汶川地震灾区泥石流若干关键问题

胡卸文, 韩 玫, 梁敬轩， 王 严， 洪美玲

(1. 西南交通大学地球科学与环境工程学院, 四川 成都 610031; 2. 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室, 四川 成都 610031; 3. 西南交通大学数学学院, 四川 成都 610031)

汶川地震灾区泥石流若干关键问题

胡卸文1,2, 韩 玫3, 梁敬轩1， 王 严1， 洪美玲1

(1. 西南交通大学地球科学与环境工程学院, 四川 成都 610031; 2. 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室, 四川 成都 610031; 3. 西南交通大学数学学院, 四川 成都 610031)

为解决2008年“5·12”汶川地震后,在地震灾区大部分泥石流沟实施的拦砂坝、排导槽等首期治理工程效果不佳、部分工程甚至失效的问题，根据松散物源启动量估算明显偏小、拦砂坝设计库容不够、排导槽过流断面偏小的状况,分析了地震灾区泥石流形成特点和暴发规律,针对持续性、大规模和群发性方面的估计不足，系统地进行了经验总结.通过2010和2013年两次特大型泥石流的勘查、设计和治理工程实践表明：震区泥石流在启动机理、堵塞溃决、持续时间、冲出规模等方面与一般泥石流相比存在很大区别,总结出以下经验： (1) 合理确定泥石流堵溃系数及相应流量;(2) 针对不同类型泥石流及保护对象提出有效的治理工程方案，例如拦挡、固坡、排导、停淤方法的合理组合和有效利用;(3) 合理分配拦砂坝的有效高度及数量;(4) 合理选用坝体结构类型，例如实体坝、缝隙坝和梳齿坝.上述经验在绵竹县清平文家沟、汶川县红椿沟、七盘沟、桃关沟和宝兴县冷木沟特大型泥石流的勘查、设计及治理工程中进行了充分的应用验证,并取得了成功.

震区;泥石流;治理;堵溃系数

自2008年“5·12”汶川特大地震以来,在地震灾区的北川、都江堰-映秀-汶川以及绵竹清平乡片区，分别在2008年“9·24”、2009年“7·17”、2010年“8·13”、2012年“8·17”、2013年“7·10”和2014年“7·09”暴发了大规模泥石流[1-5],尤其是2010年和2013年两次泥石流规模巨大,且表现出大范围、群沟暴发的特点,给灾后重建成果造成重大损失.上述泥石流的持续暴发验证了文献[6]的观点,即在汶川震区内地震产生的松散物源约为4 亿m3,震后泥石流年均输沙量约为1 800 万m3,据此可推测汶川震后泥石流将在20 a内保持活跃.

对汶川震区泥石流的形成机理、运动学特征以及相应的治理理念,迄今为止至少在国内外刊物正式发表了100余篇论文.文献[2]通过对2010-08-13清平文家沟泥石流状况的研究,认为针对汶川地震区泥石流暴发的新特点,应进一步加强对震区泥石流的防治,一方面应提高设防标准,强化工程治理和专业监测预警,另一方面更应引入风险管理和控制的理念,注重防治结合和软硬结合.文献[3-4]结合北川、汶川等地泥石流的遥感解译和现场调查,认为应该开展对汶川地震区泥石流的风险评估和监测、早期预警等研究,采取有效的工程措施控制泥石流的发生和危害.文献[4]针对灾区泥石流的特点,认为灾区泥石流持续时间可能达到10～30年或更长时间,对泥石流区域开展工程建设应加强防范措施.文献[7-9]认为文家沟泥石流的成因模式是强降雨过程在滑坡堆积体上先期出现“渗流管涌、暂态壅水、溃决滑塌”的造沟作用,后期出现 “溯源侵蚀、冲刷刨蚀、侧蚀坍塌、混合奔流(搅拌机)”的扩沟作用,并对第1期治理工程失效原因进行了分析.文献[10]在大量调查数据的基础上,认为汶川震区泥石流流量普遍增大,大致可增加约50%～100%,现有规范中泥石流流量计算方法的结果偏小,需要修正，针对震后泥石流的活动特征、演化趋势和震区泥石流防治中存在的问题,提出判识潜在泥石流灾害,增强减灾措施的针对性;进行泥石流灾害风险分析,加强风险管理;改进泥石流规模计算方法,适应震区超常规模泥石流防治需求;重新确定泥石流预警报的临界雨量指标,加强监测预警系统建设等灾害防治对策.文献[1,11]针对震区沟道不同类型松散物源启动模式,结合桃关沟泥石流,认为对震区松散物源的统计中应充分考虑单薄山脊震裂物源.上述观点为汶川震区泥石流治理的勘查和设计起到了重要的指导作用.

