乐山市张村沟泥石流工程地质特征及成因机制分析

严映峰　何朝阳　解明礼　崔巍　王恺毅　靳帅

摘要：泥石流具有形成过程复杂、暴发性强、破坏力大等特点，查明单沟泥石流工程地质特征，分析其灾害现状，并预测其潜在发展趋势，对泥石流防治具有重要意义。以大渡河东岸乐山市金河口区张村沟泥石流为例，通过对泥石流的地形地貌条件、沟道条件、岩土体条件、物源条件、水源条件、冲淤特征及堆积物特征调查，對地貌、物源特征、堆积区特征等因素进行了详细分析，并结合历史遥感影像资料综合分析了张村沟泥石流的成因机制，预测了其发展趋势。结果表明：① 张村沟泥石流沟谷两岸斜坡陡峻，沟道沟床纵比降较大，汇水区面积大，降雨集中，且沟道内常年有流水，为泥石流形成提供了地形与水源条件。② 沟域中下游地段两岸斜坡稳定性较差，多发育不稳定斜坡、滑坡等不良地质现象，为泥石流物源主要供给段。③ 张村沟泥石流沟目前还是一条“年轻”的泥石流沟，仍处于形成阶段，受该区地形地貌及地质环境条件控制，未来在强降雨及暴雨作用下可能会再次暴发更强的泥石流。研究成果可为类似泥石流防治提供一定参考。

关键词：泥石流; 工程地质特征; 成因机制; 乐山市; 大渡河

中图法分类号： P642.2

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.10.023

0引 言

泥石流具有形成过程复杂、暴发性强、破坏力大等特点，是包含大量泥、沙和石块等介于滑坡和水流的气液固三相的流体，呈稀性紊流和黏性层流等运动状态，是常见的山区地质灾害[1-3]。关于泥石流的研究，主要集中于以下几个方面：① 泥石流活动特征，主要通过分析地震前后一定区域范围内泥石流沟谷数量的变化，及原有泥石流沟内物源物质的变化[4-7]。② 泥石流气象预警，通过统计一定区域内泥石流地质灾害暴发时前期有效降雨量，运用统计模型分析出指定区域内泥石流暴发的临界雨量[8-11]。③ 泥石流运动模拟，采用数值模拟、物理模拟等技术模拟不同雨强条件下，泥石流暴发后运动特征及堆积范围[12-14]。④ 泥石流风险评价，综合考虑泥石流易发性、潜在威胁范围及威胁对象等信息，评判区域或单沟泥石流的风险性[15-18]。查明单沟泥石流工程地质特征，分析其灾害现状，并预测其潜在发展趋势，对泥石流防治具有重要意义。本文以大渡河东岸乐山市金河口区张村沟泥石流为例，对研究区地形地貌、物源特征、堆积区特征等因素进行详细分析，结合历史遥感影像宏观物源变化，综合分析张村沟泥石流的成因机制，并预测其发展趋势。研究结果可为类似泥石流防治提供一定参考。

1张村沟泥石流概况

张村沟泥石流位于四川省乐山市金口河区张家沟（东经103°05′28.33″，北纬29°14′32.92″），位于大渡河东岸水井湾处。研究区属四川盆地亚热带湿润气候区，多年平均年降水量在1 000 mm 左右，降水主要集中在5～10月，其中又以6～9月最多。区内山势巍峨、河谷深切，山峰海拔高程一般在3 000～4 000 m，且由西向东渐次降低。基岩在冲沟上游段集中出露，地层岩性主要为前震旦系峨边群（Pteb）、茨竹坪组（Pt2c）浅变质砂板岩，岩体中原生层理节理、构造裂隙尤其是次生卸荷裂隙较为发育。沟口与大渡河交汇处可见明显扇形坡积裙。张村沟泥石流沟主沟方向为270°，长度约为4 km，汇水区面积约3 km2，其后缘高程为2 210 m，而泥石流的沟口处高程约为600 m，泥石流流域较广，汇水面积大，崩滑物源充足，对下游居民、交通及工厂威胁严重。沟口南北两侧与和平彝族乡政府、乐山市金口区人民医院临近，建筑物密集，人口众多。若发生泥石流灾害，将对沟口下方的居民带来生命威胁，会对建筑群造成破坏、阻塞道路交通，对下方车辆行人带来危害，将造成较大的生命财产损失。

