑坡和崩塌来说其危害性较小，而具有显著危害性的沟谷型泥石流多在震后的降雨作用下发生，有一定的滞后性［3］。本研究以龙池镇孙家沟“8·13”泥石流为例，通过灾害调查，分析了后发型地震泥石流的发育特征、发展趋势及活动规律，并提出了防治建议，希望能为震区灾后恢复重建和防灾减灾工作提供参考。

1 泥石流调查

1.1 流域概况

孙家沟隶属都江堰市龙池镇南岳村，是岷江一级支流龙溪河左岸的一条泥石流沟。沟谷呈U形，沟口坐标为E103°33'34″、N31°06'14″，流域汇水面积 1.54 km2，主沟长约 2.40 km，平均纵坡降445.2‰，沟口高程1222 m，最高点高程2224 m，相对高差1002 m，沟道两侧山坡坡度50°～65°。孙家沟泥石流形成区、流通区和堆积区分区明显:形成区高程1404—2224 m，平均纵比降546‰，沟道强烈侵蚀下切，横断面呈深U形，有多处滑坡崩塌体和风化坡积物，物源丰富;流通区相对高差110 m，沟道平均宽8 m，沟内堆积有大量松散物源，沟道宽阔，坡度较缓，沟床起伏较小，有利于泥石流的流通;堆积区平均坡度7°，以淤埋为主，属混杂堆积，分选性较弱，粗化层颗粒较大，多为25～30 cm。孙家沟流域地形见图1。

孙家沟位于北川—映秀断裂带北东方向，属中山构造侵蚀地貌，流域内主要出露地层以元古代晋宁—澄江期花岗岩及震旦系下统火山岩组的灰绿色安山岩、凝灰岩及安山玄武岩为主。堆积区和流通区主要分布着第四系地层，形成区分布有燕山期花岗岩，以碎块石为主，龙溪河阶地上堆积着第四系河流相堆积物和泥石流堆积物。属四川盆地中亚热带湿润季风气候区，降雨充沛且集中，尤其是雨季降雨强度大，一次连续最大降雨量 457.1 mm，一次连续最长降雨时间 28 d［4］。

1.2 泥石流灾害调查

孙家沟位于汶川地震重灾区，震前流域内无崩塌滑坡体，也未发生过泥石流，震后沟内发育了大量崩塌滑坡体，有以块石、碎石为主的松散固体物质约77万m3，块石粒径一般为25～40 cm;在强降雨的激发下，洪水启动沟道沟床松散固体物质并揭底形成泥石流，因此“8·13”孙家沟泥石流属后发型地震泥石流。

“8·13”孙家沟泥石流暴发过程如下:2010年8月13日16时都江堰龙池镇突降暴雨，17时雨强达到最大值75 mm/h，相当于20年一遇的降雨强度;在洪水激发下，16时起孙家沟暴发泥石流，持续时间约80 min，洪水启动沟道内松散固体物质，并沿沟道自上而下流出，形成大规模泥石流;泥石流部分堵塞龙溪河，造成龙溪河河床抬高、河道变窄，并有部分冲出淤埋公路及房屋，形成长约160 m、宽约65 m、厚约6 m的堆积扇。

8月18日龙池镇茶关村再次发生强降雨，最大1 h降雨量69 mm，相当于当地10年一遇的降雨强度，但是孙家沟并没有再次发生泥石流，据此可初步推测孙家沟泥石流暴发需要约20年一遇的强降雨。

2 泥石流特征值计算

2.1 容重

堆积区颗粒混杂堆积，呈弱分选性，初步判定孙家沟泥石流属过渡性泥石流。现场调查取样进行室内颗分试验，得到颗粒分析曲线(图2)，并计算泥石流容重，其中粗化层颗粒以个数累积百分比计，细颗粒级配曲线以质量百分数计。

图2 孙家沟泥石流颗粒分析曲线

孙家沟泥石流容重为1.96 g/cm3，属过渡性泥石流，采用黏性泥石流容重计算公式［5］

式中:γD为黏性泥石流容重，g/cm;γ0为泥石流最小容重，取1.5 g/cm3;P2为＞2 mm的粗颗粒含量，以小数表示;P05为＜0.05 mm的细颗粒含量，以小数表示;γV为黏性泥石流最小容重，取 2.0 g/cm3。

2.2 流速和流量

结合孙家沟的流域特点，选取《泥石流灾害防治工程勘查规范》［6］中黏性泥石流运动平均速度计算公式

式中:Vc为泥石流断面平均流速，m/s;g为重力加速度，m/s2;R为水力半径，m;I为沟床纵比降;D50为泥沙颗粒中百分比小于50%的颗粒粒径，取D50=28 mm;D10为泥沙颗粒中百分比小于10%的颗粒粒径，取D10=0.3 mm。