实际上,在2008年“5·12”汶川地震后,四川省随后对位于地震重灾区和极重灾区的近300余条泥石流沟进行了勘察设计和治理,绝大部分泥石流沟实施了拦砂坝、排导槽等工程,这些工程经受住了历次泥石流的考验,但是对位于极重灾区都(江堰)-汶(川)沿线以及清平片区的部分泥石流沟却治理效果不佳,部分工程甚至失效,突出表现为拦砂坝设计库容不够、排导槽过流断面偏小(如图1和图2所示),同时已修建的部分坝体因结构原因破坏损毁(如图3和图4所示),因此，在2010年和2013年后的两次特大型群发性泥石流沟再次进行了勘察设计.

图1 都汶高速沿线桃关沟泥石流拦砂坝库容淤满Fig.1 The dam storage in Taoguan gully filled up by debris flow along the Dujiangyan-Wenchuan expressway

导致部分泥石流沟治理效果不佳甚至部分工程失效原因主要是,对汶川灾区泥石流暴发的持续性、大规模和群发性认识不足,对比震后部分沟谷泥石流勘查设计成果,以下问题值得思考:

(1) 对同一条沟道中不同勘查单位就松散物源、流量等的勘查结果相差很大的原因；

(2) 震后历次泥石流一次冲出规模明显偏大的原因；

(3) 在汶川震区震后首批开展的泥石流治理工程效果不佳的原因；

(4) 如何对汶川震区泥石流开展有效治理.

图2 都汶高速沿线锄头沟泥石流排导槽断面偏小Fig.2 The insufficient cross section of drainage ditch in Chutou gully along the Dujiangyan-Wenchuan expressway

图3 绵竹清平小岗剑泥石流2#缝隙坝右侧坝体被损坏Fig.3 The right part of No.2 cracks dam damaged in Xiaogangjian debris flow in Qingping town of Mianzhu County

图4 北川县青林沟泥石流拦砂坝坝下护坦及坝基被掏空Fig.4 The apron and foundation of the silt dam hollowed by Qinlin gully debris flow in Beichuan County

1 汶川震区震后泥石流的基本特点

从2008年“5·12”汶川地震以来7年时间里先后暴发了6次大规模泥石流,汶川地震灾区泥石流总体表现出以下特点.

1.1 物源丰富、种类繁多

现场地质勘查表明,在地震灾区泥石流沟道流域内，除了原有的沟道物源及坡面堆积物源(如早期崩坡残积、滑坡堆积及冰水堆积等),地震诱发的大量崩滑体是其暴发泥石流的最主要来源,但是随着震后多次泥石流的发生,地震产生的崩滑物源部分或绝大部分已冲出,特别是2013和2014年暴发的泥石流启动物源,除了地震诱发残留崩滑体及沟道物源外,地震引起的单薄山脊部位震裂岩体又开始启动补给,因此，坡顶震裂松动岩体将是未来地震灾区泥石流暴发的主要启动物源之一.

1.2 泥石流群发性和一次暴发持续时间长

“5·12”汶川地震以来暴发的历次泥石流,均表现出群发性和一次泥石流持续时间长的特点.例如，2008年“9·24”泥石流主要发生在北川县和平武县境内[3],此次泥石流以北川老县城的魏家沟、唐家山堰塞湖的大水沟等为代表,其中魏家沟(又称西山坡沟)及其相邻的苏家沟暴发的大规模泥石流冲入老县城, 致使老县城几乎全部被淤埋,同时也破坏了多处北川县城地震遗址,此次泥石流持续时间近1 h (图5).

