四川省理县跨过沟泥石流发育特征与危险性评价

陈子龙，刘惠军

(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)



四川省理县跨过沟泥石流发育特征与危险性评价

陈子龙，刘惠军

(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)

摘要：结合跨过沟野外调查及地质背景等资料，论述了跨过沟泥石流的流域特征、发生条件以及动力学特征，通过定性和定量两种方法对跨过沟泥石流进行了危险性评价，得出如下结论：跨过沟泥石流为暴雨沟谷型泥石流，正处于发展期，表现为中度易发、中度危险，在强降雨影响下暴发泥石流的可能性较大。

关键词：泥石流；发生条件；发育特征；危险性评价

跨过沟潜在泥石流在20世纪七八十年代曾间歇性暴发过小规模泥石流，主要堆积在沟道中游箭山村居民区段较缓沟道内。2008年“5.12”地震后因坡体物质结构较为松散，每年雨季都有高含砂洪水暴发，其中2011年7月6日暴雨后暴发的山洪，使箭山村修建的浆砌块石护堤部分被冲毁，箭山村内公路、部分居民房屋和村内基础设施等被洪水和泥沙淤埋，严重危害箭山村居民区的生命财产安全。本文通过对跨过沟泥石流现场实地调查，分析该泥石流的发育特征及动力学特征并作危险性评价。

1自然环境背景概述

1.1泥石流沟位置及特征

跨过沟位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县薛城镇箭山村，是杂谷脑河右岸一级支流，属于岷江水系。沟域位于薛城镇以东约2 km处，G317国道经过沟口，沟内有水泥硬化的乡村公路由沟口通至沟域中上游箭山村(如图1所示)。

1.2地质构造

理县境内经历多次构造变动，形成了扭动构造体系的热务沟旋卷构造。同时伴以岩浆活动与变质作用，使之更加复杂化。区内主要构造为薛城“S”型构造，为金汤弧形构造之东翼，其被雪隆包砥柱的旋扭所复杂化，由一系列“S”形和弧形褶皱、断裂所组成，其中褶皱较为发育，大小共有五十多条。规模较大者有红岩倒转复背斜、三岔倒转复向斜、总棚子倒转复背斜、三道桥卡子倒转复向斜等。断裂主要有雪隆包环形断层、转经楼沟断层等。

图1跨过沟泥石流沟流域范围及地形特征

1.3地质构造

理县境内经历多次构造变动，形成了扭动构造体系的热务沟旋卷构造。同时伴以岩浆活动与变质作用，使之更加复杂化。区内主要构造为薛城“S”型构造，为金汤弧形构造之东翼，其被雪隆包砥柱的旋扭所复杂化，由一系列“S”形和弧形褶皱、断裂所组成，其中褶皱较为发育，大小共有五十多条。规模较大者有红岩倒转复背斜、三岔倒转复向斜、总棚子倒转复背斜、三道桥卡子倒转复向斜等。断裂主要有雪隆包环形断层、转经楼沟断层等。

1.4地层岩性

灾害形成区地貌单元属于剥蚀侵蚀高山地貌以及侵蚀深切河谷地貌，泥石流沟域出露地层主要有：第四系全新统泥石流堆积层、第四系全新统坡洪积层、第四系全新统崩坡积层、第四系全新统滑坡堆积层、泥盆系危关群、志留系茂县群等地层。颗粒分布不均，具架空结构，其中碎块石含量占60%～70%，一般块石直径约50 mm～300 mm，大量分布在沟道中，为泥石流的发生提供了大量的松散物质。

