汶川县高家沟泥石流堵江初步研究

高精理

(四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心，成都 610031)



汶川县高家沟泥石流堵江初步研究

高精理

(四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心，成都 610031)

摘要：通过对汶川县高家沟泥石流2011年“7·3”泥石流运动特征分析，结合泥石流堵江经验公式计算不同暴雨条件下泥石流堵江的可能性,认为“5·12”地震后当降雨频率达到20年一遇时会对岷江河道产生影响，随着降雨频率的降低，对河道影响越大。

关键词：泥石流；堵江；研究；高家沟

“5·12”地震后，在汶川震区近几年相继暴发多次大规模泥石流，部分泥石流冲出物质堵塞了主要河道。对于泥石流堵江的成灾事件，国内外许多学者开展了大量的相关研究工作，周必凡等[1]从理论的角度进行探讨，提出了泥石流堵江的最小规模、扇形地泥石流沟床条件、主河流量等计算公式。徐永年等[2]就泥石流入汇的危险性判别指标进行了探讨，提出影响泥石流堵江的主要因素有泥石流的入汇角、密度和泥石流规模，并引入泥石流对主河的影响度的概念和表达式。陈德明等[3]以通过一系列的水槽试验进行研究，分别探讨了影响泥石流堵江的主要因素，并建立了相应的泥石流堵江的临界判别式。M.Berti[4]等人运用数值模拟方法模拟了泥石流堆积扇冲出形状，该方法可用于堆积扇堵江的判别。通过国内外对泥石流堵江的研究，对于判别泥石流堵江本文采用有利于堵江和不利于堵江两个方面的因子，提出以下几个因子作为计算泥石流堵江的主要因素：泥石流平均流速、主沟纵比降、流域面积、沟口宽度、泥石流容重、河流流速、河流宽度、河道纵比降、河宽、河水容重等方面展开。

表1　坡度分析

汶川县银杏乡高家沟泥石流在 “5·12”地震前未发生泥石流。根据收集资料显示，震后，高家沟于2008年7月5日发生过一次泥石流，其规模较小，冲出物源量约0.5×104m3，固体物质堆积在原317国道外岷江右岸交汇段，少量物质被携带走，未造成灾害；2009年7月22日，高家沟在暴雨作用下又一次爆发泥石流，约5.5×104m3松散物质冲出，毁坏沟口堆积扇区映汶高速公路隧道勘查的钻机1台，泥石流物质压迫、挤压岷江河道，导致江水冲毁对岸岷江Ⅰ级阶地的部分农田和少量房屋。2011年7月1-3日，汶川县银杏片区普降暴雨，至3日零晨5时，累计降雨量达163.1mm，受其影响高家沟再次爆发了泥石流灾害，约42.58×104m3泥石流物质启动，启动物源部分于沟道内堆积，部分出沟进入岷江，其中泥石流出沟进入岷江的固体物源量达到40.37×104m3，将岷江堵断形成长约316m，宽约174m，厚约5～15m的堰塞体。

1　研究区概况

高家沟位于汶川县银杏乡，沟口坐标北纬31°11′57.7″，东经103°28′44.2″。“5·12”地震后，高家沟已发生过不同规模的泥石流，其中以2009年“7·22”泥石流和2011年“7·03”洪灾期间规模最大。流域内两岸山高坡陡，平均坡度在50°以上，中上游大部区域岸坡坡度达80°，有利于降雨的汇集。根据不同地段坡度、植被情况、斜坡结构特征等，降雨的径流系数一般在0.2～0.3左右，为泥石流水源的汇流集中提供了基础。由于地形陡峻，表层土体结构松散及岩石节理裂隙发育，且多被切割成块状，为崩塌、滑坡等不良地质现象的发育提供了有利条件。受5·12地震影响，流域内新增大量的崩滑现象，大大增加了泥石流松散固体物源，且沟谷纵坡较大，为松散固体物质的搬运和参与泥石流活动提供了有利的地形条件。

高家沟主沟纵向长3.26km，横向宽1.3km，沟域面积3.79km2，平面形态呈近似扇形。最高点位于沟源大黄岩，高程2 877m，最低点位于岷江交汇处，高程约1 070m，相对高差约1 807m。高家沟纵坡总体较陡，全沟域平均纵坡523‰，其中下游出山口至岷江交汇段平均纵坡212‰～289‰，中上游平均纵坡574‰～726‰。沟域内共发育4条支沟，支沟长度较短，一般长度在0.5～1.6km之间，但是纵坡较大，多在500‰以上，主沟及支沟多处发育跌水，跌水高差一般大于10m。高家沟流域地形总体上属深切割构造侵蚀低山和中山地形，总体上地形陡峻，地形临空条件发育，为崩塌、滑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。高家沟沟流域范围内出露地层主要为晋宁期第四期侵入岩（γ o2（4））和第三系冰水堆积物（Q3）、第四系冲洪积层(Q4

al+pl)、残坡积层(Q4el+dl)、崩坡积层(Q4

dl+col)、泥石流堆积层（Q4sef）等地层组成。

高家沟流域特征图

2 “7·3”泥石流运动特征分析

2011年7月1-3日汶川县银杏片区普降暴雨，至3日零晨5时，累计降雨量达163.1mm，受其影响高家沟再次爆发了泥石流灾害。根据野外调查、分析、计算高家沟“7.3”泥石流运动特征，堵江参数计算。根据野外配江试验，“7.3”泥石流容重为1.97t/m3。计算沟口处泥石流流速，主要采用东川改进公式和通用公式两种方法对比：

