汶马高速平桥沟泥石流危险性评价研究★

郑国强，周威锦，陈柯竹

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610017)

0 引言

泥石流作为地表三大常见地质灾害之一，具有突然性、流速快、流量大的特点，其破坏性强，严重危及下游人民生命财产安全。因此，对泥石流危险性的研究就显得格外重要，其中，房金鹏等[1]基于GIS技术研究泥石流易发性，得知坡度和降雨是泥石流发生的重要因素。泥石流对高速公路的危害强烈，泥石流爆发时具有突发性强、破坏力强的特点[2-3]。高泽民等[4]研究川藏铁路中泥石流的危害性，研究发现波密段内泥石流发生概率最高。朱成成[5]运用关联法对泥石流沟的危险性展开评价。柴波等[6]研究冰湖溃决对泥石流形成的影响，研究发现冰湖溃决激起涌浪能够翻越坝顶，对泥石流发动有促进作用。侯圣山等[7]利用数值模拟技术对河流流域的泥石流灾害性展开研究，研究发现泥石流爆发15 min～30 min后达到洪峰，约3 h后流量逐步回落。刘佳等[8]研究拉萨至那曲段泥石流危险性，研究发现泥石流高危险区主要分布在拉萨至羊八井路段。

本文针对汶马高速平桥沟内泥石流对汶马高速和下游居民安全影响进行分析评价，通过对平桥沟泥石流形成条件、运动特征参数进行分析，基于分析结果对平桥沟泥石流危险性进行评价，并提出相应的防治建议，为类似地区高速公路泥石流防治提供参考依据。

1 泥石流形成条件

1.1 泥石流沟及工程构筑物位置

汶川至马尔康高速公路平桥沟泥石流位于G317旁，主线桩号K209+000附近，泥石流直接影响为梭磨河及国道317线，与高速公路主线无直接交叉。

高速公路建设的需要，在平桥沟内修建弃渣场，占沟长度2 km，采用重力坝锁口，距沟口2.5 km。

1.2 地形及沟道条件

图1是平桥沟流域全貌图。梭磨河总体流向呈东西向,平桥沟位于梭磨河右岸，属于高山V型谷地形。平桥沟流域面积96 km2，流域属构造侵蚀高山强烈切割区。调查区内最高点与最低点分别位于北端分水岭和平桥沟沟口和梭磨河交界处，最高点与最低点海拔分别为4 610 m和2 830 m，相对高差约1 780 m。地势特点北高南低，沟谷深切，地形起伏大。主沟长度15.4 km，平均纵坡降70.4‰。

平桥沟主沟长度较长且纵向坡度平缓，由上至下划分成清水区、形成区、流通区和堆积区。主沟海拔3 517 m 以上段为泥石流清水汇流区，该区域内物源分布相对较少。2 987 m～3 517 m段为形成区，区内堆积物较多。2 858 m～2 987 m段为流通区，区内地形陡峻，为泥石流运移提供通道条件。2 830 m～2 858 m段为堆积区，沟口有大量泥石流堆积物，形成堆积扇。

清水区长度约5.51 km，基岩为三叠系侏倭组(T3zh)砂板岩，破碎程度高，上覆覆盖层较薄，物源不发育。沟道左右两岸坡度较陡，约35°，沟道平均纵比降约为71.3‰，植被发育，覆盖率达95%以上。

形成区长约6.895 km，沟谷呈“V”型，谷底宽为10 m～30 m，谷坡坡角约30°～50°，沟床平均纵坡降为75.4‰，两岸局部可见基岩出露，左右两侧山体植被发育。主要物源为沟道物源，局部发育坡面侵蚀物源。

流通区长约2.317 km，沟谷形态主要呈“V”型槽谷，局部地段呈“U”型(见图2)，沟谷宽20 m～40 m，局部最大可达80 m，高差129 m，平均纵坡降56‰；沟底现为第四系冲洪积、泥石流堆积物。两岸岸坡出露地层为第四系残坡积物，粉质黏土夹砾石。该段沟床纵坡较缓，沟道较窄，泥石流过流过程中揭底冲刷较为强烈，细粒物质多被冲刷带走，残留物质以大块石和漂石为主。继续发生泥石流时将仍以洪水揭底冲刷为主。该段也是汶马高速建设平桥沟弃渣场的主要区段。

堆积区长约0.68 km，形态主要呈“U”型槽谷，宽40 m～60 m，高差28 m，平均纵坡降42‰；沟底现为第四系冲洪积、泥石流堆积物，沟谷两岸岸坡多可见基岩出露。

1.3 物源条件

平桥沟内泥石流物源丰富，主要沿主沟沟道两侧及支沟沟道分布，部分山源地带零星分布。沟域中、下游为主要物源分布区及参与泥石流活动区段。沟内有8处物源点，物源主要为崩塌、滑坡堆积物。