1.5工程及水文地质条件

该区内分布的地层按岩土的性质、结构、强度及岩性组合特征可划分为软弱—半坚硬薄—中厚层状千枚岩、变质砂岩岩组及松散土石类岩组等三个工程地质岩组。区内土壤以含砂粉质黏土、粉质黏土夹碎块石为主，一般厚0.5 m～1 m。该区地表水主要为跨过沟河流，山区河谷陡峻，落差较大，自上游至下游，比降随地势逐渐减缓。工作区多年平均降雨量为483.6 mm，降雨集中于5月—9月的雨季为420.6 mm，占全年的69%,而10月至次年4月降雨量仅189.0 mm，占全年降水量的31%，降雨具有雨强大、频率高、分布不均等特点。冬春少雨，水量相对较小，夏秋多雨时期，山洪暴发。工作区为川西高山峡谷区，构造复杂，岩性多样，受地层岩性、地形地貌及构造的控制，地下水类型有松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和高山积雪三大类型，以基岩裂隙水为主。区内地下水的补给来源主要为大气降水和侧向径流补给。可见，该区水文地质条件较复杂。

2泥石流的形成条件

2.1地形条件

跨过沟属剥蚀侵蚀高山地貌和侵蚀深切河谷地貌，山坡陡峭，坡度一般30°～55°，坡顶常形成陡崖，山脊狭窄，上陡下缓，底部深切沟谷发育，多为“V”型谷，局部段呈“U”型。谷底沟道狭窄，沟底宽度4 m～10 m，局部地段受坡体松散堆积物堵塞，沟道宽度不足3 m。由于沟谷两岸斜坡坡度较大，坡体稳定性差，易产生崩塌、滑坡等地质现象，堵塞沟道，排水不畅。跨过沟汇水面积3.97 km2，沟长4.15 km。主沟源海拔约3 500 m，沟口处海拔约1 540 m，相对高差1 960 m，沟道纵坡降较大，平均纵坡降472‰。陡峭的地形及较大的沟床比降，利于地表水汇流及排泄，降雨时水流速度较大，冲刷、侵蚀能力增强，易揭底冲刷沟道而形成泥石流[1]。较大的相对高差及陡峻的沟床比降为水源和泥石流物源的汇集提供了有利的地形地貌条件，为泥石流的形成提供了充足的势能条件。

2.2物源条件

受“5.12”汶川地震影响，流域内发育大量的滑坡、崩塌及不稳定斜坡等，使跨过沟泥石流沟松散固体物源丰富且分布较为集中，泥石流的物源主要来自于沟岸斜坡体上分布的崩滑物源(崩塌、滑坡)[2]、沟床侵蚀物源(沟床内松散堆积体)及坡面侵蚀物源。主要物源的总量及动储量如表1所示。

表1　跨过沟泥石流物源统计表

2.3水源条件

跨过沟泥石流的水源主要来源于大气降水。经调查跨过沟泥石流均发生于雨季，冰雪融水一般不会成为引发泥石流的水源，此外，沟域内地下水不丰富，不构成引发泥石流的主要水源，沟域内没有水库、湖泊等集中的地表水体，因此暴雨形成的地表径流是引发泥石流的主要水源，暴雨是泥石流的主要激发因素。

跨过沟流域所在薛城镇多年平均降水量483.6 mm，最大年降雨量790.1 mm(1992年)，日最大降水量为55.9 mm，1 h最大降水量为22.3 mm，10 min最大降水量为18.1 mm。区域降水量在时间上分配严重不均，5月—9月降水量占全年降水量的69%，为420.6 mm。月降水平均最多的6月降水量为94.1 mm，最少的12月为3.9 mm。5月、6月、9月是降水高峰期，每年雨季开始和临近结束有两次大的降水过程[3](见图2)。区域持续的降雨不仅增大了坡体的自身重量，还给坡体提供了丰富的地下水源，促使坡体软化和抗剪强度降低，从而降低了泥石流起动的临界雨量。

