云南元谋黄瓜园镇沟谷型泥石流特征及防治对策

杨文礼，张卫锋

(云南省地质环境监测院，云南 昆明 650216)

沟谷型泥石流爆发突然，短期内冲毁沟口的交通干线、村庄、矿山等[1]。2016年9月15日至17日云南元谋全境内连续强降雨导致多处发生泥石流灾害，主要集中在黄瓜园镇朱布大箐、海洛大箐、雷弄大箐等地，形成2处堰塞湖，造成重大灾害。本文通过现场调查，从构造、地形地貌、地层岩性、岩土体、降雨等对泥石流成因分析研究表明：丰富的前期降雨，极高日降雨量和短时高强度降雨是泥石流的激发因素，断裂影响、岩性差异大、地形陡峻、冲沟发育、植被稀少是泥石流形成的背景条件，属于沟谷型泥石流。

沟谷型泥石流流域面积一般小于50km2，土石供给以重力坍塌和流水侵蚀为主，分为形成区、流通区及堆积区。具有爆发突然，几分钟到几十分钟内冲毁沟口交通干线、村庄、矿山等特点[2]。泥石流沟谷地形上具有山高沟深，地形陡峻，沟床纵度降大，流域形状便于水流汇集特征。沟谷流域一般分清水区、形成区、流通区和堆积区4个大区；上游形成区地形多为三面环山，一面出口为瓢状或漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良，有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区地形多狭窄陡深峡谷，谷床纵坡降大，泥石流能迅猛直泻；下游堆积区地形为较开阔平坦的山前平原或河谷阶地，堆积物有堆积场所。

1 地质背景条件

元谋盆地是川滇南北构造带上的构造断陷盆地，长期接受沉积。地貌上元谋大断裂成为东山和盆地界线，盆地西侧无明显断层，盆地内上新世到早更新世(N2-Q)巨厚堆积。盆地海拔1050m～1380m，盆地东侧侏罗系和白垩系组成东山山体，海拔2700m，西侧由昆阳群和花岗岩组成低矮山梁，海拔小于1700m，龙川江纵贯盆地，自南向北在龙街流人金沙江。

磨盘江-绿汁江断裂(元谋东山断裂)是一条长期活动的压扭性深大断裂，呈南北向延展。该断裂在元古代晋宁期就有强烈活动(潘杏南等，1987)，在中新世末形成了元谋盆地。元谋运动使东山的侏罗系、白垩系逆掩至元谋组上，元谋组发育平缓倾斜、褶皱、断裂和大量垂直节理。元谋运动后，盆地由断陷转为隆升，使N2-Q1地层抬升为盆地边缘相对高100m～300m的丘岗或盆地和龙川江及其支流各级阶地基座，最高的五级阶地可高出江面200m左右。

元谋盆地为南亚热带气候，雨季受季风控制，旱季受热带大陆气团控制，焚风效应明显。多年平均温度22℃。最高气温42℃，最低-1℃。年平均降雨量626mm，年蒸发量3733mm，相对湿度53%。其中几乎90%集中在6月至10月雨季。盆地中植被稀少，土壤裸露，土壤为燥红土，土壤团粒结构差，易于砂化，雨季易被雨水冲刷，形成细沟，水土流失严重。

1.1 泥石流沟流域特征

元谋东山西坡龙川江右岸由北至南有雷弄、海洛及朱布大箐3条沟谷依次排布，平面直线距离约3km，具有相似的地质环境条件。沟谷流域内出露第四系更新统(Qp)粘土、砂，三叠系-侏罗系(T-J)砂岩-泥岩互层，其岩石力学性质较差，抗风化能力弱，岩体完整性差，属半坚硬岩组，土体结构松散，透水性强；地形地貌属构造侵蚀中高山地貌，沟岸坡度30°～45°，地形切割较大，纵坡比降大，沟道上游跌坎多。流域为大面积碎屑岩分布区，岩石节理裂隙发育，山体破碎，受构造破坏和流水侵蚀冲沟发育，为形成高速泥石流汇流提供了强大的物源和巨大的动能条件。地下水主要为大气降水垂直下渗补给，主要类型为基岩裂隙水和第四系松散层孔隙水，其中后者是形成松散层滑坡主要因素；流域属典型的干热河谷地区，植被以灌木、杂木为主，森林覆盖率20%左右，水土流失严重；流域内中下部有村落分布，多农业种植活动。受构造、岩土体性质、降水、植被、人为活动影响，区域滑坡、泥石流高易发、频发，属地质灾害高易发区，常造成人员伤亡，房屋倒塌，交通中断，淹埋良田等。

