绥宁县泥石流灾害形成机制与防治措施分析研究

李 跳

(湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南 长沙 410116)

0 前 言

绥宁县位于湘西南，地处雪峰山脉南端与南岭山系八十里大南山北西端的交接地带，为云贵高原东部边缘，武陵山脉西南支苗岭地区。绥宁县由南、北、东三面高山环抱，境内峰峦林立，沟谷深切；中部纵向隆起，将全县分成东、西2大部分。

县境属亚热带山地型季风湿润气候，立体气候和地形小气候十分明显，山区逆温效应明显。境内雨量充沛，北部金屋塘和宝顶山一带迎风坡，降水量最大，为多雨和特大暴雨易发地区；西南部东山乡一带背风坡，为全县少雨区。降水集中时段为3～7月，常出现洪水泛滥、山洪暴发等灾害性天气。

绥宁县地处新华夏系第三隆起带的东缘及新华夏系雪峰断褶带的南端，境内出露地层以震旦系、寒武系、奥陶系最广，主要分布于境内西部、南部和北部；次为泥盆系地层，分布于境内东部，为一套浅海相碎屑岩及碳酸盐岩。

境内岩浆岩较发育，主要为印支期酸性侵入岩，岩相为中深成相，产出状态为岩基。岩体内部发育花岗斑岩、石英斑岩、花岗细晶岩及辉绿岩等后期岩脉。侵入岩体主要分布于县境北部宝顶山区瓦屋塘、黄土矿和唐家坊等广大地区，如瓦屋塘花岗岩体和北部金屋塘镇的崇阳坪花岗岩体。境内地下水类型主要有基岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水、松散岩类孔隙水3大类。

县境地貌类型以山地为主，城乡居民建房、基础设施建设、水利水电建设、矿山开采等人类工程活动多需切坡，且随着地方经济的发展，各种人类工程活动日益频繁。如此种种，在为地方经济发展作出贡献的同时，也显著影响着地质环境，甚至严重破坏了地质环境。

全县已发生泥石流25处，其中灾情为特大型的4处、大型3处、中型9处、小型9处，造成人员伤亡，直接经济损失近2亿元。在绥宁县已发生的25处泥石流中，有23处仍有可能复发，为泥石流隐患点，其中险情为大型1处、中型13处、小型9处，隐患点威胁人口众多，威胁资产2.2亿元。

1 研究区泥石流灾害特征与形成条件

1.1 发生时间分布规律

泥石流与降雨关系十分密切，特别与暴雨周期具一致性。全县25处泥石流共发生33次泥石流灾害(部分多次复发)，有19次集中发生于2001年6月19日，占发生总次数的57.58%。泥石流的发生与绥宁县丰水年度高度一致，发生周期大致为3～5年。

从月份来看，集中发生于5～7月，尤以6月为最多，共28次，占泥石流发生总次数的84.85%，泥石流发生月份与绥宁县近32年(1981～2012年)月平均降雨量正相关(见图1)，与年内集中降雨月份及暴雨期基本一致。

图1 绥宁县泥石流发生月份与月均降雨量关系

1.2 空间分布规律

从行政区域来看，绥宁县已发生的25处泥石流主要分布于北部宝顶山附近的几个乡镇，共19处，占总数的76%。

从地貌分区来看，绥宁县已发生的25处泥石流主要分布在中山区，海拔在1000 m以上，共23处，占泥石流总数的92%，尤以北部宝顶山附近最为集中。

1.3 泥石流发育特征

(1) 泥石流形态特征。境内泥石流的平面形态多为长喇叭形，剖面形态多呈阶梯状。

(2) 泥石流地貌形态特征。绥宁县泥石流主要发生在中山陡坡地貌单元中，其形成区山势较为陡峻，坡度一般在30°～60°(见表1)，有利于堆积物和雨水汇集及流通。境内泥石流流通区坡降大，从源头到沟口纵向坡度一般为10°以上，流域为狭长条形，按泥石流分类均属沟谷型泥石流。

表1 绥宁县泥石流区山坡度统计

(3) 泥石流物质来源。绥宁县泥石流物源主要为自然堆积物，即多由岩石风化形成的第四系残坡积碎石土，其层厚1～20 m，结构较松散。特别是花岗岩分布区，由于花岗岩较易风化，全风化残积砂质粘土层厚度大，当遇暴雨冲刷时即成泥石流物质来源。宝顶山附近发生的十几处泥石流物质来源均为花岗岩全风化残积物。

(4) 泥石流发育与植被关系密切。绥宁县泥石流主要发生在上世纪末至本世纪初的林业砍伐高峰期，对植被破坏较严重，进而使山坡的稳定性被破坏，引发崩塌、滑坡等不良地质现象发育，因此当时泥石流发生频繁(见图2)。近十几年来，绥宁县开始注重植被恢复与保护，以往发生过泥石流的地方现已恢复植被。泥石流发生频率有减少的趋势。