图5 北川魏家沟2009-09-24泥石流淤埋旧县城遗址Fig.5 Relics of the old county buried by debris flow in Weijia gully in Beichuan County on September 24, 2009

2010年“8·13”在极重灾区的绵竹市清平乡、汶川县映秀镇和都江堰市龙池镇遭受了极为严重的泥石流灾害,其各自的典型代表如文家沟、红椿沟和八一沟,均造成了惨重的损失.以清平片区为例,以文家沟和走马岭沟为代表的群发性泥石流使全乡6 000余人遭受不同程度灾害,并造成7人遇难、7人失踪、33人受伤,泥石流灾害大范围损毁和掩埋了清平乡场镇,造成清平乡379户房屋受损,占总户数的20.9%,直接经济损失达6亿元左右(图6),总体表现出群发范围广、一次冲出泥石流持续时间长的特点,此次泥石流持续时间近1.5 h[2].

2013年“7·10”泥石流则是除地震灾区2010年“8·13”群发性泥石流外,又一次特大型、群发性泥石流灾害(图7),与2010年泥石流群发部位多、分布广不同,该次泥石流主要分布在都汶高速沿线(即映秀镇—汶川县城的岷江两岸),共发育17条沟,其中最为典型的应属七盘沟、桃关沟和羊岭沟,持续时间一般都在1.5～2.0 h,个别可达3 h.

图6 文家沟2010-08-13泥石流掩埋清平乡场镇(引自互联网)Fig.6 Qingping towns buried by debris flow in Wenjia gully on August 13, 2010 (from website)

图7 都汶高速磨子沟2013-07-10泥石流堵塞岷江形成堰塞湖Fig.7 Minjiang river blocked by debris flow, forming a barrier lake along The Dujiangyan-Wenchuan expressway in Mozi gully on July 10, 2013

1.3 泥石流一次冲出规模巨大

不论是震后初期的2008、2009年,还是到震后第5年的2013年,也不论沟域面积大小,由于沟域内物源丰富、泥石流持续时间长,因此，每条冲沟冲出泥石流一次总量大,与非地震灾区泥石流冲出规模存在很大差别.例如， 2008年“9·24”泥石流的发生地魏家沟,其流域面积只有1.54 km2,而一次冲出量达34×104m3. 2013年“7·10”泥石流中,瓦窑沟和桃关沟各自的流域面积分别是1.21 km2和50.86 km2,对应的一次冲出规模分别为12×104、108×104m3.都汶高速沿线2013年“7·10”特大泥石流沟基本特征参数见表1.

表1 都汶高速沿线2013年“7·10”典型特大泥石流沟基本特征参数Tab.1 Basic characteristic parameters of super-large debris flow along the Dujiangyan-Wenchuan expressway on July 10, 2013

2 汶川震区震后泥石流若干关键参数取值问题

2.1 关于沟域内松散物源量调查与动储量估算

对于泥石流沟域松散物源的勘查，首先应查明其分布的总储量(也称“静储量”),在此基础上,根据不同成因、不同部位的松散物源量并依据各自可能的失稳模式,推算不同降雨频率下的可能启动物源量(也称“动储量”).目前对上述两类储量的估算存在以下问题:

(1) 静储量估算严重不足.目前国内大部分学者认为，静储量应只考虑有可能启动的松散物源,而分布位置高、天然条件下稳定性好的部分(例如早期冰水堆积、坡残积等)则完全不予考虑,更不考虑因地震在单薄山脊部位形成的震裂物源,这导致松散物源总量估算严重偏少,不符合实际情况,进而影响了相应的不同降雨频率下的动储量估算,这种认识是导致震区初次治理工程拦砂坝库容设计偏小的主要原因.

(2) 动储量估算依据不充分.泥石流沟域常规物源类型一般包括:① 崩塌堆积物源;② 滑坡堆积物源;③ 沟床堆积物源;④ 坡面型物源(含早期坡残积、冰水堆积等).而在地震灾区,还包括一类新物源,即⑤坡顶震裂物源(图8).

对于上述5类物源的动储量估算，应充分考虑各类物源的可能失稳或启动条件进行分析.例如,堆积于沟道边的崩滑类物源启动主要是受不同降雨频率形成的洪水或泥石流的冲刷坍滑,因此，以可能坍滑边界确定动储量是最为合理的;沟床堆积体则应依据其所在沟道纵坡坡降的陡缓程度、对应的冲刷深度来推算动储量.而目前的常规做法是靠人工估计,更有甚者将“动储量一般占静储量的10%”作为标准来确定动储量；另外，估算动储量时未考虑不同降雨频率导致的差异,都取一个定值,这显然是不合理的,较为准确的动储量估算应该是随不同降雨频率而变化的.

