泸定县寨子沟泥石流基本特征及危险性评价

高 扬，王 卫，刘立波，宋海波

（1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都610059；2.山东省鲁南地质工程勘察院，济宁272100）

泥石流作为山区常见的一种地质灾害，具有突发性、历时短以及危害严重等特点，是山区建设中严重威胁人民财产安全的地质灾害之一。因此对山区泥石流沟特征进行研究以及对其进行危险性评价具有重要的现实意义［1］。

寨子沟泥石流位于四川省泸定县兴隆镇境内。根据调查，寨子沟历史上曾多次发生过泥石流灾害，其中以1937年和1975年的规模为最大。5·12地震以及4·20地震后至今，主沟虽尚未发生较大规模的泥石流灾害，但沟域内松散固体物源量有所增加，崩塌滑坡等不良地质现象发育，主沟中已堆积了大量的松散固体物质。近年来寨子沟内有小型泥石流频繁流出，如遇大暴雨则寨子沟发生大规模泥石流灾害的可能性较大，严重威胁到人民群众生命财产安全。本文对该泥石流成灾原因、动力特征及其危险性进行了研究。

1 泥石流形成条件

1.1 地形地貌

寨子沟总体上为深切割“V”型谷，局部为“U”型谷，总体上具有岸坡陡峻，切割深度较大的特点，流域形态为倒漏斗形。主沟纵长3.38km，面积为2.63km2。主沟沟头最高点高程为2 598.5m，沟口与兴隆河交汇处高程为1 422.5m，相对高差1 176m，主沟平均纵坡降358.9‰，水系较为简单，目前沟内无水流。寨子沟上游地形开阔，有利于雨水的汇集，下游宽度一般可达40～60m，大量松散物质堆积于沟内，同时沟口局部地段也较为狭窄，形成宽窄相间的变化特点，局部形成卡口，为泥石流束流加速提供了有利的地形条件。

1.2 物源

1.2.1 崩滑堆积物源

崩滑堆积物源是寨子沟泥石流的主要物源。根据现场调查，寨子沟沟谷内共发育较大规模的崩塌8处，老滑坡堆积体2处。其中崩塌主要发育于闪长岩中，分布于沟域中上游左侧岸坡，其总物源量约为47.37万m3。寨子沟内的崩塌堆积物坡度大多处于33°以下，小于天然休止角，处于稳定状态。其参与泥石流的方式为暴雨激发或者洪水泥石流冲刷坡脚，按照可动物源厚度0.5m计算，其可能参与泥石流活动的物源量为5.89万m3。

本次调查范围内的2处滑坡均为古滑坡堆积体，滑坡稳定性良好，目前2个滑坡均未出现变形现象，发生整体性滑动、堵塞河床的可能性不大。但如果遭受暴雨冲刷及洪水掏蚀坡脚时则可能引发其复活变形，因此本次勘查也将其纳入物源统计，其参与泥石流的方式为泥石流冲刷坡脚，使滑坡堆积物被裹挟参与进泥石流活动，其总堆积量为12.58万m3，可能参与泥石流活动的物源量为1.1万m3。

1.2.2 沟床堆积物源

根据野外调查，寨子沟中下游沟床纵坡较陡，且松散堆积物源丰富，当地居民将该处沟床整理为耕地，破坏了原始的生态环境，加重了沟道物源的松散程度，且植被稀少，使得沟床物源更容易被启动，沟床可能被刨蚀，大量沟床堆积物被裹挟从而形成大规模的泥石流，造成巨大的危害。结合本次调查的历史上泥石流冲切情况，预测其冲刷深度为2～3m，视沟域面积及汇流条件、沟道堆积物颗粒特征和结构、沟道纵坡及堵塞情况等会略有差异。据此估算沟床揭底冲刷可能参与泥石流活动的松散固体物源总量约6.882×105m3，其中可动物源量达约1.155×105m3左右。

沟床堆积物源占总物源的45.88%，其可动物源占总可动物源的48.35%。因此如何有效防止沟床物源的启动应是寨子沟泥石流防治工程的重点。

1.2.3 坡面侵蚀物源

寨子沟沟域内坡面侵蚀物源主要发育于花岗岩、闪长岩等岩浆岩全风化所形成的表层残坡积土内，由于残坡积土厚度巨大，且多被农民整理成耕地，从而植被破坏严重，加重了其松散程度。沟域内坡面侵蚀物源参与泥石流活动的方式主要为水土流失，包括面蚀和沟蚀。侵蚀强烈的情况下可能形成坡面泥石流或坡面冲沟泥石流。根据调查可提供的松散固体物源总量约3.383×105m3，按特大暴雨条件下侵蚀厚度0.5m计，其可参与泥石流活动的动储量约为6.45×104m3。

1.3 水源

寨子沟泥石流的水源主要来源于大气降水，暴雨是泥石流的主要激发因素。研究区内受到东南季风和来自四川盆地的暖湿气流的影响，雨量充沛。区内年最大降水量1 113.6mm，年平均降水量897.8mm，月最大降水量300.5mm，月平均降水量81.4mm，日最大降水量75.3mm，日平均降水量2.8mm。根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》所附暴雨量等值线图，寨子沟附近地区的1／6h、1h、24h多年最大暴雨量平均值分别为7.5mm、23mm、70mm。在P＝2%的条件下，1／6h、1h、24h雨强可分别达到16.875mm、45.77mm、132.3mm，完全具备引发泥石流灾害的降雨条件。研究区2个小时内不同频率下的降雨量值如图1所示。

