郝文輝，楊燕雄，孟凡杰，貢長青

（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊，秦皇島 066001）

1 引言

“5.12”汶川地震引發(fā)了四川省地震災(zāi)區(qū)大規(guī)模崩塌、滑坡的發(fā)生，形成大量的松散固體物質(zhì)，為泥石流形成創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)條件，在地震以后的降雨期間，出現(xiàn)了高頻度群發(fā)性泥石流。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計分析，地震區(qū)震后泥石流的活動主要具有泥石流數(shù)量增多、規(guī)模增大、頻度增加、臨界降雨強(qiáng)度降低等特點(diǎn)。2010年8月13日至8月19日，汶川地震災(zāi)區(qū)的都江堰市虹口鄉(xiāng)連續(xù)遭受連續(xù)強(qiáng)降雨的突襲，8月13日降雨量一度達(dá)到143 mm，特大暴雨所引發(fā)的泥石流等次生災(zāi)害，致使原溝道嚴(yán)重堆積，住房、基礎(chǔ)設(shè)施以及支柱產(chǎn)業(yè)受損嚴(yán)重；8月19日的強(qiáng)降雨，白沙河上游3個堰塞湖整體自然潰壩泄洪，引發(fā)了泥石流等次生災(zāi)害，致使溝口以下部分新建農(nóng)家樂及民房掩埋，部分道路和獼猴桃園沖毀并掩埋。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，這是紅色村干溝繼2009年7月17日泥石流后再次連續(xù)發(fā)生泥石流災(zāi)害，主要直接受災(zāi)為9戶47人120間房，約共計300萬元經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失，給恢復(fù)重建中的震區(qū)帶來了又一次重創(chuàng)。由于當(dāng)?shù)卣皶r監(jiān)測預(yù)警，組織轉(zhuǎn)移群眾，所幸未造成人員傷亡。

2 干溝泥石流區(qū)域概況

研究區(qū)位于都江堰市虹口鄉(xiāng)紅色村4社東北側(cè)溝谷內(nèi)，地處白沙河右岸，西南距都江堰市約14 k m，距虹口鄉(xiāng)約2.5 k m，區(qū)內(nèi)有鄉(xiāng)村公路相通，交通便利。該區(qū)屬四川盆地中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣侯區(qū)，四季分明，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，與同一氣候區(qū)的其他各地相比，又表現(xiàn)為溫度較低，日照較少，陰雨天氣頻繁。本區(qū)地處都江堰市北部中高山區(qū)，海拔高程920～1 773 m，相對高差853 m。山體走向近南北向，山脊狹窄，一般地形坡度在35°～55°以上，上陡下緩，溝谷切割較深，多為“V－U”型谷，地貌類型為侵蝕構(gòu)造中高山地貌。周邊山峰林立，岸坡陡峻，切割淺，溝道短，坡降大，溝源地形多呈漏斗狀與山峰陡巖相接，溯源侵蝕強(qiáng)烈。這種地形有利于松散固體物源、降水、地下水匯集。

研究區(qū)所在溝谷走向近南北，由于“5.12”地震破壞，溝谷兩側(cè)山坡產(chǎn)生大量的崩滑體或堆于山坡或堆于溝底，造成地貌較大變化。區(qū)內(nèi)出露地層為震旦系蘇雄組“彭灌雜巖”（Za）和第四系堆積物，第四系堆積物主要包括沖洪積物（Q4al＋pl）、殘坡積物（Q4el＋dl）、崩滑堆積物（Q4col＋del）、泥石流堆積物（Q4sel）。

地質(zhì)構(gòu)造既控制地形地貌，又可控制巖層的巖體結(jié)構(gòu)及其組合特征，對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育起綜合控制影響作用。“5.12”地震發(fā)震斷裂為虹口映秀斷裂和灌縣斷裂，地震新產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要沿該斷裂帶分布。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)育于褶皺密集和斷裂交匯等構(gòu)造復(fù)活部位，具有沿構(gòu)造線方向密集展布的特點(diǎn)，說明構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用明顯。位于龍門山之中央斷裂北川－映秀斷裂（虹口映秀斷裂）上盤?！?.12”汶川特大地震在此地地震烈度達(dá)到11度，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動強(qiáng)烈。