(1)流域平面呈三面环山，一面开阔的“树叶”形，均发源于龙川江东部山脊，高程1150m～1550m，沟谷下游沟道宽阔呈宽缓“U”型，中上游沟道狭窄呈典型“V”字型；水系成树枝状，上游有多条弯曲支沟，主沟与主河近似直角交汇。主沟长约5.4km～8.2km，沟床纵坡129.6‰～194.25‰，流域面积7.9km2～13.18km2，降雨形成的地表径流易快速汇聚中下游形成洪峰，泥石流易于在沟内高速运动。泥石流物源为滑坡体、上游残坡积物、沟道堆积物组成。上游降雨侵蚀冲刷诱发多处小型滑坡，泥石流铲刮沟槽带动老沟道堆积物，上游沟底基岩裸露。

利用元谋县降雨资料求出设计暴雨量，采用云南省水文手册法计算清水洪峰流量，采用西南地区(铁二院)公式计算泥石流流速，采用雨洪修正法(东川泥石流流量公式)流量公式计算泥石流流量，雷弄大箐结果见表1[3]。朱布大沟海洛大箐根据现场调查数据。

表1 泥石流灾害特征一览表

(2)泥石流浆体浓稠，浮托力大，流体具有明显的辅床减阻作用和阵性运动，流体直进性强，弯道爬高明显，沉积物内部无明显层理。浆体与石块掺混较好，非浆体部份粗颗粒物质由块石、砾石等固体物质组成，估计泥石流重度22kN/m3，为粘性泥石流。沟口泥位高约3m～6m，堆积物主要成分为粘土、细沙、砾石夹少量块石。沟口附近堆积物平均厚度2m～6m，沟口堆积物方量约5～92.9×104m3(部分被江水带走)，为特大型泥石流。

(3)3条泥石流沟都具有明显的三区，堆积区位于龙川江边，堆积物明显；流通区沿沟谷呈长条状，形成区位于沟谷顶部区域。地形多为三面环山，一面出口的瓢状或漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎；中游流通区地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡较大，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区地形为开阔的山前台地或河谷阶地。

1.2 泥石流灾害特点

2016年9月15日至17日，元谋县黄瓜园镇及周边区域出现连续强降雨，局部暴雨，累计降雨量达103.8mm；受强降雨影响，9月17日8时30分黄瓜园镇雷弄大箐、朱布大箐、海洛大箐同时暴发山洪泥石流灾害，灾害造成元谋县黄瓜园至江边乡公路中断、桥梁损毁1座，公路、桥梁受损、部分交通、电力、水利、通信等基础设施受损，部分民房受损及农作物、牲畜受灾；“成昆”铁路线K839+545线路冲毁约300m、铁路桥梁损毁1座，线桥涵设备受损、接触网、电务设备受损，成昆铁路暂时中断；泥石流灾害造成龙川江阻塞，形成2个堰塞湖；朱布沟形成长700m×宽300m×高约6m、堵塞物约 126×104m3的堰塞湖，海弄沟形成长400m、宽200m、高4m，约32×104m3堰塞湖，威胁下游黄瓜园、江边2个乡镇3个村委会2561户8066人生命财产安全。灾害导致1人失联，7人受伤，造成直接经济损失41410.9万元(不含成昆铁路损失)，属特大型灾害，堰塞湖还造成黄瓜园镇水位持续上涨，淹没农作物和民房等，间接损失较大。图2。

泥石流灾害特点：①历时较短，据访问调查，泥石流灾害主要爆发过程20-50分钟；②流量较大，经现场调查估算，其平均流量约60m3/s～180m3/s；③流速快，冲击力大，堆积扇中最大单个块石体积约50m3，重约30T～100T；④具有很强的隐蔽性、突发性和破坏性。

