云南东川区烧房沟“7?31”弃渣型泥石流成灾机理

杜野裴向军张御阳李正

摘要：2008年7月31日晚持续强降雨导致云南省东川区舍块乡烧房沟爆发泥石流灾害，造成了人员伤亡、公路、民房以及大量公共基础设施受损。这次泥石流发生在地质环境较为脆弱的工矿区，该泥石流的爆发是弃渣的不合理堆放与强降雨共同作用的结果。通过现场实地调查与试验等方法，分析了泥石流形成的降雨条件、地形条件、物源条件，研究了烧房沟泥石流启动、流通以及堆积过程。研究结果表明：集中的松散弃渣物源以及强降雨是烧房沟发生泥石流的主要原因。从发展趋势上看，烧房沟泥石流处于发展期，仍存在爆发泥石流的可能性。根据泥石流特征提出如下治理措施：拦、护为主，结合潜坝消能；及时清淤，恢复植被；实时监测，临灾预警。

关键词：弃渣型泥石流；机理；治理措施

中图分类号：P624.22；P624.23文献标志码：A文章编号：

16721683（2016）06017105

Hazard mechanism analysis of Shaofang ditch waste slag debris flowin Yunnan Dongchuan district on July 31th

DU Ye1，PEI Xiangjun1，ZHANG Yuyang1，LI Zheng2

（1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.Sichuan Geology and Mineral Exploration and Development Bureau Panxi Geological Team，Xichang 615000，China）

Abstract：The continuous heavy rainfall in the evening of 31 July 2008 led to the outbreak of Shaofang ditch debris flow in Yunnan Dong chuan Shekuai district，and it caused casualties and damage to roads，houses and a number of public infrastructure.The debris flow occurred in the geological environment of vulnerable mining areas，and the outbreak of debris flow was the result of interaction between unreasonable spoil pile and heavy rainfall.The rainfall conditions，terrain conditions and source conditions of debris flow were analyzed，and the starting，circulation and accumulation process of the debris flow in the Shaofang ditch were studied by field survey and test methods.The research results showed that：the loose residue source and strong rainfall were the main reasons for the occurrence of debris flow of Shaofang Ditch.Judging from the trend，the Shaofang ditch debris flow was at the stage of development，and the possibility of the outbreak of debris flow still existed.According to the characteristics of debris flow，the following measures were put forward，and these measures were stopping and supporting，combined with dam energy dissipation，vegetation restoration，timely dredging，realtime monitoring，and disaster earlywarning.

Key words：waste slag debris flow；mechanism；control measures

[HJ1.93mm]

泥石流是我国西部山区常见的自然现象，与崩塌、滑坡共同构成了山区常见的三大自然灾害，具有爆发突然、危害大、[JP2]历时短、致灾能力强的特点，以成为我国山区经济建设的一大阻碍[12]。对于泥

石流的研究越来越受到人们的重视，近些年来随着我国西部山区建设的快速发展，工程活动中形成了大量工程弃渣（水电工程弃渣、道路修建弃渣、矿山开采弃渣等），越来越成为山区突出的环境问题。而由于弃渣不合理的堆放而引发的弃渣泥石流灾害与自然条件下形成的泥石流有所不同，弃渣泥石流无论是形成条件（物源、水源）还是其形成和堆积过程，同常规泥石流相比，均存在着一定的差异性[3]，因而越来越受到地质工作者、灾害研究学者和管理者的关注[4]。

特别是在工矿区，由于弃土弃渣数量巨大，时

有启动产生泥石流灾害事件，造成人员伤亡与财产

损失[56]，弃渣型泥石以成为了山区泥石流防灾减灾研究中一个重要的课题。

对于弃渣泥石流的研究，先后开展了一系列研究工作，包括泥石流的形成条件[79]、弃渣泥石流的分类[4]、危险性评价[1012]、以及弃渣泥石流的防治[34，13]等方面。但是对于在短历时强降雨作用下，弃渣泥石流的形成、启动、运动与堆积研究较少。

本文研究的云南东川区舍块乡烧房沟泥石流为暴雨作用下形成的弃渣型泥石流。

在2008年7月31日晚，在持续强降雨作用下，烧房沟发生泥石流灾害，总冲出量达到504万m3，此次泥石流造成了人员伤亡、农作物受灾、公路、民房等受损（图1），直接经济损失约400万元。