(a) 震裂岩体1

(b) 震裂岩体2图8 都汶高速沿线普遍可见的单薄山脊震裂岩体已成为泥石流的主要补给物源Fig.8 The vibration-cracked rock mass on thin mountain ridge shaving become the main supply of debris flow provenance along the Dujiangyan-Wenchuan expressway

表2是汶川震区都汶高速沿线安夹沟在2013年“7·10”泥石流发生前后不同勘查单位对物源量的估算结果,由于存在上述的认识偏差,导致物源量估算值差异很大.

表2 汶川震区安夹沟2013年“7·10”泥石流发生前、后沟域内松散物源量勘查变化对比
Tab.2 Contrast about the loose materials source before and after the debris flow in Anjia gully, Wenchuan on July 10, 2013 104m3

物源类型静储量“7·10”前“7·10”后动储量“7·10”前“7·10”后静储量增加量动储量增加量崩滑堆积物源35.00204.2011.4058.14169.2046.74沟道堆积物源1.70106.340.6023.73104.6423.13坡面侵蚀物源3.0089.790.4024.6186.7924.21合计39.70400.3312.40106.48360.6394.08

从表2可见,在2013-7-10泥石流发生后,沟域内尚存的松散物源总量、动储量分别是2008年地震发生后勘查量的近10倍,正是由于物源总量和动储量估算不足,导致早期拦挡工程设计的库容根本满足不了一次20年一遇的泥石流规模,这就是导致震后首次泥石流治理工程效果差的根本原因.

图9给出单薄山脊震裂物源启动及动储量的估算模式，图10给出崩滑物源启动类型及动储量的估算模式，图11给出沟床物源启动类型及动储量的估算模式.

(a)震动裂缝(b)溯源塌滑图9 单薄山脊震裂物源启动及动储量估算模式Fig.9 Startandestimationofthedynamicreservemodeoftheshattersourceonthethinmountainridge

(a)弧形滑塌(b)自然休止角图10 崩滑物源启动类型及动储量估算模式Fig.10 Startandestimationofthedynamicreservemodeofthecollapseofsource

(a)沟道下切侵蚀(b)沟道侧蚀坍滑图11 沟床物源启动类型及动储量估算模式Fig.11 Startandestimationofthedynamicreservemodeofgullybedsource

2.2 堵塞系数取值及泥石流流量设计

常规泥石流堵塞系数D是根据沟道形态(弯道、宽窄、陡坎跌水等)以及沟床是否存在大块石堵塞卡口等因素确定的,按照堵塞严重、中等和轻微3种情况，可分别取D≥2.5、D=1.5～2.5和D≤1.5.但是在地震灾区由于大量的崩塌、滑坡堵塞沟道,导致堵溃放大效应极为明显.

根据震后数次泥石流勘查情况，比较用泥痕调查法得出的流量与用雨洪修正法得出的结果,发现个别沟道堵塞系数D最大可达到4.0以上.表1列出了汶川灾区都汶高速沿线各条泥石流沟在2013年“7·10”泥石流发生时的堵塞系数值.从表1可见,D值至少在1.5以上,最大D值达到3.0,因此，对地震灾区沟道泥石流应查明可能存在的堵溃点,合理地确定D值.

应根据堵溃条件下的泥石流流量作为治理工程设计值，正确估计与堵塞系数相对应的泥石流流量,合理确定治理工程的拦砂坝溢流口、排导槽等过流断面面积.图12为都汶高速七盘沟泥石流沟道内老鹰岩堰塞湖2013-07-11泥石流溃决状况.

(a)堰塞湖(b)泥石流冲开溃决图12 都汶高速七盘沟泥石流沟道内老鹰岩堰塞湖在2013-07-11泥石流冲开溃决Fig.12 LaoyingyanbarrierlakeburstbydebrisflowinQipangullyalongtheDujiangyan-WenchuanexpresswayonJuly10,2013

2.3 一次冲出泥石流的规模计算及库容设计

对震区一次冲出泥石流规模的计算分析存在的主要问题:

(1) 震区泥石流普遍具有多次阵性流、且整个泥石流持续时间较长的特点,因此，某局部时段集中降雨诱发的泥石流发生冲出规模并不只是一个完整次冲出的结果.

