九寨沟景区卓追沟泥石流特征及治理措施建议

韩 俊，陈龙飞，何宇航，蒋雨欣

（1.核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610061；2.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610023）

0 引言

2017 年8 月8 日九寨沟县7.0 级地震后，九寨沟景区内触发了许多崩塌、滑坡、泥石流次生地质灾害，威胁着居民的生命财产安全，以及景点的自然风光和道路等基础设施的安全。本文基于九寨沟景区卓追沟泥石流实例，通过对泥石流形成条件、发育特征的现场调查，综合评价了其危害性和发展趋势，并结合施工的可行性和效益比提出了相应的治理措施，为同类型泥石流灾害的防治提供一定的参考[1-5]。

1 研究区概况

卓追沟泥石流位于九寨沟则查洼沟景区内，距景区门口约25 km，泥石流沟口位置坐标为104°14′5.9″E，33°15′38.5″N。主沟纵长约3.3 km，流域面积约4.14 km2，沟域最高点海拔高度4 492 m，沟口处高程为2 882 m，相对高差1 610 m，沟域内物源量丰富。泥石流主要威胁景区基础设施及游客、工作人员的生命安全等。

九寨沟景区地貌上表现为深切割构造侵蚀中、高山地貌。流域内地层主要为第四系全新统填土（Q4ml）、崩坡积物（Q4col+dl）和泥石流堆积物（Q4sef），流域沟床两侧下覆基岩主要为石炭系下统岷河组一段（Cm1）的灰岩、板岩和变质砂岩。

2 泥石流形成条件

2.1 地形地貌条件

卓追沟泥石流未发育典型的形成区，根据其特征，总体可将沟域划分为清水区、形成流通区和堆积区（图1）。

泥石流的清水区位于沟道两岸的山顶，山顶基岩裸露，发育的物源较少；泥石流的形成流通区（也是物源区）位于沟道中上游—中下游段，沟道两岸的崩塌发育导致沟床上的堆积物极为丰富。该区域也是泥石流松散固体物源的主要发育区域。泥石流的堆积区位于沟口，地势较为平坦，其前缘为景区公路。

从沟口到沟道3 015 m区段，是泥石流堆积区，该区域主沟的平均纵坡是135.9‰（图2）；从沟道海拔3 015 m 到海拔3 925 m 的沟道范围是形成流通区沟段，发育着1 条较大支沟，泥石流的汇流速度快，此区域主沟平均纵坡比降是408.5‰；沟道海拔3 925 m 以上是泥石流清水区，此流域清水区地形较陡，沟谷平均纵坡比降是811.5‰。

卓追沟泥石流沟谷平均纵坡降约为385.6‰，相对较大，可搬运固体物源，该地形条件有利于泥石流的发生。

卓追沟泥石流沟沟谷纵坡较大，流域内两侧山体平均坡度大于40°，坡顶多为基岩裸露，坡脚植被多以乔木、灌木为主，降雨汇集速度快，给泥石流提供了有利的水源条件。地形陡峻，基岩裸露，为崩塌、坡面侵蚀等地质灾害提供了有利条件。

根据调查，在卓追沟泥石流的形成流通区内，主要有2 处地点可能形成堵溃点，这两处堵溃点所在沟道狭且窄，沟道弯曲，纵坡较大，水流速度快，沟道下切作用强。第一处堵溃点位于流通区中下游，距沟口约890 m，该处沟道堆积物由大块石堵住，一旦块石松动，沟道堆积物源启动，形成堵溃；第二处堵溃点在形成流通区距沟口约1 020 m处，该处坡体大部分土体可能发生失稳破坏进入沟道，造成沟道堵塞，形成堵溃。

图1 卓追沟沟域卫星影像图Fig.1 Satellite image of Zhuozhuigou catchment

图2 卓追沟泥石流纵剖面图Fig.2 Longitudinal profile of Zhuozhuigou debris flow

2.2 物源条件

卓追沟泥石流的物源类型主要是崩塌堆积和沟道堆积物源。

经统计，卓追沟流域物源总量约为28.14×104m3，动储量约为11.08×104m3。其中，崩塌堆积物源量为20.37×104m3，动储量为7.88×104m3。沟道堆积固体物源总量为7.77×104m3，动储量为3.20万m3。