据统计，平桥沟沟域物源总量410.8×104m3，其中沟道物源量共389.4×104m3，坡面物源量共8.5×104m3，崩滑物源总量12.9×104m3。泥石流动储量共计17.5×104m3，其中沟道物源动储量共13.9×104m3，坡面物源动储量共0.5×104m3，崩滑物源动储量3.1×104m3。

1.4 水源条件

平桥沟水源主要为大气降雨，因此泥石流多出现在雨季；沟内虽然地下水较丰富，但还不足以启动沟域内大量固体物源。

调查区附近降雨多集中在6月份～9月份，沟道水主要接受大气降水补给，沟道内汇集了大量地表水。由于沟道两岸坡陡峻，宽度相对狭窄，因此水流动力强大，冲蚀和携带固体物质的能力很强。在雨季强降雨条件下，形成泥石流的物源易诱发启动而形成大规模的泥石流。

2 泥石流运动特征参数

2.1 泥石流流体重度

平桥沟泥石流重度的综合取值为查表法和配浆计算法结果的平均值，取值见表1。

表1 平桥沟泥石流浆体重度综合取值表

2.2 流速计算

泥石流的流速与泥石流流量、泥石流体容重、泥石流物质的矿物组成和级配成分以及沟道内其他要素都有很密切的关系。平桥沟泥石流属稀型泥石流，经计算，沟道内平均流速为4.068 m/s～5.436 m/s。

2.3 一次泥石流冲出量

平桥沟坡度大，物源丰富，根据调查情况综合分析，计算结果表明：暴雨频率P=1%时泥石流一次冲出总量为18.13万m3，固体物质总量为3.84万m3；暴雨频率P=2%时泥石流一次冲出总量为16.27万m3，固体物质总量为3.44万m3；暴雨频率P=5%时泥石流一次冲出总量为13.79万m3，固体物质总量为2.90万m3。

3 工程建设方案

工程建设条件限制，平桥沟是前后20 km内唯一可落实的弃渣场选址。弃渣场构筑物位置已避开主泥石流支沟，拦渣坝位于该支沟上游200 m，距平桥沟沟口2.5 km(见图3)。但由于整个平桥沟均为泥石流沟，弃渣场的建设和维护不可避免涉及到泥石流地灾问题。

弃渣场占地20 ha，最大容渣量300万m3，前端拦渣坝坝身为C25混凝土重力式挡土墙，长55 m，顶宽3 m，高8 m～10 m，面坡0.25，背坡0.5，墙底坡率为0.1；拦渣坝下游段设长25 m消力池，铺底为0.5 m厚C25混凝土，周边设重力式潜坝和挡水墙。拦渣坝处沟宽较狭窄，边坡现状稳定，锁口条件较好，经稳定性分析计算，其中场地整体稳定性及拦渣坝稳定性均满足要求，并有一定富余安全系数。

弃渣场设有完整的排水系统，通过设置改沟沟渠、截水沟及盲沟进行综合排水。排水明渠(如图4所示)布设于平桥沟弃渣场顶面靠左侧，上游进水口与弃渣场外原始河道顺接，全长1.9 km；排水明渠截面为倒梯形，底面宽13 m，顶宽22 m，深3 m，最小坡率为3%，渠底和侧壁采用浆砌块石砌筑而成，其中渠底浆砌块石厚1 m，侧壁浆砌块石厚0.7 m。经水文计算，明渠设计过流量332.1 m3/s，满足百年一遇的洪水过水要求，并有一定富余安全系数。

4 泥石流危险性评价

4.1 沟道过流能力和洪水发展趋势

4.1.1 发展趋势分析

1)泥石流易发程度分析。

平桥沟内物源丰富，沿途补给充足；沟岸两侧地形陡峭，呈“V”字型，有利于物源和水源的聚集和运移，加之物源黏土含量低，这些因素都促使着泥石流的形成。根据泥石流沟的特征和外界因素条件，评价泥石流易发程度为轻度易发。

2)泥石流发展趋势预测。

平桥沟区域泥石流流域呈叶脉状，高山峡谷地貌为主，有利于物源从上游地区启动和向下游运移。局部支沟启动的物源进入主沟堆积，挤压主沟沟道，局部堵塞，形成潜在的堵点。

流域内松散固体物源异常丰富，且分布广泛，目前物源总量达410.8万m3，动储量达17.5万m3。物源组成中，沟道类物源占389.4万m3，动储量13.9万m3，且物源点中以粒径小于0.5 m的为主，这些物源往往具有易于启动的特点。

平桥沟流域形态呈扇形，震后流域内植被破坏严重，崩滑不良地质现象发育，具有泥石流发生的物源条件和地形水源条件，因此，局部沟段发生泥石流的危险性较大。

4.1.2 过流能力分析

1)现状条件下过流能力分析。

据现场调查，平桥沟内未见明显的卡口段，过流能力受限段为沟口平桥沟出山口G317公路桥涵，根据现场调查及计算分析，现状条件下，平桥沟2%暴雨频率下泥石流峰值流量为222.9 m3/s,而平桥沟出山口G317公路桥涵过流能力约为285.3 m2/s，满足过流能力要求。目前沟口未见规模的泥石流(洪水)堆积扇，也印证了这一判断。

