木里县项脚沟火后泥石流发育特征及应急处置对策

殷万清，曹希超，胡卸文，金涛，杨相斌，黄健

(1.凉山州地质环境监测站，西昌 615000；2.西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610031)

森林火灾是林区常见自然灾害，其不仅对生态环境质量和人类健康安全构成严重威胁，且火烧迹地在降雨条件下，极易发生泥石流灾害，这种与林火密切相关的泥石流通常被称为“火后泥石流”(post-fire debris flow)[1, 2]。火后泥石流不仅形成大范围的水土流失，而且对于火烧迹地下游乃至沟口的当地居民生命财产、生产资料及基础设施构成严重威胁和危害。相对于传统泥石流和震区泥石流，火后泥石流具有发生概率大幅提高、暴发所需降雨阈值明显降低等特点[3]。据统计全世界火烧迹地发生火后泥石流的比例大致在60%，其中美国发生概率为35%～40%，澳大利亚约81%[4-6]，据本研究团队统计，四川省近10 a的森林火烧迹地发生泥石流比例约70%。Prochaska et al. (2008)发现，同一地区，在相同的降雨情况下，火烧区域发生泥石流灾害，而非火烧区域则没有发生泥石流灾害[7]。

火后泥石流作为林火次生地质灾害，常常给当地居民带来严重的二次灾害[3]，面对严峻的防灾减灾形式，各级政府对包含泥石流在内的地质灾害应急防治工作进一步加强，相应的避险工作得到高度重视，紧急避险在近几年逐渐广泛运用于地质灾害的应急处置措施中[8, 9]。2020年3月28日，四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县项脚乡及其毗邻的白碉、乔瓦等乡镇发生森林火灾，其中项脚乡项脚沟流域的中、上部火灾导致植被遭受严重破坏。自6月9日山顶附近局地短时强降雨激发甲尔沟(东支)暴发火后泥石流灾害以来，项脚沟主沟及宋家沟、香樟湾沟、母猪洛沟、花岩沟、黄泥巴沟等多条支沟分别于6月12日、22日、23日、28日、29日、7月7日和7月19日相继发生不等规模火后泥石流，导致沟口居民建筑物被淤埋，造成重大财产损失。所幸当地针对地质灾害群测群防制度的贯彻落实及事发前临灾避险措施的有效实施，未造成人员伤亡。项脚乡项脚沟流域火后泥石流是此类特殊地质灾害成功避险的经典案例，通过分析此案例中避险成功的相关经验，可为类似地质灾害应急防治工作提供借鉴和参考。

1 研究区地质环境条件概况

项脚乡政府所在地位于四川省西南边缘，木里县城北东约77 °，距离县城平距约9.6 km，公路里程36 km。研究区(项脚沟流域)地处川西高原南段，大地构造位置位于松潘-甘孜地槽区的木里弧形构造小区南东部，与盐源-丽江拗陷毗邻，东经101°16′～101°26′，北纬27°9′～27°59′，属典型亚热带西南季风和高原气候，呈现出冷热两季交替、干湿两季分明，年温差小、日温差大、辐射强烈等特点，年平均气温13.0 ℃，年降雨量800～1 000 mm，5～10月为雨季，降雨过程多为短时强降雨、连阴雨、多夜雨，气候垂直分带明显。区内因白昼以及垂直高度不同气温变化较大，地表风蚀作用强烈，岩石风化十分严重。研究区地层以三叠系西康群及二叠系上统地层为主，岩性主要为变质砂岩、砂板岩、硅质板岩、大理岩及结晶灰岩夹层、碳质板岩、碳板岩、变质玄武岩，及少量千枚岩。地势北高南低，属高山深切峡谷地貌，项脚沟流域面积约71 km2，主沟长约14 km，海拔最高4 192.6 m、最低1 750 m(锦屏一级水电站库区最高淹没线1 880 m)，最大高差2 442.6 m。项脚沟中上游呈“树枝状”水系，下游呈“掌状”水系，自上而下发育有甲尔沟(东支)、甲尔沟(西支)、李子坪沟、宋家沟、香樟湾沟、母猪洛沟、花岩沟、瓦科沟、黄泥巴沟等10余条支沟(图1)，主要支沟特征见表1。

