云南鹤庆“8·12”水箐沟泥石流灾害成因分析与特征量估算

杨 伟，张 恒

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

云南鹤庆“8·12”水箐沟泥石流灾害成因分析与特征量估算

杨 伟，张 恒

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

2016年8月12日，云南鹤庆水箐沟在强降雨的激发下暴发泥石流，造成大丽公路堵塞，谷坊坝淤埋、水库沟渠损坏、村民经济作物受损等。在对水箐沟泥石流灾害现场调查的基础上，分析了水箐沟泥石流的特征与成因，计算了泥石流的静、动力学特征量：容重1.68 g/cm3左右，泥石流的洪峰流量达41.03 m3/s，一次泥石流固体总量为13 757.4 m3，泥石流的整体冲击力为10.1 kPa。对水箐沟调查研究表明：沟道纵坡比降大，流域内存在大量松散堆积物，在强降雨的激发下，可能再次形成泥石流，对大丽公路及下游居民造成威胁。应及时地进行沟道的治理，并加强监测预警。

泥石流；成因；特征；降雨

0 引言

2016年8月12日凌晨5时50分，鹤庆县西邑镇出现连续强降雨，水箐沟暴发山洪泥石流灾害，造成下游部分涵洞堵塞、大丽公路堵塞近5 h、淤埋谷坊坝2座、水库沟渠损坏、村民经济作物受损等，所幸未造成人员伤亡。由于大丽公路(大理-丽江)横跨该泥石流沟，且下游分布有村庄及耕地，为了避免泥石流再次发生，对下游人民生命财产安全造成损失，有必要进行泥石流的调查、成因与参数分析及趋势预测。

目前关于泥石流灾害成因及参数分析的研究较多[1-5]，大多数是基于泥石流灾害的现场调查，从泥石流灾害形成的地形、物源、水源等条件进行成因分析，并采用相关研究成果对泥石流的参数进行计算分析，从而达到为相关工程的防治设计提供依据的目的。据调查，水箐沟为一条高频老泥石流沟，仅8月就发生了两次泥石流灾害，而对于该泥石流的调查研究极少，鉴于此，为了防止该泥石流沟再次对下游人身财产安全造成威胁，本文在现场调查的基础上，分析了水箐沟的流域特征、成因、静力学与动力学特征，并在此基础上进行了趋势预测，可为该泥石流的预防与治理提供技术支撑，且为此类泥石流灾害的预测提供可以借鉴的依据，对类似泥石流灾害的防灾减灾具有参考意义。

1 泥石流发生概况及危害

2016年8月12日，在芹河村强降雨的作用下，水箐沟于12日凌晨5时50分左右发生泥石流灾害，持续时间近2小时。此次泥石流导致横跨在之上的大丽公路堵塞(图 1)，谷坊坝淤埋(图2)，下游阿柱利水库沟渠损坏，道路下方经济作物受损等。

图1 大丽公路堵塞Fig.1 Dali road blocked

图2 谷坊坝淤埋Fig.2 Check dam buried

19日由于降雨的影响，水箐沟又发生了一次规模较小的泥石流，由于规模较小，在公路上方沟道开阔处进行堆积(图3)，并在两岸坡留下了泥痕(图4)，泥石流并未造成公路堵塞以及对下游村民产生危害。

图3 泥石流沿途堆积①Fig.3 Debris flow accumulation along the gully①

图4 泥石流沿途堆积②Fig.4 Debris flow accumulation along the gully②

2 水箐沟流域概况

流域为典型的溶蚀构造高(中)山沟谷地貌，总体自北西向南东伸展，流域面积约5.9 km2。流域内分水岭高程约为3 621 m，最低高程约为1 792 m，相对高差达1 829 m，主沟长约8.74 km，沟床平均纵坡降约275.3‰(图 5)。主沟左岸发育有1#支沟，汇水面积0.58 km2，沟长1.55 km, 沟床平均纵坡降约392.9‰。右岸发育有两条支沟，其中2#支沟汇水面积0.26 km2，沟长0.65 km, 沟床平均纵坡降约618.5‰，3#支沟汇水面积0.35 km2，沟长1 km, 沟床平均纵坡降约482‰。主沟沟谷上游深切呈“V”字型，两岸地形陡峻，坡度一般25°～50°，岸坡坍塌严重，给泥石流的形成提供了丰富的物源。中下游沟谷呈“U”字型，两岸地形稍陡。左、右岸支沟沟谷呈宽缓的“U”字型，沟道内崩坡积发育，支沟此次并未暴发泥石流，主要为泥石流的形成提供水源条件。

