黑水县俄瓜热十多沟泥石流运动特征及堵溃分析

熊平华， 韩丽丽， 张 继， 杨 军(.四川省地质工程勘察院集团有限公司， 四川 成都 6007； .成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都 6006)

0 引 言

堵溃泥石流由于成灾快和规模大等特征，其造成的灾害损失比一般的暴雨型泥石流要严重得多[1-2].科研人员针对堵溃型泥石流的形成过程及机理等方面做了大量的研究，取得了一系列成果[3-5].但目前针对震后堵溃型泥石流运动特征研究的报道相对较少，对此，本研究以黑水县俄瓜热十多沟为例，通过野外调查、访问及实验测量等方法，分析了震后堵溃堵溃泥石流的形成过程、流量计算及防治措施，拟为该区域堵溃泥石流的相关研究及治理提供一定的参考依据.

1 工程地质概况

1.1 研究区泥石流概况

黑水县从2012年5月初进入暴雨季节以来，连续多日强降雨，特别是6月20至7月10日，连续降雨量达120.1 mm，是往年同期平均降雨量的1.196倍.7月9日下午2～4点，在热十多沟上游源头汇水面积约20 km2范围，突降暴雨，从7月9日下午5点半开始，该沟沟内上游岸坡物源发生堵塞并溃决，大量松散物源被揭底冲刷，沟岸被淘蚀，从而形成较大规模的泥石流.在沟口黑水河内泥石流堆积宽度约40～50 m，沿黑水河分布长度约420 m，堆积平均厚度约2.66 m，泥石流一次冲出固体物质方量约10.28×104m3.此次泥石流堵塞黑水河，形成堰塞湖，淹没上游部分安置区房屋，冲毁对岸及下游部分房屋，造成省道S302线公路及两侧民房不同程度被淹等重大财产损失.

1.2 研究区工程地质概况

作为分析对象的黑水县俄瓜热十多沟地貌属构造剥蚀侵蚀高中山区.该区地形切割剧烈，山势陡峻，多为陡坡，河(沟)谷狭窄呈“V"型，谷宽一般10～50 m，纵坡降陡，谷坡坡度一般25°～55°，局部达75°～85°甚至直立.沟岸斜坡中下部、局部见崩塌、滑坡分布，沟床松散堆积丰富.泥石流平面形态呈“心"型，流域面积为29.10 km2，主沟长为8.299 km.沟域最高点高程为4 170 m，沟口最低点高程为1 994 m，相对高差为2 176 m，全沟域平均纵坡降约262.2‰.该区最大年降雨量为790.1 mm(1992年)，最大日降雨量为55.9 mm(1982年8月12日)，最大60 min降雨量为22.3 mm，最大10 min降雨量为18.1 mm.

整个流域由2条主要的沟道构成，主沟热十多沟和支沟俄瓜沟，2012年7月9日泥石流主要为主沟爆发， 支沟并未爆发泥石流(见图1).区内出露的地层主要为中生界三叠系上统侏倭组(T3zh)粉砂质板岩、三叠系上统杂谷脑组(T2-3z)变质砂岩及新生界第四系松散堆积.

图1 俄瓜热十多沟泥石流影像图

2 泥石流运动参数及计算分析

2.1 容 重

本研究的泥石流容重计算采取实验与调查访问相结合的方法确定，其计算公式为，

(1)

式中，γc为泥石流流体密度，t/m3；Gc为样品的总质量，t；V为样品的总体积，m3.

由式(1)可计算出，主沟热十多沟泥石流容重为1.9 t/m3，支沟俄瓜沟泥石流容重为1.8 t/m3，汇合后容重为1.86 t/m3.

2.2 流 速

本研究的泥石流流速采用《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T 0220-2006)附录I中所推荐公式进行计算，计算式为，

(2)

式中，VC为泥石流断面平均流速，m/s；nC为泥石流沟床粗糙率，查水文手册取得；RC为计算断面水力半径，可用平均泥深代替，m；IC为泥石流水力坡降，可用沟床坡降代替.计算结果详见表1.

2.3 流 量

2.3.1 形态调查法.

根据泥石流爆发时沟道两岸留下的泥痕可确定该次泥石流的最高泥位，并通过调查访问确定泥石流过后断面变化情况.据此计算出俄瓜热十多沟“7·9”泥石流爆发时的泥石流流量.计算结果见表1.