图2 因树木砍伐严重引发山体滑坡形成物源

(5) 泥石流沟易发程度。根据泥石流沟易发程度统计分析，绥宁县泥石流沟易发程度以中、低易发为主，其中易发泥石流沟9处，占36.0%；低易发泥石流沟10处，占40.0%。

(6) 泥石流规模特征。按堆积物体积划分，绥宁县已发生的25处泥石流中，小型10处，中型10处，大型3处，巨型2处。

1.4 泥石流危害特征

泥石流常常具有暴发突然、来势凶猛、迅速之特点，并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的双重作用。泥石流所造成的灾害往往是毁灭性的，灾前防治和灾后恢复困难较大，有些被毁坏的农田甚至永久无法修复，破坏性极大。

绥宁县已发生泥石流灾害25处，仅占全县已发生地质灾害总数的8.4%，但其所造成的直接经济损失占全县因地质灾害造成损失的90%以上。

绥宁县泥石流的危害主要表现为冲毁房屋、农田、道路、桥梁等，也造成人员伤亡。如2001年6月19日，绥宁县连降暴雨15 h，其中宝顶山地区降水量高达313 mm，持续暴雨引发了绥宁县大范围的山洪灾害，同时发生了大量的山体滑坡和崩塌，崩滑体与洪水组成了大规模的泥石流，给当地居民造成了毁灭性的损失。据当时的调查统计资料，有12个乡、镇普遍受灾，受灾人口达21万。

1.5 泥石流形成条件

(1) 地形地貌条件。境内泥石流主要分布于中、低山区，上游形成区山高坡陡，坡度一般在30°～60°，三面环山，冲沟发育，呈树枝状分布，流城形状便于水流汇集和碎屑物质的集中；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，沟谷深切，多呈“V”字型，沟床纵坡降一般大于10%，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使堆积物有堆积场所。

(2) 气象条件(水源条件)。水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的激发条件和搬运介质(动力来源)，短时集中高强度降雨是泥石流形成的水源条件。根据绥宁县降雨短时阀值图分析(见图3)，境内泥石流分布集中的宝顶山附近降雨量达到60 mm就可能引发地质灾害。而根据绥宁县年均降雨分布图分析(见图4)，绥宁县年降水总体呈现北多南少的趋势，其中降水量最多的地区位于北部黄土矿乡附近，年均降水超过1300 mm；中部以北地区，年均降水量都在1200 mm以上。年均降雨量丰富地区与泥石流分布集中高度一致，境内泥石流发生与气象条件关系密切。

图3 绥宁县降雨短时阈值

图4 绥宁年平均降水分布

(3) 松散物质来源条件。根据统计，区内分布有易风化的花岗岩岩组13处，较易风化、结构破碎、裂隙发育的震旦系、奥陶系、志留系板岩岩组9处，泥盆系砂岩岩组1处，第四系松散土层2处。其中易风化的花岗岩岩组分布区泥石流往往多次复发，主要是因为区内花岗岩浅部节理裂隙发育，岩石易风化，全～强风化层厚度大，一般可达5～20 m，可为泥石流发生提供丰富的物质来源；区内浅变质砂岩、板岩地层尽管力学强度较高，但其节理裂隙发育，风化强烈，尤其是板岩，因而在该类岩体分布区表层残坡积松散土体发育，亦可为泥石流发生提供较丰富的物质来源。由此可以看出，易发泥石流的岩土体类型为结构破碎、易风化、裂隙发育的岩组以及第四系覆盖层较厚的松散物。

1.6 泥石流形成诱因

绥宁县已发生的泥石流主要发生在中山区，人类工程活动少，泥石流的诱发因素主要为自然因素。泥石流发生流域沟谷岩性主要为易风化的花岗岩与节理裂隙发育、岩体破碎的板岩，陡坡地段崩塌、滑坡等不良地质现象发育，当发生短时高强度降雨时即引发泥石流。

2 研究区泥石流易发程度分析预测

根据上述泥石流形成条件分析，绥宁县泥石流高易发区域为宝顶山区。按照易发条件相似性类比，北部金屋塘镇西部总顶界分布有崇阳坪花岗岩体，其形成时期、岩性等均与宝顶山区的瓦屋塘花岗岩体相同，具备形成泥石流的物源条件；地貌类型为中山，山顶海拔标高多在1000 m以上，地形陡峻，地形坡度一般大于25°，冲沟发育，流域纵坡降大，具备形成泥石流的有利地形条件；短时降雨量阀值60 mm以上，年均降雨量1200 mm以上，具备形成泥石流的气象条件。

因此，根据易发条件相似性类比预测，北部金屋塘镇西部总顶界附近区域具备泥石流形成的各种条件，虽然目前该区域尚未发生泥石流灾害，但当出现类似宝顶山区“6·19”特大暴雨时，就有可能发生泥石流灾害。

3 泥石流灾害防治措施

绥宁县各级政府部门对泥石流灾害的防治工作高度重视，已投入大量资金进行泥石流灾害的雨情监测与工程治理，也取得了一定成效。但因受到县级财政资金制约，今后绥宁县的泥石流灾害防治工作任务依然艰巨。

