四川茂县宗渠沟低危险堰塞湖溃决泥石流发育特征及工程对策

王 磊，冯 毅

（成都兴蜀勘察基础工程公司，成都 610072）

汶川地震在龙门山区域诱发256处堰塞湖,其中坝高10 m以上的有33处；而在这33处堰塞湖中，处于极高或高风险状态的8处[1]。茂县宗渠沟堰塞湖作为这33处堰塞湖中的一处，其堰塞坝最高达到80m，最大水深35m，库容约25×104m3，于2009年3月21日发生自然漫顶溃决[2]。堰塞湖溃决后在堰塞坝右侧形成长约150m，最窄处宽约6m，深约10m的溢流槽，至此堰塞湖残留库容约6.78×104m3（图1），堰塞湖危险级别转为低危险。但是在2013年7月9日夜至10日晚，茂县境内普降大雨，堰塞坝左岸龙头包坡面松散固体物质起动产生泥石流,并进入堰塞湖库区、抬高库区水位。同时主沟洪水进入堰塞湖,使库区水量激增，洪水对溢流槽沟床形成剧烈揭底冲刷，最大下切深度达到5m，造成堰塞湖的进一步溃决，并引发泥石流灾害，造成巨大经济财产损失。本文通过对宗渠沟低危险堰塞湖溃决泥石流发育特征的归纳、总结，进而揭示暴雨条件下该类泥石流的发育规律及发展趋势，并提出相应的防治工程对策，对5.12震区现存同类型泥石流防治工程方案的拟定具有一定参考意义。

1 流域基本特征

宗渠沟泥石流位于茂县凤仪镇宗渠村，沟口地理位置坐标：东经103°48′18.43″、北纬31°38′41.93″。流域地貌属邛崃山系构造侵蚀中山峡谷地貌，流域源头高程4881m，沟口高程1560m，高差3321m，平均纵坡约为274.69‰。宗渠沟流域形态呈口袋型，为树枝状水系，除主沟外，发育2条规模较大的支沟。主沟纵向长度11.11km，沟道宽度5～80m不等，沟域面积为5.78km2，流域面积37.39km2。从整个流域上看，将宗渠沟划分为形成区、流通区及堆积区。其中形成区纵坡相对较陡，约453‰；流通区平均纵坡降298.92‰；而下游堆积区总体上纵坡较缓，坡降约101.11‰。从河流切割形成的侵蚀面观察沟道物质组2成主要为泥石流堆积物（Q4sef），其间碎块石无分选，下伏为冲洪积层（Q4al+pl）。

2 主沟沟道特征

宗渠沟沟道内常年有流水，沟谷形态总体为“V”形谷，局部为上部宽“V”形下部“U”形复式沟谷，沟道最窄处仅5m，最宽处约120m，平均宽度约25m，沟道弯道较多，局部沟段基岩卡口发育。5.12地震期间主沟左岸的龙头包峰发生大规模崩塌，总崩塌方量达154×104m3，其堆积体前缘进入宗渠沟沟道堵断水流形成堰塞湖。该堰塞湖历经2009年3月及2013年7月两次溃决，目前库区内已无蓄水；堰塞坝右侧溢流槽纵坡约531.72‰，下蚀强烈，侧蚀、溯源侵蚀现象明显。沟道两侧岸坡地势较陡，坡度约38°～45°，大部分山坡上部常青针叶林覆盖。沟道下部基岩普遍出露，受龙门山华夏系构造带中的牟托-十里铺复背斜及茂汶断层控制，流域上游及下游沟段主要分布志留系茂县群（Smx3-5）地层，岩性为浅海相灰色绢云石英千枚岩与结晶灰岩、石榴石片岩、灰色绢云千枚岩夹砂岩、泥质灰岩及灰绿色千枚岩夹砂岩、灰岩。流域中游主要分布泥盆系月里寨群（Dyl1-2）地层，岩性主要为浅海相及滨海相灰岩与千枚岩互层、炭质千枚岩夹结晶灰岩。这两套地层抗风化能力弱，片理和裂隙均发育，在地震作用下极易产生滑塌失稳，为泥石流提供了丰富的固体物源。

3 泥石流堆积及输移特征

宗渠沟形成区面积较大，流通区相对较短。沟口以下G213线至岷江河岸为泥石流堆积扇，平面形态呈喇叭状，为多次堆积而成，顶托岷江现象明显。扇体纵长约0.3km，宽约0.25km，面积约0.05km2，地形坡度5～8°，成份主要为块碎石土，大小混杂堆积，碎石含量55%，块石含量约10%，粘性土填充。碎石一般粒径10～15cm，最大约50×80×60cm。通过对堆积物及2013年7月泥石流后沟道两侧残留泥石流浆体的分析，宗渠沟泥石流体粘度相对较大，泥石流输移方式应以阵性输移为主，在一定条件下可转变为连续性输移，泥石流补给方式以沿途补给为主。

4 泥石流形成条件分析

4.1 物源成因及储量

物源区内人类活动主要以农耕为主。区内植被覆盖较高，物源的产生主要与地震、地层岩性、构造及风化作用有关。由于区内地层岩性主要以千枚岩及灰岩软硬相间为主，在一定条件下极易沿软岩层面形成山体失稳；流域内地层受新构造运动影响强烈，山体节理、裂隙发育，岩层的原生节理及局部岩层受到变质作用形成控制滑坡的控制面。加之受到 5.12地震的影响，沟谷侵蚀加剧，岸坡高陡，造成沟道内滑坡现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的物源。

