四川北川地震灾区杨家沟泥石流物源分析与防治方案确定

张生祥，何勇，何明阳

（四川省煤田地质局一三五队，四川 泸州 646000）

杨家沟泥石流位于北川县曲山镇东溪村电站社，地理位置东经 104°22′47.56″～104°23′56.11″，北纬 31°49′9.34″～31°52′01.31″。杨家沟为湔江支流，在大地构造部位上位于龙门山北东向多字型构造后山褶皱变质带，沟口有“S302”临时便道通过，下游约 1.5km为北川老县城地震遗址。地震后两岸山体破碎，形成了大量物源点,暴雨携带大量泥砂容易形成山洪泥石流和滑坡等次生灾害，大量堆积体淤积在北川老县城地震遗址段的河道里，致使整个河床填高、壅塞。因此，为保障北川老县城地震遗址和当地群众的安全，对杨家沟泥石流进行研究并提出切实可靠的防治方案显得必要而紧迫。

1 杨家沟灾害史

根据现场调查及访问，杨家沟在“5.12”地震前未曾暴发过大的泥石流灾害，在暴雨季节暴发过洪水，洪水均在沟道内漫流，未曾破坏房屋或机耕道。“5.12”地震后流域内出现多处崩塌、滑坡等不良地质灾害点，坡体表层产生松动，流域内松散物源量急剧增加，受2008年9月24日老北川县城地区50年一遇暴雨的影响，该沟暴发泥石流灾害，参与该次泥石流的固体物源预计近 240×104m3，冲出的泥石流固体物质大部分停积在流域中下游、下游纵坡较缓处，使原始流域沟床整体平均抬高 20～30m，通过调查，预计停积在流域沟道内的泥石流堆积体近180×104m3，冲出沟道的物源方量近60×104m3，本次泥石流灾害对流域主河湔江河造成了短暂堵塞，随后被湔江河水冲刷至河道下游区域。此后，流域虽未暴发大规模泥石流，但局部坡体松散的坡面仍在暴雨时形成小型的冲沟或坡面泥石流灾害。

2012年8月17日老北川县城在37个小时内总的降雨量达406mm，1小时平均降雨10.87mm/h，从现场复核情况来看，沟道整体变化并不明显，沟道变化主要为流域中上游、上游沟道段（S19#滑坡段）局部纵坡较陡处已被水流揭底并形成泥石流冲往下游沟道，沟道揭蚀深度一般在0.50～1.0m范围内，泥石流体冲往下游后因下游沟道宽缓出现淤积现象，淤积厚度约20cm～50cm，估算参与本次泥石流活动的固体物源方量约3×104～4×104m3，固体物质主要以块、碎石土为主，粒径一般5～30cm，冲出湔江的固体物质约4000～5000m3,未对湔江造成堵塞现象。

2 杨家沟泥石流引发因素及形成条件

通过对杨家沟泥石流暴发史的分析可知，杨家沟泥石流属典型暴雨型泥石流，主要的诱发因素为暴雨。因形成区地形纵坡较陡，物源丰富，在暴雨作用下，凭借良好的汇水条件和地形条件，完全能够形成泥石流灾害，并将形成流通区内的沟道松散堆积物转化为形成泥石流的物源，冲往下游堆积区。

2.1 地形地貌及沟道条件

杨家沟泥石流流域面积约9.8km2，整体呈北—南向展布，纵向沟长约4.51km，纵向坡降213.31‰，流域最高点位于左侧后缘山顶分水岭，高程约 1770m，最低高程为杨家沟沟口与湔江河阶地交汇处，高程约608m，相对高差约1162m。区内山高坡陡，主要有两条支沟，整个流域形态分布较为对称，岸坡纵向坡度较陡一般40 ～70 ，最大可达80°，流域两侧岸坡自下而上坡度逐渐变陡，下游、中下游沟道多呈“U”字型，岸坡坡度一般40～50°，流域中游以上沟道多以“V”字型沟谷为主，岸坡地貌多以峭壁为主，坡度多大于50°，岸坡上植被覆盖率一般，多以乔、灌木为主。流域内陡峻的地形不但为泥石流水源的汇集提供了较好的地势条件，且在“5.12”地震的强烈作用下新增多处滑坡、崩塌等地质灾害点，使流域参与泥石流活动的松散物源积聚增加。

