湘西山区典型高坡降小流域泥石流特征及其防治措施

曾 平, 张海锋

(1.湖南省地质矿产勘查开发局四〇五队，湖南 吉首 416000；2.湘西州地质灾害防治技术指导中心，湖南 吉首 416000)

历史上该地于1978年发生过一次泥石流，暴雨冲刷沟谷坡面崩坡积松散层，洪水漫流侵蚀冲刷沟岸沟底，携带大量松散固液两相物源从沟口倾泻而下，冲毁房屋35间，死亡11人，为湖南省1∶10万、1∶5万地质灾害重点详细调查对象。

沟域形态为长条“V”形，支沟不发育，北西侧沟源地表分水岭海拔最高高程为685.20 m，汇入里溪冲沟口高程为294 m，相对高差达391.2 m。沟长772.5 m，主沟平均纵坡降506‰，沟谷宽度在71～210 m之间。沟域形态受构造影响呈不对称分布，右岸宽，左岸窄，沟域汇水面积0.12 km2，沟域内山高坡陡，平均坡度在30°以上。沟谷纵坡较大，沟内松散固体物源丰富，具备暴发泥石流的物源及动力势能条件，且沟口狭窄导致管道增大效应明显。一旦再次出现泥石流灾险情，流域内泥石流可能裹携大量崩坡积碎块石冲入下游云华村民居住区，冲毁和掩埋房屋，将威胁堆积区域云华村民105户、435人的生命财产安全，潜在经济损失在2 000万元以上。因此，对该泥石流形成条件、地形分区特征、物源条件、径流过程和成灾机理进行研究并提出相应的防治对策具有重要意义。

1 研究区自然条件

吉首市属亚热带季风湿润气候，气候温和，冬暖夏凉，四季分明。年平均降水量1 411.2 mm，集中在4—6月，占全年的40%～44%；年最大降水量1 844.7 mm(2003年)，日最大降水量178.3 mm(2003.7.8)，时最大降水量80.3 mm(2007.7.22)。立体气候显著，灾害性天气较多，灾害频繁。

地貌类型主要为侵蚀构造剥蚀低山丘陵急陡坡沟谷地形，主要由寒武系石牌组页岩组成，地势总体南西高北东低。云华泥石流所在区域分布标高294～685.2 m，地形坡度为40°～60°，沟岸沟床松散堆积物丰富。

区内出露地层主要为寒武系下统石牌组页岩，第四系冲洪积、崩坡积等松散堆积层。

2 泥石流形成条件

根据泥石流形成条件和运动机制及泥石流松散固体物源的分布，整个泥石流流域由2条主要的沟道组成，即冬夯流五沟、下都夯沟，见图1。

图1 云华泥石流沟域特征影像图

2.1 形成区

冬夯流五沟域在海拔高程340 m以上至沟源地表分水岭段，沟道长541 m，相对高差345 m，纵坡降为637‰，平均纵坡32°。沟谷呈“V”字形，沟道狭窄，左侧岸坡坡度为35°～45°，右侧岸坡坡度一般为40°～50°，局部为陡崖地貌，坡上植被发育。根据调查及钻探揭露，冲沟两侧岸坡分布有大量的崩坡积松散堆积物，沟床堆有少量的松散块石，为沟域内泥石流松散固体物源的主要分布区，为泥石流形成区。

下都夯沟域形态为不规则“丫”字形，支沟较发育，左支沟长490 m，沟底标高320～601 m，平均纵坡降588‰，沟谷宽57～170 m；右支沟长431 m，沟底标高320～540 m，平均纵坡降527‰，沟谷宽54～230 m。沟域主沟在海拔高程320 m以上至沟源地表分水岭区域(两条支沟分布的区域)，左右支沟平均纵坡降分别为588‰、527‰，平均坡度分别为30°、28°。根据调查及钻探揭露，支沟岸坡表层分布有大量的残坡积堆积物，沟床堆有少量的松散块石，为沟域内泥石流松散固体物源的主要分布区，划为泥石流形成区。

作者简介：林斌，男，福建省南靖县山城镇文化技术学校，一级教师，南靖县山城镇优秀教师，本科学历，研究方向：小学数学教育。

2.2 流通区

冬夯流五沟流通区在海拔高程340 m以下至沟口，沟道长232 m，相对高差46 m，平均纵坡20°～35°，沟床呈台阶状，沟道未造成淤塞，利于泥石流物质的流通。

下都夯沟流通区在沟域主沟海拔高程320 m以下至沟口，沟长142 m，平均纵坡降169‰，平均纵坡15°～20°，沟床呈缓坡状。

2.3 堆积区

堆积区即冬夯流五沟、下都夯沟沟口居民区，平面形态呈不规则扇形，平均纵坡降169‰～198‰，平均纵坡10°～11°。沟床呈缓坡状，沟道出口部位两侧堆积少量的泥石堆积物，沟道未造成淤塞，沟床平均纵坡较小，利于泥石流物质的淤积，划分为堆积区。