图1“7·31”泥石流掩埋公路

Fig.1Road buried by "7·31" debris flow

本文根据对烧房沟“7·31”泥石流发生后，第一时间进入现场详细调查，结合区域资料的收集与整理，在分析了泥石流发育背景、灾害特征、泥石流发育条件、致灾机理基础上，提出了防治方案及建议。该研究为进一步认识弃渣泥石流灾害提供参考，由于目前烧房沟还未进行治理，该研究同时可为烧房沟泥石流防灾减灾提供依据。

1“7·31”泥石流孕育条件分析

泥石流形成具备3个基本条件：物源条件、降雨条件和地形条件，其中形成泥石流的能量来源主要为地形相对高度提供的势能和势能转化的动能，以及暴雨径流提供的动能[14]。烧房沟流域内松散的弃渣物源以及沟道物源等为泥石流启动提供了松散物质，利于泥石流活动。

1.1地形条件

烧房沟沟域形态呈现典型的树叶型（图2），沟域面积为1745 km2，支沟发育，流域内最高点为南侧山脊部位，最高海拔3 141 m，最低点位于主沟与金沙江交汇口处，海拔728 m，相对高差2 413 m，主沟平均沟床纵比降343‰[15]。烧房沟上游段较为狭窄，多呈现“V”型谷，平均纵坡404‰，下游段沟谷宽度略大，沟谷宽度约为30～60 m，平均纵坡为182‰。烧房沟泥石流没有典型的流通区，主要为形成区（清水区、物源区）和流通堆积区组成。流通堆积区主要分布于选矿厂以下沟段。

1.2降雨条件

烧房沟地区属亚热带高原季风气候年平均降水量约为1 0005 mm，月最大降雨量2083 mm，日最大降雨量1533 mm，降雨主要集中在5月-9月。

由于烧房沟未设置雨量监测站，根据国土部门了解到，烧房沟此次降雨达到了50年一遇。根据《云南省暴雨洪水查算实用手册》[16]所附暴雨量等值线图，东川区舍块乡烧房沟地区的1 h、6 h、24 h多年最大暴雨量平均值分别为25 mm、45 mm、62 mm，完全具备引发泥石流灾害的降雨条件。加上烧房沟沟道纵坡陡峻，利于地表水的汇流，上述因素为泥石流提供了有利的水源条件。

1.3物源条件

现场调查发现烧房沟流域内物源主要分为3类：崩滑物源、弃渣物源、沟道堆积物源。崩滑物源主要分布在烧房沟下游岸坡，崩滑物源点共5处，规模较小；[JP2]弃渣物源主要分布于烧房沟沟道中下游，为公路弃渣以及矿山弃渣。现场调查烧房沟存在3处弃渣堆积体，烧房沟“7·31”泥石流形成条件中，弃渣物源是泥石流形成的主要物源；沟道堆积物源主要分布于沟道高程1 025 m以下沟段，有大量的松散物源堆积沟道堆积物源为烧房沟泥石流一类重要的物源。从物源分布数量上看，弃渣物源与沟道堆积物源总量为11万m3，占总物源量的904%。“7·31”泥石流主要为弃渣物源发生了启动而形成泥石流。

从物源分布位置上看，物源主要分布于烧房沟中下游沟段，物源具有相对集中的特点。上述物源

为“7·31”泥石流的孕育和发生提供了物源条件。

2“7·31”泥石流成灾机理

2.1[STBZ]“7·31”泥石流爆发及运动特征

根据现场调查与访问，烧房沟近50年来常有山洪发生，但真正发生泥石流的只有一次（即2008年 “7·31”泥石流）。2008年7月31日晚，烧房沟流域内发生强降雨持续时间约为3 h，泥石流爆发的时间约在7月31日晚上10点30分左右。由于强

降水的作用，烧房沟沟道内松散堆积体在洪水作用

下，大量的砾石、沙粒、粉粒在地面径流的作用下

被带往下游，至10点45分，由于乡村公路堵塞沟道，桥涵过流断面有限，致使泥石流漫溢乡村公路

和选矿厂处桥涵，进入两岸的居民房及选矿厂内，导致人员伤亡以及机械设备损坏、公共基础设施损毁严重。该次泥石流使得沟道严重淤积，泥石流携带的大石块大多堆积于沟道内，堆积平均厚度约为15 m。泥石流连续流动，最大的流量过程约为025 h，迅速减小后，泥石流转变为山洪，并继续流动数小时。