2.2 水源条件

通过查《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》得出杨家沟流域地区20年一遇暴雨洪水10min、1h、6h、24h的暴雨参数分别为：16.5mm、55mm、110mm及145mm。据吴积善等著的《泥石流及其综合治理》（科学出版社，1993）中对四川山区泥石流激发雨量做了统计，一般对一次雨量48～50mm左右或10min雨量8～12.2mm，1min雨强0.8～1.2mm左右。由于“5.12”地震后，杨家沟内不良地质现象发育，松散物源量大增，其激发雨量还可能更低。区内降雨较丰沛，且雨量集中，其雨强完全可以满足激发泥石流的条件，暴雨是该泥石流的主要引发因素。

2.3 物源条件

参与泥石流活动的松散固体物质是泥石流发生的基本条件之一，也是估计泥石流发展趋势的主要依据之一，泥石流中松散固体物质储量与供给方式，是确定泥石流成因、制定泥石流防治方案、分析泥石流发展趋势的重要参数。从现场调查情况来看，杨家沟流域为暴发泥石流提供的物源类型主要分为：崩滑堆积类物源、沟道堆积类物源及坡面侵蚀类物源三大类。其中沟道堆积类将成为今后启动泥石流活动的物质基础，沟道内堆积的松散物源将对过流的泥石流提供丰富的物质补给。原本在“5.12”地震中发育的崩滑堆积类物源已大多在震后的几个汛期里被洪水（或泥石流）冲刷携带至中下游沟道或堆积区内。综上所述，今后参与杨家沟泥石流活动的松散物质将主要来自流域崩滑堆积类物源及沟道堆积类物源。

3 物源分析

3.1 崩滑堆积类物源

流域内典型的大型滑坡有3处，流域内崩滑堆积类物源主要为在“5.12”地震时产生的滑坡、崩塌，通过现场调查，杨家沟流域内共发育有滑坡、崩塌点26处，总的物源储量约1751.64×104m3，预计动储量约 162.64×104m3，其中位于杨家沟流域后缘的 S19＃滑坡为流域内最大的物源点。该类物源目前仍存留于斜坡体上，但处于不稳定状态，可能在山洪的冲刷或地震作用下极有可能形成滑移，并堆积在沟道内，其可能参与泥石流活动的物源动储量视其坡度、所处斜坡位置及可能运动的速度、崩滑体颗粒级配特征及下方沟道特征的差异而定。

对该类物源的估计采用体积量测计算方法进行计算的，计算原理是通过计算崩塌点所在地堆积剖面面积与沿沟道方向长度 L相乘求算，即（如图1示）：

图1

式中：V：为松散固体物质储量(m3)；S：堆积体剖面面积(m2)，即图中ABC的面积；L：沿沟道方向长度(m)

流域内主要的崩滑堆积类物源主要为沟道两侧的滑坡、崩塌体，主要位于流域中游、中上游段，崩滑堆积类物源发育，密集分布在流域沟道两岸。

3.2 坡面侵蚀物源

坡面侵蚀物源主要指因暴雨形成的坡面水流对流域岸坡坡面土壤发生侵蚀的现象。杨家沟流域内在地震前植被较好，坡面土壤受雨水侵蚀的可能性较小，但在地震的强烈震动作用下，岸坡坡体逐渐松散，整体稳定性变差，特别是在震后的几个暴雨天气作用下，坡体松散土层逐渐被洪水冲刷并形成坡面或冲沟泥石流冲往流域下游区域，因杨家沟流域岸坡面积较大，因此该类物源分布较为广泛。