在地質(zhì)構(gòu)造條件和地形地貌條件的共同控制下，巖層產(chǎn)狀變化大，巖石較破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，斜坡巖體的自穩(wěn)性較差。厚層或塊狀的硬質(zhì)巖層在本次地震中容易發(fā)生崩塌，如花崗巖、安山巖、石灰?guī)r等。巖石經(jīng)過了多期構(gòu)造運(yùn)動的破壞，巖體中的片理和裂隙較為發(fā)育，其均一性和完整性均較差，加之后期遭受強(qiáng)烈風(fēng)化和剝蝕，巖體強(qiáng)度有所降低，這就導(dǎo)致了巖石的風(fēng)化、卸荷、崩塌、墜落等地質(zhì)作用顯著，造成滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象較普遍。

發(fā)生泥石流災(zāi)害的主要條件是由其特定的地質(zhì)環(huán)境條件決定的，對虹口鄉(xiāng)泥石流災(zāi)害發(fā)生、發(fā)育起主導(dǎo)作用的是地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性。陡峻的地形、軟硬相間的巖土組合和深大斷裂活動帶的影響3個因素是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的必備形成條件，大暴雨的激發(fā)則是泥石流發(fā)生的主要誘發(fā)因素。

3 干溝泥石流流域特征

紅色村干溝泥石流位于白沙河右岸，溝流域面積約1.12 k m2，主溝全長1.972 k m，標(biāo)高1 773～920 m。其溝口地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°38′06.7″，北緯31°06′44.9″。所在溝谷平面形態(tài)呈“V－U”字型；溝底標(biāo)高1 640～1 150 m，相對高差490 m，溝谷兩側(cè)山坡坡度一般30°～40°，溝谷呈整體上陡下緩特征，溝谷總體坡降398.07‰左右（圖1、圖2）。

3.1 泥石流溝流域分區(qū)特征

根據(jù)泥石流溝床縱比降、地形地貌及物源分布特征，整個溝域形成區(qū)、流通區(qū)區(qū)分不是太明顯；溝口以下堆積區(qū)特征比較明顯。

3.1.1 形成區(qū)特征

形成區(qū)（物源區(qū)）位于干溝溝谷中上游段，最高海拔1 772.6 m，最低海拔1 110 m，相對高差約662 m，面積約0.842 k m2，占流域面積的75.2%，平均縱坡降530.78‰，溝谷形態(tài)呈“V”字型，谷底寬一般6～15 m，谷坡坡度一般35°～45°。由于“5.12”地震作用，造成大部分表層剝落，山坡基巖裸露，多處山坡坡體出現(xiàn)裂縫，坡體明顯下搓；稍緩山坡及谷底堆積了大量崩塌堆積物，成分以碎石土為主，碎石含量50%～70%。根調(diào)查，溝底“5.12”新近堆積松散物厚度一般3～5 m，最厚可達(dá)到15 m。溝谷斷面形態(tài)變化較大，地形地貌為中山地貌（圖3、圖4）。

泥石流形成區(qū)的沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主，具體表現(xiàn)包括不同程度的崩滑堆積物質(zhì)水土流失、小型的支溝泥石流、局部的淺層殘破積溜滑等，由于形成區(qū)地形陡峻，徑流強(qiáng)烈，這些沖刷形成的松散物質(zhì)很快匯入溝床，進(jìn)入流通區(qū)便成為泥石流的物源。

3.1.2 流通區(qū)特征

干溝泥石流流通區(qū)溝道較短，特征不太明顯，面積約0.017 k m2，流通區(qū)溝谷兩側(cè)山坡坡度30°～45°，右側(cè)山坡較陡，大部分地段基巖出露，左側(cè)山坡坡度30°～40°，表層殘坡積土厚1～2 m，溝床左岸掏蝕，形成陡岸，溝道寬5～8 m，溝深3～5 m。溝道中堆積大量石塊，塊徑一般30～50 cm，大塊石塊徑約3.5 m，屬“5.12”地震山坡崩塌石塊。但目前流通區(qū)發(fā)生了較大變化，震后多次泥石流活動基本將流通區(qū)溝道填滿，溝中堆滿了碎塊石，溝床坡度基本與原來相同。部分溝段堆積物已明顯高出周圍兩側(cè)地面高程，在暴雨流水沖刷下，易產(chǎn)生漫流、改道，將導(dǎo)致巨大災(zāi)害。泥石流流通區(qū)的沖淤特征表現(xiàn)為有沖有淤，其沖淤特征與不同溝段坡降及溝谷方向、溝床寬度的變化等有關(guān)。調(diào)查表明，泥石流流通區(qū)一般沖淤變幅在1～2 m（圖5、圖6）。