表2　沟口流速计算

式中Vc-泥石流断面平均流速（m/s）；-泥石流平均泥深（m）；Ic-泥位纵坡率，以沟道纵坡率代替；K-粘性泥石流流速系数，按泥深根据规范查表确定，一般泥深小于2.5m，因此流速系数取10。nc-粘性泥石流沟床糙率，根据泥石流流体特征和沟道特征按规范查表确定。按规范附录I表I.5，当泥深小于1.5m时取平均值0.04，泥深大于1.5m时取平均值。

计算“7.3”高家沟泥石流一次性冲出总量及泥石流冲出固体物质，对于判别泥石流堵江的可能性十分重要。首先采用形态调查法计算泥石流断面峰值流量；其次计算一次泥石流过流总量；最后计算一次泥石流固体冲出物，按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I[5]提供的计算公式进行计算：

式中Qc-泥石流断面峰值流量（m3/s）；Wc-泥石流过流断面面积（m2），采用调查测绘获取的沟道形态参数，为40m2；Vc-泥石流断面平均流速（m/s），采用前述计算结果。Q-泥石流一次过流总量（m3）；T-泥石流历时（s），“7.3”泥石流历时按调查访问的情况确定，沟口处爆发泥石流的时间约2小时20分钟。QH-一次泥石流冲出固体物质总量（m3）；Q-一次泥石流过程总量（m3）；γc-泥石流重度（t/m3）；γw-水的重度（t/m3）；γH-泥石流固体物质的重度（t/m3）。

表3　泥石流特征值计算

3　不同暴雨频率泥石流堵江分析

表4　暴雨洪峰流量

在计算求得暴雨洪峰流的的基础上，根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220—2006），采用下式进行泥石流峰值流量的计算：

式中φ-泥沙修正系数；Qp-暴雨洪峰流量；Dc-堵塞系数，按勘查规范表I.1查表确定。

表5　泥石流峰值流量

如前按雨洪法计算出各断面在不同暴雨频率下的泥石流峰值流量，根据形态调查法泥石流流量计算公式，反推泥石流流速计算公式为：

式中Vc-泥石流断面平均流速（m/s）；Qc-泥石流断面峰值流量（m3/s），采用雨洪法计算求得的流量结果；Wc-泥石流过流断面面积（m2）；Hc-泥石流泥深（m），考虑堵溃情况下计算流量与“7.3”泥石流

表6　高家沟泥石流堵江主要影响参数特征值表

相当，参考调查所得“7·3”泥石流泥深确定；Bc-泥石流过流断面面积（m），根据确定的泥深查沟道断面图确定。

采用唐川等[6]提出的泥石流堵江判别式，对雍家沟在不同暴雨频率下暴发泥石流引起堵江的可能性进行分析。其计算结果如表7。根据唐川等的判别式，，Z为泥石流堵江判别值，当Z≥1.0则泥石流可能造成完全河，属堵断型泥石流；Z=0.5～1.0则泥石流造成部分堵河，属堵塞型泥石流；Z≤0.5则泥石流不会造成堵塞或堵断主河，属不堵型泥石流。

表7　高家沟不同暴雨频率下泥石流引起堵江的可能性判别

4　结论

通过对高家沟泥石流运动特征与堵江情况的分析，得到以下结论：

1）松散固体物源较丰富，特别是汶川“5·12”特大地震后，沟域内崩塌等不良地质现象更是发育。通过现场勘查、调查，沟域内物源主要有崩滑型物源、沟道堆积型物源两种类型。崩塌堆积物主要为“5·12”地震引起的高位崩塌及前期崩塌产生的崩塌堆积物，堆积于沟道内及两侧坡脚，局部地段将沟道堵塞。

2）在“7·3”泥石流特征参数计算的基础上，根据沟道和物源现状特征，以及泥石流发展趋势预测，对不同设计频率下泥石流特征参数进行了计算。高家沟松散固体物源非常丰富，易发程度较高，根据预测和计算的泥石流特征参数值，可能发生大规模泥石流灾害，分别在暴雨频率P=1‰、P=2‰、P=5‰条件下对岷江河道产生，甚至堵塞河道。

参考文献：

[1]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,1991.70～74.

[2]徐永年,匡尚富,黄永键,等.泥石流入汇的危险性判别指标[J].自然灾害学报,2002,11(3): 33～38.

[3]陈德明,王兆印,何耘,等.泥石流入汇对河流影响的实验研究[J].泥沙研究,2002,(3): 22～28.

[4]Berti M,Simoni A.DFLOWZ: A free program to evaluate the area potentially inundated by a debris flow[J].Computers & Geosciences,2014,67: 14-23.

[5]中华人民共和国国土资源部.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.

[6]唐川,黄润秋,黄达,等.金沙江美姑河牛牛坝水电站库区泥石流对工程影响分析[J].工程地质学报,2006,14(2): 145～151.

A Preliminary Study of Blocking River of the Gaojiagou Debris Flow in Wenchuan,Sichuan

GAO Jing-li
(Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology,SBGEEMR,Chengdu,Sichuan 610031)

Abstract:This paper deals with possibilities of blocking river of the Gaojiagou debris flow based on movement characteristics of the debris flow on July 3,2011 and combined with the debris flow blocking river experience formula under different rainstorm conditions.

Key words:debris flow; blocking river; Gaojia gully

作者简介：高精理（1982-），男，云南永胜人，大学本科，研究方向：地质灾害评估及治理

收稿日期：2014-09-30

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.024

中图分类号：P642.23

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2016）01-0111-03