表1 泥石流流速及流量计算结果统计表

2.3.2 雨洪法.

对于暴雨泥石流，可采用配方法计算出泥石流的峰值流量，其计算公式为，

QC=(1+ΦC)QBDu

(3)

式中，QC为泥石流洪峰流量，m3/s；QB为清水洪峰流量，m3/s；ΦC为泥沙修正系数，Du为堵塞系数.

考虑泥石流各沟段堵塞系数，得出各频率下泥石流洪峰流量.计算结果见表2.

表2 泥石流流量统计表

2.3.3 流量差异分析.

泥石流流量的统计结果如图2所示.通过对形态调查法与雨洪法两种方法得出流量的对比可以发现：堵溃之前(启动前剖面22-22')形态调查法流量低于雨洪法10年一遇泥石流流量；堵溃之后泥石流流量急剧增加，下游爆发规模与50年一遇相当，与现场调查及访问的情况基本吻合.

2.4 一次总量与固体物质总量

图2 泥石流流量统计图

本研究的一次泥石流总量Q计算方法根据泥石流历时T(s)和最大流量Qc(m3/s)，按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，并按下式进行计算.

Q=KTQC

(4)

式中，T为泥石流历时,s；QC为泥石流的洪峰流量,m3/s；K=0.264.

由此，一次泥石流冲出的固体物质总量QH(m3)按下式计算，

QH=Q(γC-γW)/(γH-γW)

(5)

式中，γc为泥石流容重，t/m3；γw为清水容重，t/m3；γH为固体物质实体容重，kN/m3(25.5 kN/m3).

据现场调查访问，本次泥石流爆发整个过程历时约50 min，据此可计算得各断面不同概率条件下泥石流的一次冲出量，同时，根据以上两式可分别计算出不同设计频率的一次泥石流总量及固体物质总量.计算结果如表3所示.

表3 泥石流一次总量(统计表)

3 泥石流堵溃分析

黑水县俄瓜热十多沟泥石流为暴雨沟谷型泥石流.根据现场调查及计算分析，本研究认为，其形成原因是由于热十多沟上游断面22-22’处发育H11崩滑堆积体堆积于沟道内，堵塞河道，在暴雨作用下，沟域迅速集水，并在热十多沟3 070～3 110 m高程段汇聚成深约1.2～5 m，长约200 m的堰塞湖，在高程3 070处(H11处)堰塞坝高5 m，坝内物源丰富，且地形开阔，汇水库容大，发育跌水4级，最高5.5 m，堰塞坝内跌坎上下沟床较为平缓，堰塞湖最终溃坝，泥石流在流通过程中冲刷揭底、侵蚀沟床松散堆积及侧蚀沟岸岸坡松散堆积，其规模迅速扩大从而形成“7.9"泥石流.

4 治理措施

由于俄瓜热十多沟沟口黑水河携带能力有限，且沟内H11滑坡点地处沟内深处，无法直接进行工程施工，而治理思路则需将大量物源拦蓄于沟内.对此，本研究认为应采用以拦为主，辅以排导及拦排结合的治理方案.具体措施为，设置5座拦砂坝+1座谷坊坝+2段防护堤，即：在热十多沟形成区修建3座拦砂坝进行拦蓄、固床、回淤压脚；在俄瓜沟修建1座谷坊坝进行拦蓄、固床、回淤压脚；在两沟交汇后流通区修建2座拦砂坝进行拦蓄、固床；沟口堆积区黑水河两岸修建2段防护堤.

该防治工程竣工后已通过多次泥石流灾害检验，对沟口居民未造成危害，亦未造成黑水河堵塞，工程整体运行效果良好.

5 结 论

黑水县俄瓜热十多沟历史上未发生过大型泥石流，“5·12"汶川地震后，流域内松散固体物质丰富，尤其沟道两岸滑坡体较多，区域降雨充沛，纵坡较陡，再次发生堵溃性泥石流的可能性大，甚至可能发生百年一遇特大型泥石流.通过对该沟泥石流运动特征计算，泥石流爆发在堵溃之前流量低于10年一遇泥石流流量，堵溃之后泥石流流量急剧增加，规模与50年一遇相当，具有迅速扩大效应.同时，根据现场条件及泥石流运动特征，提出了“以拦为主，辅以排导，拦排结合”的治理思路，工程达到了预期治理效果.