3.1.3 堆積區(qū)特征

（1）老泥石流堆積區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合井探、探槽對底層的揭露，溝口以下至下游白沙河之間為老泥石流堆積區(qū)，村路以下至白沙河段為泥石流堆積影響區(qū)，地貌為河流階地，地層為沖洪積卵礫石土層，面積約0.261 k m2。堆積區(qū)的沖淤特征表現(xiàn)為以淤積為主，局部沖刷。泥石流沖出山口后，因地形突然變得開闊和溝谷縱坡變緩，泥石流物質(zhì)便停積下來形成泥石流堆積扇，同時，在沿溝段局部地段也有一定的沖刷痕跡。

（2）“8.13”泥石流新近堆積特征

根據(jù)調(diào)查，“8.13”泥石流新近堆積區(qū)平面形態(tài)沿原有溝道呈長條形展布，比較完整，堆積前緣至下游白沙河一帶，長約692 m，縱坡降192‰～209‰，前后緣相對高度約140 m，面積約0.018 6 k m2（圖7、圖8）。

3.2 泥石流運(yùn)動與堆積特征

（1）泥石流運(yùn)動輸移能力強(qiáng)

根據(jù)調(diào)查訪問，本次“8.13”干溝泥石流堆積物以塊石、碎石土為主，夾雜少量樹木，其搬運(yùn)輸移能力也十分巨大，在流域的面積較小、溝谷長度較短的條件下，仍然具有巨大的輸移能力，所搬運(yùn)的直徑1 m以上粗大石塊隨處可見，一次搬運(yùn)泥砂、石塊可上萬立方米以上。這次泥石流運(yùn)動輸移特征與源地豐富松散物質(zhì)供給、較陡溝床比降有密切關(guān)系。泥石流這種驚人的搬運(yùn)輸移能力及沖淤幅度，一般洪水過程需幾年，甚至幾十年才能完成，因此泥石流過程是山區(qū)塑造地貌最強(qiáng)的外營力之一。

圖1 干溝泥石流流域圖Fig.1 Basin of the Gangou debris flow

（2）泥石流侵蝕能力強(qiáng)度大

干溝泥石流運(yùn)動中表現(xiàn)出了強(qiáng)大的侵蝕能力，流體攜帶的巨大石塊強(qiáng)烈沖蝕、鏟刮溝岸和溝床，使溝道普遍加寬，溝床下切深度加大。此外，泥石流過程也產(chǎn)生了溯源侵蝕，泥石流的下切侵蝕迅速加深溝谷后，溝谷源頭因重力侵蝕作用加強(qiáng)而不斷向上游方向后退，使溝谷長度不斷增加，形成溯源侵蝕。

圖2 干溝泥石流主溝縱坡降分區(qū)圖Fig.2 Longitudinal slope gradient of the main gully

圖3 形成區(qū)V型溝道Fig.3 V－shaped gully in the formation zone

圖4 山坡表層剝落形成大量松散物源Fig.4 Surface flaking for ming loose material

（3）不同溝段泥石流沖淤特征明顯

圖5 流通區(qū)溝道特征Fig.5 Gully features in the flow zone

圖6 泥石流流通區(qū)溝道淤積Fig.6 Deposits in the flow zone

形成區(qū)的沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主，具體表現(xiàn)包括不同程度的崩滑堆積物質(zhì)水土流失、小型支溝泥石流、局部的淺層殘坡積溜滑等。流通區(qū)沖淤特征表現(xiàn)為有沖有淤，“5.12”震后多次泥石流活動基本將溝道填滿，溝中堆滿了碎塊石，部分溝段堆積物已明顯高出周圍兩側(cè)地面，一般沖淤變幅在1～2 m左右，在暴雨流水沖刷下，易產(chǎn)生漫流、改道，將導(dǎo)致巨大災(zāi)害。堆積區(qū)的沖淤特征表現(xiàn)為以淤積為主，局部沖刷。泥石流沖出山口后，因地形突然變得開闊和溝谷縱坡變緩，泥石流物質(zhì)便停積下來形成泥石流堆積扇，同時在沿溝段局部較陡地段也有一定的沖刷痕跡，具體表現(xiàn)為先沖后淤。

圖7 “8.13”泥石流堆積范圍Fig.7 accumulation scope

圖8 “8.13”泥石流堆積特征Fig.8 accumulation features

（4）堆積區(qū)易產(chǎn)生漫流，地形變化顯著

震后多次泥石流堆積物質(zhì)幾乎將溝谷淤積滿，大大改變了原有溝道地形。由于堆積區(qū)內(nèi)原本無明顯、良好的排泄溝道，2010年8月13日和18日泥石流受阻后以漫流形式向下游排泄，直沖下游4社居民重建區(qū)新建房屋，泥石流固體物質(zhì)最終在距離白沙河上方范圍的區(qū)域停淤，形成一寬10 m、長130 m的扇形堆積區(qū)，堆積厚度0.5～2 m。