图2理县常年各月份降水分布图

3跨过沟泥石流动力学特征

3.1泥石流重度

泥石流重度指单位体积泥石流流体的重量，是确定泥石流性质的重要指标。确定泥石流重度常用的方法有实测法、现场配浆法、查表法。一般来说，泥石流重度难以实测。

通过现场调查和访问当地几位曾亲眼看见过该泥石流暴发的居民，在跨过沟潜在泥石流堆积段选取有代表性的泥石流堆积物样品3组，搅拌成暴发时的泥石流流体状态，鉴定模拟泥石流流体状态，然后分别测出样品的总质量和总体积，按下式求出泥石流流体重度：

(1)

式中：γc为浆体的重度，t/m3；Gc样品的总质量，t；V为样品的体积，m3。

计算结果见表2，跨过沟潜在泥石流重度平均值为1.80 t/m3。根据泥石流的分类，跨过沟潜在泥石流属于黏性泥石流。

表2　现场配浆法计算泥石流重度表

3.2泥石流流速

目前对泥石流的流速常用经验和半经验公式进行计算。跨过沟潜在泥石流流速的计算依据该泥石流沟的性质和特点，采用《泥石流灾害防治工程勘查规范》[3](DZ/T 0220-2006)附录I中推荐公式I.15(通用公式)进行计算：

(2)

式中：Vc为泥石流断面平均流速，m/s；nc为泥石流沟床糙率；Hc为计算断面泥深，m；Ic为泥石流水力坡降，可用沟床坡降代替。

通过对跨过沟泥石流断面的调查，计算得到跨过沟沟口断面流速的结果如表3所示。

表3　跨过沟泥石流沟口断面泥石流流速计算结果

3.3泥石流流量

为了评价跨过沟泥石流的危险性，选用了流域内四个典型断面进行泥石流流量计算。泥石流流量计算的常用方法是雨洪法和形态调查法。用形态调查法计算结果仅能代表当次泥石流的特征值，雨洪法可根据现场流域面积、植被发育分布情况和径流系数进行计算， 以下泥石流峰值流量采用雨洪法[4-5]计算。跨过沟暴雨洪峰流量及泥石流峰值流量计算结果如表4所示。(以下计算所用公式均可从暴雨洪水计算手册[6]中查到)。

表4　跨过沟暴雨洪峰流量及泥石流峰值流量计算表

3.4一次泥石流总量

据调访资料跨过沟泥石流沟泥石流中最大雨强暴雨持续时间约30 min，根据泥石流流量、重度等参数，参照规范计算公式进行计算。

Q=0.264TQc

(3)

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，m/s，计算不同频率下跨过沟沟口的泥石流一次总量计算结果见表5。

表5　一次泥石流总量计算表

4跨过沟泥石流危险性评价

4.1泥石流易发程度

跨过沟泥石流流域内不良地质现象较发育，泥石流固体物源量持续增加；泥砂以集中补给为主，沿程补给为辅，补给长度比大于58%；沟道(沟源到沟口)纵坡坡降472‰，因此总体上沟谷纵坡降大，有利于泥石流的形成；区域构造方面为强抬升区，沟谷下切和侧蚀作用强烈，有利于泥石流的发育；流域内植被总体上覆盖较低，坡面水土流失仍然严重，可为泥石流的发育提供一定的固体物源；区内主要出露志留系茂县群和泥盆系危关群组千枚岩和松散第四系残坡积物、崩坡积物、滑坡堆积物等，沿沟松散物总储量丰富，产沙区松散物平均厚度1 m～5 m，松散物源较为丰富；沟岸山坡坡度一般在25°以上，沟谷形态为“V”型谷，有利于物源和水源的汇聚和泥石流的形成；泥石流沟域面积3.97 km2，相对高差1 960 m，沟谷堵塞程度轻微。这些因素总体上有利于泥石流的发育。针对跨过沟泥石流沟的地形、丰富的松散固体物质和水源的基本特征，选择了15个代表性因素进行数量化处理，采用 《泥石流灾害防治工程勘查规范》[3](DT/T0220—2006)附录G“泥石流沟的数量化综合评判及易发程度等级标准”进行判别。跨过沟泥石流易发程度判别如表6所示。

