四川雷波碉楼沟泥石流特征及防治对策

孙瑜，李宏俊，曹树波，王刚

(1.四川省核工业地质调查院，成都 610061; 2. 云南国土资源职业学院，昆明 652501; 3.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，成都 610059)

四川雷波碉楼沟泥石流特征及防治对策

孙瑜1，李宏俊2，曹树波1，王刚3

(1.四川省核工业地质调查院，成都 610061; 2. 云南国土资源职业学院，昆明 652501; 3.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，成都 610059)

碉楼沟泥石流沟为西苏角河左岸的一级支流，位于四川省雷波县西侧，流域面积0.85 km2，主沟长度1.6 km，纵比降504.4‰。碉楼沟流域属构造侵蚀高中山地貌，呈叶状，支沟众多，主沟较少暴发泥石流。2015年5月7日碉楼沟暴发山洪灾害, 造成8人死亡和严重财产损失，并对下游马颈子场镇居民的生命财产安全构成了威胁。在地质勘查的基础上，分析泥石流基本特征、形成条件，计算泥石流的重度、流速、一次泥石流总量等动力学参数。结合碉楼沟泥石流的特征和场镇社会、经济可持续发展的需要，提出防治方案，对该类泥石流沟谷的调查和防治具有一定实际意义。

泥石流；工程地质；动力学参数；防治对策

泥石流是发生在山区的一种常见地质灾害，近年来，在强降雨、地震等自然因素和工程活动的人为因素作用下，泥石流地质灾害暴发愈发频繁。我国每年因泥石流灾害造成的损失均较为严重[1]，由于泥石流暴发突然、历时短且成因复杂[2]，因此，应详细调查泥石流发育分布特征、启动条件、暴发规模、活动方式及其危害性，并在此基 础上提出切合实际的减防灾治理方案是泥石流治理的重要思路。

四川省雷波县碉楼沟最早于2002年8月9日发生泥石流，冲毁沟口桥涵和沟道两侧4间民房，未造成人员伤亡。2015年5月7日碉楼沟暴发山洪，冲毁房屋6间，造成8人死亡，转移受灾群众约400人。目前，碉楼沟泥石流主要威胁沟口40户250人生命财产和场镇公路，潜在经济损失近2 000万元。通过多次泥石流灾害的实地勘查，分析泥石流暴发的起动机理和成灾演进过程，结合灾害特征和危害对象，提出相应减防灾对策。

1 碉楼沟流域概况

碉楼沟位于四川省凉山州雷波县马颈子乡境内，发育于西苏角河一级支流下游，沟口距离雷波县城约40 km。碉楼沟流域面积0.85 km2，主沟长约1.6 km，沟谷纵坡504‰，流向由北向南(图1)。碉楼沟流域形态完整系数为0.33，说明流域较完整，具有良好的汇流条件，对山洪和泥石流的形成有利。碉楼沟流域陡峭的山坡、陡急的沟床和良好的流域汇流条件，均为泥石流的形成提供了较好的地形地貌条件。

图1 碉楼沟流域图

1.1 地形地貌及地层岩性

碉楼沟流域地势北高南低，地貌类型属于中山地貌。主沟沟道呈南北向窄长型展布，在海拔683 m处汇入西苏角河。从地貌上看，碉楼沟沟域内山高坡陡，平均坡度在45°以上，沟谷总体上较为狭长，沟道深切，沟谷呈“V”形谷，跌坎较为发育，中下游沟道内分布较多块石和巨石。

碉楼沟出露基岩岩性为震旦系上统灯影组(Zbd)、寒武系下统筇竹寺组(∈1q)、寒武系中统西庙王组(∈2x)白云质灰岩、硅质灰岩和新生界第四系崩坡积、残坡积、泥石流堆积。

1.2 气象与水文

雷波县地处四川盆地亚热带湿润气候区的西部边缘区，据雷波县气象站资料统计分析：多年平均气温12.2℃，多年平均相对湿度83%，一年中除12月较低外，其余多在80%以上，多年平均降水量852.5 mm，主要集中在5～9月，其降水量占全年的77.4%；历年最大一日降水量130.4 mm，多年平均风速1.4 m/s，历年最大风速26 m/s，相应风向为北；多年平均蒸发量864.8 mm，其中5～9月占全年的51.7%。