(2) 一次泥石流冲出量与常规公式计算分析结果的差别很大,常规情况下流域面积在50 km2左右的泥石流沟,一次完整阶段泥石流冲出规模一般不会超过100 万m3,但在震区通常会达到100 万m3或以上,例如，清平文家沟2011-8-13泥石流冲出规模超过450万m3.

(3) 一次冲出泥石流的固体总量计算结果用于拦砂坝库容设计偏于不安全.

针对上述问题,建议采用方法:

(1) 根据常规计算公式,可将一次泥石流持续时间按多次阵性流的累计时间计算.

(2) 结合汶川震区各沟道泥石流暴发的特点,也可按多次阵性流的各次冲出规模累计计算冲出量.

(3) 泥石流拦砂坝库容按一次“水+泥石流”的总量设计是比较合理的,也是偏于安全的.

3 对汶川震区泥石流开展有效治理的建议

汶川地震7年以来,四川省通过对近300余条泥石流沟的工程治理,基本上达到了灾害防治的目的,但是由于对地震灾区泥石流暴发的基本特性认识不足,致使很多治理工程实施效果不够理想,例如拦砂坝很快淤满、排导槽设计断面不够、无法满足过流要求等.

因此，基于震区泥石流物源规模、堵塞溃决情况、持续时间等方面的复杂性,对实施治理工程提出如下建议:

(1) 应遵循地震灾区崩塌、滑坡-泥石流转化的自然规律,结合保护对象,有针对性地实施工程治理.

一次地震后,由于沟域内崩滑物源极为丰富,在震后5～10年是泥石流暴发的活跃期,有时一年可以暴发多次泥石流,因此，在条件允许时,待泥石流逐渐进入发育晚期-衰退期再进行治理,效果会更好.但是以汶川地震灾区为例,由于山区可供搬迁的建设用地紧张,许多集镇或较大村落仍然只能在原地址(一般往往就在泥石流沟口堆积扇部位)重建,显然不可能等到泥石流发育多次后再行治理,必须在震后首次泥石流暴发前进行有效防治,因此,在进行治理工程设计过程中,应充分考虑沟道地形条件,合理采取稳坡固源、拦挡停淤和沟口排导等措施,并相互结合使用.例如绵竹清平文家沟,由于大量居民建筑都在沟口,且沟口主河——绵远河因震后大量泥石流冲入河床抬高了近20 m,纳砂能力有限,不允许大规模泥石流直接进入绵远河,整个泥石流治理采用了“上游水石分治、中游固底护坡、下游拦挡停淤”的设计理念(如图13所示的绵竹清平文家沟特大泥石流防治工程布置示意图),在沟道上游设置多级拦砂坝进行有效拦截,并通过排水隧洞使上游汇水不进入“5·12”地震形成的特大型滑坡堆积区,同时对滑坡区进行固床护坡,尽量减少沟域内松散物源启动进入沟口.从2012年治理后的实施效果看,尽管在其后又多次形成泥石流,但都得到了有效控制,未对沟口居民造成灾害.

图13 绵竹清平文家沟特大泥石流防治工程布置示意图Fig.13 Layout of the prevention and treatment projects for Weijia gully debris flow in Qingping town of Mianzhu County

(2) 对沟道纵坡坡降大于350‰的泥石流治理应慎重实施,在泥石流频发期实施治理效果差.

一般情况下,沟道纵坡坡降过陡的泥石流冲沟,往往沟道狭窄、水动力作用强烈,因此，不仅在沟内设置治理工程施工难度大，而且拦砂坝等的库容也非常有限,且若在沟域分水岭部位赋存大量崩滑物源,即使在沟域内实施多道谷坊坝防治物源下切侵蚀,也会因拦截效果差导致治理效果不佳.比较典型的震区泥石流例如绵竹清平小岗剑泥石流,尽管设计上采用了“稳+固+拦+导+外停+截水”的综合治理思路(如图14所示的绵竹清平小岗剑沟泥石流防治工程布置示意图),即中上游采用稳源固坡、下游采用拦砂坝、沟口进行排导槽+停淤场并辅以局部的截水沟措施,由于该沟道纵坡达到450‰,且沟源附近存在不稳定震裂物源达数十万立方米, 治理工程实施后当年即2012年发生了3次较大规模的泥石流, 4道拦砂坝很快淤满，且个别坝体因泥石流冲击力过大而损毁,排导槽因坡降陡磨蚀受损严重,停淤场也很快淤满,多次清淤成本高,治理效果不能满足设计要求.