4 干溝泥石流特征值計算

4.1 泥石流性質(zhì)

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，泥石流堆積物從細(xì)微顆粒到大型漂礫均有分布，由固相物質(zhì)組成可以判定干溝泥石流為泥石質(zhì)泥石流。暴雨既是泥石流形成的水源條件又是動力條件，從水源條件分析為暴雨型。泥石流流路集中，不易分散，停積時堆積物無分選性，并保持其流動時的整體結(jié)構(gòu)特征，溝槽彎道處堵塞嚴(yán)重，泥石流稠度高，沖擊力強(qiáng)，具有直進(jìn)性特征，從流體性質(zhì)分析可判定干溝泥石流為稀性泥石流。

4.2 泥石流特征值

（1）泥石流流速計算

形態(tài)調(diào)查法（據(jù)彎道超高值求）：

由于泥石流流速快，慣性大，在彎道凹岸處會產(chǎn)生明顯超高現(xiàn)象，依據(jù)實(shí)測泥石流溝道泥痕得出泥面的彎道超高值，進(jìn)而根據(jù)彎道超高與流速的關(guān)系式來推算泥石流流速。干溝于2010年8月13、18日發(fā)生的泥石流在彎道上留下明顯的泥痕，而且當(dāng)?shù)氐木用駥δ嗍鳒洗埠湍嗍鞯哪嗌钣洃洩q新。通過訪問并測量該泥石流溝的相關(guān)參數(shù)，獲得的第一手試驗(yàn)資料，可為泥石流的流速計算提供依據(jù)（圖9）。

圖9 彎道超高平面圖和剖面圖Fig.9 Plane and profile of debris rising higher at curves

根據(jù)彎道超高計算稀性泥石流流速公式：

式中，Vc為泥石流流速（m／s）；R為溝道中心曲率半徑（m），R＝（R1＋R2）／2；R2為凸岸曲率半徑（m），68.2 m；R1為凹岸曲率半徑（m），76.7 m；Δh為彎道超高值（m），取0.75 m；B 為泥面寬度（m），B＝R1－R2，8.5 m；tanφ 為內(nèi)摩擦系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.07。

經(jīng)計算，紅色村干溝泥石流溝2010年8月泥石流流速為3.50 m／s。

按雨洪法公式求泥石流流速Vc：

式中，1／α＝1／（γH·Φ＋1）0.5為泥石流中含沙量變化引起的流速修正系數(shù)；R為水力半徑（m），2.1 m；Ic為泥石流水力坡度，0.235；1／n為清水河床糙率系數(shù)，n取0.08。

經(jīng)計算，泥石流流速為3.46 m／s，結(jié)果與彎道超高值算法較為接近，亦與野外觀測的泥石流彎道運(yùn)動的特征相符。

（2）泥石流流量計算

對已發(fā)生的泥石流流量可采用形態(tài)調(diào)查法進(jìn)行計算，根據(jù)調(diào)查得到的泥石流泥位及據(jù)此求得的泥石流流速，再乘上調(diào)查求得的過流斷面求取泥石流流量。因此，本次泥石流流量計算主要采取形態(tài)調(diào)查法。據(jù)野外實(shí)測資料，選取溝道斷面位于泥石流流通區(qū)下游溝口處，溝道左右兩側(cè)分別殘留有2010年“8.13”泥石流遺留下固體物質(zhì)，周圍長滿樹木及雜草，溝床堆積物為塊石、漂石，溝床縱坡比降為235‰，泥位高度2.1 m，泥面寬度為11.5 m，斷面面積24.15 m2。

形態(tài)調(diào)查法計算公式為：

式中，Qc為泥石流斷面峰值流量（m3／s）；Wc為泥石流過流斷面面積（m2）；Vc為泥石流斷面平均流速（m／s）。

經(jīng)計算，紅色村干溝泥石流溝2010年8月泥石流流量為84.53 m3／s（表1）。

表1 泥石流斷面處流量計算表Table 1 Calculations of flow amount at cross section

5 干溝“8.13”泥石流成因分析

地震后的強(qiáng)降雨過程是誘發(fā)“8.13”泥石流的動力因素，泥石流暴發(fā)是大量前期累積雨量和當(dāng)次激發(fā)雨強(qiáng)共同作用下的結(jié)果。干溝泥石流為溝谷型，匯水面積廣，溝床縱坡降一般較大，暴雨時容易在短時間內(nèi)匯流形成洪水，為泥石流的形成提供水力條件。泥石流流域提供大量松散固體物質(zhì)來源仍然十分豐富，直接補(bǔ)給參與泥石流過程。通過對泥石流特點(diǎn)分析，干溝“8.13”泥石流成因主要有：