图2 元谋县黄瓜园镇及周边区域地质灾害发育现状

2 灾害成因分析

(1)地质因素：地形险峻，坡度30°～60°，地形破碎，沟壑纵横。泥岩、粉砂岩等岩石软硬相间，节理、裂隙发育，岩体破碎，抗风化能力差异较大，易发生崩滑。临近元谋大断裂带，新构造运动十分强烈，地形高差大，洪水期过流断面狭窄，少量的物源即可形成堰塞，为泥石流的形成提供了地形条件；地表植被稀疏，水土流失严重，地表径流容易形成洪流，为泥石流形成提供了水动力条件。

(2)气象因素：据元谋县气象局提供监测资料，2016年9月楚雄北部普遍出现强降雨，元谋县15日至16日降雨量分别达到26.1mm、26.7mm，属大雨量级。16日8时～17日8时，黄瓜园镇降雨量达96.1mm、雷弄69.8mm、环州87.6mm。由于灾区持续降雨(黄瓜园站9月15日至17日连续降雨量103.8mm)及发灾当日降暴雨(96.1mm)，前期连续降雨岩土体呈饱水状态，物理力学指标降低，容易出现跨塌，强降雨导致朱布大沟等径流量比往年明显增大，河流侵蚀作用加强，激发泥石流爆发。

据庄建琦「4」等研究，过程雨量和间接前期雨量对泥石流总量的贡献较大，其次是1h雨量。过程雨量、降雨综合得分与泥石流总量的关系最为密切，相关系数分别为0.854和0.828；其次间接前期雨量和1h雨量，相关系数分别为0.414和0.360，发灾当日1h强降雨是重要的激发因素。

(3)泥石流物源及启动：据调查，本次物源主要来源于沟道两侧坡体残坡积层、沟床堆积物。土体在稳定期间受到降雨入渗、土体表面径流以及坡体几何形态改变等作用因素下表面与内部剪切作用力增大，由于松散砾石土受到剪切作用力，在一定深度内会发生剪缩，土体内超孔隙水压力在很小的应变下快速增长，使得土体呈现快速整体型破坏，并液化后迅速产生流滑，这个过程土体直接形成泥石流，可以称之为土体转化泥石流的过程。泥石流在下滑过程中对沟底形成明显剪切作用，形成铲刮效应，使得其底部土体破坏后随之一起参与泥石流的形成。有较大速度与质量的泥石流在下滑过程中对阻挡其运动的堆积体将产生较大的冲击作用，在这冲击作用，也将使得大量土体破坏起动参与泥石流形成，快速向下运动的泥石流在对周围土体产生作用力的同时，其自身也受到同样的影响与作用，加剧了自身的离散与液化，最终使得流域内形成连续的链式灾害过程，此过程可称之为泥石流的诱发过程[14]。

(4)致灾成因综合分析：该区属河谷性气候、时晴时雨、变化较快，上、下游降雨差异性显著；沟道束窄，断面变化显著，多处转弯、变径，极可能形成堰塞体，堵塞沟道，水位上涨，溃决下泄不断带动沟床堆积物及洪水侵蚀沟谷引发岸坡不稳定岩土体垮塌，饱和土体启动不断补充泥石流物源，同时铲刮沟谷堆积物加入泥石流，泥石流规模不断增大。沟道纵坡大，势能高、流速快，泥石流冲出沟口后迅速冲毁铁路及桥梁设施。此外特殊的地质背景和沟道内还有大量堆积物，在强降雨情况下，再次发生泥石流的可能性大。

3 抢险救灾

3.1 成功预测预报

元谋县委县政府历来高度重视应急队伍建设、应急避险知识宣传、地质灾害隐患点排查监测，灾害发生时能够第一时间开展紧张有序救援，最大限度减少人员伤亡和财产损失。日常地质灾害宣传与培训工作成效在这次“9·17”特大型山洪泥石流灾害中得到了检验。根据地质灾害气象预警信息，地质灾害监测员雷布村村长黄会武收到泥石流危险性预报后，在灾害发生日凌晨3点、6点2次巡查时发现雷布大箐水流异常便坚持观察，到8点发现水势陡然增大立即报告并电话通知朱布大箐周边群众撤离，为群众安全转移和抢险救灾争取了宝贵时间，同时通知及时让成昆线上一列火车停运，成功避免了重大人员财产损失。