在调查区特有的地质条件及环境因素的共同影响下，宗渠沟流域内物源储量巨大，最大物源为主沟中游龙头包崩塌堆积体。通过遥感判译及现场校核，流域内共分布物源点38处，其中主沟物源点34处，沟内可动物源储量约32.59×104m3。

图1 宗渠沟堰塞湖2010年遥感影像

图2 宗渠沟堰塞湖2014年5月状态

4.2 地形

调查区地貌上属邛崃山系构造侵蚀中山峡谷地貌，地势陡峻，山体峻峭。堆积区地形开阔，地势相对形成区及流通区平坦。形成区内沟道深切、狭窄，局部沟段河流下切较深。流通区及形成区部分沟道受岸坡滑坡影响，河道不畅，局部甚至堵塞。从现场调查来看，宗渠沟的地形非常有利于泥石流的起动。

4.3 水源

调查区属高原型季风气候，冬春季节降水量严重偏少，常发生冬干连春旱，而夏秋季降水偏多，降水集中在下半年，同时随海拔的增加而降雨量增大。宗渠沟沟道常年有水，水量较大。其补给来源除降水外，岩层裂隙水及冰雪融水也为其主要补给来源。流域内山势陡峻，山体覆盖层薄，不利于雨水下渗，在暴雨时较易形成地表径流汇入沟道从而形成洪水，为泥石流的起动提供了较好的水源条件。

5 泥石流活动趋势预测及防灾对策

5.1 泥石流活动历史分析

通过对当地居民的调访（最大年龄为79岁，男），宗渠沟在5.12地震前从未暴发过泥石流活动，2009年 3月宗渠沟堰塞湖洪水溃决后，基本每年都会爆发一至两次泥石流活动，但是规模均较小，未造成人员伤亡及财产损失。宗渠沟有记载且规模最大的一次泥石流灾害即为2013年7月10日的泥石流灾害，该次泥石流灾害共损毁民房27户43间，其中4户10间被泥石流完全冲毁，所幸并未造成人员伤亡。泥石流同时冲毁耕地300余亩，直接经济损失约210万元。

通过对宗渠沟流域的调查表明，沟道仍处于下切阶段，泥石流处于壮年期，再次暴发泥石流的可能性较高。

5.2 泥石流发展趋势预测

目前宗渠沟主沟侵蚀大于支沟，沟道仍处于下切阶段，泥石流活动正处于壮年期，今后相当长的一段时期都将是泥石流灾害的高发期，泥石流性质以粘性泥石流为主。同时虽然堰塞湖内已无大面积水体，但堰塞坝右侧溢流槽纵坡过陡，下蚀、侧蚀及溯源侵蚀作用强烈，同时历年洪水及泥石流携带大量泥沙沉积于库区内，根据现场估算其方量约16.9×104m3（图2），这些松散固体物质在洪水溯源冲刷作用下极易起动形成泥石流活动，而堰塞坝在冲刷下溢流槽自然边坡极易失稳堵塞溢流通道，进而形成溃决进一步加剧泥石流活动。因此对于维持堰塞湖库区内松散固体物质及堰塞坝自然边坡的稳定，也是今后防灾工作中需要密切关注的一个问题。

5.3 建议防治工程措施

宗渠沟沟道特征为上游纵坡较大，下游逐渐变缓，局部地段有陡缓相间的变化特点，沟道宽度总体上上游狭窄，而下游逐渐变宽，但是由于上游沟道纵坡较大，库容极有限，可供选择修建拦砂坝的坝址有限。但是在适合修建拦砂坝的沟段通过提高坝高可显著提高库容，对调节泥石流峰值流量的作用明显，同时可采用格栅坝，增加坝的拦排效益比，延长泥库使用年限。

据此，建议防治方案为：

1）在堰塞湖溢流槽下部修建拦砂坝一座，通过回淤达到稳定堰塞体的目的，同时采用大块石加固现有溢流槽沟床，稳固堰塞湖内沟床物源，防止其在洪水冲刷下溯源侵蚀起动；

2）在沿途居民分布沟段修建防冲堤保护沟道内居民；

3）在沟口弯道前修建谷坊坝一座，起到调减洪峰，降低泥石流弯道超高，减轻下游行洪压力，提高下游防冲堤安全性。

6 结语

1）宗渠沟堰塞湖在5.12地震期间形成，在2009年3月自然溃决后其危险性显著降低，为一低危险性堰塞湖。

2）宗渠沟堰塞湖于2013年7月再次溃决，并形成大规模泥石流活动，对沟内及沟口沿沟居民财产造成重大损失。

3）宗渠沟堰塞湖目前无大面积水体，但溢流槽纵坡过陡，堰塞湖内的松散固体物质在洪水溯源冲刷作用下极易起动形成泥石流活动，堰塞坝溢流槽自然边坡极易失稳堵塞溢流通道，进而形成溃决泥石流活动。针对这种现状建议采用拦砂坝回淤稳定堰塞体，同时采用大块石加固溢流槽沟床，削减洪峰，提高下游防护工程安全性。

[1] 陈晓清,崔鹏,程尊兰,等.5·12汶川地震堰塞湖危险性应急评估[J].地学前缘,2008,15(4)：244-249.

[2] 胡桂胜,陈宁生,邓明枫,邓虎.茂县宗渠堰塞湖漫顶溃决洪水演进规律模型试验研究[J]. 水土保持研究, 2011, 18(3)： 172～176.