图1 木里县项脚乡项脚沟泥石流流域示意图

表1 木里县项脚沟流域主要特征参数及发灾状况

2 木里县项脚乡2020年“3.28”森林火灾特点

项脚沟流域内植被类型以云南松为主，2020年3月28日，凉山州木里县乔瓦镇与项脚乡交界处发生森林火灾，至4月3日火势得以控制，火场过火面积较大。火灾后火烧迹地植被遭受严重破坏，覆盖率明显降低。采用多光谱遥感数据中两个波段所构建的监测指数如dNBR(the delta Normalized Burn Ratio)可以准确检算森林火烧地区的过火面积、边界及火烧程度[10-12]。本文通过Envi软件对事发地火烧前后(分别是 2020年2月4日及2020年4月14日)多光谱卫星遥感图像(20 m 精度)进行解译，并结合现场调查情况判断火烧面积、边界及不同区域的火烧强烈程度。火烈度遥感解译后的图像通过软件处理，可统计出火烧迹地范围内不同火烈度区面积占比，以及每条沟道流域内高烈度火烧区(中度及重度火烈度区)的面积占比(表3)。

基于Person[13]等(2010)提出的不同强度火烧判别特征(表2)，对项脚沟流域内火烧迹地不同火烈度区域通过遥感图像解译并结合现场实地调查，根据火烧迹地植被被烧毁程度、灰烬层厚度等特征，将火烧迹地的林火烈度分为重度、中度、轻度与未火烧4个等级(图2)。

表2 项脚乡火烧迹地不同强度火烈度判别特征

表3 项脚沟森林火烧区不同火烈度面积占比数据统计

图2 项脚乡森林火烧区不同火烈度分区图

3 火后泥石流发育特征及致灾状况

3.1 2020年“6.9”火后泥石流发育特点

项脚乡甲尔沟(东支)泥石流沟口坐标东经101°21′43.81″，北纬27°56′48.09″，高程2 701 m，流域面积5.5 km2，主沟长4.2 km，沟源高程3 988 m，相对高差1 287 m，主沟纵坡比降306‰，岸坡坡度25°～35°，局部坡度可达45°，沟底平均宽度15 m，为常年流水冲沟，断面呈“U”字型。其物源分布如图3所示。

Q4el+dl.第四系坡残积层；Q4col+del.第四系崩滑堆积层;Q4sef.第四系泥石流堆积层;Txk.三叠系西康群组；BH01.崩滑物源及编号；GD01.沟道物源及编号；PM01.坡面物源及编号；1.崩滑物源；2.沟道物源；3.坡面物源；4.流域范围；5.泥石流沟道图3 甲尔沟泥石流工程地质平面图

受自然风化及近期火灾影响，流域内不良地质现象发育，主要为早期崩滑堆积物源、坡面侵蚀物源、历史泥石流沟道堆积物源及火灾形成的灰烬及土壤结构扰动层等物源。火烧区物源主要分布于沟域顶部。

由于沟域主沟纵坡比降达到306‰，因此其冲蚀和携带固体物质能力强，特别是暴雨条件下，沟底早期堆积的块碎石土、岸坡表面松散物质汇入沟道，形成极具破坏力的泥石流。

2020年6月9日下午，四川省木里县项脚乡甲尔沟上游区段突降暴雨，短时强降雨导致项脚乡甲尔沟(东支)沟道水位暴涨，暴发山洪，进而引发泥石流灾害。泥石流沿沟谷冲出，冲毁旱地约0.67 hm2，冲走饲养家禽约270只，100余人的饮水水源被毁，冲毁房屋2户5间(图4)，此次灾害造成房屋、耕地、桥涵不同程度受损，直接经济损失约200万元，间接经济损失约500万元，所幸未造成人员伤亡。除了上述威胁及损失外，甲尔沟泥石流还威胁沟道两旁及沟口附近共78户386人。

图4 项脚乡2020年“6.9”火后泥石流淤埋沟口附近民房

甲尔沟(东支)泥石流各区段分区不明显，流通区坡度较缓，下切作用较弱，下切深度<0.5 m，冲刷揭底不明显，有弯道超高现象，沟道凸岸可见明显淤积，以细颗粒泥砂夹石块为主，淤积物中夹杂大量烧毁树根树干，淤积层厚度一般0.1～0.2 m，最大厚度达0.7 m。泥石流冲出块石表面均有泥浆包裹痕迹，块石粒径一般为2～20 cm，最大粒径可达30 cm以上。根据泥石流灾害防治工程勘查规范(DZ/T0220-2018)(下文简称“规范”)，从泥石流发育程度量化评分及评判等级标准判定，甲尔沟(东支)泥石流易发性打分为119分，属高易发泥石流。

据调查访问，该沟上一次暴发泥石流时间为1998年，此后22 a内未发生过泥石流。火灾后，流域内植被破坏严重，坡面灰烬等松散固体物源增加，降雨作用下，地表径流增加，其裹挟泥砂能力显著增强，使坡面侵蚀、沟谷揭底及侧蚀作用加剧，形成泥石流固体物源的补充周期变短，泥石流发生频次明显增加。