3.1 常用泥石流治理技术方法

(1) 谷坊及谷坊群。能拦砂节流；抬高局部沟段的侵蚀基准，护床固坡；减缓回淤段沟床纵坡，减小冲刷，抑制泥石流发育。

(2) 泥石流拦砂坝。修建在泥石流形成区中下游或流通区内的永久性工程，能拦蓄泥砂，调节下泄泥石流的流速，稳定沟岸及崩滑体。

(3) 泥石流格栅坝。格栅坝是用于稀性泥石流和水石流防治的一种工程结构。它能拦蓄泥石流中粗大颗粒，排走泥砂、细砾和流体中的自由水，使进入坝库的泥石流很快被疏干，达到水土分离。

(4) 泥石流排导槽。泥石流排导槽是由人工构筑的槽形建筑物，其作用是将泥石流顺利地排泄到指定的区域，使保护对象免受破坏。

(5) 护岸坝。保护沟岸，防止沟岸坍塌，以减少固体物质的来源。

(6) 停淤场。将运动着的泥石流引入预定地段，令其自然减速。

(7) 生物工程。包括恢复植被和合理耕牧。生物措施需要在泥石流沟的全流域实施，需通过一段时间后才可发挥明显作用。

除以上方法外，还有导流堤、导流坝、固床坝、护岸挡墙等。

3.2 常用泥石流工程治理方案

泥石流灾害的治理需要综合运用多种方法，才能达到根治目的。泥石流灾害防治工程也是一项基本建设工程，为保证工程的科学性、经济性和有效性，必须遵循防治工程方案的可行性论证、防治工程设计、防治工程施工等基本程序与步骤。在以坡面侵蚀及沟谷侵蚀为主的泥石流沟域，以生物工程为主，辅以治理工程措施；在以崩塌、滑坡重力侵蚀为主的区域，以治理工程为主，兼用生物工程；以坡面侵蚀和重力侵蚀兼有的泥石流沟域，则采用综合治理方案。

(1) 治水为主的方案(泥石流形成区治理)。利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水径流，改善水动力条件，使水土分离，稳定山坡。同时辅以生物工程，充分发挥其滞留降水、保持水土、调节径流，以及少量拦挡、排导工程以稳定部分土体。适宜于稀性泥石流的治理。

(2) 治土为主的方案(泥石流形成区治理)。利用拦墙、支护工程，拦蓄泥石流固体物质，稳定沟岸崩塌及滑坡，同时辅以排导、截水工程等。适用于土质类崩塌滑坡型泥石流沟的治理。

(3) 排导为主的方案(流通区、堆积区治理)。利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的流向，以减少损失。

(4) 综合治理方案。在具体实施泥石流防治时，宜采取坡面、沟道兼顾，上下游统筹的综合治理方案。一般在沟谷上游以治水为主，中游以治土为主，下游以排导为主。

4 绥宁县泥石流防治方案与防治措施建议

根据绥宁县泥石流灾害隐患点的特点与现状，宜采取坡面、沟道兼顾，上下游统筹的综合治理方案。即以生物工程为主，辅以治水、治土、防护、排导等工程治理措施，结合搬迁避让进行综合防治。在泥石流形成区(泥石流沟谷上游)采取生物工程为主、辅以治水工程的防治措施；在泥石流沟谷中游利用拦墙、支护工程为主的治土防治措施，拦蓄泥石流固体物质，稳定沟岸崩塌及滑坡，同时辅以排导、截水工程等；在泥石流沟谷下游利用排洪道、渡槽等排导工程为主的防治措施，排泄泥石流，控制泥石流的流向，以减少损失。

(1) 生物工程措施。结合绥宁县地质灾害防治规划，对集中分布于北部宝顶山区的19处泥石流区域，可以通过实施生态环境综合治理规划，加快恢复森林草地生态系统功能，提高其抗击地质灾害和低温雨雪灾害能力，发挥森林草地固土护坡、涵养水源、调节泾流的作用。同时针对泥石流集中分布的宝顶山区进行小流域重点治理：采取坡改梯、种草、封山育林、禁伐、修建小型水利水保工程等措施，治理泥石流易发区水土流失问题。

(2) 格栅坝。绥宁县泥石流主要以稀水石流为主，且主要分布在宝顶山花岗岩区，泥石流发生时常夹带大量巨型漂石，因此可以在泥石流沟上游修建格栅坝，拦挡漂石，减少泥石流对下游的危害。

(3) 排导、护岸工程。绥宁县泥石流主要发生在小流域，溪沟发育，排导工程可采取疏浚溪沟、截弯取直引导泥石流流向，防止因流通渠道不畅而溢出溪沟冲毁农田、房屋等。同时对岸坡采取石笼或浆砌块石护岸，防止岸坡坍塌。

(4) 搬迁避让。搬迁避让工程适用于治理难度大、人口密度小、破坏性大的隐患点。