(3) 应根据沟道地形特征,结合保护对象,合理采用拦挡、固坡、排导等工程的有机组合.

由于不同泥石流沟地形条件、保护对象等存在差异,在治理工程措施的选取上应有所区别,有些沟道纵坡坡降较缓,不宜直接采用排导措施进入主河，宜采用以拦为主、辅以排导的措施;反之，则宜采用以排为主、适当拦挡的措施.因此,对各种泥石流防治措施应合理选择、灵活选用.

图14 绵竹清平小岗剑沟泥石流防治工程布置示意图Fig.14 Layout of the prevention and treatment projects for Xiaogangjian debris flow in Qingping town of Mianzhu County

(4) 拦砂坝库容建议按一次“水+泥石流”的总量进行设计,确保留够安全裕度.

一般用泥石流修正系数计算一次泥石流冲出总量(水+泥石流)和固体总量的差别,经过修正后的泥石流固体总量可以理解为将泥石流中的水凝干后、空隙被压密恢复成岩石结构状态的量,显然，这在实际中是不可能的.而汶川震区已实施治理的大量泥石流沟的拦砂坝,一般都是根据设计频率下一次泥石流冲出的固体总量进行设计的,从理论上分析是正确的,但是当泥石流暴发进入拦砂坝内时都是以“水+泥石流”状态停积淤埋,即使后期水渗干后,堆积体空隙仍然较多,堆积体积仍要大于固体物质的体积,因此，拦砂坝库容设计偏小,不能满足要求.

(5) 即使采用以拦为主、拦排结合的治理方案,在不考虑拦砂坝清淤的条件下,排导槽仍应按泥石流峰值流量进行设计.

常规泥石流治理在流通区采用多级拦砂坝、沟口排导槽的工程实践中,考虑在流通区通过多级拦砂坝的粗颗粒物绝大部分被拦截后,一般按高含沙洪水进行排导槽过流断面设计.显然，由于泥石流和高含沙水流在容重上的差异,使得在同样降雨频率下,前者的流量明显高于后者的流量.由于震区泥石流发育及频繁爆发,在建成拦砂坝一段时间后会停积淤满,若不考虑对淤满库容进行清淤,拦砂坝淤满后暴发的泥石流会全部进入排导槽,此时是泥石流而不是高含沙洪水.因此，为了确保沟口居民安全以及排导槽工程可靠,按照设计频率下的泥石流峰值流量对排导槽进行设计是必要的.

(6) 从近七年以来在震区已实施的拦砂坝效果看,中、高坝拦挡及实施效果远优于低坝方案.

由于震区泥石流沟道松散物源总量丰富,在震后首次实施的拦砂坝工程中,考虑到坝体稳定性,绝大部分设计的有效坝高为5～8 m,只有极少数为10 m.

众所周知,在山区泥石流冲沟中,一个拦砂坝的库容受沟道纵坡、宽度等因素的控制,因此，存在一个合理的有效坝高,并不是有效坝高越高越好、越低越安全,涉及经济最佳效益比.再则坝体数量越多、涉及的开挖量及圬工量就越多,经济效益比并不好,而且从实施效果看,低坝很快就淤满.

在2010年以后的数次特大泥石流治理工程设计中,普遍采用中坝(有效坝高为10～15 m)和高坝(有效坝高>15 m),例如，汶川县七盘沟、磨子沟和宝兴县冷木沟的1号拦砂坝有效坝高均达到25 m(如图15所示的都汶高速沿线磨子沟泥石流治理的高拦砂坝),是目前国际上最高的拦砂坝,实施效果非常好.

图15 都汶高速沿线磨子沟泥石流治理的高拦砂坝(有效坝高25 m)Fig.15 High silt dam along the Dujiangyan-Wenchuan expressway in Mozi gully debris flow (the effective height is 25 m)

4 结 论

(1) 震区与非震区泥石流不论在松散物源总量、启动模式、暴发频率以及相应的动力学特性上都有很大差异,加强对两者的特点总结和规律分析是非常必要的.