水土流失是该类物源参与泥石流活动的主要方式，杨家沟流域可能参与泥石流活动的物源量主要受侵蚀强度控制，而侵蚀强度主要受降雨量、斜坡表层岩土体结构特征、斜坡坡度、植被特征、地震破坏情况等因素控制。坡面侵蚀物源区坡体结构大多松散，面坡坡度均较大，其侵蚀深度一般在0.5～2.0m左右。因杨家沟流域在“5.12”地震后流域植被逐渐恢复，大部分坡面植被覆盖率较高，根据现场调查及开挖的探槽分析，杨家沟流域内两侧岸坡除基岩出露外，表层0.1～0.5m范围内的土层有被暴雨积聚的雨水侵蚀搬运的可能。经现场调查及室内分析，坡面侵蚀类物源分布面积约4.75km2，预计今后可能被暴雨水流揭示参与泥石流的土层平均厚度约0.1m，因此预计该类物源量总量约为47.5×104m3。根据北川地区经验，侵蚀模数取15000t/（km2.a），预计该类物源动储量约为3.56×104m3，约占该类物源总量的7.50%。

3.3 沟道堆积类物源

沟道堆积类物源主要为在“5.12”地震后由崩滑点、坡面侵蚀（冲沟侵蚀）形成的松散碎屑物质堆积在沟道内或被历次泥石流搬运转化堆积在沟道内的形成的新生沟道物源。沟道内物源主要以块碎石土为主，块、碎石粒径一般0.30～1.50m，最大粒径可达数米，通过钻探揭露的沟道图层厚度一般7～15.0m，该沟道内的物源将成为今后参与泥石流活动的主要物源。

沟道堆积物源参与泥石流活动的主要方式为沟床的揭底冲刷，可能参与泥石流活动的物源量主要为沟道内松散的堆积物源以及沟底被冲刷揭蚀后两侧岸坡可能失稳进而滑移至沟道内参与泥石流活动。该类物源的动储量主要取决于沟道堆积层的松散程度，其可参与泥石流活动的动储量主要取决于沟道冲刷深度和可能冲刷的宽度，而冲刷深度又由沟道形态特征、宽度、纵坡降、水力条件、堆积物颗粒级配及结构特征等决定。在流域沟道内开挖的山地工程来看，流域沟道底部0～0.50m范围内土层较松散，掘进容易，土层成分主要以碎石土为主，块碎石粒径一般5～10cm，掘进至0.50 ～1.50m时块石含量明显增多，但土层密实程度一般，块、碎石含量达到50%以上，粒径一般在30～50cm范围内，最大可达1.0m，当掘进至1. 50～2.50m时掘进较困难，块碎石含量可达60%以上，且多以块石为主，粒径一般在0.50～1.0m范围内，最大粒径可达1.50m，土层密实度接近中密。上述对形成流通区揭露沟道土层的情况来看，预计杨家沟中游段沟道内2. 0m厚度的堆积类物源均有可能参与泥石流活动。

沟道堆积物源的计算方法是通过现场沟道调查，预测各沟段的断面特征，根据不同断面形态采用相应截面面积计算各段堆积物源的方量。其计算的方法如下：

杨家沟流域沟道主要呈图 2两种截面形式，其松散物源的计算公式：V=ΣVi

图2 Ⅰ类截面形式 Ⅱ类截面形式

式中：V-为各段沟道堆积物的体积（m3）；S-各段代表断面的截面面积（m2）；l-为不同截面沟道段的长度（m）；

杨家沟沟道堆积类物源主要分布在沟道内，从现场调查情况来看，因杨家沟纵向坡降较陡，沟道松散堆积层厚度约 20～50m，暴发泥石流时流域中上游沟道内的松散碎屑物源均有可能被洪水或泥石流冲刷揭蚀参与泥石流活动，预计该类松散物源总量将达到 254.54×104m3。根据探槽揭露情况，沟道0～2.50m范围内土层较松散，随时可能被山洪泥石流揭示，预计该类物源动储量约61.48×104m3，约占该类物源总量的24.15%。

3.4 物源总量分析

通过对各物源类型的分析,杨家沟总的物源为地震后新增物源。经过统计，流域内总的物源量约为2053.68×104m3，其中崩滑堆积类物源量约 1751.64×104m3，占物源总量的 85.29%，坡面侵蚀类物源量47.50×104m3，占物源总量的2.71%，沟道堆积类物源总量254.54×104m3，占物源总量的12.39%，各类物源中可能参与泥石流活动的物源动储量约227.68×104m3，占总物源量的11.09%。