2)弃渣场修筑后过流能力分析。

平桥过渣场顶部排水明渠设计最小过水量大于330 m3/s；泥石流支沟口设有拦挡坝，通过导流渠引排至主明渠。而平桥沟2%暴雨频率下泥石流峰值流量为222.9 m3/s，满足过流能力要求。

4.2 弃渣堵溃判别评价

弃渣体占据主沟沟道内形成约10 m～15 m高的堆积体，且由于弃渣属新近堆积，结构松散，加之沟道洪水(泥石流)将从弃渣堆上部通过，稳定性较差，形成新的堵点。

平桥沟弃渣场建设理念重在加强结构安全性，确保拦挡和排水结构的可靠性与有效性，使弃渣体整体稳定，不形成新的泥石流物源。对沟内自然河道和泥石流现状，通过工程措施进行加固和疏导，改善地灾状况，减轻地灾损失。在建设及运营期根据需要采取避让、清淤、修整及加固工作。

弃渣场建设方案能成立的是基于拦渣坝具有稳定的锁口功能，弃渣失稳的问题已通过工程措施解决，稳定性评价已有充分的支持结论，故弃渣场发生溃决的可能性小。

4.3 危险性评判

1)平桥沟泥石流堵塞梭磨河的可能性分析。

平桥沟段梭磨河水流流速快，对河岸冲刷侵蚀严重，河沟宽25 m，沟谷纵坡在151‰，沟道堆积物主要为碎块石，可见的最大块径达0.4 m。现场量测，梭磨河流速在3 m/s～4 m/s，流量估测在80 m3/s左右。与现场调查平桥沟泥石流无明显堆积扇吻合。

平桥沟沟域面积96 km2，下游沟道较为平缓，中下游平均纵坡为155‰，有利于泥石流排泄；泥石流物源主要分布于中下游区，以沟道堆积物为主，细粒物质占多数。

沟内泥石流出口流速是4.069 m/s，百年一遇泥石流峰值流量为173.465 m3/s，一次固体物质冲出量为17 435 m3，而梭磨河的峰值流量为539 m3/s，是平桥沟泥石流峰值流量的3.1倍。因此，平桥沟泥石流物质阻断梭磨河成灾的可能性较小。

2)平桥沟泥石流对汶马高速的危险性分析。

汶马高速公路位于梭磨河左岸以隧道方式通过，与平桥沟隔河相对，并无直接交叉。现状条件下，平桥沟泥石流对汶马高速公路直接威胁小。

平桥沟弃渣设计容渣量高达300万m3，预计将新增动储量约53万m3。由于梭磨河的峰值流量远高于平桥沟泥石流峰值流量，且弃渣体距离沟口较远，因此泥石流冲出固体物质掩埋G317国道公路的可能性小，堵塞主河梭磨河的可能性小。

综上所述，汶马高速在平桥沟沟口以隧道方式通过，且高速公路设计路面高于梭磨河最高洪水位约20 m。汶马高速直接受平桥沟泥石流灾害的危险性小，可能性小。现状条件下，平桥沟沟口附近路段受平桥沟泥石流灾害的危险性小，可能性小。

5 结论与建议

5.1 结论

1)平桥沟泥石流松散固体物源主要为沟道物源，其次为岸坡崩滑物源，坡面侵蚀物源发育数量少、规模小。据统计计算，平桥沟泥石流物源总量是4.108×106m3，可参与泥石流的动储量为1.75×105m3。

2)平桥沟泥石流为低频泥石流，处于青年期，规模是中型。泥石流容重是1.349 m3，峰值流量是381.6 m3/s(P=1%)，泥石流一次过流总量是1.81×105m3(P=1%)，泥石流固体物质冲出量是3.84×104m3(P=1%)。

3)平桥沟弃渣场拦渣坝具有稳定的锁口功能，弃渣失稳的问题已通过工程措施解决，稳定性评价已有充分的支持结论，弃渣场发生溃决的可能性小。

4)平桥沟泥石流引发的主要因素为降雨，泥石流易发程度是轻度易发，活动强度是弱到较强，泥石流成灾可能性较小。拟建汶马高速公路从平桥沟沟口对岸以隧道形式通过，平桥沟泥石流对汶马高速公路直接威胁较小。

5.2 建议

1)目前，弃渣场设计方案基本能满足弃渣泥石流防治要求，建议按照泥石流相关规范对平桥沟泥石流开展监测预警工作。

2)工程建设期间，应对泥石流沟道进行监测，及时对泥石流的发生作出预警，必要时采取避让、清淤、修整及加固工作。

3)建议地方政府加强对沟道的岸坡的植被保护及水土保持，减少泥石流活动的物源。