图5 水箐沟流域概况图Fig.5 General situation of Shuiqing Gully

流域属冬季干燥夏季潮湿的高原季风气候。通过对鹤庆县气象局资料进行统计分析，该区多年平均降雨量966.4 mm，降水年际变化大，全年降雨量丰水年达1 261.9 mm，日平均最大降雨量70.64 mm，枯水年达684.3 mm，每年6～8月为雨季较集中月份，降雨占全年降雨量的60%以上。

流域周边地质构造复杂，呈近南北向延伸，倾向北东东。受主要断裂—马头湾压性断裂的影响，流域岩体节理裂隙发育、岩体破碎，风化强烈。流域新构造运动强烈，主要表现为河谷纵向侵蚀和老构造不同程度的复活等[6]。调查区及附近地区，地震活动频繁，根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，区域内地震峰值加速度为0.30 g，反应谱特征周期为0.45 s，地震烈度为Ⅷ度。

3 泥石流特征与成因

3.1 泥石流特征

图6 沟床掏蚀Fig.6 Erosion of gully bed

从水箐沟沟道内布设的一个拦渣坝及两个谷坊坝，且拦渣坝已淤满可知，该泥石流沟为一条老泥石流沟，在近10～20年发生过多次不同规模的泥石流。“8·12”水箐沟泥石流暴发于凌晨5点50分左右，持续时间约2个小时，根据现场调查，本次泥石流主要发生于主沟，支沟均未发生，支沟主要提供水源。主沟与支沟交汇处以上为泥石流主要形成区，主沟后缘发育有两个崩滑体，在降雨的诱发下，崩滑体局部失稳，前缘发生坍塌，由于沟道比降大，堆积物伴随着水流高速下冲，掏蚀沟床(图6)，沟床底部局部基岩出露， 最大冲刷深度达1.0～1.5 m,两岸岸坡坍塌严重。主支沟会合处至大丽公路上方为主要流通区，流通区沟道宽5～10 m，主要呈“U”字型状，以冲刷为主，在沟道转弯及遇堵时产生少量淤积，沟道局部有跌坎，跌坎下方沟道冲刷较深。两岸岸坡堆积物较厚，约2～10 m,局部基岩出露。

受大丽公路涵洞堵塞的影响，此次泥石流主要堆积于公路、公路下游沟道及两岸开阔处，公路上堆积体宽30～50 m,厚约1～2 m，公路下游淤积厚度约0.5～1 m不等，堆积物粒径约15～30 cm，岩性以玄武岩为主，据现场估计本次泥石流冲出固体物质约1×104m3左右(图7)。

图7 大丽公路泥石流堆积Fig.7 Debris flow accumulation on Dali road

3.2 成因分析

“8·12”水箐沟泥石流的暴发，属于暴雨激发型沟谷泥石流，与其沟道坡降陡峻、强降雨的激发及丰富的松散物源有着密切的关系。根据对水箐沟泥石流流域的调查及泥石流的特征分析，“8·12” 水箐沟暴发泥石流的成因分析如下：

(1)沟道坡降较陡：相对高差提供的势能及流水提供的动能是泥石流的一般动力来源[1]。水箐沟整体沟道坡降较陡，主沟长约8.74 km，相对高差达1 829 m，沟床平均纵坡降约275.3‰，在不同的沟段，沟道坡降呈现出一定的差异。形成区为“V”字型沟谷，切割较深、岸坡陡峻，沟床纵坡降达到517‰，流通区地形稍陡，平均沟床比降为233.5‰(图8)。形成区陡峻的地形不仅使得沟道松散固体物源难于稳定，而且使得泥石流启动后流速加快，进一步加强了对两岸及沟床的冲刷能力。

图8 水箐沟道纵剖面图Fig.8 Cross section of main channel gully

(2)降雨强度大：根据对当地村民的调查以及沟道已设防治工程现状的判断，该沟为一条高频泥石流沟。根据鹤庆气象局资料统计分析，该区多年平均降雨量966.4 mm，降水年际变化大，全年降雨量丰水年达1 261.9 mm，日平均最大降雨量70.64 mm。而查阅云南省水文手册可知区内最大1 h、6 h、24 h降雨平均值分别为23 mm、40 mm、55 mm，在3.33%的条件下，最大1 h、6 h、24 h降雨可达到42.78 mm、71.36 mm、91.14 mm，因而降雨丰沛，而8月12日凌晨的强降雨持续近2小时，达100 mm左右，降雨量大、持续时间长，且形成区主沟及支沟地形陡峻，利于降雨的快速汇集，成为激发泥石流的水动力条件[2]。