综合上述分析，“7·31”泥石流具有一次爆发，持续时间短、泥石流爆发后转换为山洪的特点。

2.2[STBZ]“7·31”泥石流动力学特征

泥石流容重、运动速度、流量和一次冲出总量是泥石流的重要[HJ2.2mm]动力学特征参数，也是工程防治的重要参数[17]。

对烧房沟泥石流容重采用现场配浆称重法[17]按照下式（1）计算泥石流容重，对沟道不同部位采用泥石流堆积物配合沟水进行配浆称重。

γc=Gc/V[JY]（1）

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）。

[JP3]计算结果显示，烧房沟主沟泥石流重度为135～156 t/m3，表现为从上游到下游重度降低的规律。由于泥石流在选矿厂桥涵处发生了漫溢，因此取156 t/m3为2008年“7·31”烧房沟泥石流的容重，属于稀性泥石流。

断面11′、1212′位于泥石流沟口位置及流通区中游典型断面，选用如下公式（2）、（3）计算流速和流量[18]，计算公式如下：

Ⅴc=Rc2/3×Ic1/2 /na[JY]（2）

Qc=（1+φ）Qp·Dc[JY]（3）

式中：Vc为泥石流断面流速（m/s）；Qc为频率为P的泥石流峰值流量（m3/s）；Qp为频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/s）；Rc为水力半径（m），一般可用平[JP2]均水深H代替；Ic为泥石流水力坡降，采用沟床坡降代替（‰）；1/n为清水河床糙率系数；a=（γH×φ+1）1/2，γH为泥石流固体物质重度，φ为泥石流泥沙修正系数。

一次泥石流总量及一次泥石流固体物质总量按公式（4）、公式（5）计算[19]，计算公式如下：

Q=0.264TQc[JY]（4）

QH=Q（γc-γw）/（γH-γw）[JY]（5）

式中：Q为一次泥石流总量；QH为一次泥石流固体物质总量；T为为泥石流持续时间；Qc为泥石流峰值流量；γc为泥石流重度（t/m3）；γw为水的重度（t/m3）；γH为泥石流固体物质的重度（t/m3）。

烧房沟“7·31”泥石流爆发时间约为15 min，计算得出烧房沟泥石流一次泥石流总量以及固体总量，见表3。

表3“7·31”泥石流一次冲出总量计算结果

Tab.3Calculation results of the total runoff volume of "7·31" debris flow

[JZ]流量[]设计频率/（2%）

[BHD]一次泥石流总量/万m3[]5.04

[BHDW]一次泥石流固体物质总量/万m3[]1.71

[HT]

根据现场调查，泥石流堆积物主要堆积于选矿厂以下的中下游沟段，沟口处的堆积扇不发育，大部分泥石流堆积物堆积于沟道中，根据堆积厚度以及堆积面积测算确定此次泥石流一次物质冲出量约为5万m3，与表3结果比较分析，“7·31”泥石流相当于50年一遇降雨冲出规模，为一中型泥石流。

2.3“7·31”泥石流成灾机理分析

根据现场调查与访问分析得出2008年“7·31”泥石流其形成机理如下。

（1）沟道纵坡较大，烧房沟流域内属于高山峡谷地貌，烧房沟中上游坡度较大，沟床纵坡及两岸边坡较陡。陡峻的地形条件为泥石流的形成提供了充足的势能，地面径流汇流时间短，峰值流量大。

（2）单点暴雨：短时间内的强降雨，导致沟道松散物源饱水，暴雨迅速在沟道内转变为强劲的山洪，冲击沟道弃渣堆积体中的大量砾石、块石和粉砂并将其带往下游，从而形成泥石流。

（3）随着经济的发展和人口的增加，流域内的原始森林大量的被砍伐，并改造成了坡耕地。调查期间，其森林覆盖率不足20%，乔、灌、草和腐殖质层有效拦截降水的能力减弱，在沟道的上游有大量的冲沟出现，水土流失严重；由于沟道内的工程活动，如在沟道内直接修建道路堵塞沟道，修筑公路产生了大量的弃渣堆积在沟道当中，矿山选矿弃渣等为泥石流的形成提供了较多的松散物源。