果不其然，自2020年6月9日甲尔沟(东支)发生泥石流以来，随后的6月12日甲尔沟(东支)再次发生，6月22日宋家沟、花岩沟发生泥石流，6月23日宋家沟、香樟湾沟、母猪洛沟也同时发生泥石流，6月28日、29日香樟湾沟、母猪洛沟、花岩沟、黄泥巴沟、项脚沟主沟李子坪沟口至花岩沟口段群发泥石流，7月7日黄泥巴沟再次发生泥石流。泥石流的频发性和群发性特征非常明显，灾情一次次叠加，已经造成沟口22户房屋被掩埋或摧毁，约66.67 hm2农作物、经果林、食用菌基地被掩埋、冲毁，直接经济损失超2 600万元。所幸的是，在每一次灾害发生前，由于当地政府高度重视，都能够提前启动应急响应，提前转移危险区群众到安全区域避让，因此没有因灾导致人员伤亡，最大限度减少了泥石流灾害损失。

3.2 泥石流运动学特征

由于火后泥石流具有特殊性，且目前国内对其研究尚处于起步阶段，国外研究也主要体现在启动模式、成灾比例等方面，因此迄今为止尚未建立一套适用于火后泥石流特征参数的计算模型。但仅管如此，其特殊性主要体现在启动模式和堵溃效应方面，总体上与常规泥石流动力学特征具有相似性，因此可以参照常规泥石流特征参数计算模型对该区火后泥石流流速、流量、冲出规模等进行计算。

采用现场配浆法，得出项脚乡“6.9”火后泥石流容重平均值为1.98 t/m3，属于黏性泥石流。根据规范，流速计算可采用通用公式，基于甲尔沟沟床粗糙，凹凸不平，沟道中块碎石较多，部分区段沟床纵坡降较陡，沟床糙率系数取13，选取沟口断面计算流速，并实地测量沟口断面的泥位为1.3 m，断面面积为15.11 m2，采用形态调查法计算2020年“6.9”泥石流峰值流量，并根据泥石流历时和最大流量，计算一次泥石流过程总量及冲出固体物总量。计算结果见表4。根据现场调查，自甲尔沟(东支)沟口至项脚乡平坝区域约5 km长度的沟道中，均可见冲出物堆积，堆积厚度0.5～3.0 m，总计冲出物方量约1.8×104m3。对比冲出量的计算结果与现场调查结果可知，甲尔沟(东支)“6.9”泥石流一次冲出固体物质实际值略大于计算值。

表4 木里项脚乡甲尔沟(东支)泥石流运动特征参数

4 木里火后泥石流防治对策与体会

4.1 “6.9”火后泥石流临灾避险过程

2020年6月9日16时28分，阿牛窝子组组长(监测人员之一)发现远处山头乌云密布，意识到将有强降雨发生，当即在微信“阿牛窝子组工作群”中发出语音预警信息，并通知沟下方项脚坝子的居民迅速出屋撤离避让。紧跟着，多位监测人员、民兵、沿途群众密切关注，上下游联动。16时30分，沟上游的巡山员提示大家山顶附近已经开始下雨。上游甲尔沟组代理组长(监测人员之一)、民兵立即将山上即将下暴雨、可能发生泥石流的信息电话报告乡党委政府领导，并通知、组织周边群众紧急避让。乡党委政府在接到报告后第一时间赶赴沟道左侧的阿牛窝子集中安置点现场(花岩沟口以下约100 m)并立即启动应急预案，及时组织群众按先前演练的路线转移撤离，项脚乡民兵应急分队也及时到达现场。从上游第一条预警信息发出，到沟道沿途两岸6个村民小组的78户村民386人全部撤离到安全地带避让，在15 min之内完成。当火后泥石流“龙头”于17时10分左右通过人口最集聚的阿牛窝子集中安置点沟道时，所有村民已提前撤离到安全地带避让。

4.2 临灾避险的成功经验

综上所述，项脚乡项脚沟流域中上部中度及重度火烧区面积占比高、沟域内物源丰富，火后泥石流启动降雨阈值低，流速快、爆发迅猛且一次冲出规模较大。总结此次应急成功避险，各个环节、各个因素均发挥了重要作用。