(3)物源储量丰富：水箐沟形成、流通区松散固体物质丰富，主要来源有崩滑堆积物、沟床堆积物及坡面侵蚀等(图9)。

图9 形成区、流通区物源分布图Fig.9 Distribution of Materials source in original area and flowing area of Shuiqing gully

崩滑堆积物又包括崩滑体与崩坡积物，主要分布于主沟的后缘及形成流通区沟道两岸。主沟后缘发育有两个较大的崩滑堆积体(图10)，受降雨的影响，后缘拉裂缝发育，前缘坍塌，初步估计两个崩滑体体积约5 000 m3。崩坡积物主要分布于形成与流通区两岸，主要是受泥石流掏蚀沟床及两岸的影响，岸坡坍塌严重(图11)。沟床堆积物主要分布于形成、流通区沟床上，厚度0.5～1.5 m，主要为老泥石流堆积物。此外，水箐沟后缘石蒲塘风电场进场公路的修建，产生了一些坡面弃渣(图12)，约3 000 m3，目前处于基本稳定状态[7]。

图10 后缘崩滑体Fig.10 Collapse and landslide at the back of basin

据现场调查初步估计，沟域内松散固体物储量约3.64 ×106m3，其中可移动储量约3.785×105m3(表 1)。

(4)人类工程活动

水箐沟后缘石蒲塘风电场进场公路的修建，在沟域后缘形成了一些坡面挂渣(图12)，岩性主要为灰岩，

表1 水箐沟泥石流固体物源储量表Table 1 Statistical summary table of debris flow source in Shuiqing gully

现状基本稳定，从泥石流堆积物的岩性以玄武岩为主可以判断，公路修建产生的坡面挂渣并未参与8月12日、19日泥石流的形成。在公路下方布设的涵洞及公路边沟将1#支沟的汇水引入主沟，在强降雨的条件下，涵洞的集中排水对后缘进行冲刷，形成了一些宽10～20 cm，深20～30 cm的小冲沟(图13)。

图12 石蒲塘风电场进场公路弃渣Fig.12 Road slag of Shiputang wind farms

图13 后缘坡面小冲沟Fig.13 Small gully of trailing slope

4 泥石流静力学与动力学特征量估算

泥石流静力学与动力学参数是泥石流防治工程设计的依据[4]，由于缺乏泥石流发生时的观测数据，主要依据泥石流发生后现场调查访问及参考已有相关研究成果。

4.1 容重

本次泥石流属于强降雨激发的泥石流，从大丽公路上方的堆积物来看，堆积物呈无分选泥砾混杂，无明显层理，浆体与块石胶结较好，且沟道两侧岸坡残留的浆体成分主要为粉质黏土、粉土和碎石，泥石流流体细颗粒含量相对较高，按照一般规律，该泥石流为黏性泥石流，估计泥石流重度为1.6～1.8 g/cm3，根据村民目测，通过配浆法测得泥石流容重为1.68 g/cm3。

4.2 流速计算

泥石流流速是决定泥石流动力特征和防治设计中最重要的参数之一[3]， 调查分析水箐沟泥石流属于黏性泥石流，本文采用综合西藏古乡沟、东川蒋家沟及武都火烧沟的通用公式[8]：

(1)

式中：Vc——泥石流流速/(m·s-1)；

nc——泥石流沟床糙率系数；

Hc——水力半径或泥位深/m；

Ic——泥石流水力坡度/(‰)。

根据实测资料，水箐沟选择2个代表性的典型断面进行了泥痕调查测量，根据公式(1)计算水箐沟各断面泥石流流速结果见表2。

表2 水箐沟泥石流断面流速计算结果表Table 2 Cross-section’s velocity calculation table of Shuiqing gully debris flow

4.3 流量及一次冲出量计算

目前计算流量公式主要有形态调查法及雨洪法，结合二者计算结果可以得到更为合理的流量参数[5]。

(1)实测断面法

根据现场断面测量，采用以下公式进行计算：

Qc=WcVc

(2)

计算结果见表 3。

表3 实测断面法计算泥石流流量Table 3 Cross-section method to calculate discharges of Shuiqing gully debris flow