（4）选矿厂附近的桥涵过流能力不足，从而导致泥石流在选矿厂桥涵处发生了漫溢，大量的块石和泥石流直接的冲到居民房和选矿厂当中。排泄能力不足是泥石流致灾的重要原因。

2.4泥石流发展趋势分析

烧房沟2008年“7·31”泥石流的发生说明当集中堆放的松散弃渣物质遇到强降雨的时候极易发生泥石流活动。场调查显示，烧房沟流域内仍有近12万m3固体物源，且局部堵塞沟道，流域内水动力条件较好，而“7·31”泥石流启动的物源大部分仍停淤在沟道中下游段，进入金沙江的物质有限，烧房沟泥石流仍处于发展期，因此，当在一次遇到强降雨时，烧房沟发生泥石流灾害的可能性仍然很大。

3防治方案及建议

根据以上分析，烧房沟流域内仍有大量的松散物源存在，选矿厂上游段沟域内仍有大量集中松散沟道物源以及公路弃渣物源，这可能降低泥石流启动的临界雨量条件。烧房沟威胁对象为下游段的茂麓村以及选矿厂。烧房沟沟道总体特征上游纵坡较大，下游段逐渐变缓，沟道宽度上游段总体较窄，下游段宽度较宽，局部宽窄相间。根据以上沟道条件以及物源分布特征提出如下防护措施。

（1）拦、护为主，结合潜坝消能。

根据烧房沟沟谷的地形条件以及物源分布特征，结合保护对象分布位置进行防护。选矿厂以上沟段分布大量的沟道物源以及残留的弃渣物源。在距选矿厂上游沟段内设置3座拦挡坝，这三座拦挡坝处均为狭窄的沟谷，坝基及坝肩位置较好，局部有基岩出露，纵坡坡度较缓，上部为宽缓的沟谷，库容量较大。这3座拦挡坝的作用主要为稳拦上部松散的弃渣物源以及堆积于沟道泥石流堆积物，以控制泥石流固体物质以及雨洪径流，削弱泥石流峰值流量，同时减少对下游处单边防护堤的冲压力，减少对下游选矿厂处撞击、淤埋。在近选矿厂处上游约为500米范围内沟段内大量的沟道物源采用潜坝稳固沟床，降低泥石流揭底冲刷，防止沟床物质启动。在下游茂麓村处设置单边防护堤，防止泥石流直接对其危害，保护威胁对象。

（2）及时清淤，恢复植被。

由于“7·31”泥石流过后，烧房沟沟道中大量堆积了大量的松散物源，为了防止泥石流堆积物堵塞沟道且成为泥石流的物源，应及时对其清除。对公路弃渣物源、矿山弃渣物源区域进行植被恢复，加强流域内生态环境保护。

（3）实时监测，临灾预警。

由于烧房沟内目前无泥石流监测措施，建议加强雨量监测，[JP2]以及洪水位监测，以及对弃渣含水量、稳定性监测。在雨季过程中，群防群治，设置专门巡视人员，做好应急准备，必要时启动防灾预案进行撤离。

（4）合理堆放弃渣。

“7·31”泥石流的爆发是强降雨作用下弃渣的不合理堆放而引起的泥石流灾害，因此对弃渣堆放场地应进行科学选址，对已经堆放的弃渣应做好防护工作，以降低泥石流发生率。

4结论

（1）烧房沟泥石流为降雨作用下形成的弃渣型泥石流，目前处于发展期。沟域形态近似树叶状，流域面积为1745 km2，主沟平均纵坡降为343‰。

（2）烧房沟上游段存在大量的矿山弃渣以及沟道松散物源，在2008年7月31日晚局地强降雨的作用下，上部松散矿山弃渣物源以及沟道物源发生启动，最终形成了“7·31”暴雨弃渣型泥石流。集中的松散物源以及短历时的强降雨是发生此次泥石流的主要原因。

（3）[JP3]烧房沟泥石流近沟口位置，流速约为373 [JP4]m/s，泥石流峰值流量为21975 m3/s，一次泥石流总量为[JP2]504万m3，一次泥石流固体物质总量为171万m3。[HJ1.7mm]

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