表6　跨过沟泥石流沟易发程度数量化综合评判

4.2泥石流危险性评价

泥石流危险性评价的方法[7-8]较多，本文采用刘希林提出的单沟泥石流危险性评价的方法[9]。该方法选择泥石流规模(m)、泥石流发生频率(f)两个主要因子以及流域面积(s1)、主沟长度(s2)、流域相对高差(s3)、流域切割密度(s6)、不稳定沟床比例(s9)五个次要因子，共计7个评价因子的转换值进行危险度评价，计算公式为[10]

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

通过现场调查访问及参考泥石流调查资料，跨过沟泥石流危险度评价因子的初始值、转换函数及转换值如表7所示。

通过计算，可得到跨过沟泥石流危险度为H单=0.549，按照分级标准：极低危险(0

表7　危险度评价因子和转换函数及转换值

5结论

(1) 在对研究区内气象水文、地形地貌、地层岩性以及松散物质等条件分析的基础上可以看出，有利的地形地貌条件、丰富的松散土石碎屑固体物质来源以及短时间内可提供充足的水源是跨过沟泥石流形成的必备条件。

(2) 跨过沟泥石流为暴雨沟谷型低频泥石流。随着“5.12”汶川大地震后物源量的增多，引发泥石流的激发雨量可能减小，其发生频率可能增加。目前跨过沟泥石流处在发展期(壮年期 )。

(3) 通过对泥石流危险性评价得知，跨过沟泥石流危险度为0.549，是一条中度易发，危险度中等的泥石流。

参考文献：

[1]师哲，舒安平，张平仓.泥石流监测预警技术[M].湖北：长江出版社，2012.

[2]周伟，吴翼.茨里沟泥石流灾害评价[J].水利与建筑工程学报，2014,12(6):154-159.

[3]四川省地质工程勘察院．四川省阿坝藏族羌族自治州理县薛城镇箭山村跨过沟潜在泥石流勘查报告[R].2013.

[4]中华人民共和国行业标准.泥石流灾害防治工程勘查规范:DZ/T0220—2006[S].北京:中国标准出版社，2006.

[5]中华人民共和国行业标准．泥石流灾害防治工程设计规范:DZ/T0239—2004[S].北京:中国标准出版社，2007.

[6]四川省水利厅.四川省中小流域暴雨洪水计算手册[M].[出版地不详]：[出版者不详]，1986.

[7]商卫东，杨占强，孙立平.基于改进层次分析法和可拓学理论对泥石流危险度的分析[J].水利与建筑工程学报，2010,8(6):100-102.

[8]罗飞，许虎，刘培培.含沙水电站肖家沟泥石流危险性评价[J].水利与建筑工程学报，2015,13(3):145-150.

[9]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.

[10]刘希林，唐川．泥石流危险性评价[M]．北京：科学出版社，1995.

Development Characteristics and Risk Assessment of Kuaguogou Debris Flow in Li County Sichuan Province

CHEN Zilong, LIU Huijun

(TheStateKeyLaboratoryofGeo-hazardPreventionandGeo-environmentProtection,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

Abstract：Based on the field investigation and geological background in Kuaguogou, the paper discussed the basin characteristics, occurrence conditions and dynamics characters of Kuaguogou debris flow. By using quantitative and qualitative evaluation methods the risk assessment of Kuaguogou debris flow was evaluated. The conclusions are as follows, the Kuaguogou debris flow is a strong rainfall gully type and under development stage, which has a high risk under heavy rainfall.

Keywords:debris flow; occurrence conditions; developmental characteristics; risk assessment

文章编号：1672—1144(2016)01—0207—05

中图分类号：P642.23

文献标识码：A

作者简介：陈子龙(1990—)，男，江西赣州人，硕士研究生，研究方向为地质工程。 E-mail:524090028@qq.com

收稿日期：2015-09-03修稿日期：2015-10-08

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2016.01.039