王 銳 劉 剛 鐘曉波

（1.中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)院有限公司 重慶 401147；2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì) 重慶 401147）

1 引言

泥石流通常是在集中暴雨等誘發(fā)條件下引起的攜帶有大量泥沙和石塊，于地形陡峻、溝壑縱深大地區(qū)發(fā)生的特殊洪流。泥石流常表現(xiàn)突發(fā)性強(qiáng)、沖擊力大、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，常常會(huì)沖毀房屋、公路、鐵路等設(shè)施，甚至人員傷亡，造成巨大損失，所以對于泥石流的形成機(jī)制研究及危險(xiǎn)性評價(jià)有重大意義。

國外對泥石流的形成機(jī)制及危險(xiǎn)性評價(jià)開展的比較早，對于泥石流危險(xiǎn)性研究的成果也較多。奧地利、瑞士等歐洲國家對泥石流的災(zāi)害性評價(jià)，較早的提出了“三色”（即類似交通信號中紅、黃、綠）方法來劃分泥石流危險(xiǎn)區(qū)、潛在危險(xiǎn)區(qū)和無危險(xiǎn)區(qū)。日本足立勝治等于1977年首次開展了泥石流危險(xiǎn)度的判定研究，提出主要從地貌條件、泥石流形態(tài)和降雨3個(gè)方面判定泥石流發(fā)生的幾率。

國內(nèi)對泥石流的危險(xiǎn)度研究起源于20世紀(jì)80年代。近年來，由于地震，伴隨著泥石流災(zāi)害頻頻發(fā)生，對泥石流的危險(xiǎn)性研究也隨之增加。專家學(xué)者對黃河上游地區(qū)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域、都（江堰）汶（川）公路泥石流、四川涼山州安寧河流域泥石流、四川閻王曲二支溝泥石流、臨潼大水溝泥石流等泥石流危險(xiǎn)性作了深入細(xì)致的研究，且李泳早在1999年就泥石流問題綜合多種方法思想作了歸納總結(jié)，李闊等人針對泥石流的研究現(xiàn)狀作了詳細(xì)闡述。但由于四川崇州雞冠山鄉(xiāng)茍家村特殊的地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，對于大巖溝泥石流的形成機(jī)制和危險(xiǎn)性評價(jià)亟需解決。本文針對大巖溝泥石流的特點(diǎn)，在了解大巖溝地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造后，結(jié)合區(qū)域性環(huán)境對其泥石流形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)的影響作用，最終形成對其危險(xiǎn)性的評判。

2 工程概況

位于四川省崇州市雞冠山鄉(xiāng)茍家村的大巖溝泥石流在2008年“5·12”特大地震后，在坡面形成碎屑，3天暴雨后于5月16日發(fā)生過。以后暴雨過后曾發(fā)生多次泥石流，但規(guī)模均很小，僅有少量泥砂夾塊石沖出，堵塞河道，未造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失，也沒有造成人員傷亡。淤積物被攜帶達(dá)幾百米，危及溝中住戶。目前，在泥石流堆積區(qū)、極危險(xiǎn)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)范圍內(nèi)受威脅對象包括溝內(nèi)分布有10多戶居民和到白云溝的旅游道路以及橋梁1座。據(jù)統(tǒng)計(jì)，泥石流危險(xiǎn)區(qū)潛在受災(zāi)人口計(jì)100人，其險(xiǎn)情級別劃分屬小型。

本次泥石流應(yīng)急勘查的主要目的有：查明泥石流類型、規(guī)模、形成條件、運(yùn)動(dòng)特征、發(fā)展趨勢、可能出現(xiàn)的災(zāi)情和險(xiǎn)情等，為泥石流應(yīng)急防治工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。主要任務(wù)包括：查明地形地貌特征；查明泥石流運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，計(jì)算泥石流流量、流速、沖擊力、沖高和爬高等參數(shù)；確定泥石流危險(xiǎn)區(qū)范圍，對泥石流災(zāi)情和險(xiǎn)情進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；根據(jù)泥石流形成條件和基本特征、危害情況等，有針對性地提出泥石流應(yīng)急防治的方案建議。