(2) 对地震灾区各种类型松散物源总量及可能启动量(动储量)应充分调查、全面考虑,尤其是动储量,不宜照搬经验笼统估算,更不能简单地将“动储量一般占静储量的10%”作为标准.对各类物源动储量,应充分考虑不同降雨频率下的启动模式进行合理估算,较为准确的动储量估算应该是随不同降雨频率而变化的.

(3) 应充分考虑震区泥石流的堵溃效应,依据可能存在的堵溃点,合理确定堵塞系数,获得相应的泥石流峰值流量计算参数,为治理工程设计提供安全、可靠的依据.

(4) 基于震区泥石流物源规模、堵塞溃决、持续时间等方面的复杂性,在泥石流治理工程设计中,应结合沟道特点和保护对象,尽可能准确地确定设计参数、合理选择工程类型,以达到最佳治理效果.

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胡卸文(1963—),教授，博士,博士生导师，1998年起至今任职于西南交通大学地球科学与环境工程学院,现任地球科学与环境工程学院副院长.研究方向为工程地质和环境地质、地质灾害及防治工程、岩土体稳定性.承担国家自然科学基金、国家科技支撑计划、省部级及企业委托课题60余项;获国家发明专利2项;获国家科技进步一等奖1项,获省部级科技进步一等奖3项、二等奖5项和三等奖5项.先后兼任教育部高等学校地矿学科和地质类专业教学指导委员会委员;中国地质学会工程地质专业委员会委员;四川省水力发电工程学会理事;四川省岩石力学与工程学会理事.

E-mail:huxiewen@163.com

韩玫(1980—),讲师,博士研究生, 2005年起至今任职于西南交通大学数学学院.研究方向为地质灾害及防治工程、运筹学与控制论.

E-mail: hanmei@home.swjtu.edu.cn

(中文编辑:秦萍玲 英文编辑:兰俊思)

Some Key Problems on Debris Flow in Wenchuan Earthquake Area

HUXiewen1,2,HANMei3,LIANGJingxuan1,WANGYan1，HONGMeiling1

(1. Faculty of Geosciences and Environment Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. State-Province Joint Engineering Laboratory of Spatial Information Technology for High-Speed Railway Safety, Chengdu 610031, China; 3. School of Mathematics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

After the Wenchuan earthquake on May 12, 2008, some initial treatments, such as silt dams and drainage ditches which were built in debris flow gullies in the earthquake area for debris control, showed a poor performance and went into a failure condition because of the underestimated launch quantity of loose material resource, the insufficient design capacity of the silt dams, and the small cross sections of drainage grooves. To deal with these problems, the formation characteristics and outbreak regularities of debris flow in the earthquake area were analyzed, and a systematic summary of experience was obtained from the lesson of insufficient understanding of the continuous, massive, and group-occurring of the debris flow. There are some significant differences between the earthquake debris flow and general debris flow in the starting mechanism, block and break, lasting time and break-out quantity of loose materials, and so on. Through the engineering practices in exploration, design and management of two giant debris flow in 2010 and 2013, some experiences are summarized as follows: (1) reasonably determine the blocking collapse coefficient and the discharge of debris flow; (2) put forward effective treatment plans according to different types of debris flows and the preserved objects; for example, effectively combine the block, slope reinforcement, drainage ditches and silting field; (3) reasonably distribute the effective height and number of silt dams; and, (4) choose reasonable structure types for dams, such as entity dam, crack dam and comb dam. The above experience has been successfully applied and verified effective in the investigation, design and management projects of large debris flows in Wenjiagou gully in Qingping town of Mianzhu County, Hongchungou gully, Qipangou gully and Taoguangou gully in Wenchuan County, and Lenmugou gully in Baoxing County.

earthquake regions；debris flow；management；blocking collapse coefficient

2015-11-17

国家自然科学基金资助项目(41372293); 四川省国土资源厅科学研究计划资助项目(KJ-2014-10,KJ-2015-18,KJ-2016-8); 长江学者和创新团队发展计划资助项目(PCSIRT)

胡卸文,韩玫,梁敬轩,等. 汶川地震灾区泥石流若干关键问题[J]. 西南交通大学学报,2016,51(2): 331-340.

0258-2724(2016)02-0331-10

10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.012

P642.23

A