1.3 地质构造及地震活动

雷波县位于凉山断块活动断裂构造区，该区西以安宁河-则木河断裂为界，与“川滇菱形断块”相邻；东以荥经-马边-盐津断裂带为界，与四川盆地弱活动构造区毗邻；南以华莹山-莲峰断裂为界，县域的明显特点是介于西侧强活动川滇菱形断块和东侧弱活动四川盆地之间，因而在区域地壳运动性质和强度以及断裂的活动性、地震活动性等方面都处于西强东弱的过渡地带。

2 泥石流基本特征参数分析

2.1 形成条件

(1) 量化评分法：根据泥石流易发程度量化评分表[3]，碉楼沟主沟的易发程度数量化评分为98，易发程度属于“易发”，重度为1.72 t/m3。

(2) 现场试验法：通过访问目睹2002年8月暴发泥石流和2015年“5·7”山洪发生的村民5人，根据村民描述的泥石流性状，分别在沟口位置(2-2＇剖面)、拟建缝隙坝位置(9-9＇剖面)各取样2组，配制泥石流浆体，将浆体配制并搅拌成当时泥石流浆体浓度(主要参照2002年8月最大一次泥石流的性状)，进行称重，量测浆体体积，计算其重度作为泥石流流体的重度(表1)，采用如下公式[3]：

( 1 )

限于篇幅，文中各公式参数说明详见引用的参考文献。

表1 泥石流流体重度计算表

(3) 综合取值：由于碉楼沟泥石流以往没有监测资料，只能通过配方法和查表法两种方法来确定，而这两种方法又各有其特点。配方法只能对已发生过、有人目击的泥石流进行测定，测定结果只能代表当时的一次泥石流发生的结果，且受取样影响较大，代表性不强。相对而言，查表法是在现状调查基础上带预测性的重度值结果，更宜作为泥石流设计的依据。故碉楼沟主沟泥石流的容重为1.72 t/m3，泥沙修正系数为0.774。

2.2 泥石流流速

碉楼沟泥石流为稀性泥石流，对沟域内第四系物质调查分析，泥石流堆积以块碎石为主，充填中粗砂,局部地段分布有较大孤石和巨石群。结合上述物源特征，采用铁二院稀性泥石流流速计算公式[3]：

( 2 )

计算结果表明，按20 a一遇的暴雨考虑，沟口、拟设梳齿坝、缝隙坝处断面平均流速分别为5.14 m/s、7.00 m/s、7.20 m/s。

2.3 泥石流流量

泥石流流量是治理工程结构设计的重要依据，又是计算泥石流总量和固体物质冲出量的基础，对沟道各节点和拟设工程部位按剖面分段进行计算。结合碉楼沟气象特征，采用雨洪法进行泥石流流量计算，对暴雨洪峰流量采用如下公式[4]：

( 3 )

设计泥石流流量计算采用如下公式[3]：

( 4)

计算参数及结果见表2。

2.4 一次泥石流总量和冲出固体物质总量

实际量测一次泥石流冲出总量较为困难，且精度不高，故采用公式计算法[4]，其中，碉楼沟流域面积不足5 km2，取K=0.202。

( 5 )

一次泥石流固体冲出物总量采用如下公式[3]：

( 6 )

据访问，2015年5月7日，该沟暴发山洪灾害，历时约10 min。将已知参数带入上式进行计算，结果见表2。

表2 泥石流流量、一次泥石流总量和冲出固体物质总量计算表

3 防治工程设计

碉楼沟流域内发育5条支沟，暴发频率较低，规模较小，但主支沟泥石流暴发联动性好，加之流域内沟道分布大量松散堆积物和沿岸分布多处崩滑物源，在强降雨条件下，该沟突发泥石流的可能性较大。因此，积极开展碉楼沟泥石流治理，将有利于保护沟口群众生命财产安全。

