两岔沟泥石流的形成机理及危害性分析

张 振，李 默

(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)

两岔沟泥石流的形成机理及危害性分析

张 振，李 默

(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)

两岔沟泥石流为一大型潜在危险性泥石流，由于地震和人为等因素的影响，泥石流发生的可能性较大.在现场踏勘和分析两岔沟泥石流流域分区特征的基础上，从形成泥石流的地形、水源、物源等主要方面着手研究.通过经验公式估算及实测计算相结合的多种分析方法，来综合评定泥石流的流体重度、流量、流速及一次泥石流流过总量.一方面，验证了经验公式的适应性，另一方面，揭示了泥石流的发展趋势，为后续的防护和治理提供了可靠的基本物理力学参数.

两岔沟;泥石流;发展趋势;物理力学参数

0 引言

两岔沟位于四川省雅安市天全县城北侧，距离芦山县城较近.据调查了解，该区域雨季主要以洪水或高含泥沙洪水为主.该沟在历史上没有发生过特大的泥石流灾害，但受2008年汶川地震和2013年芦山地震的双重影响，沟内发生了大量的崩溃、滑坡、泥石流等次生地质灾害［1－3］，使沟内的物源物显著增多，一旦遇到强降雨，暴发泥石流的可能性比较大，严重威胁着沟道两侧居民的生命与财产的安全.

1 两岔沟环境及地质构造

1.1 两岔沟泥石流分布

两岔沟沟域面积6.8 km2，最高点高程约980 m，最低点与天全县护城河相连，高程约760 m，相对高差约220 m，主沟纵向长约4.2 km，发育2条主要支沟:1#支沟发育于主沟下部左侧，为清水沟，纵向长约2.8 km;2#支沟位于主沟中部右侧，纵向长约1.7 km.沟道两侧局部为缓坡地貌，一般坡度15°～35°，岸坡植被较发育，以灌木、杂草为主.两岔沟属于构造剥蚀高中山地貌单元，整体形态呈“树叶"状，切割深度大，地形陡峻，临空条件发育.这种地貌形态为沟域内崩塌、滑坡、不稳定斜坡等不良地质现象的发育，以及泥石流松散固体物源的汇集提供了有利条件.经调查，两岔沟泥石流的流通区和物源区基本一致，其分布图如图1所示.

图1 两岔沟泥石流分布示意图

1.2 两岔沟地质构造

据实地调查，两岔沟区域主要分布2类裂隙，一类与层面垂直，一类与层面相交.垂直层面又分纵张、横张和扭裂3种.

两岔沟区域节理裂隙的发育与分布大致呈现以下特征:受构造部位控制，褶皱核部、构造高点及不同构造交汇部位最发育;与断裂关系密切，断裂影响带较发育;受岩性和岩层组合影响，脆性岩层较发育，同一岩性，薄层比厚层发育.区内红层区地层风化裂隙较为发育，地层产状平缓，构造仅有始阳、前阳、双石断裂.勘查区内及附近无断层通过，地质构造活动相对较弱，地壳稳定性相对较好.

两岔沟区域地质构造如图2所示.

图2 两岔沟区域地质构造示意图

2 两岔沟泥石流形成条件

2.1 地形和沟道条件

两岔沟为一典型的“V"形深切冲沟，其中:1#支沟，沟域面积约1.94 km2，沟道平均坡降约为80‰，为清水沟，沟内植被发育良好，勘查期间沟内没有发现集中物源;2#支沟沟域面积约1.35 km2，沟道平均坡降约76‰，沟道坡降总体较缓.实地调查发现，该沟下游沟道两侧人为破坏较为严重，沟道至两侧岸坡约50 m以内都为人工旱地，植被发育较差，坡面侵蚀较为严重.另外，靠沟道平缓平地内有居民建房人工弃渣堆积8处，可能参与泥石流活动.经划分，两岔沟泥石流流域分为清水区、物源流通区和堆积区.