2.3 水源条件

大气降水是卓追沟泥石流的水源条件主要来源。引发此泥石流的主要水源条件是暴雨形成的地表径流，暴雨是发生泥石流的主导因素。

九寨沟地区降水量少，近15 年来年平均降雨量704.3 mm，年降水量最大值为1 066.6 mm，最小值为539.1 mm。据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》，研究区暴雨量等值线图，1/6 h、1 h、6 h、24 h 多年最大暴雨量平均值分别为8 mm、14 mm、26 mm、40 mm，在P=5%的条件下，1/6 h、1 h、6 h 和24 h 的雨强可分别 达 到17.60 mm、28.70 mm、47.84 mm 和63.60 mm。同时，该泥石流沟域面积约4.14 km2，发育1 条支沟，沟内地形陡，纵坡大，利于地表水径流的汇集，降雨强度满足引发泥石流灾害的要求。

3 特征分析

根据调查访问，结合现场情况，将泥石流堆积区划分为老泥石流堆积区和新近泥石流堆积区。卓追沟每年雨季都会有固体物质冲出淤积于新近泥石流堆积区，近年最大的一次泥石流发生于2010年，推测冲出量约为0.45×104m3，暴雨频率约10 年一遇。最近一次较大规模的泥石流，发生于2017 年9 月份，据估计冲出固体物质约0.35×104m3，泥石流呈稀粥状，水流携带大小不一的石块，受沟口地形及植被影响，淤积下来，未冲到栈道及公路上，泥浆则沿坡呈散流状冲到栈道及公路上，泥石流尚未形成灾害。

图3 泥痕照片Fig.3 Sediment trace of Zhuozhuigou debris flow

通过调查该泥石流的灾害史发现，自2008年汶川地震之后几乎每年该沟域都会爆发小规模泥石流，其易发程度为易发，属于中高频泥石流，处于发展阶段的壮年期，属暴雨沟谷型泥石流。

对卓追沟泥石流的成因分析如下：

首先，卓追沟泥石流在暴雨的作用下，将位于坡体表面的松散堆积物源携带、汇流进入沟道，通过沟道揭底冲刷，裹携沟道内的松散堆积物，一并带走沟岸两侧松散固体物质，之后以滚雪球的方式逐渐扩大规模，沿沟道向下游运动，从而形成泥石流灾害。

在暴雨作用下，支沟泥石流的固体物源一部分堆积于支沟口的平缓开阔地段，另一部分则汇入主沟。主沟域内因支沟水流的汇入，水流量整体大于支沟水流量。因此，支沟泥石流在汇入主沟后，在主沟较大水流量作用下，被大大稀释，重度降低。主沟泥石流从上游向下游流通时，不断冲刷沟道两侧岸坡和沟道内部的松散堆积物，流量不断增大，冲刷能力不断增强。

卓追沟泥石流的形成受三个关键因素影响。一是卓追沟沟域内地形陡峭，沟谷纵坡比较大，为水源和泥沙的汇集提供了有利的地形地貌条件；二是受地震影响，主沟中上游至中下游地段崩塌和水土流失现象极为发育，加之沟道内原有大量的堆积物，这都为泥石流的发生提供了丰富的物源条件；三是沟域内降水丰富，暴雨是泥石流的主要触发因素。

泥石流灾害的发展趋势与孕育环境密切关联。卓追沟的自然地理和地质环境条件决定了该沟域内泥石流灾害的易发性。且受到“8.8”九寨沟地震影响，沟域内地质环境严重破坏，生态环境持续恶化，在一定时期内，将加大泥石流灾害发生的可能性。目前，卓追沟沟域内存在较多的固体物质，在大雨、特大暴雨或地震的激发下，仍有发生大规模泥石流灾害的可能。

在计算卓追沟泥石流基本特征值时主要参照和利用了野外调查和现场访问所获取的泥位数据、沟道断面特征等。根据拟设泥石流治理工程的需要确定了计算指标，在计算泥石流流体重度、流速、流量、一次冲出量、一次固体冲出物质总量等常规指标外，还结合拟建工程部位特点，对拟设拦挡、停淤工程部位泥石流整体冲压力、爬高和最大冲起高度等进行了计算和校核[6-7]，表1-4列出了部分计算结果。

表1 暴雨洪峰流量计算表

表2 泥石流峰值流量计算表

表3 一次泥石流过流总量计算表

表4 一次泥石流固体冲出量

4 防治措施

4.1 防治方案建议

卓追沟泥石流沟具有如下特点：

（1）泥石流沟具有较多的物源点，单个崩塌物源点的稳定性较差，不易一一采取工程措施进行治理；部分物源点位于沟道的中上游，沟道狭窄，交通不便，不宜采用单个不稳定物源体进行治理的方案。