3.1 基本思路

分区布设“固、拦、排”工程[5]，将有效控制泥石流的“物源”和“水源”，一旦其中一个“源”得到有效控制[6]，就能达到碉楼沟泥石流防治效果。碉楼沟纵坡总体表现为上游纵坡大，中游次之，下游变缓，局部发育跌坎、陡崖和垭口，上述地形特点，为设置不同的防治工程提供了有利条件。结合泥石流成灾特征、既有保护工程、保护对象分布等，综合治理方案概述为“巨石稳固+1座缝隙坝+1座梳齿坝+沟口排导槽”。

3.2 工程措施[7-9]

(1) 巨石稳固工程

碉楼沟中下游沟道内巨石密布，形成多处巨石群和卡口，暴发泥石流时易形成局部堵溃点。根据下游缝隙坝缝隙宽度设置条件，对碉楼沟内块径≥2 m的巨型漂石采取钻杆混凝土支挡柱就地稳固(图2)，支挡柱水平间距1.2～2.0 m，柱体露出地表2～2.5 m，埋深1.5～2 m，截面尺寸0.5 m×0.5 m，地质钻杆采用潜孔钻钻孔后植入，混凝土柱与巨石间空隙采用C30微膨胀混凝土充填。对巨石群局部地段不能满足过流断面时，进行了部分巨石的人工清除。

(2) 缝隙坝、梳齿坝工程[10-11]

碉楼沟泥石流属于山洪和泥石流交替过程，故防治方案兼顾“水石分离”，布设缝隙坝和梳齿坝可以很好达到拦石排水效果。在靠近场镇公路的局部沟道段出现垭口地形，为布设缝隙坝和梳齿坝工程提供了地形条件。结合沟道堆积物颗粒全分析试验结果，块径大于1.0 m的漂石占比40%左右，块径大于0.6 m小于1.0 m的漂石占比20%左右，据此，在上部垭口处布设缝隙坝，其缝隙间距设计为1.8 m，可有效拦蓄块径1.0 m以上的漂石，有效库容约5 130 m3，占比约41.2%，在下部垭口处布设梳齿坝，其缝隙间距设计为1.3 m，可有效拦蓄块径0.6 m以上的漂石，有效库容约2 350 m3，占比约19.4%，这样，梳齿坝与上方缝隙坝形成两道“过滤网”，可有效拦蓄2次20 a一遇泥石流中块径大于0.6 m的粗颗粒。各坝拦挡物源能力统计见表3。上述两座坝的修建，将利于拦粗排细，稳定沟道内堆积物，抬高侵蚀基准面，稳定沟岸的目的。

表3 缝隙坝与梳齿坝拦挡物源能力一览表

(3) 肋槛软底槽、铺底槽工程[12-13]

在沟口堆积区，结合保护对象的分布特点，拟在出山口下部沟道布设排导槽，防止泥石流对居民房屋和场镇公路造成危害。排导工程分为两段，以公屋和场镇公路造成危害。排导工程分为两段，以公路桥涵为界，桥涵以上部分为梳齿坝护坦接肋槛软底槽，桥涵以下部分为铺底槽(图3)。

图2 巨石稳固剖面图

肋槛软底槽位于梳齿坝前护坦与公路桥涵之间，软底槽长9.0 m。软底槽边墙采用梯形断面，高度依据泥石流泥位、弯道超高、安全超高确定。泥石流设计泥深1.8 m，安全超高按0.5 m设计，堤高2.3 m，基础埋深1.5 m，总高3.8 m，顶宽0.6 m，槽底净宽6.0～10.1 m，背侧直立，面侧(临沟侧)坡比1∶0.2，采用C20混凝土结构。槽底纵坡受桥涵净高与梳齿坝基顶高差控制，设计纵比降为265.5‰。由于设计纵坡较陡，该段排导槽采用软底加肋槛以降低流速并防冲，共设3道肋槛。

铺底槽位于公路桥涵与主沟交汇口之间，总长31.4 m，为避免大挖大填，土石方利用合理，设计槽底纵坡降为143.6‰。铺底槽边墙采用梯形断面，高度依据泥石流泥位、弯道超高、安全超高确定。泥石流设计泥深2.0 m，安全超高按0.5 m设计，堤高2.5 m，铺底厚度1.0 m，基础埋深1.0 m，总高3.5 m，顶宽0.6 m，槽底净宽6.0～10.0 m，背侧直立，面侧(临沟侧)坡比1∶0.2，采用C20混凝土结构。