(1) 省、州、县、乡高度重视，责任落实，工作到位。党委、政府多次安排部署地质灾害防治工作，尤其是火灾迹地次生地质灾害防治工作。2020年凉山境内多地发生森林火灾，尤其木里、西昌、喜德、盐源等地过火面积较大，次生隐患多，省地灾指挥部、州地灾指挥部均专门向地方政府发专函提醒，要求高度重视火后次生地质灾害隐患的全面排查和整治措施的落实。州自然资源局还专门派出地灾防治科和州地环站相关工作人员现场了解情况、指导工作，并在汛前组织当地相关人员开展了有关火后泥石流成灾特点及如何避险的知识培训，县委、县政府主要领导、分管领导经常深入火灾区域调研并现场研究解决问题，并设立现场指挥部靠前指挥。

(2) 隐患排查到位，措施落实有力。木里“3.28”森林火灾后，木里县政府、县自然资源局等部门在项脚、白碉、乔瓦等乡镇配合下，及时组织专业技术单位全面开展火后次生地质灾害隐患排查(共确认隐患点40个，其中新增29个)，项脚乡排查确认地质灾害隐患点12个，其中新增9个，逐一落实了隐患点的监测责任人和监测人员，并逐点组织避险演练。县、乡党委、政府依据排查结果和技术单位建议意见，采取了永久避让、临时避险、监测预警、清淤加固应急工程处置等综合性措施，严防死守，确保安全度汛，已经采取的综合防治措施发挥了积极作用。

(3) 群测群防体系健全，运转高效。针对项脚乡项脚沟流域面积大，沟道长，支沟多、群众居住分散等特点，县、乡采取统一布控、分段守候、信息共享的方式将群测群防体系建设与实际情况紧密结合，整条沟自上而下共安排有专职监测人员6名分别开展巡查和监测预警工作，每个村民小组均建有微信工作群，各村民小组之间可以随时实现信息互通、信息共享，在最短时间内将预警信息快速传递，最大限度缩短撤离避让时间。

(4) 村组干部、监测员履职尽责，彻底打通信息传递“最后一米”。州自然资源局接到灾情报告和成功避让初步信息后，立即派出专家工作团队深入现场核实，在6月10日的走访核查中，发现项脚乡党委政府、村组干部、监测人员都知道自己在地质灾害防治工作中的责任，由村干部、组干部、民兵、代理组长、退休文书组成的监测员团队，每一个人都对监测预警工作认真负责，都能基本正确熟练掌握巡查、监测、预警预报方法，能准确研判灾害发生前兆和趋势，做到灾情发生前，果断向每一个村民发出预警信号，组织受威胁群众撤离避让。

(5) 准备充分，临危不乱。县、乡政府组织认真摸排清楚危险区内的每一户、每一人情况，动员年老体弱和未成年人汛期内到县城及周边采取租房或投亲靠友方式避让，政府给予每人每月300元租房补助；县、乡政府在相对集中的安全地带建设了集中安置点，有必要的应急物资储备，搭建有帐篷85顶供撤离避险群众使用；乡政府建立了由30名青壮年组成的“项脚乡民兵应急分队”，全天候为安全度汛献力献策。

4.3 不足之处及建议

木里县项脚乡项脚沟流域多次多点火后泥石流虽然得以成功避险，但在地质灾害应急防治方面仍有不足之处。主要表现在：地质灾害预警预报、雨量监测设备覆盖不足。全流域火后泥石流应急监测基本根据群测群防员的经验与知识，山顶缺乏雨量监测设备，乡里缺乏预警报警设备，监测、预警、报警存在一定滞后性。群测群防目前仍是整个防灾减灾工作的重要组成部分，应针对地质灾害隐患点，安装专业监测预警报警设备，加强专业技术支撑，群专结合，缩短监测预警→报警→群众撤离时间，保障群众生命安全。

5 结论

(1) 木里县项脚乡2020年“3.28”森林大火过火面积大，火灾后火烧迹地植被遭受严重破坏，覆盖率明显降低。6月9日受短历时局地暴雨影响，发生火后泥石流灾害，冲出规模1.62×104m3，冲毁旱地约0.67 hm2，冲走饲养家禽约270只，100余人的饮水水源被毁，冲毁房屋2户5间。其后的短短一个月内，多条支沟及部分主沟段多点群发泥石流，造成重大财产损失，基础设施损毁严重，直接经济损失超过2 600万元，但未造成人员伤亡。

(2) 基于良好的群测群防体系，项脚沟流域火后泥石流成功避险得益于各级政府及相关部门的高度重视、前期隐患排查到位、群测群防体系健全高效及村组干部、监测人员、民兵等相关人员恪尽职守，及时发出预警信号，居民迅速、有序、安全撤离。

(3) 在基层地质灾害应急防治中，应针对地质灾害隐患点，加大技术投入，安装雨量等专业监测预警报警设备，加强专业技术支撑，最大程度保障居民生命财产安全。