吉林省四平村泥石流易发程度评价与防治设计

于成龙

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

1 引言

泥石流易发程度评价是泥石流灾害综合评价中的重要组成部分。本文在进行成因分析的基础上，采用数量化评分法和经验公式法，对吉林省四平村泥石流易发程度进行了综合分析评价，并在此基础上，进行了泥石流地质灾害防治工程设计。

评价区位于吉林省白山市江源区湾沟镇四平村。2010年7月30日20时至7月31日8时，四平村出现特大暴雨，形成泥石流地质灾害，造成10hm2的耕地绝收，近30hm2的耕地不同程度的减产；数千立方米泥石流淤积物堆积道路之上，阻碍交通；7间房屋遭到不同程度的冲击、损坏，受灾人数12人。因此，对四平村泥石流地质灾害的成因进行分析，对其易发程度进行评价，并提出针对性的防治工程设计有着重大的现实意义。

2 评价区地质环境条件

评价区属北温带大陆性季风气候，历年平均气温4.6℃、最高年份为5.5℃、最低年份为3.3℃。最大冻结深度1.5m，最大积雪厚度120mm。多年平均降雨量883.4mm、最大年降雨量1 376.0 mm、最大日降雨量150.4mm、最大小时降雨量50.4mm、最大10分钟降雨量19.7mm。

评价区及周围总体地势为北高南低，地貌按成因划分为构造剥蚀低山和河流侵蚀堆积阶地。低山位于区域北部，海拔730～1 072m，山坡坡度一般为15～40°，沟壑发育，地形切割深度较大，一般在20～50m；阶地位于区域南部，海拔多在700～730m，宽度250～400m，分布于汤河及其支流两侧。

3 泥石流成因分析

四平村泥石流地质灾害发育在四平村北部的三处沟谷内，分别为位于西部的W沟、中部的C沟和东部的E沟。总汇水区面积约0.67km2，三条泥石流沟均为北南流向，沟口及堆积区均位于四平村北部，流域地形见下页图。

流域地形图

3.1 地形地貌条件

W沟长约1 110m、C沟长约545m、E沟长约335m，汇水区内海拔最高值为1 072m，最低值为730m，相对高差342m，沟谷纵坡降约26.54%。上游坡度较陡，沟谷纵向顺直，大部分沟段的沟床及山坡基岩裸露，对泥石流加速作用较显著。沟谷上游坡陡，暴雨易于汇集；中段狭长，两侧山坡坡度较大；下游及沟口地势较为开阔、坡度平缓，具有较典型的形成区、流通区及堆积区特征。

3.2 固体物质条件

由于大量毁林开荒活动，在降水作用下，使得失去植被保护、水土保持能力下降的土壤被雨水侵蚀，造成水土流失。与此同时，裸露的岩石受到了长期风化剥蚀，地表水易于渗入，风化岩土体以坡面侵蚀方式为泥石流形成提供了大量的固体物质。在水流反复冲刷与侵蚀作用下，时有小规模崩塌、滑坡地质灾害发生，为泥石流不断提供新的物源。根据现场勘测资料，四平村泥石流沟谷松散堆积层平均厚度约为1.0m，通过计算，松散固体物源储量约为5.12×104m3。

3.3 水动力条件

评价区平均年降雨量883.4mm、最大年降雨量1 376.0mm、最大日降雨量150.4mm、最大小时降雨量50.4mm、最大10分钟降雨量19.7mm，为泥石流发生提供了必备的水动力条件。

4 泥石流易发程度评价

本文在实地勘测基础上，运用泥石流易发程度数量化评分法和经验公式法对四平村泥石流的易发程度进行综合分析评价。

4.1 数量化评分法

经过实地勘测，根据DZ/T0220－2006《泥石流地质灾害防治工程勘查规范》中泥石流沟易发程度数量化评分表，并结合现场情况对泥石流各影响因素进行逐一调查、判定打分[1-4]，打分结果详见表1。

由表1可知，三条泥石流沟数量化标准得分分别为99、92和87分，根据泥石流沟易发程度综合评分(表2)，均属中等易发泥石流沟。

表1 泥石流沟易发程度数量化评分

表2 泥石流沟易发程度综合评分

4.2 经验公式法

本文采用的经验公式指暴雨泥石流发生与否的综合判别式[5]。

暴雨泥石流发生与否的综合判别式为：

式中：Y——泥石流发生的综合判别指标；

R——降雨条件函数；

K——有前期降雨的修正系数，K≥1；

M——流域环境动态函数，单因素量化值详见表3；

H24——最大24小时或日降雨量(mm)；

H1——最大小时降雨量(mm)；

H1/6——最大10分钟降雨量(mm)；

H24(D)——可能发生泥石流的24小时或日降雨量界限值(mm)；

H1(D)——可能发生泥石流的1小时降雨量界限值(mm)；

H1/6(D)——可能发生泥石流的10分钟降雨量界限值(mm)；

Ki——易发因素动态统计权重；

Ni——易发因素数量化评分值。

当Y ＞35时，发生泥石流的机率约为85%；当Y＜25时，不发生泥石流的机率约为83%；当Y=25～35时，即介于泥石流可能发生与不发生之间，发生的机率约为64%。