图3 排导槽和梳齿坝治理设计断面图

4 结论

(1) “5·7”山洪后，碉楼沟流域主支沟均受暴雨影响，出现6处崩滑体，通过估算，松散物源总储量74.75×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为12.13×104m3，为泥石流提供了大量固体物源，加之地形坡度陡峻，在强降雨作用下易形成泥石流灾害，严重威胁沟口群众生命财产安全。

(2) 结合泥石流物源分布、成灾特征、动力学特征和防治目标等因素，通过主动稳固泥石流中下部沟道中的巨石群和较大孤石，在下游布设缝隙坝和梳齿坝各一座，在沟口段进行排导槽防治工程分段优化设置，能有效达到减防灾目的。

[1] CHANG T C，CHAO R J. Application of back-propagation networks in debris flow prediction [ J ].Engineering Geology，2006，85(3): 270-280.

[2] 陈晓清，崔鹏，韦方强.泥石流起动原型试验及预报方法探索[J].中国地质灾害与防治学报，2006，17(4):73-78+96.

[3] 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/T 0220-2006)[S].2006.

[4] 四川省水利电力厅.四川省中小流域暴雨洪水计算手册[M].成都：1984.

[5] 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，1991:109-215.

[6] 许强.四川省“8·13”特大泥石流灾害特点、成因与启示[J].工程地质学报，2010，18(5):596-608.

[7] 杨志全，廖丽萍，杨万科，等.牛眠沟流域泥石流形成条件、发展趋势及其防治探讨[J].大地测量与地球动力学，2011，31(5):71-74.

[8] 李朝安，胡卸文，李冠奇，等.四川省“8·13”特大泥石流灾害成生机理与防治原则[J].水土保持研究，2012，19(2):257-263.

[9] 袁颖，王帅伟，满兵.四川都江堰椿芽树沟泥石流特征参数计算及防治工程设计[J].中国地质灾害与防治学报，2015，26(2):51-56.

[10]孙瑜，李宏俊，蔡鹏.四川省大瑞乡泥石流灾害特征及减灾对策[J].河北工程大学学报(自然科学版)，2015，32(1):74-78.

[11]唐川，杨永红，李为乐.四川省青川县红光集镇泥石流灾害特征及减灾对策[J].地质灾害与环境保护，2009，20(2):94-98.

[12]蒋忠信.震后泥石流治理工程设计简明指南[M].成都:西南交通大学出版社，2014:133-137.

[13]游勇，柳金峰，欧国强.泥石流常用排导槽水力条件的比较[J].岩石力学与工程学报，2006，25(增刊1):2820-2825.

FEATURES AND PREVENTIVE COUNTERMEASURES OF POTENTIAL DEBRIS FLOW IN DIAOLOU GULLY， LEIBO COUNTY，SICHUAN PROVINCE

SUN Yu1，Li Hong-jun2，CAO Shu-bo1，WANG Gang3

(1. Sichuan institute of Nuclear Geology P.R.China，Chengdu 610061，China; 2. Yunnan land and resources vocational college，Kunming 652501，China; 3. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology， Chengdu 610059，China)

The Diaolou gully is a left-bank branch of the Xisujiao River，located in the west side of Leibo County，Sichuan Province.The gully has a basin area of 0.85 km2， 1.6 km long，and the gully’s longitudinal slope is 504.4‰. Diaolou gully，shaped like a leaf with many branch gullies，belongs to the alpine and middle structural erosion gorge geomorphy，the main gully hardly outbreak debris flow. A catastrophic mountain torrent occurred in the gully on may,2015,which killed eight residents，caused serious property damage and still threaten resident safety of the Majingzi country.Based on the geological investigations, features and formation conditions are analyzed for the potential debris flow, Then the dynamic parameters such as bulk density,velocity and transport material volume in total are computed.Based on debris flow hazard features and sustainable development of local social and economic situation,preventive countermeasures for the potential debris flow hazards are presented，which have importance for investgation and prevention of potential debris flow.

debris flow;engineering geology;dynamic parameters;preventive countermeasure

1006-4362(2017)01-0001-06

2016-11-04 改回日期： 2016-12-17

P642.23

A