2.4 物源条件分析

沟域内物源类型以崩坡积堆积物为主，结构松散，分布在冲沟两侧岸坡及沟床，松散层分布面积约1.8×104m2，分布厚0.4～12.5 m，平均厚约5.0 m。物源总量约9.0×104m3，可参与泥石流活动的固体物源动储量约占总物源量的30%，为3.0×104m3。

3 成因机制及引发因素

陡峻的便于集水、集物的地形、地貌，丰富的松散物质，短时间内有大量的水源是泥石流形成的基本条件，地形高差所形成的势能以及大量径流汇水提供的动能是泥石流启动的主要来源[2]。研究区地貌类型主要为侵蚀构造剥蚀低山丘陵区，沟域内地形陡峻，相对高差391.2 m，主沟平均纵坡降为506‰，为水源、松散固体源的汇集提供了相当有利的地形地貌条件，为泥石流的孕育形成提供了充分的势能条件。

区内地质条件复杂，页岩裂隙发育，岩体破碎，坡面侵蚀对泥石流的松散物源贡献巨大，主要体现在小雨蓄量、暴雨释放的循环过程。沟床沟侧堆积有厚度达0.4～12.5 m不等的松散固体物源，为泥石流提供了必要的物源条件。页岩坡面在小雨作用下，渗水软化，风化速度加快，坡面崩坡积准泥石流体厚度逐渐增加，暴雨作用下，崩坡积体快速饱和，强度降低，以坍塌溜滑的形式直接汇入沟道洪流之中形成泥石流体。

4 泥石流发展趋势

泥石流流域沟谷下切强烈，部分谷坡植被覆盖率低，特别是根系下伸可达2～10 m的乔木偏少[3]，根系深入土壤底部基岩裂隙的“锚固”土层，沟道两侧及沟床侵蚀效果欠佳。

在云华泥石流沟域范围内斜坡坡面分布有大量的崩坡积松散堆积物，由于受近期降雨影响产生滑动，地面出现多条拉张裂缝，最大一条裂缝位于沟域地面标高520 m附近坡面，裂缝延伸长度近30 m，走向约145°，开口宽度5～20 cm，水平错位50～60 cm。该裂缝已使潜在的泥石流物源体转化为准泥石流体，在未来暴雨情况下极可能完成从准泥石流体向泥石流体的转化。该泥石流发育条件已十分成熟，泥石流暴发的可能性及规模正逐步壮大。

5 泥石流防治对策

湘西山区小流域地形地貌特殊，降水充沛，固体松散物源较为丰富，泥石流发生概率高，危害大，严重制约地方经济、社会、环境和人文等诸多方面的高质量发展[4]。根据现场实际情况，总体设计以岩土工程治理为主导、生物工程措施为辅助的综合防治体系，采用 “固源+分级拦挡+排导+监测”的防治措施。

(1)固源。固源是采用适当工程措施、生物措施，主要包括：在泥石流崩积物外围砌筑截水沟，将雨水截出崩积物体外，将很大程度上减少崩坡积物的滑动；同时在崩积物沟谷设计支挡、排水双用的大型排水沟，稳固坡脚崩积物的稳定性，有效防止溪沟水对崩积物沟谷坡脚冲刷，从而大大降低泥石流发生的可能性；在泥石流形成区的崩坡积物上种植根系发达的植物以达到稳固物源的效果。

(2)拦挡工程。对两侧斜坡上的松散堆放物实施分级拦挡工程(形成流通区格栅拦挡)能够拦蓄泥石流中粗颗粒并同时排泄水流及细颗粒，起到拦粗排细，减缓泥沙下泄速度，调节泥石流固体物质总量的作用。拦挡的粗大固体物还可以稳沟故坡起到反压护脚、改变沟底坡降、降低泥石流峰值流速等抑制泥石流的形成与发展的作用。

(3)排导。在泥石流流域下游堆积区修建排导槽(导流堤)，使势能得到衰减的泥石流经可控的固定路线排导到指定的安全地段，以免淤积、堵塞并形成溜滑等二次次生灾害。

(4)监测。为保证施工安全和检验治理工程效果，对泥石流流域及治理工程措施布置监测系统。

6 结论

湘西山区因山高坡陡、沟壑纵横是湖南省乃至全国地质灾害防治的重点设防区域，众多地质灾害类型中高坡降小流域泥石流具有高度的隐蔽性、突发性，一旦发生泥石流，往往引起重大的人员伤亡和财产损失。本文在深入研究湘西典型案例地形地貌、地形分区特征、物源条件和成灾机理后，可以得到如下结论：

(1)云华泥石流流域沟道深切，特别是已发现的裂缝已使潜在的泥石流物源体转化为准泥石流体，在未来暴雨情况下极可能完成从准泥石流体向泥石流体的转化。该泥石流发育条件已十分成熟，泥石流暴发规模呈增大趋势。

(2)湘西山区小流域地形地貌特殊，降水充沛，固体松散物源较为丰富，泥石流发生概率高，危害大，可采取岩土工程和生物工程相结合的“固源+分级拦挡+排导+监测”的综合治理体系方案。

(3)综合治理体系方案可达到有效固源、拦挡、排导目的，其防灾减灾效益显著，且能从根本上减少泥石流潜在物源，对湘西山区今后类似高坡降小流域泥石流防治具有重要借鉴意义。