(2)雨洪法

先按照水文法计算出设计断面不同频率下的暴雨洪峰流量，然后根据泥石流堵塞系数Dc及泥沙修正系数Ф按照以下公式进行计算：

Qc=(1+φ)QpDc

(3)

按照以上公式计算得出泥石流洪峰流量见表 4。

表4 泥石流峰值流量计算一览表(雨洪法)Table 4 Calculation table of Shuiqing gully debris flow’s peak flow

从上述两种方法计算可得，实测断面法计算的峰值流量相对较大，有可能是由于泥石流爬高导致泥痕深度偏大所致，相对误差较大，因而，采取雨洪法计算的流量进行设计，根据水箐沟泥石流主要受灾对象为省道、小型水库及乡村居民点，因而按照30年一遇进行设防。

一次泥石流过程总量Q按照下式进行计算：

Q=0.264TQc=KTQc

(4)

式中K受流域面积的影响，水箐沟流域面积位于5～10 km2,取值0.113，Qc为泥石流峰值流量，T为泥石流一次过流时间，计算结果见表5。

表5 一次泥石流过程总量结果Table 5 Result of the amount of debris flow process at one time

一次泥石流冲出的固体物质总量按照以下公式进行计算:

QH=Q(γc-γw)/(γH-γw)

(5)

计算得出一次泥石流冲出的固体物质总量为13 757.4 m3。与现场测量的泥石流冲出固体量(1×104m3)相差不大，因而可推测该次泥石流发生的规模为30年一遇。综上可以判断“8·12”水箐沟泥石流规模属于中型泥石流。

4.4 泥石流冲击力计算

泥石流整体冲击力按照以下公式进行计算：

(6)

按最不利情况考虑[9]，γ为90°；为受力体形状系数，取值为1.47；泥石流流速Vc取值6.33 m/s，计算得出泥石流整体冲压力为10.1 kPa。

5 结论及趋势预测

5.1 结论

水箐沟属于暴雨激发沟谷型高频黏性老泥石流沟，水箐沟地形坡降大、松散固体物源丰富，集中降水是诱发8月12日、19日泥石流的主要原因，人类工程活动中石蒲塘风电场进场公路修建产生的施工弃渣现状基本稳定，未参与2016年8月12日、19日泥石流的活动，而公路边沟引入主沟的集中排水，对沟谷的冲刷有一定的影响。

“8·12”水箐沟泥石流容重约1.68 g/cm3，30年一遇泥石流洪峰流量为41.03 m3/s，一次泥石流过程总量为33 382.0 m3，泥石流冲出的固体物质总量为13 757.4 m3，为中型泥石流，整体冲击力为10.1 kPa。

5.2 发展趋势

通过对水箐沟泥石流的特征、成因和沟道内的松散固体物质状况分析，可以间接预测水箐沟泥石流的发展趋势：

(1)水箐沟形成区地形陡峻，沟床比降大，在强降雨的激发下，极易启动形成泥石流。

(2)主沟后缘两个崩滑堆积体前缘坍塌严重，后缘裂缝发育，在降雨的激发下，极易产生局部、甚至整体失稳，有可能堵塞沟道形成堰塞湖，进而形成溃决型泥石流。

(3)水箐沟沟域内物源储量丰富，据现场调查，流域松散物源储量共计3.64×106m3，可移动物质储量约3.785×105m3，且固体物源主要集中在形成与流通区，形成区沟道狭窄，岸坡陡峻，沟床侵蚀后易导致岸坡失稳。在强降雨的激发下，该沟还可能发生泥石流灾害。

综上分析，水箐沟沟床地形陡峻、松散物源丰富，在强降雨的激发下，发生泥石流的可能性很大，为了减轻泥石流对下游大丽公路、水库沟渠、甚至村民的人身财产安全的威胁，应及时采取防治工程进行沟道的治理，并加强监测预警。

[1] 陈泽硕，邓荣贵，宋志，等.四川石棉县“7·4”朱扎沟泥石流形成机制与堵河影响分析[J]. 中国地质灾害与防治学报，2016， 27(3)：42-46.

CHEN Zeshuo,DENG Ronggui, SONG Zhi, et al. Analysis of the formation mechanism and blockage of Zhuzha Gully debris flow disaster in Shimian of Sichuan on July 4th2013[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2016, 27(3):42-46.

