福建福州植物园2号泥石流形成特征与防治建议

林 翔

(福建省地质测绘院，福州，350011)

1 研究区概况

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡，并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流[1]。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点[2]。泥石流常常会冲毁公路、铁路等交通设施甚至村镇，造成巨大损失。2016年9月14～28日，受 “莫兰蒂”“鲇鱼”超强台风带来的强降雨影响，福州植物园区内白鹭溪、龙潭溪等溪流沟谷两侧山体以及福州至寿山公路园区段发生多处滑坡、崩塌地质灾害，堆积于冲沟内的滑坡崩塌体在强降雨的激发下引发5处泥石流灾害 (图1)(1)福建省现代工程勘察院，福州植物园滑坡、泥石流地质灾害勘查报告，2016。。其中2号泥石流规模较大，危害性大，起点位于寿山公路里程K4+350 m处，形成区至堆积区高差约250 m，流通区长度约700 m， 冲沟沟谷纵坡度为25°～30°，局部为40°。堆积区位于白鹭溪与龙潭系交汇处上游约100 m的白鹭溪河道，总堆积量约为12 000 m3，造成福州植物园河道淤积3段、龙潭溪等4条溪流河床严重淤积堵塞。植物园主干道中断约500 m，冲毁或受损桥梁11座，河道驳岸和边坡挡墙倒塌严重，冲毁拦水坝、蓄水池各1座， 1座防火瞭望塔倾斜，直接经济损失约8 173.9万元。影响下游原居民、花卉基地及游客行人的安全，间接经济损失近千万元。

图1 福州植物园2号泥石流航拍影像图Fig.1 Aerial image of No.2 debris flow in Fuzhou Botanical Garden

2 地质环境条件

2.1 气象水文

研究区属亚热带海洋性季风气候，年平均气温19.6℃，年平均降雨量为1 331.3 mm，降雨主要集中在每年4～10月份，雨量约占全年的80%。台风期风向多为东南风，其次为北风和西北风，据福州气象中心资料，2016年1月份至11月份，福州区域总降雨量为2 205.9 mm(为1954年以来最大)。其中9月14日～15日“莫兰蒂”台风期间连续中-大雨，过程降雨量为170～200 mm；9月27日～28日“鲇鱼”台风期间连续大-暴雨，过程降雨量为280～300 mm；9月29日晚至30日凌晨持续降雨量为80 mm。

2.2 地形(地貌)

2号泥石流位于白鹭溪东北侧300 m处，寿山公路里程K4+350 m附近。泥石流沟谷最高标高为371.9 m。最低标高为151.57 m，高差约220.33 m，沟谷呈“V” 型，走向北东30°，纵坡坡度为25°～45°，坡面植被发育，常年流水，汇水面积0.25 km2，属白鹭溪支流水系。白鹭溪河床宽为30～40 m，河床坡降为8°，河岸两侧均为自然岸坡，左岸坡度为50°～70°，局部直立，坡面见有块石崩落；右岸自然斜坡，坡度为45°～55°，植被发育，未见明显的水土流失、崩塌、泥石流现象。

2.3 地层岩性

场地内分布地层较为简单，主要为泥石流堆积物，局部为人工填土，山凹平缓地带分布少量冲洪积粉质黏土层，河沟间为卵砾石层、块漂石，坡面为残坡积层、碎石土层，下伏岩性为上侏罗统南园组凝灰岩及其风化层，其中砂土状与碎块状的风化层厚度为1～5 m。场地内未见有侵入岩出露。

2.4 地质构造

根据已有区域地质资料[3]，场地及其邻近区域内全新世以来未发现活动断裂构造带通过，场地构造稳定。据周边基岩出露区域发现3组基岩裂隙产状与频度分别为163°∠86°， 频度4～5条/ m ； 312°∠33°， 频度2条/ m ；85°∠86°，频度 4条/ m ，岩体节理裂隙发育。

2.5 水文地质特征

地下水主要为第四系孔隙水与基岩裂隙水2类。第四系孔隙水主要贮存于河床的块石层孔隙中，透水性好，雨季富水性好，水量大，主要接受大气降水补给，一般以渗流形式向下游排泄，其水位、水量动态随季节变化较明显,雨季变幅为2～3 m。基岩裂隙水贮存于凝灰岩风化裂隙和构造裂隙中，地下水位随地形变化，透水性和富水性与岩石裂隙发育程度、岩石破碎程度有关，裂隙发育、破碎岩层的透水性较好。接受第四系含水层向下补给与大气降水入渗补给，以泉水或渗流形式排泄下游地表溪沟中。水位埋深为8.6～17.7 m，高程为138.4～144.2 m。

3 2号泥石流基本特征

3.1 物源区基本特征

2号泥石流物源区顶部位于寿山公路里程K4+350～K4+450 m处，处于寿山公路大内弯的填方路基地段。该路段路基最大填方高度为25 m ，路基宽度为10 m，总填方量约为10 000 m3，填方物主要为沿线挖方路基形成的残坡积土与基岩弃渣。2016年9月15日凌晨，受强降雨影响该路段填方路基发生边坡崩塌，路基挡墙倒塌、排水涵洞毁坏，滑塌体长度约100 m，宽度约7 m，造成公路路基外侧悬空约25 m，崩塌体体积约7 500 m3(照片1)。崩塌体在重力作用下，堆积于下游的山体斜坡面及冲沟中，形成2号泥石流的物源区。