洪峰断面为梯形断面，其中断面上宽8.1 m、下宽4 m、泥深1.5 m、面积9.1 m2、纵比降176‰、水力半径1.1 m，则洪峰流量计算公式为［6］

式中:Qc为泥石流流量，m3/s;Wc为泥石流洪峰断面面积，m2;其余符号意义同上。

根据泥石流历时和最大流量，按泥石流暴涨暴落的特点，将泥石流过程线概化成五角形，则一次泥石流冲出量计算公式为［6］

式中:U为一次泥石流冲出量，m3;T为泥石流历时，取T=4800 s;其余符号意义同上。

根据上述公式，“8·13”孙家沟泥石流流速为6.3 m/s，泥石流流量为57 m3/s，一次泥石流冲出量为7.2万m3。上述计算结果与灾害调查结论相近，尤其是一次泥石流冲出量与实际调查测量的堆积方量7万m3较为接近，证明了计算结果的准确性。

3 泥石流发展趋势分析

(1)孙家沟处于地震烈度Ⅺ度区，汶川地震后沟内形成了大量崩塌滑坡体，在强降雨作用下，洪水启动沟道内松散固体物质酿成了这次“8·13”孙家沟泥石流灾害。此外，泥石流的发生与孙家沟自身的流域特点也有关。流域面积小、沟道纵比降大、陡峻的地形和较大的汇水面积都有利于物源的运动和洪水的汇集，增加了泥石流的发生概率。

(2)“8·13”孙家沟泥石流属后发型地震泥石流。据调查，孙家沟内约有77万m3松散固体物质，主要分布在形成区和流通区，主要为崩滑物和坡面侵蚀物，其中可能参与泥石流运动的松散固体物质动储量约为16万m3。目前，沟内还存在大量潜在滑坡和崩塌体，它们具有较强的隐蔽性，很难察觉，但如果遇到短历时强降雨或持续性降雨，则很可能诱发大规模的泥石流灾害。

(3)“8·13”孙家沟泥石流冲出物导致龙溪河变窄、河床抬高。目前，龙溪河由孙家沟堆积区流过，如果再发生同等规模或者更大规模的泥石流，就可能堵塞原本就变窄的龙溪河形成堰塞湖，并淤埋对面的公路，因此迫切需要采取工程措施加以治理。

4 后发型地震泥石流防治对策

据对泥石流发育特征、发展趋势及活动规律的调查研究，孙家沟再次暴发泥石流的可能性较高、危害性较大，需要采取一系列有针对性的防治对策:①在泥石流沟口处修筑排导槽，使排导槽与龙溪河呈30°左右的夹角，以利于加速细颗粒物质的排导;②由于孙家沟泥石流目前的危害对象主要为公路和龙溪河河道，而修筑拦挡坝的工程造价较高，因此从经济角度考虑，可以不修筑拦挡坝，但在改建和新修公路时要选择在地势较高的地方，以免泥石流再次冲毁道路;③对龙溪河河床内淤积的泥沙进行及时清理，避免堵塞河道形成堰塞湖。

后发型地震泥石流具有较强的隐蔽性，加之多为沟谷型泥石流，危害性不容小视，因此迫切需要加强治理。治理原则是:对于泥石流危害性大、居民搬迁难度大、易于治理、治理工程安全可靠度高的地质灾害点建议采取工程治理，例如在沟道出口处设置排导槽，在沟道中下游修筑谷坊坝等;对于地质灾害稳定性较好、危险性较小的地质灾害点建议实施监测预警，如在沟道设置降雨监测系统及泥位监测装置等;对于引发因素频发、临灾征兆明显、治理难度大、治理费用高、治理工程安全可靠度低的地质灾害危险点，建议采取避让搬迁措施。

［1］谢洪，钟敦伦，矫震，等.2008年汶川地震重灾区的泥石流［J］.山地学报，2009，27(4):501 －509.

［2］徐峻名，谭万沛.1976年松潘平武地震泥石流［M］//中国科学院成都地理研究所，四川省地理学会泥石流专业委员会，四川省防汛抗旱指挥部办公室.泥石流(3).重庆:科学技术文献出版社重庆分社，1986:67－75.

［3］张永双，雷伟志，石菊松，等.四川5.12地震次生地质灾害的基本特征初析［J］.地质力学学报，2008，14(2):109－116.

［4］四川省地质工程勘察院.四川省都江堰市龙池镇“8·13”暴雨地质灾害排查报告［R］.成都:四川省地质工程勘察院，2010:12 －13.

［5］余斌.根据泥石流沉积物计算泥石流容重的方法研究［J］.沉积学报，2008，26(5):789 －796.

［6］DZ/T 0220—2006，泥石流灾害防治工程勘查规范［S］.