2019年8月2～4日，乐山市金口河区遭遇50 a一遇强降雨，河道水位陡增。此后两日持续降雨，2019年8月6日，张村沟突发泥石流地质灾害，因张村沟排导槽涵洞较小被泥石流堵塞，泥石流无法顺利排走，淤积蔓延后冲毁某工厂营地围墙进入营地内部，导致设施设备受损，如图1所示。

2张村沟泥石流特征分析

2.1泥石流主沟基本特征

张村沟泥石流是一条典型的高山沟谷型泥石流，长超约4.1 km，沟谷宽约700 m，沟域面积约4 km2。沟口海拔599 m，顶部2 210 m，相对高差1 611 m，主沟自东向西延伸，平均纵坡降为368.42‰。沟内长年流水，非汛期流量较小，其流量随季节变化较大，年径流量约为600万m3，主要集中在汛期，5～10月约占全年径流的79.90%，特别是6～9月，其径流量占全年的61.80%，枯水期为11月至翌年4月，其径流量仅占年径流的20.10%，最枯期为1～3月占年径流的7.34%。枯水期流量为0.5 L/s，预计最大洪流量约为25.6 m3/s（按最大日降雨量157.2 mm估算）。在雨季遭遇强降雨时易暴发山洪水，河水陡涨，流量猛增;两岸分水岭脊线高程在1 000～1 600 m之间，沟谷切深达500 m左右。沟谷两岸地形坡度下游段较缓，自然坡度一般为18°～30°，上游段较陡，自然坡度一般为40°～60°，岸坡缓坡地带多为覆盖层，且分布有集中居民点和耕地。按张村沟沟域特征，可将沟谷分为清水区、形成区、流通区和堆积区4个部分（见图2～3）。

2.2物源区特征

张村沟泥石流的物源主要有3类：崩滑物源、沟道物源、坡面侵蚀物源等。

崩滑物源主要集中于沟谷中下部，现场查明张村沟流域内的崩滑体分布约14处，在暴雨情况下，通过滑坡滑移、洪水或者泥石流裹挟、沟岸侧蚀、坡面侵蚀等方式进入沟道，形成泥石流物源。由于张村沟处于深切河谷地段，地形坡度较大，因此沟岸多为陡坡，易形成崩塌及滑坡，长期积累便为泥石流运动提供直接的物源。由于人为开挖修筑公路，导致坡体发生严重崩滑，大量岩土体沿坡表一直滑动、滚落至沟底。类似的局部小型崩滑体在两侧的岸坡多达十余处，为泥石流提供了充足的物源条件（见图4）。

沟道两侧发育有大量潜在崩滑地质灾害体，在崩滑地质灾害体后缘存在有大量张拉裂缝，张拉裂缝逐渐贯通将会形成大规模崩滑地质灾害，多为浅表层碎裂松动岩体，一旦失稳将会为泥石流提供大量物源（见表1）。

张村沟沟道堆积物源主要形成于流通区中下游地段，分布较为集中，为松散固体物质在沟道常年流水作用下下切侵蚀并搬运至平缓沟段堆积而成。常年受地表流水径流作用，沟床及沟道两侧洪积物遭受流水侧蚀形成深“V”型峡谷，坡脚被严重侵蚀，在下游形成宽阔的流通通道。当发生强降雨时，强大的水动力条件带走这些固体物质进而形成泥石流，是泥石流的主要物源补给区。物质组成为碎块石夹粉质黏土，碎块石含量约占40%～60%，一般粒径15～40 cm，最大可达3.0 m，棱角至次棱角状，弱胶结（见图5）。

张村沟形成流通区两侧斜坡坡度一般在 30°～50°，部分坡体有 60°以上，表层多为崩坡积碎块石土（见图6），岩土体结构松散，厚度在 1～10 m 之间，物质组成为碎块石夹粉质黏土，碎块石含量约占75%～85%，一般粒径8～16 cm，最大可达1.0 m。部分较陡地带基岩出露。岩体结构裂隙发育，表层风化强烈。表层崩坡积碎块石土与破碎岩体在雨水的侵蚀、冲刷下，向沟内汇集，并参与泥石流活动，坡面冲沟、滑塌较发育。