圖1 泥石流區(qū)平面示意圖

圖2 泥石流地質(zhì)1-1’橫剖面圖

3 勘查區(qū)自然條件及地質(zhì)環(huán)境條件

3.1 自然條件

3.1.1 位置與交通

勘查區(qū)位于崇州市雞冠山鄉(xiāng)茍家大巖溝，區(qū)內(nèi)有旅游公路及通村公路，交通較方便，工作區(qū)距崇州市區(qū)約50km。

3.1.2 氣象與水文

崇州市屬四川盆地亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，日照偏少，無霜期較長。年平均降雨量1012.4mm，崇州氣象站觀測的24h最大降雨量為257.00mm（鞍子河，1966.7.26～7.27），351.4mm（萬家場，1966.7.26～7.27），雨日和雨量均為夏多冬少，春季為176.1mm，夏季為588.0mm，秋季218.4mm，冬季為29.9mm。主要災(zāi)害性天氣為連續(xù)性陰雨、洪澇、干旱、大風(fēng)、冰雹、寒潮、霜凍等。

大巖溝流域?qū)籴航?。大巖溝為岷江左岸一級支流西河之一級支流，溝源頭位于崇州南部的雞冠山鄉(xiāng)茍家村的后龍山西麓，由東向西流經(jīng)雞懷公路，在茍家場匯入西河上游文井江。其中文井江，平均逕流量15.2m3/s。全長109km，市境內(nèi)長96.8km，流經(jīng)14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，為全市最長河流，主溝屬于雨源類型河流，地表徑流主要由降雨補(bǔ)給。

工區(qū)段白云溝自東向西從堆積區(qū)前緣流過，沖溝寬度15.0m～30.0m，本段河床縱比降約230.3‰。流域內(nèi)洪水主要由暴雨形成，年最大洪水發(fā)生時(shí)間以5月～9月居多，其余月次之。洪水匯流速度快，河槽調(diào)蓄能力小，具有山區(qū)河流共有的急漲快落的特征，每次洪水一般經(jīng)歷1天～3天左右。泥石流形成區(qū)發(fā)育一條沖溝，自北向南，在二道橋右岸匯入白云溝，切深0m～0.70m，常年有少量流水，勘查期間幾乎斷流，物源區(qū)沖溝不發(fā)育，地表碎石，斷木星羅棋布。

3.2 地質(zhì)環(huán)境

3.2.1 地層巖性

工作區(qū)主體屬上龍門山隆起褶帶分區(qū)，以古生代石炭系和泥盆系陸相沉積巖最為發(fā)育，次為晚三疊系復(fù)陸屑沉積巖，呈飛來峰式。第四系主要沿河谷及兩側(cè)岸坡分布，有沖積、洪積、坡積、滑積等成因類型，地貌特征明顯，地層軟硬相間。地層由淺到深依次為：第四系沖積層（Q4al）與冰磧冰水堆積層（Q1+3gl+fgl），三疊系巖屑砂巖與砂質(zhì)泥巖互層夾煤層，石炭系灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，泥盆系白云巖、灰?guī)r等。表層沖積層與冰磧～冰水堆積層都是一些松散堆積物，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，為泥石流的發(fā)生奠定了物源條件。

3.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

調(diào)查區(qū)位于龍門山隆起褶帶南段。龍門山隆起褶帶是褶皺、斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，多期復(fù)合、規(guī)模巨大的構(gòu)造帶。由一系列北東向隆起、坳陷、單式和復(fù)式褶皺，壓性、壓扭性斷裂組，巖層構(gòu)造變形強(qiáng)烈，成為地表不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育的內(nèi)在因素之一。

3.2.3 地震

據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001），工程區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度。該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

4 泥石流成因機(jī)制分析

4.1 形成區(qū)（物源區(qū)）特征

形成區(qū)（物源區(qū)）特征主要包括有：松散堆積體（殘坡積層）、地質(zhì)災(zāi)害堆積體、人類活動(dòng)形成的松散堆積體、調(diào)查分析形成區(qū)的水源類型。