图1 不同频率下的累积降雨量值

2 泥石流动力学特征

2.1 重度

泥石流流体重度是泥石流动力学特征的关键参数，本次研究采取了现场配浆法、查表法、公式法等方法来综合确定。

1）现场配浆法计算公式为

式中：γc为泥石流重度（t／m3）；Gc为配制泥浆重量（t）；V 为配制泥浆体积（m3）。

求得泥石流重度为1.96t／m3。

2）查表法按照DZ／T 0220—2006《泥石流灾害防治工程勘查规范》附录H填写泥石流调查表并按附录G进行易发程度评分，求得泥石流重度为1.752t／m3。

3）公式法参照文献［2］采用公式

式中：γc为容重（g／cm3）；x为泥石流中的黏粒含量，求得泥石流重度为1.762t／m3。

本次泥石流重度的综合取值采用1.752t／m3。

2.2 泥石流流速

采用甘肃武都地区泥石流的公式

式中：Vc为泥石流流速（m／s）；Hc为平均泥深（m），根据现场调查泥痕；Mc为流速参数；Ic为泥位纵坡率。

求得沟口处的泥石流流速为6.16m／s。

2.3 泥石流流量

2.3.1 暴雨洪水流量

采用文献［3］推荐的公式计算设计频率下的洪水洪峰流量

式中：ψ为洪峰径流系数；Sp为单位历时的暴雨平均强度或称暴雨雨力（mm／h）；n为暴雨递减指数。

2.3.2 设计泥石流流量

假设计算断面的暴雨洪水流量全部转变成泥石流流量，采用修正的东川公式进行计算

式中：Qc为频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3／s）；Qp为频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3／s）；Dc为泥石流堵塞系数；φ为泥石流泥沙修正系数。

不同设计暴雨频率（P）下，寨子沟泥石流的流量计算结果见表1。

表1 寨子沟泥石流流量统计参数及结果

由表1可知，寨子沟泥石流50a一遇（P＝2%）时的流量为71.01m3／s，这与现场调查访问的结果基本一致。

通过以上对泥石流运动特征的分析，可知该泥石流的规模为中等，流速较大。

3 泥石流危险性评价

3.1 发生频率与发展趋势

寨子沟作为一条老泥石流沟，历史上曾多次暴发大规模泥石流。近期则在1937年、1975年以及1996年暴发过较大规模的泥石流。据此推算，寨子沟暴发较大规模泥石流的频率为3.90次／100a。

本文根据文献［4］推荐的方法计算寨子沟流域地形体积比Vw／HbAb，得Vw／HbAb＝50.67%，寨子沟泥石流高程曲线如图2所示。寨子沟的发展阶段为壮年期，属于沟谷泥石流发育的旺盛期。计算模型从1︰50 000数字地形图上获取。

3.2 危险性评价

本次判定寨子沟泥石流的危险程度，采取刘希林［5］推荐的单沟泥石流危险度评价方法：

H＝0.29 M＋0.29F＋0.14S1＋0.09S2＋0.06S3＋0.11S6＋0.03S9

式中：M为泥石流规模；F为泥石流发生频率；S1为流域面积；S2为主沟长度；S3为流域相对高差；S6为流域切割密度；S9为不稳定沟床比例。

其中M、F为2个主要因子，其余为辅助性因子。寨子沟泥石流各项因子的实际值及转换值见表2。

图2 寨子沟流域高程曲线

由表2可知寨子沟泥石流的危险度H单＝0.40，按照危险度分级标准：极低危险（0～0.2）、低度危险（0.2～0.4）、中度危险（0.4～0.6）、高度危险（0.6～0.8）、极高度危险（0.8～1.0），可知寨子沟泥石流属于中度危险的泥石流沟。

表2 泥石流危险度评价因子实际值及转换值

4 结语

根据现场调查和以上分析，针对寨子沟的实际情况，得出了以下几点结论：

1）寨子沟流域内地形陡峻、物源丰富、降水充沛，具备泥石流发育的良好条件。

2）寨子沟泥石流容重为1.752t／m3，沟口处流速为6.12m／s，50a一遇（P＝2%）时的流量为71.01m3／s。由此可知寨子沟泥石流的规模为中等，流速较大。

3）寨子沟泥石流是一条老泥石流沟，其暴发频率为3.90次／100a，发生阶段属壮年期；寨子沟泥石流的危险度H单＝0.40，属中度危险泥石流沟。

4）该泥石流沟可采取以治为主，以防为辅的治理措施［6］。建议沟域内实行生物工程以及土建工程等综合治理措施抑制泥石流的发生；对受泥石流威胁的重点项目，应建有适当的防护措施。

［1］Liu Xilin.Assessment on the severity of debris flows in mountainous creeks of southwest China［C］／／Proveedings of International Symposium of Interpraevent 1996，1996：145－154.

［2］陈宁生.泥石流勘查技术［M］.北京：科学出版社，2011：127－129.

［3］四川省水利厅.四川省中小流域暴雨洪水计算手册［M］.成都：［出版者不详］，1984：8－17.

［4］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，1991：16－23.

［5］刘希林，李秀珍，苏鹏程.四川德昌县凹米罗沟泥石流成灾过程与危险性评价［J］.灾害学，2005，20（3）：78－83.

［6］刘希林，唐川.泥石流危险性评价［M］.北京：科学出版社，1995：25－26.