（2）泥石流沟的上游段两侧斜坡坡表植被发育，而中、下游段的两侧斜坡坡表植被一般发育。在地震、植被砍伐和雨水、沟水冲刷作用下，坡表堆积物蠕动变形形成不稳定体。对已失稳斜坡，植被护坡作用不大。

（3）由于沟口为人行栈道和景区公路，公路外侧为林地，无河流通过，不具备泥石流排导条件。

（4）泥石流沟道纵坡较陡，泥石流流速较快，可于沟道内设置拦挡减速措施；同时，泥石流堆积区地形宽阔，为景区公路所在地，有适合储集泥石流物质的空地，可采用储淤场。

（5）由于泥石流物源的组成中以角砾、碎块石为主，沟道中下游沟谷宽窄相间，具备泥石流拦挡条件，可以采取拦挡措施将其拦于沟内。

因此，对该泥石流的治理采用以下方案进行比选，方案一：采用拦挡减速并结合停淤措施，在沟道下游段设置潜槛，并在沟口修建1座停淤场，让泥石流淤积于沟口；方案二：采用拦挡措施在主沟中下游段设置3 座拦挡坝，拦储沟道内固体物质[8]。

4.2 防治方案比选

（1）经济可行性对比

工程概算后，方案二略低于方案一治理工程投资费用，但总体差距不大。

（2）技术可行性对比

方案一本着“以停淤为主”的原则，采用停淤挡墙结合潜槛的措施对泥石流进行治理。这项工程措施针对泥石流的特点，根据其形成条件、运动特征和危害性等进行设计，具有较强的技术可行性。具体体现在以下几个方面：

①工程方案采用的停淤场等具有较好的工程施工地形和场地条件；

②停淤挡墙和潜槛的治理措施充分利用堆积区宽缓的特点，可以达到较好的治理效果；

③工程方案涉及的治理措施经过我国西南地区数十年泥石流防治方面工程实践和理论研究，已经积累了丰富的工程经验，并形成了相应的规范，这些工程经验和规程规范为治理工程的实施提供了一定的技术支持；

④沟道内有大量的块石堆积，其岩性以灰岩、板岩和变质砂岩为主，岩石试验及地区工程经验表明其抗压强度较高，可用于施工取材，一方面可节约施工成本，另一方面也起到减少沟道松散固体物源的作用。

方案二以“拦砂坝”拦挡固体颗粒的原则，具有以下特点：

①工程方案采用的拦挡坝条件为常见的较好的坝址区地形条件，但由于为3 道拦砂坝，与停淤挡墙相比，坝址区需深入沟道，场地条件相对较差；

②拦挡工程充分利用沟道宽窄相间，利用其中局部较为狭窄的沟段具有良好的建坝条件，但由于沟道纵坡相对较陡，平均纵坡385.6‰，形成流通区408.5‰，堆积区153.9‰，泥石流库容量效果一般，可以达到一定的治理效果；

③④与方案一相同。

（3）施工难易程度对比

方案一治理工程大部分位于沟道下游堆积区，沟道较为宽缓，施工条件较好，而方案二部分工程位于沟道中下游形成流通区，沟道较窄且坡度较陡，材料只能靠人工二次转运，施工难度较大，施工周期较长。

综合而言，方案一要优于方案二。

（4）推荐设计方案

根据“安全可靠，经济合理，技术可行，施工方便”的原则，经过综合比选，该泥石流治理措施选择方案一，即停淤挡墙结合潜槛作为推荐设计方案。

5 结论

（1）卓追沟泥石流属于暴雨类-沟谷型-稀性-水石型泥石流，属于易发型泥石流，泥石流活动性强，危害性等级为中型，危险性较大，进行治理工程是非常必要的。

（2）卓追沟泥石流具备泥石流形成的地形地貌条件、物源条件和水源条件，该沟于每年雨季都会有固体物质冲出淤积于新近泥石流堆积区；目前，该流域内存在较多的固体物质，在大雨、特大暴雨或地震的激发下，仍有发生大规模泥石流灾害的可能。

（3）卓追沟流域物源总量约为28.14×104m3，动储量约为11.08×104m3；沟口20 年一遇的泥石流固体物质冲出量约为0.6×104m3，50年一遇的泥石流固体物质冲出量为0.8×104m3。

（4）据卓追沟泥石流特点，通过经济、技术及施工可行性对比后，建议采用拦挡减速并结合停淤措施对该泥石流进行工程治理，在沟道下游段设置潜槛，并在沟口修建1 座停淤场，让泥石流淤积于沟口。