（1）“8.13”泥石流災(zāi)區(qū)地處高山峽谷地貌單元，為泥石流暴發(fā)和快速運(yùn)動提供了基本地形條件。

（2）“8.13”泥石流災(zāi)區(qū)位于龍門山構(gòu)造帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體破碎，“5.12”汶川地震使山體大范圍震裂松動，并觸發(fā)了大量的崩塌、滑坡堆積于溝谷和坡麓，為泥石流的暴發(fā)提供了物源條件，是暴發(fā)泥石流災(zāi)害的主要原因。

（3）局地短時強(qiáng)降雨是災(zāi)區(qū)產(chǎn)生“8.13”泥石流災(zāi)害的主要誘發(fā)因素。

（4）泥石流流域的面積相對較小，溝谷長度較短，溝床縱坡較陡，為泥石流攜帶大粒徑塊石遠(yuǎn)距離運(yùn)動提供必要條件。

（5）震區(qū)泥石流起動方式主要有二種，一是由于暴雨過程形成的斜坡表層徑流導(dǎo)致懸掛于斜坡上的滑坡體表面和前緣松散物質(zhì)向下輸移，進(jìn)入溝道后轉(zhuǎn)為泥石流過程；二是強(qiáng)降雨使溝道水流快速集中，并強(qiáng)烈沖刷溝床中松散固體物質(zhì)，導(dǎo)致溝床物質(zhì)起動并形成泥石流過程。

（6）調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)干溝泥石流溝內(nèi)堆積的滑坡壩對泥石流的阻塞明顯，潰決后可導(dǎo)致瞬時洪峰流量特別大。干溝流域內(nèi)地形崎嶇，高差很大，峽谷深切，一般山坡坡度在30°以上，最大在50°以上，溝域范圍內(nèi)主要出露基巖地層為震旦系下統(tǒng)火山巖組，巖性主要為花崗巖，內(nèi)部節(jié)理發(fā)育，地震誘發(fā)滑坡，產(chǎn)生大量松散固體堆積物，在該段泥石流局部堵塞主溝，形成了高3～4 m左右的滑坡壩。在強(qiáng)降雨誘發(fā)條件下，洪水快速匯集，主溝流量迅速增大，再加上滑坡壩處溝道很窄，形成強(qiáng)勁的潰決泥石流，進(jìn)而沖刷沿程溝道的松散固體物質(zhì)，逐漸演變?yōu)槿葜貫?.60 t／m3的稀性泥石流。

6 結(jié)語

通過對“8.13”干溝泥石流基本特征及成因分析，針對震后泥石流先洪水后泥石流以及規(guī)模大、頻度高等特點(diǎn)，應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化泥石流治理工程措施，如為防止拉槽深切侵蝕，壩內(nèi)應(yīng)適當(dāng)回填，壩后應(yīng)作副壩和護(hù)坦，泥石流過流溝道內(nèi)應(yīng)盡量采用鋼筋石籠護(hù)底、護(hù)坡，或設(shè)置防沖肋坎。應(yīng)充分分析和總結(jié)“8.13”泥石流災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，建議當(dāng)?shù)卣M(jìn)一步做好監(jiān)測預(yù)警和群測群防，進(jìn)一步加強(qiáng)汶川地震區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作。

［1]郝文輝，貢長青，馬愛民，等.都江堰市虹口鄉(xiāng)紅色村干溝泥石流應(yīng)急勘查報告［R].河北省地礦局秦皇島資源環(huán)境勘查院，2010.4.

［2]郝文輝，張艷春，等.都江堰市虹口鄉(xiāng)紅色村干溝泥石流治理工程復(fù)查復(fù)核報告［R].河北省地礦局秦皇島資源環(huán)境勘查院，2010.11.

［3]唐邦興.中國泥石流災(zāi)害［M].北京：商務(wù)印書館，2002：72－95.

［4]茍正彬，汪雄武，等.四川省丹巴縣磨子溝泥石流隱患與防治建議［J].四川有色金屬，2010，（1）：47－50.

［5]宋志，李宗亮，等.瀘定縣五里村泥石流危害特征分析及防治建議［J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2010，21（2）：11－14.

［6]丁明濤，陳寧生，等.彎道超高法在泥石流流速計算中的應(yīng)用［J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2006，17（3）：147－149.