3.2 堰塞湖应急处置

因爆发泥石流在龙川江上游引发堰塞湖，造成龙川江约3km河段上分别形成规模不等的2处堰塞湖(126万m3、32万m3)。最大堰塞体方量达126×104m3以上，最大坝高约6m，回水淹没面积5.58km2，经现场调查评定为中危性质，采取自下而上依次处理，顺势开槽疏通引流；多台挖掘机开挖开槽，人工辅助，现场实时监测，动态调整施工作业，保证了安全；组织各级干部及昆明铁路局1200多名抢险人员，调集了挖掘机、装载机、随车吊等90多台设备，武警、消防和群众等4220余人参与抢险救灾，抢险机械清淤泄洪，冒雨抢修线路设备，累计清理河道堆积物11.75×104m3，完成500m线路正位整修、捣固等，21日经抢险救援人员努力，“9·17”特大山洪泥石流造成的堰塞湖水位开始下降，险情成功排除。

4 本次地质灾害特点和经验

(1)呈区域性发灾特点，地质背景条件和降雨相似，黄瓜园镇雷弄大箐、海洛大箐、朱布大箐区域性同时爆发山洪泥石流灾害，灾害叠加加重了损失。

(2)形成泥石流-堰塞湖灾害链，扩大了灾害损失。不仅泥石流直接冲毁铁路、公路等基础设施，同时堰塞湖造成回水淹没面积5.58km2，大量农田和部分民房受损造成损失，同时受堰塞湖影响下游8000余人转移安置，增大了灾害损失。本次灾害小区域内多条泥石流沟集中爆发，形成堰塞湖，有泥石流灾害和洪水淹没灾害，多种灾害叠加效应。

(3)泥石流防治工程不够合理，减灾作用不足。朱布大箐拦挡坝设置位置不佳，拦挡工程设计不完善，没有足够的拦挡库容，减缓泥石流下泄的作用不足；海洛泥石流排导工程纵坡较小，排泄功能不够，治理工程被冲毁；雷弄泥石流沟没有防治工程，桥梁被冲毁，电站被淤埋，主动避灾减灾不足。

5 防治对策建议

(1)预测预报措施：降雨是主要的激发因素，连续降雨后的暴雨是触发泥石流又一重要动力条件，因为泥石流发生与前期降水造成松散土含水饱和程度与1小时、10分钟的短历时强降雨(雨强)所提供的激发水量有十分密切的关系。根据降雨预测及时发布灾害预报，通知相关区域人员做好避灾准备是重要的预防措施。根据谭万沛等研究，在攀西地区泥石流发生的临界日雨量为50mm，元谋跟攀西地区接壤，结合此次灾害降雨数据，继续做好元谋东山区域泥石流预测预报工作，具有实际的指导意义，继续发挥好群测群防的作用。

(2)应急救灾措施：根据灾害预报信息，结合群测群防发现的实际灾情，及时应急响应，组织撤离人员，可以最大限度的避免重大人员伤亡。

(3)预防措施：铁路、公路选线时应尽量避让泥石流高发区，无法绕避时要采取工程措施提高防灾水平；村庄要避开下游沟口和冲沟坍塌区段。根据基础设施位置和重要程度，选择避让或提高防灾水平，主动避灾减灾。对灾害密度大，又有重要交通干线和乡镇的灾害高发区域，积极防治，减少和避免类似情况再次的发生。

(4)治理措施：根据地形条件和村庄、基础设施的分布情况，采用拦挡、排导、生物措施综合防治方案。可根据防治重点以拦挡或排导为主，生态防治不可或缺。建议泥石流防治工程采用系统综合防治方案，应以稳拦上游固体物质为主，梯级拦渣坝泄水孔径应从上游至下游逐渐变小，宜采用小孔径拦截泥石流中固体物质，坚持水石分流防治原则。

6 结 论

(1)“9·17”泥石流单沟流域面积小于50km2，土石供给以重力坍塌和流水侵蚀为主。

(2)在地形上具备山高沟深，地形陡峻，沟床纵坡降大，流域形状便于水流汇集。上游形成区地形多为三面环山，一面出口为瓢状或漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良，这样的地形有利于水和碎屑物质集中；中游流通区地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡降大，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区地形为较开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使堆积物有堆积场所。

(3)沟谷型泥石流爆发突然，几分钟到几十分钟内冲毁沟口交通干线、村庄、矿山等。

(4)区域性泥石流同时爆发，多种灾害叠加，加大了灾害损失。