表3 流域环境动态因素量化表

H24(D)、H1(D)、H1/6(D)按地区限雨量值分别取值为60、20、10；根据搜集的资料H24、H1、H1/6分别取150.4、50.4、19.7。

根据上述公式，分别计算三条泥石流沟的R和M值，代人(1)式，得出YW=70.11、YC=62.48、YE=58.21，其数值均＞35。计算结果表明，当降雨量H24、H1、H1/6值分别≥150.4、50.4、19.7时，三条泥石流沟发生泥石流的机率约为85%，再次发生泥石流的可能性均较大。

5 防治工程设计

5.1 防治措施与防治工程的选择

结合评价区地质环境条件以及当地的技术经济等各种条件，优先采用技术可靠、施工简便、资金投入少的防治方法，在消除地质灾害隐患的前提下，结合土地利用和环境恢复，对评价区进行防治。

本次泥石流地质灾害防治工程考虑在泥石流的形成区、流通区、堆积区内，分别采取相应的清淤、疏通、拦挡和排导的综合防治方案。

5.2 清淤工程

四平村泥石流沟内淤积大量淤泥、砂、碎石，为避免形成泥石流物源，确保谷坊工程、排导槽工程及挡土墙的施工安全与使用安全，设计首先进行淤积物清理工程，采取即挖即运的方式清除。

W沟长度为1 110m，宽度为1.8～13.5m，清淤量为1 167m3；C沟长度为545m，宽度为2.5～15.0m，清淤量为954m3；E沟长度为335m，宽度为2.5～5.0m，清淤量为469m3。总清淤量共计2 590m3。

5.3 谷坊工程

修筑埋石砼谷坊，对泥石流地质灾害进行主动拦挡。谷坊位置考虑选择在口狭肚阔、坝肩高度足够、上游沟段平缓、地基坚固的部位以及在支沟汇口和弯道的下游，跌坎的上游位置。基础深度考虑满足稳定性要求，两岸坡结合部开挖1m以上基槽，确保坝体与岸坡的结合。泄水孔角度≥5%。上下左右交错设置，成“品”字形分布。下游设置护坦及消力池防冲刷工程，消力池尾部设消力坎，使其产生水跃。

谷坊共修建18座，W沟5座，C沟7座，E沟6座，总长度246m，采用埋石混凝土结构浇筑，总砌筑量为5 120m3。

5.4 排导槽工程

W沟排导槽长度372m，宽3.5m，内宽2.7m，内高1.5m，厚0.4m，截面为倒梯形，截面积2.28m2，采用M10浆砌石砌筑，砌筑量848m3。

C沟与E沟自最下游第一座谷坊开始修筑排导槽，沿村路北侧汇至村东地势最低处，再排至路南河流内。村路边排导槽长度660m，宽1.5m，内宽1.1m，内高1m，厚0.2m，截面积0.6m2，采用M10浆砌石砌筑，砌筑量共396m3；排导槽与C沟、E沟内最下游谷坊消力池连接处增至与消力池同宽，连接长度共56m，平均内宽6m，内高1m，厚0.5m，平均截面积4.21m2，采用M10浆砌石砌筑，砌筑量共236m3。

排导槽每10m设置一道伸缩缝，缝宽20～30mm，伸缩缝用沥青麻絮或其他防水材料进行填充。

5.5 挡土墙工程

在W沟中游凹岸位置土体滑塌区域设立挡土墙，防止坡体进一步受到冲刷侵蚀。挡土墙布置长度70m，墙身顶宽1m，底宽2m，高3.5m，基础深2m，宽2.5m。均采用埋石混凝土砌筑。挡墙截面积为10.25m2，砌筑量共718m3。

墙后设置30cm碎石反滤层，墙身布置Φ10PVC排水管，水平间距1m，垂直间距0.5m，呈外10°倾斜，上下左右呈梅花型交错排列。基础底铺设20cm素混凝土垫层。挡土墙每隔10m设一道伸缩缝，缝宽20～30mm，缝内填塞沥青麻筋或沥青木板等材料。

6 结语

(1) 地形地貌条件是四平村泥石流发生的基础条件；暴雨条件是泥石流发生的激发条件；而近些年对四平村泥石流沟谷流域中树木进行大量砍伐、开荒耕地等破坏流域植被的人类工程活动则是泥石流发生的主要影响因素。

(2) 根据数量化评分法，四平村三条泥石流沟数量化标准得分分别为99、92和87分，均属中等易发泥石流沟；根据经验公式法计算结果，当降雨量H24、H1、H1/6值分别≥150.4、50.4、19.7时，三条泥石流沟发生泥石流的机率约为85%。两种方法计算结果都说明四平村三条泥石流沟再次发生泥石流的可能性较大。

(3) 根据易发程度评价结果，四平村三条泥石流沟发生泥石流的可能性较大，严重威胁当地居民生活，以及农田、公路、河流。所以对四平村泥石流进行治理十分必要而且刻不容缓。

(4) 通过采取针对性的泥石流地质灾害防治工程，将减少四平村泥石流地质灾害的发生频率，对恢复和改善当地的自然生态环境，改善周边居民生存环境，促进当地的社会稳定和经济发展，具有显著的、持续性的社会效益、经济效益和环境效益，是利国利民之举。