表1 杨家沟泥石流物源估算汇总统计表

4 典型崩滑物源点分析---S19 #滑坡

杨家沟S19＃滑坡位于流域上游右岸，形成于“5.12”地震，为一典型基岩滑坡，滑坡后壁高约30～50m，出露岩性为石英砂岩，岩层产状325 ∠55 。该滑坡受地震的强烈震动后产生滑移，完全堵塞杨家沟沟道。在2008年“9.24”强降雨的作用下对该滑坡坡脚产生冲刷，形成泥石流，并在滑坡前缘堵塞主沟处形成一底宽约10m，顶宽约30～50m，高度约15～25m的沟槽。该滑坡体及滑坡前缘临空面处自2008年“9.24”以来均未出现明显的变形迹象。但若上游流域出现强降雨天气将极有可能侧蚀现有滑坡前缘及揭蚀沟道两岸，并可能影响该滑坡体稳定。

4.1 滑坡区地貌形态及边界特征

从滑坡体现状来看，滑坡体平面上呈细长的“∩”形状，地形坡度较陡，目前滑坡的最高地形约1500m，最低地形约1100m，相对高差约400m，滑坡区范围内交通条件极差，人行艰难。据地面调查与测绘，杨家沟S19＃滑坡边界明显，双沟同源呈圈椅状，滑坡后缘以“5.12”地震时形成的后壁错落裂缝为界；两侧以基岩出露为界。该滑坡后壁呈弧形展布，延展长度约 1100m，错落高度约 30～50m，地形呈下缓上陡状，下部坡度一般20°，上部坡度一般40～50°，滑坡体现状纵向长约700m，横向平均宽约280m，滑坡面积约19.60×104m2，滑坡坡体平均厚度约30～50m，滑坡体体积约784.0×104m3。坡体为第四系崩坡积块、碎石土。下伏基岩为寒武系下统清平组（∈2c）石英砂岩。

4.2 滑坡体变形特征

据现场调查测绘，该滑坡体平面形态呈弧形状，后缘已形成错落高度30～50m的滑坡后壁，滑坡右侧边界受近几年暴雨影响形成坡面冲沟泥石流，坡体上局部松散土层受暴雨水流影响形成坡面冲沟。目前，滑坡体后部地震时形成的裂缝并无明显发展迹象，下部及前缘未发现变形迹象或泉水出露点，滑坡整体稳定性较好。但因该坡面汇水面积较大，坡脚处为杨家沟主沟沟道，遇暴雨天气该坡体表面可能形成坡面或冲沟泥石流，若杨家沟主沟暴发泥石流将会冲刷该滑坡坡脚，坡脚土体被携带走，使前缘失去支撑，影响坡体整体稳定性。

4.3 滑坡物质结构特征

该滑坡体厚度的确定主要根据工区地球物理特征，以瞬变成果中的低阻异常为依据，现场滑坡地质调查、访问为基础，结合地灾知识进行综合考虑，进而来确定滑坡体的滑动面。解释成果如图 3所示。通过现场物探测试资料显示该滑坡体厚度在20～50m范围内，坡脚位置厚度达60m。

据山地工程揭示，滑坡坡体结构主要以块、碎石土为主，其厚度约 10～30m。碎石、块石的含量约占50%～70%，粒径2～16cm，局部夹块石，磨圆度差，多呈棱角状、次棱角状、片状等，分选性差，粉质粘土及角砾土充填块碎石之间，块碎石土呈稍密～中密状。因该滑坡是受“5.12”地震强烈震动沿临空面滑动而形成，故该滑坡并无滑带土。滑坡滑床主要为下伏基岩，且滑床已出露于滑坡后缘及两侧边界，为深灰色粉砂岩。