[2] 谢洪，刘维民，赵晋恒，等. 四川省石棉2012年“7·14”唐家沟泥石流特征[J].地球科学与环境学报，2013，35(4)：90-97.

XIE Hong, LIU Weimin, ZHAO Jinheng, et al. Characteristics of Tangjiagou debris flow in Shimian of Sichuan in July 14, 2012[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2013,35(4):90-97.

[3] 马煜，余斌，吴雨夫，等. 四川都江堰龙池“8·13”八一沟大型泥石流灾害研究[J]. 四川大学学报(工程科学版)，2011，43(S1)：92-98.

MA Yu,YU Bin,WU Yufu,et al. Research on the disaster of debris flow of Bayi Gully,Longchi,Dujiangyan,Sichuan on August 13,2010[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition),2011,43(S1):92-98.

[4] 曾庆波，石豫川，程英建，等. 雅砻江上田镇沟泥石流特征及危险性研究[J]. 地质灾害与环境保护，2014，25(3):14-19.

ZENG Qingbo,SHI Yuchuan,CHENG Yingjian, et al. Characteristics and risk of mudslides in Shang tianzhen Valley In Sichuan[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation,2014,25(3):14-19.

[5] 胡彬，薛伟，马显光，等.云南省宁蒗县金子沟泥石流动力学特征与防治措施研究[J].工程地质学报，2015，23(S)：433-440.

HU Bin,XUE Wei,MA Xianguang,et al. Study on dynamic characteristic and control measures of Jinzigou debris flow in Yunnnan Province Ninglang County[J].Journal of Engineering Geology,2015,23(S):433-440.

[6] 云南省地质局第一区域地质测绘大队，鹤庆幅1:20万地质图和区域地质调查报告[R].昆明：云南省地质局，1966.

The First Regional Geological Surveying and Mapping Team of Geological Survey in Yunnan Province,1:200000 Heqing Geological map and report of regional geological survey[R].Kunming: Geological Survey in Yunnan Province, 1966.

[7] 中国电建集团昆明勘察设计研究院有限公司.云南省鹤庆县西邑镇水箐沟泥石流地质灾害应急调查报告[R].2016.

Power China Kunming Engineering Corporation Limited,Kunming,650051,China. Report on geological disaster emergency investigation of debris flow of Shuiqing Gully in Heqing, Yunnan Province[R].2016.

[8] 泥石流灾害防治工程勘察规范(DZ/T 0220—2006)[S]．北京：中国标准出版社，2006．

Specification of Geological Investigation for Debris Flow Stabilization (DZ/T 0220—2006)[S].Beijing: Standards Press of China,2006．

[9] 柏永岩，宋彦辉， 聂德新，等. 澜沧江结义坡沟泥石流灾害评价[J].中国地质灾害与防治学报，2008，19(3)：34-37.

BAI Yongyan , SONG Yanhui, NIE Dexin, et al. Geological hazard assessment of Jieyipo debris flow in Lancang River[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2008，19(3)：34-37.

FormationanalysisandcharacteristicestimationofthedebrisflowdisasterofShuiqinggully,Heqing,YunnanonAugust12，2016

YANG Wei，ZHANG Heng

(PowerChinaKunmingEngineeringCorporationLimited，Kunming,Yunnan650051，China)

Due to heavy rains and debris flow happened in Shuiqing gully of Heqing, Yunnan on August 12th,2016, which blocked Dali-road, buried check dam and damaged the reservoir ditches and economic crops. Based on field investigation and analysis,The characteristics and formation of debris flow occurred in Shuiqing Gully，Heqing，Yunnan ,were elaborated and dynamic parameters were calculated，which were the density of 1.68 g·cm-3,discharge of 41.03 m3.s-1，and The total volume of sediment in debris flows were estimated at 13 757.4 m3，the large boulder of debris flows have powerful impact force of 10.1 kPa. Research shows that it has maximum possibility of happening debris flow in continuous heavy rainfall, because of a large number of loose debris in the drainage basins and steep slope, which may bring harms to Dali-road and downstream residents.so, It is necessary to carry out measures to control and strengthen the monitoring and early warning timely.

debris flow； formation；characteristics； rainfall

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.04.05

P642. 23

A

1003-8035(2017)04-0027-07

2016-12-28;

2017-02-08

杨 伟(1986-),男，汉族,江西吉安人，硕士，工程师，研究方向为地质灾害与工程地质。E-mail：wendyyangwei@163.com