2.3堆积区特征

张村沟泥石流沟道下游的地势相对平缓，形成“U”型峡谷地貌，泥土岩块散落堆积在沟谷中。位于沟口下方有一处排导渠，起到一定的导流作用（见图7）。据当地居民描述，2019年8月6日晚，突发泥石流，将排水沟渠堵塞，泥石流漫灌至附近居民家及枕头坝水电站营地厂区内。该排水沟渠的疏导能力有限，大方量泥石流涌入，仅凭疏导沟渠难以达到防治目的。

3张村沟泥石流成因机制分析

3.1地形条件

张村沟泥石流的地形地貌特征主要表现为沟谷总体较为狭窄、两岸斜坡陡峻;沟道沟床纵比降较大。两岸斜坡陡峻且形成流通区植被覆盖较差，便于水流汇集。沟域中下游地段两岸斜坡稳定性较差，多发育不稳定斜坡、滑坡等不良地质现象，为泥石流物源主要供给段;下游宽缓地段主要为泥石流停淤堆积地段。沟床纵比降较大的沟段主要表现为泥石流的势能向动能转变，加剧了泥石流的冲刷下切能力，并带走大量沟道物源，加大泥石流的规模。

3.2物源条件

崩滑物源主要分布在沟谷中下游地段，由于沟道两侧斜坡坡度较大，松散物质覆盖层较厚，岩土体稳定性较低，再加上人工修筑道路對坡体的开挖导致的多处崩滑现象使得泥石流有良好的物源条件。在暴雨工况下，岩土体均处于饱水状况，岩土体强度降低，极易发生不稳定斜坡的二次塌滑，岩土体滑入沟道中堆积堵塞沟道，为泥石流的发生、发展提供物质基础。该区段分布面积较广，固体物质储量较大，是张村沟形成泥石流的主要物源之一。

沟道物源主要表现在张村沟沟床沿线分布的松散岩土体，该部分土体主要存在于沟床之上，局部跌水段流水冲刷能力较强，物源分布较少，而沟床平缓地段土层分布较厚。据现场调查沟床底部松散固体物质储量较大（约1 000 m3），是张村沟形成泥石流的主要物源之一。

坡面侵蚀物源主要分布在形成流通区上、下游，以斜坡表层覆盖土为主，在此段斜坡较为平缓地段均为农耕活动，斜坡表面种植农作物等导致斜坡土体松散，在强降雨天气下松散物质强度降低，伴随雨水的冲刷流入沟道形成固体物源。流通区植被覆盖率较高，沟谷中央植被覆盖率较低，表层土体水土流失较为严重，在坡面形成小冲沟，松散固体物质流入沟道中，为张村沟泥石流提供丰富的固体物源。

3.3水源条件

沟内长年流水，平时流量较小，如图8（a）所示，其流量随季节变化较大，在雨季遭遇强降雨时易暴发山洪，河水陡涨，流量猛增，如图8（b）所示。张村沟临近雨量站（距离约5 km）数据显示，在泥石流发生的前期存在强降雨，累计降雨量达176 mm，为泥石流暴发提供了水源条件（见图9）。