松散堆積體（殘坡積層）：調(diào)查區(qū)處于強(qiáng)烈抬升區(qū)，區(qū)內(nèi)地殼活動(dòng)頻繁、強(qiáng)烈，近南西北東向斷層發(fā)育。溝谷下切強(qiáng)烈，巖石破碎，引起崩塌、滑坡，為泥石流的發(fā)生貢獻(xiàn)了部分固體物質(zhì)。區(qū)內(nèi)出露巖性主要為白云巖，灰?guī)r、砂頁巖，這些軟硬相間的巖層，結(jié)構(gòu)疏松，易于風(fēng)化。

地質(zhì)災(zāi)害堆積體：在沖溝上游兩岸，分布高程1275m～1375m一帶，森林毀壞嚴(yán)重稀疏，到處是白茫茫的碎石堆積，猶如光潔的臉蛋被劃出多道傷痕，成蘋果狀。在沖溝右側(cè)山坡形成崩塌堆積兩處，而在左側(cè)形成崩塌堆積3處。

人類活動(dòng)形成的松散堆積體：區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為坡腳附近公路建設(shè)、居民住宅以及農(nóng)家樂，植被發(fā)育、水土保持較好周圍無水利工程以及棄土棄渣等。總結(jié)有，區(qū)內(nèi)存在8萬m3或更多的可被洪水帶走形成泥石流的固體物源，其中8萬m3為近期可移動(dòng)物源。

調(diào)查分析形成區(qū)的水源類型：如前所述，大巖溝為岷江水系一級支流西河的支流白云溝的支溝，雨季有水，溝水主要接受大氣降水補(bǔ)給。可見，泥石流溝內(nèi)地表水流量不大，但水動(dòng)力強(qiáng)大，沖蝕和攜帶固體物質(zhì)的能力很強(qiáng)。因此，特別是暴雨條件下，富含泥砂的地表水從較大落差的高處沖下，沖洗、掏蝕和裹帶溝床及溝岸兩側(cè)松散物質(zhì)并沿溝而下，致使流體中固體物質(zhì)含量增多，粘度變大，并形成破壞力很強(qiáng)的稀性泥石流。

表1 泥石流流量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

表2 一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量計(jì)算結(jié)果

4.2 流通區(qū)特征

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)。流通區(qū)沖刷特征主要表現(xiàn)為溝谷側(cè)蝕和下蝕作用強(qiáng)烈，將原泥石流堆積物或沖洪積物沖刷帶出溝谷，于松散物臨溝側(cè)形成新鮮的陡坎。沿溝可見這種因沖刷形成的陡坎高度通常高4m～5m。流通區(qū)泥石流淤積特征，主要表現(xiàn)為泥石流彎道處呈現(xiàn)凹岸堆積和溝谷突然變寬地段、坡降變緩的溝段出現(xiàn)的堆積以及岸坡上部泥石流爬高或彎道超高而形成的泥石流堆積。沿溝常見沖淤并存的現(xiàn)象，如下方因泥石流沖刷而形成陡坎，而上部則又有泥石流爬高后產(chǎn)生的堆積物覆蓋其上。調(diào)查表明，泥石流流通區(qū)一般沖淤變幅在1m～2m左右。

4.3 堆積區(qū)的特征

據(jù)調(diào)查，堆積區(qū)的沖淤特征表現(xiàn)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(shí)，在沿溝段局部地段也有一定的沖刷痕跡。

4.4 泥石流的形成條件

地形地貌條件：大巖溝流域大巖溝兩岸地形陡峻，為典型的中低山峽谷地貌，最高海拔高程為1500m，最低海拔高程1100m，相對高差400m。流域面積約0.31km2，主溝全長0.8km，主溝有少量流水，與支溝大角度斜交，有利于匯水，泥石流溝堆積區(qū)、流通區(qū)、形成區(qū)溝床比降分別為：34%，31%，24%，總體平均坡降為27%。堆積區(qū)、流通區(qū)相對狹窄，而形成區(qū)溝道較寬闊，較長。大巖溝相對高差大，匯水面積較大、流通區(qū)狹窄且比降較大，有利于泥石流的形成。