2.2 泥石流清水区特征

泥石流清水区分布于两岔沟支沟与主沟交汇处的上段区域，面积约为3.5 km2，其主要地貌特征为:地形陡峻，斜坡坡度多为25°～35°以上，沟谷纵坡较大，多在200‰～380‰，且森林植被发育，松散堆积层覆盖较薄，主要为基岩斜坡，地震中不良地质现象较少，分布零星，大多不会参与泥石流活动，主要为泥石流的形成汇集水源和提供水动力条件.

通过当地的气象局收集到了1986～2005年两岔沟的气象统计资料，如表1所示.

表1 多年平均气象资料值一览表(1986～2005年)

因该沟自然条件特殊，谷深坡陡，切割强烈，加之雨水月季差异大，境内径流在年均和月、季之间分配不均，冬春两季径流量较小，夏秋两季较大.夏秋两季为两岔沟泥石流频发季节，丰富的降水量为泥石流的发生提供了有利的水动力条件.

2.3 泥石流物源区和流通区特征

泥石流形成的物源区与流通区分布于两岔沟2#支沟中下游至两岔沟沟口，该沟道长度约2.0km，面积约1.43 km2.该区沟道总体坡降较缓，平均坡降约50‰～70‰，松散堆积体厚度相对较大，特别是汶川及芦山地震后，居民顺沟两侧大量新修房屋和修建公路产生的弃渣，为泥石流的发育提供了大量松散固体物源.随着灾后重建工作的推进，沟道两侧弃渣量有进一步增加的趋势.在小规模泥石流形成过程中，部分河谷弯折地段、缓倾沟谷地段堆积了部分老泥石流物质，也是形成泥石流的另一个物源.此外，该区沟道以上至中部为耕地，植被破坏较严重，水土流失可能加剧，因而会新产生大量坡面侵蚀物源.该区物源统计量见表2所示.丰富的物源，为泥石流的发生提供了有利的条件.

表2 两岔沟泥石流物源估算汇总统计表

2.4 泥石流堆积区特征

泥石流堆积区位于两岔沟下游，沟道较为平缓，面积约0.16 km2，沟口堆积扇区堆积厚度1～2 m左右，堆积扇区泥石流堆积物方量约3×104m3，因该段纵坡较缓，有利于泥石流物质的淤积.

3 泥石流静动力学参数

3.1 泥石流流体重度

由于两岔沟泥石流以往没有监测资料，对此，本研究通过配方法［4］和查表法［5］2种方法来确定泥石流流体重度.按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220－2006)附录H填写泥石流调查表并按附录G进行易发程度评分(详见附表)，按表G.2查表确定两岔沟泥石流及各支沟重度和泥沙修正系数，结果见表3所示.

表3 两岔沟泥石流流体重度查表法结果统计表

3.2 泥石流流量

本研究共选择5个典型断面部位采用了雨洪法和形态调查法进行两岔沟泥石流流量计算.计算数据表明，采用形态调查法计算的泥石流峰值流量结果普遍略小于雨洪法的结果，总体上看，形态调查法求得的流量值与雨洪法P=2%的流量计算结果相当.采用形态调查法计算结果没有暴雨频率的概念，仅能代表当次泥石流的特征值，而雨洪法则根据现有沟域面积、沟域植被发育分布情况和径流系数进行计算，具有预测性质.因此，两岔沟泥石流峰值流量采用雨洪法计算求得.

地表水汇水流量计算公式为，

式中，Q为最大洪峰流量(m3/s);ψ为洪峰径流系数;i为最大平均暴雨强度;s为暴雨雨力;n为暴雨公式指数;F为集水面积(km2);τ为流域汇流时间(h).据此，采用雨洪法求得的各断面部位暴雨洪峰流量值如表4所示.

表4 两岔沟及其主要支沟暴雨洪峰流量计算表

3.3 泥石流峰值流量计算

泥石流峰值流量计算公式［6］为，

式中，Qc为泥石流断面峰值流量(m3/s);φ为泥沙修正系数，采用查表法得到的结果;Qp为暴雨洪峰流量;Dc为堵塞系数，按《勘查规范》表I.1查表确定.据此，采用雨洪法求得泥石流峰值流量如表5所示.