3.2 流通区基本特征

流通区为冲沟地形，形态呈近直线状，走向北东55°，纵坡坡度为25°～30°，局部超过40°，宽度为25～50 m，冲沟槽内堆积厚度为1～3 m，含粉质黏土的碎块石土，沟谷基底为弱风化凝灰岩(照片2)。

照片1 2号泥石流物源起点区Photo.1 Source starting area of No.2 debris flow

照片2 2号泥石流流通区Photo.2 Circulation area of No.2 debris flow

3.3 堆积区基本特征

2号泥石流堆积区位于沟谷与白鹭溪河道交汇处，堆积区呈锥形，主轴长为100 m、底宽约40 m，厚度4～10 m，平均厚度约8 m，面积1 500 m2，体积约12 000 m3。堆积物为碎块石、卵石及其他杂石(照片3)。

照片3 2号泥石流堆积区Photo.3 Accumulup area of No.2 debris flow

3.4 泥石流类型

福州植物园泥石流是台风强降雨作用后山陡坡发生浅表层滑坡及上方福州至寿山公路开挖弃渣及路基填方构成主要物源，顺沟冲泻并携带流通区谷底及两侧堆积物而形成。泥石流流体以碎块石混杂粉黏粒为主，含黏土、粉砂岩、砾石、碎块石等，表面具泥浆残留，模拟称重配样法估算泥石流重度为1.72 t/m3[4-5]。按水源成因分类属暴雨型泥石流，按物源成因分类属崩滑型泥石流，按集水区地貌特征分类属沟谷型泥石流，按物质组成分类属泥石型泥石流[6]。泥石流浆体黏性一般，有时呈整体运动，浆体较稀，与石块掺混运移，后期因物源减少，降雨形成地表水使浆体石块从浆体中析出，呈阵性流形式，按流体性质该泥石流为稀性泥石流；福州市植物园近50年以来，发生的第一次小型泥石流，属低频泥石流[6-7]；泥石流洪峰流量12.64 m3/s，小于50 m3/s，属小型泥石流。

依据“泥石流灾害防治工程勘查规范”[8]，按不同的分类标准划分研究区泥石流的类型(表1)。

表1 研究区泥石流类型

4 泥石流成因分析

(1)研究区的陡峻地形条件、寿山公路堆方路基滑塌形成的大量松散物与“莫兰蒂” “鲇鱼”超强台风带来持续的强降雨的耦合，导致了2号泥石流地质灾害。

(2)2号泥石流的形成过程及运动轨迹大致在寿山公路里程K4+350～K4+450 m，内弯道填方路基堆填约7 500 m3素填土，形成高约15 m的堆填区，构成埋藏型物源区。

(3)由于堆填区上游汇水面积较大，且原始地形陡峻，受台风带来的强降雨影响，该带填方路基基底残坡积的岩土层在强降雨作用下软化，重度增大，抗剪强度降低，外加地表大流量径流冲刷作用，造成填方区基底失稳下滑，挡土墙剪切破坏失稳，诱发填方路基滑塌体直接堆积于斜坡面与下游的冲沟内，形成次生泥石流物源区。

(4)超强台风带来强降雨，短时间内汇集的大量降雨所形成的水动力引发滑崩塌体，并形成土石水混合体产生沿沟谷下游流动初级泥石流；初级泥石流在流动过程中冲刷并携带冲沟内的长期冲洪积成因的砾卵石层与两岸的风化凝灰岩层，“滚雪球”式增加物源，扩大泥石流规模，最终堆积于沟口宽缓的白鹭溪河道内。

5 防治措施与成效

(1)2号泥石流位于低山丘陵沟谷地貌区，两侧沟谷基本呈“V”型，两侧山坡陡峻，纵坡比降大，遇到连续强降雨天气，汇水形成山洪，易发生滑坡崩塌等地质灾害。

(2)2号泥石流主要物源为山体潜在滑坡群下滑形成塌滑岩土体及福州至寿山公路填方路基的素填土，因山体斜坡高陡，在超强台风带来的持续的强降雨作用下产生滑塌-初级泥石流-泥石流地质灾害链。

(3)提高寿山公路防洪等级、强化寿山公路填方路基工程防护等级，控制埋藏式路基物源区控制泥石流源头的形成。

(4)针对泥石流性质、规模与形成、运动和成灾规律，建议采取“卸、排、拦、测”相结合的综合防治措施，进行全流域综合治理。对于堆积于白鹭溪河道内的泥石流堆积物，应予及时采取“卸、排、拦”措施治理，防止形成“堰塞湖”，诱发二次泥石流灾害。

(5)福州植物园应加强泥石流治理工程变形监测及有效管护。

福州植物园2号泥石流对下游景区影响最大，直接威胁植物园低洼地带居民、花卉基地及游客行人的生命与财产安全。泥石流灾害发生后，植物园采纳地质灾害防治工程勘查设计单位方案，采取了卸土、清渣、地表排导、设3道格栅坝拦渣排水等综合治理措施，治理效果良好。