降水條件：根據(jù)崇州市（崇慶縣）1959年～2004年的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明崇州西部山區(qū)的降水條件對泥石流的形成十分有利：（1）降水充沛，山區(qū)多年平均年降雨量在1012.4mm，這樣的雨量已達(dá)到或超過中國一些半干旱，半濕潤泥石流強(qiáng)烈活動(dòng)地區(qū)的年降雨量。（2）降水集中，降雨量在年內(nèi)月份分布不均勻，多集中在4月～9月，占全年降水的80%以上。（3）多暴雨，山區(qū)多為歷時(shí)短，強(qiáng)度大的區(qū)域性暴雨、大雨，且主要時(shí)段集中在6h之內(nèi)。

崇州市境內(nèi)的泥石流發(fā)生頻率0.2～0.8的最大日暴雨量為60mm～80mm，按照這樣的泥石流發(fā)生臨界雨量，山區(qū)以具備發(fā)生泥石流對雨量的基本要求。

4.5 泥石流的主要誘發(fā)因素

區(qū)內(nèi)地形陡峻，溝谷縱坡大，跌水和彎道發(fā)育，為泥石流的發(fā)育提供了有利的地形地貌條件，區(qū)內(nèi)面蝕、溝岸崩滑及溝底松散物質(zhì)再搬運(yùn)為泥石流的發(fā)生提供了豐富的固體物源條件。而溝谷匯水條件好，水動(dòng)力充足，為泥石流的發(fā)育提供了較好的水源條件，這些因素為泥石流的形成提供了基礎(chǔ)。

據(jù)了解，泥石流主要為短時(shí)集中降雨所激發(fā)，且溝谷堵塞和突然潰決增大泥石流的突發(fā)性和破壞能力，也成為泥石流難以預(yù)防和造成損失嚴(yán)重的重要因素。此外，調(diào)查表明，地震也是形成泥石流的重要誘因。

5 泥石流特征及危險(xiǎn)性評價(jià)

5.1 泥石流的動(dòng)力學(xué)特征

5.1.1 泥石流容重

根據(jù)現(xiàn)場測定及事后當(dāng)?shù)鼐用竦拿枋龅贸鏊潦谋壤?∶1∶8，按下式計(jì)算泥石流容重：

式中：γc為泥石流容重，t/m3；γs為固體物質(zhì)密度，t/m3，取試驗(yàn)值1.66t/m3；f為泥石流固體物質(zhì)體積和水的體積之比。

計(jì)算結(jié)果顯示泥石流的容重為1.594t/m3，為稀性泥石流。

5.1.2 泥石流流量

根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊》，假定暴雨和洪水同頻率出現(xiàn)，采用其推薦的推理公式由暴雨計(jì)算洪峰流量：

式中：ψj為洪峰徑流系數(shù)，等于形成洪峰的凈雨量與降雨量之比值，這里取0.70；i為最大平均暴雨強(qiáng)度，mm/h，120.1mm（1%）、108mm（2%）；A為匯水面積，0.31km2。表 1為泥石流流量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果，其中1%，2%為泥石流發(fā)生頻率。

再利用適合稀性泥石流計(jì)算的雨洪法對泥石流流量進(jìn)行計(jì)算。泥石流流量可先采用水文方法計(jì)算出斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量Qp（計(jì)算方法查閱水文手冊）然后選用堵塞系數(shù)Dc取2.5，按下式計(jì)算泥石流流量Qc：

5.1.3 泥石流流速

泥石流流速是決定動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的最重要參數(shù)之一，目前泥石流流速計(jì)算公式為半經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)公式，本次根據(jù)崇州稀性泥石流結(jié)合川西山區(qū)特點(diǎn)選用西南地區(qū)（鐵二院）推薦的斯里勃內(nèi)依改進(jìn)公式進(jìn)行計(jì)算：

基于以上的分析，計(jì)算得出泥石流流速為3.81m/s。

5.1.4 一次泥石流過程的總量計(jì)算

一次泥石流總量可通過計(jì)算法和實(shí)測法確定。根據(jù)下兩公式計(jì)算一次泥石流總流量。

式中：K根據(jù)流域面積為0.31km2，取0.202；T取0.5h和1.0h。表2為計(jì)算獲得1%頻率和2%頻率下的一次泥石流總量和沖出固體物質(zhì)總量。