表5 两岔沟及其主要支沟泥石流峰值流量计算表

3.4 泥石流流速计算

根据雨洪法求得的流量结果，利用形态调查法流量计算公式进行反算，

式中，Qc为泥石流断面峰值流量(m3/s);Wc为泥石流过流断面面积(m2);Vc为泥石流断面平均流速(m/s).计算结果如表6所示.

表6 两岔沟泥石流流速计算表

3.5 一次泥石流流过总量

一次泥石流过流总量计算公式［9］为，

式中，Q为一次泥石流过程总量(m3);T为泥石流历时(s);Qc为泥石流最大流量(m3/s).

两岔沟主沟泥石流历时约45 min，即T=2 700 s;1#支沟历时30 min，即T=1 800 s;2#支沟泥石流历时约30 min，即T=1 800 s.按上式计算泥石流冲出量如表7所示.

表7 两岔沟及其主要支沟泥石流流量形态调查法计算表

4 结论

通过对两岔沟沟道和坡面固体松散物质量的分析和计算，估算20年一遇两岔沟泥石流一次最大冲出量约0.7×104m3，根据规范的分级，两岔沟泥石流暴发的规模属于小型泥石流.

通过调查发现，两岔沟内因为地震产生的规模不等的滑坡、堆积体等灾害点有9处，这为泥石流的暴发提供了大量的物源.泥石流固体物源的补充周期缩短，将大量的堆积物带到山前，其目前所处发展阶段为发展期，沟谷内还有大量松散堆积物，故今后该沟可能还会暴发泥石流，其发生频率有增高之势.

根据现场调查的泥石流黏性物质含量、固体物质组成及堆积物特征，采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，得到两岔沟泥石流的容重为1.565 kN/m3，据此确定两岔沟泥石流属于稀性泥石流.

根据对泥石流成因机制和引发因素的分析，两岔沟属暴雨沟谷型泥石流，泥石流规模主要与沟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，当沟域内多松散固体物源累计较多，遇到集中暴雨时，就会发生较大规模的泥石流灾害.在汶川及芦山地震后，两岔沟沟域内崩滑坡等不良地质现象增多，局部水土流失加剧，可参与泥石流活动的松散固体物源量也大大增加，一旦遭到大暴雨的作用，势必将引发泥石流灾害.

［1］潘华利，欧国强，柳金峰.泥石流沟道侵蚀初探［J］.灾害学，2009，24(1):39 －43.

［2］铁永波，唐川.四川省北川县暴雨泥石流的发育与汶川地震的响应特征［J］.灾害学，2011，26(4):73 －75.

［3］甘建军，孙海燕，黄润秋，等.汶川县映秀镇江春沟特大型泥石流形成机制及堵江机理研究［J］.灾害学，2012，27(1):5－9.

［4］工程地质手册编委会.工程地质手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［5］中华人民共和国国土资源部.DZ/T0220－2006泥石流灾害防治工程勘察规范［S］.北京:中国标准出版社，2006.

［6］周必凡，李德基，罗德富，等.泥石流防治指南［M］.北京:科学出版社，1991.

Analysis of Formation Mechanism and Harmfulness of Liangcha Gou Debris Flow

ZHANG Zhen，LI Mo
(The State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China)

The Liangcha Gou Debris flow is a large debris flow with potential hazard.Due to the effect of earthquake and artificial factors，the debris flow is very easy to occur.Based on survey and analysis on partition characteristics of the Liangcha Gou debris flow，the terrain，water，material sources and other major aspects of forming debris flow are analyzed.By combining the empirical formula estimation and the actual calculation，this paper comprehensively evaluates the fluid density，flow，velocity，and the total flow of debris flow.On the one hand，this paper validates the adaptability of empirical formula;on the other hand，it reveals the development trend of debris flow，and also provides the reliable basic physical and mechanical parameters for subsequent protection and treatment.

Liangcha Gou;debris flow;development trend;physical and mechanical parameters

P642.23

A

1004－5422(2015)01－0097－04

2014－11－28.

张 振(1990—)，男，硕士研究生，从事地质灾害评价与预测研究.