3.4成因机制综合分析

张村沟泥石流是一条典型的高山沟谷型泥石流，冲沟上游天然状态下沟底有少量崩坡积物分布，物质组成主要为大块石、块石、碎石夹黏土等，粒径混杂，结构较松散，多见架空现象，为两岸岸坡崩塌堆积物。根据2018～2019年Sentinel-2影像（见图10）综合分析，该区域2019年开展了大量工程建设活动，例如山地区域开发山茶种植活动，修建大量便道，便道的弃渣均丢弃在沟道中;中下游部位，自2019年开始修建一条村道，开挖活动不仅产生大量碎石，更造成了大量局部垮塌现象，沟道两岸边坡稳定性较差，为2019年8月份泥石流暴发提供了物源条件。对比2019年的4月5日、4月25日、6月4日影像，泥石流沟中下部修建村道处，滑塌迹象越发严重，沟道中可明显见到物源增多。2019年8月2～4日，乐山市金口河遭遇50 a一遇强降雨，河道水位陡增，此后2 d持续降雨，小时最大降雨量达30 mm。张村沟泥石流沟源和两侧岸坡的松散物源体在暴雨作用下，大量汇集于沟道，汇流过程中将坡面松散物质及坡面的各类松散堆积物源携带入沟道，并顺沟而下，通过沟道揭底冲刷卷动沟道内残留的松散堆积物源，并将两侧沟岸松散固体物质带走，以滚雪球的方式向下游运动，从而暴发泥石流灾害。

3.5张村沟泥石流发展趋势预测

2020年10月，再次对该泥石流进行现场复核发现，泥石流中下游的村道已经修建完成，但沟道两处岸坡仍存在大量局部滑塌现象，沟道中存在大量堆积物（见图11）。该泥石流物源区岩体破碎，且山体土层松散，受极端天气影响，易成为泥石流形成区丰富物源。现场调查表明，张村沟泥石流沟目前还是一条“年轻”的泥石流沟，仍处于形成阶段，未来在强降雨及暴雨作用下，受该区地形地貌及地质环境条件控制，可能会再次暴发更强的泥石流。

4结 论

本文通过分析乐山市金河口区张村沟泥石流地貌、物源特征、堆积区特征等因素，结合历史遥感影像特征，综合分析张村沟泥石流的成因机制，并对其进行发展趋势预测，得出以下结论。

（1） 张村沟泥石流沟谷两岸斜坡陡峻，沟道沟床纵比降较大，汇水区面积大，降雨集中，且沟道内常年有流水，为泥石流形成提供了地形与水源条件。

（2） 沟域中下游地段两岸斜坡稳定性较差，多发育不稳定斜坡、滑坡等不良地质现象，为泥石流物源主要供给段。

（3） 下游宽缓地段主要为泥石流停淤堆积地段。沟床纵比降较大的沟段主要表现为泥石流的势能向动能转变，加剧了泥石流的冲刷下切能力，并带走大量沟道物源，加大泥石流的规模。

（4） 张村沟泥石流沟目前还是一条“年轻”的泥石流沟，仍处于形成阶段，未来在强降雨及暴雨作用下，受该区地形地貌及地质环境条件控制，可能会再次暴发更强的泥石流。

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（编辑：刘 媛）

Abstract：Debris flow has the characteristics of complicated formation process，strong outbreak and great destructive power.Finding out the engineering geological characteristics of the debris flow，analyzing its disaster status and predicting its potential development trend are of great significance to the prevention and control of debris flows.Taking the debris flow in Zhangcungou，Jinhekou District，Leshan City，on the east bank of the Dadu River as an example，the terrain and geomorphic conditions，channel conditions，rock and soil conditions，material sources conditions，water source conditions，erosion and deposition characteristics and deposit characteristics of the debris flow were investigated.The geomorphology，material sources characteristics，accumulation area characteristics and other factors were analyzed in detail.Combining with historical remote sensing image data，the cause mechanism of the debris flow in Zhangcungou was comprehensively analyzed，and its development trend was predicted.The results show that：① The steep slope banks of the valley，the large longitudinal gradient of the channel bed，the large catchment area，the concentrated rainfall，and flowing water in the channel all the year around provide topography and water source conditions for the formation of the debris flow.② The slopes on both sides of the middle and lower reaches of the ditch are of poor stability，and there are often unstable slopes，landslides and other unfavorable geological phenomena，which are the main supply sections of debris flow sources.③ The Zhangcungou debris flow ditch is still a “Young” debris flow ditch，which is still in its formation stage.Under the control of the topography and geological environment conditions in the area，in the future，a stronger debris flow may erupt again under the action of heavy rainfall and heavy rain.The research results can provide a certain reference for the prevention and control of similar debris flows.

Key words：debris flow;engineering geological condition;formation mechanism;Leshan City;Dadu River