通過以上對泥石流運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)特征的分析，可以判斷泥石流的規(guī)模為小規(guī)模。

5.2 泥石流的危險(xiǎn)性評價(jià)

5.2.1 泥石流活動(dòng)性評價(jià)

為合理評價(jià)大巖溝泥石流的危險(xiǎn)程度，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查評價(jià)泥石流的活動(dòng)強(qiáng)度，且考慮其堆積扇規(guī)模較大，主河河型變化（已改道），主流已偏移，泥沙補(bǔ)給長度比40%，沿溝松散堆積物儲量大于104m3/km2，松散堆積物變形量較大，暴雨強(qiáng)度指標(biāo)R為6.0左右，判定出大巖溝泥石流的活動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)。

5.2.2 泥石流致災(zāi)能力評價(jià)

根據(jù)調(diào)查，大巖溝泥石流活動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)，活動(dòng)規(guī)模為小型，發(fā)生頻率為高頻（自“5.12”地震爆發(fā)后已多次發(fā)生），堵塞程度為中等，F(xiàn)=8，屬致災(zāi)能力較強(qiáng)的泥石流。

5.2.3 受災(zāi)體（建筑物）綜合承（抗）災(zāi)能力評價(jià)

根據(jù)調(diào)查受災(zāi)體（建筑物）工程質(zhì)量合格存在隱患，區(qū)位條件位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，防治工程和輔助工程存在問題。橋墩局部沖刷已達(dá)0.7m，溝口的彎道導(dǎo)流墻部分破壞，溝底的導(dǎo)流槽被破壞，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5年～10年一遇，綜合以上E=8，綜合承（抗）災(zāi)能力差。

5.2.4 泥石流危險(xiǎn)性評價(jià)

通過調(diào)查分析確定泥石流活動(dòng)的危險(xiǎn)程度或?yàn)?zāi)害發(fā)生的幾率，利用以下判定式：

式中：D為危險(xiǎn)程度或?yàn)?zāi)害發(fā)生的幾率；F為泥石流的致災(zāi)能力；E為受災(zāi)體（建筑物）綜合承（抗災(zāi)）能力。

將值代入，D=1，受災(zāi)體處于災(zāi)變的臨界工作狀態(tài)，表明該區(qū)域要警惕可能發(fā)生的泥石流災(zāi)害。

6 結(jié)論與建議

（1）泥石流溝堆積區(qū)、流通區(qū)、形成區(qū)溝床比降分別為：34%，31%，24%，總體平均坡降為27%，山區(qū)多年平均年降雨量在1012.4mm，且泥石流發(fā)生頻率0.2～0.8的最大日暴雨量為60mm～80mm，按照這樣的泥石流發(fā)生臨界雨量和地形條件，山區(qū)已具備發(fā)生泥石流基本條件。

（2）泥石流的一次最大沖出量為5000m3，計(jì)算結(jié)果顯示泥石流的容重為1.594t/m3，為稀性泥石流，且泥石流流速為3.81m/s。通過以上對泥石流運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)特征的綜合分析，可以判斷泥石流的規(guī)模為小規(guī)模。

（3）通過現(xiàn)場調(diào)查分析，表明大巖溝泥石流的活動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)，且為致災(zāi)能力較強(qiáng)（F=8），綜合承（抗）災(zāi)能力差（E=8）的泥石流，最終判定受災(zāi)體處于災(zāi)變的臨界工作狀態(tài)（D=1）。

（4）建議對泥石流進(jìn)行綜合治理：對形成區(qū)建議進(jìn)行植樹造林，生物防護(hù)；對流通區(qū)的卡口位置建議修建攔砂壩，降低泥石流的沖擊力；在堆積物區(qū)建議修建導(dǎo)流堤，保護(hù)附近的居民住宅，在溝口附近修復(fù)導(dǎo)流壩，修復(fù)主溝中沖刷槽，對橋涵橋墩進(jìn)行防沖刷加固，對主溝堆積體附近的跌水進(jìn)行斜坡化處理。陜西水利

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