4.4 滑坡发展趋势及动储量

图3 滑坡物探及地质解释成果图

该滑坡形成于“5.12”地震，该滑坡经历近5个雨季后坡体及周围边界并未出现较大变形迹象，因此，预测未来滑坡的发展趋势，在目前不治理的前提下，整体在各种工况条件下均处于稳定状态，而局部在暴雨或地震条件下可能发生局部滑塌。2008年“9.24”泥石流将该滑坡前缘揭蚀冲刷成一条沟槽，使靠S19滑坡体形成一高约10～25m的临空面，因该段临空面坡度较陡，在坡脚位置遭受水流冲刷后有产生局部失稳的可能，若水流对沟床持续性的进行冲刷，将使沟床越冲越陡，S19滑坡前缘临空面也将逐渐变陡变高，坡体稳定性也将变差，坡体产生失稳堵沟的可能性将增大。因该滑坡坡脚段纵坡坡降较陡，常年有水流冲刷，从整个流域沟道现状分析，该段沟道将始终处于冲刷侵蚀阶段，若遇大的洪水过流，沟底堆积物将随时被揭底冲刷，冲刷起动的深度也将逐渐变深，揭蚀沟底参与起动泥石流活动的物源量将增大。预计该滑坡前缘土层在山洪泥石流的冲刷作用下已被揭示，预计参与泥石流活动的物源动储量约40×104m3。

5 杨家沟泥石流的发展趋势

就现阶段来看杨家沟流域内物源主要集中在主沟沟道流域，沟口堆积区地形明显，流域沟道纵向坡降较大，两侧岸坡陡峻，流域受“5.12”地震影响土层松散，物源丰富，整个流域内总的物源储量达2053.68×104m3，综合上述各因素说明杨家沟泥石流目前正处于发展期。结合杨家沟的现状，根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220—2006）附录G.1泥石流沟依法程度数量化的评分，得出杨家沟泥石流易发程度数量化评分为110分，认为其暴发泥石流的程度为易发型。

根据前述对泥石流成因机制和引发因素的分析，杨家沟属暴雨沟谷型泥石流，泥石流规模主要与流域内松散固体物源的累计和动态变化情况及与引发泥石流的暴雨情况相关，当流域内松散固体物源累计较多，且遇到集中暴雨时，往往就会发生较大规模的泥石流灾害。“5.12”地震后，杨家沟流域内松散物源增多，可参与泥石流活动的松散固体物源量大大增加，一旦遭到大暴雨的作用，势必引发大规模的泥石流灾害。

6 由物源特点分析防治工程方案

由于杨家沟流域内物源主要为滑坡堆积物源和沟道堆积类物源，根据泥石流防治的要求，结合流域现有的自然、地质条件，以及杨家沟流域现状和保护对象综合考虑。为防止杨家沟流域内泥石流物源冲出沟口抬高湔江河床，威胁北川老县城地震遗址，针对杨家沟流域以“固源为主，辅以拦挡坝”的防治工程措施。

防治工程根据杨家沟泥石流流域物源的特点，为有效防治泥石流危害湔江河床，在流域主沟狭窄、纵坡宽缓处设置拦挡坝，以拦蓄泥沙，削减泥石流流量；在流域中上游区域，因沟道纵坡较陡，沟道松散物源较发育，采用拦挡坝工程起不到较好的拦挡效益比，因此，在该段采用防冲肋槛固床措施。对S2#、S3#及S19#滑坡因该3个滑坡目前均处于稳定状态，发生滑动的可能性较小，为防止杨家沟暴发山洪泥石流后对 3个滑坡的坡脚产生冲刷侵蚀，在各滑坡现有坡脚位置修建防冲刷墙，防止山洪泥石流对坡脚的冲刷或漫堤后对坡体产生冲刷，因S19#滑坡段主沟纵坡坡降较陡，为防止泥石流体揭示沟底，在沟道内设置防冲肋槛，以稳固该段沟床。总体方案为：“2座拦挡坝+S2#滑坡、S3#滑坡防冲刷墙+流域中上游沟道段防冲肋槛+ S19#滑坡防冲刷墙及防冲肋槛”。

7 结语

1）杨家沟泥石流流域受“5.12”地震影响松散物源积聚增多，较易暴发泥石流灾害，针对物源类型及分布特点提出的治理方案，对该泥石流进行防治能有效控制泥石流灾害，防止泥石流体冲出沟道后抬高湔江河床，进而威胁当地群众生命财产安全和北川老县城地震遗址。

2）由于“5.12”地震后，沟内不良地质现象增多，流域内松散物源储量增多，可参与泥石流活动的松散固体物源量较多，泥石流易发程度高，泥石流危险性增大，因此，对杨家沟泥石流开展治理工程是比较紧迫的。同时对流域内应继续开展退耕还林工作，制定好林木的砍伐制度，以防治坡面侵蚀水土流失，进一步减少流域松散物源。

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