麻格溝泥石流特征、成因及危險性評價

李 峰,馬東濤,馬 煜

(1.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,四川成都 610041;2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049;3.成都理工大學(xué),四川成都 610041)

麻格溝泥石流特征、成因及危險性評價

李 峰1,2,馬東濤1,馬 煜3

(1.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,四川成都 610041;2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049;3.成都理工大學(xué),四川成都 610041)

泥石流;形成條件;危險性評價;麻格溝

麻格溝為雅礱江右岸一級支流,研究麻格溝主溝及 4條泥石流支溝的泥石流特征、形成條件等,對制定泥石流防治方案具有重要意義。采用 MFCAM模型對麻格溝進(jìn)行危險性評價的結(jié)果表明,麻格溝主溝和烈士陵園溝為危險性極高的泥石流溝,相克宗溝為高度危險,麻格宗溝為中度危險,雅江兵站左岸支溝為低危險。

麻格溝為雅礱江右岸一級支流,發(fā)源于海拔 4 702m的剪子灣山,在雅江縣縣城西側(cè)海拔 2 688m處匯入雅礱江,位于國道 318線東俄洛至海子山段,由 10余條支溝匯合而成,其中 4條為泥石流溝。麻格溝流域面積 163.78 km2,主溝長度 17.35 km,平均比降 117‰,匯流面積大,縱坡較陡,溝谷和岸坡上堆積了大量的冰磧物、坡殘積物和老泥石流堆積物,加之高山區(qū)降水強(qiáng)度大,為泥石流的形成和運(yùn)動創(chuàng)造了條件。

1 泥石流活動概況

據(jù)實地調(diào)查,麻格溝曾于 1989年 6月、1997年 7月、2005年 8月發(fā)生過較大規(guī)模的泥石流,平均 7～8 a發(fā)生一次。雨季洪水沖蝕溝床極易形成泥石流,主溝內(nèi)小規(guī)模的泥石流幾乎年年都有發(fā)生,各支溝大致 3～5 a發(fā)生一次泥石流。麻格溝主溝(N1)和 4條泥石流支溝(N2—N5)的基本情況見表 1。麻格溝主溝及支溝泥石流的發(fā)生時間多集中在 6—9月份,尤其以 6、7月份暴發(fā)頻率最高,這與流域內(nèi)的降水分布規(guī)律基本一致,說明該流域的泥石流均為強(qiáng)降雨所激發(fā)。積雪消融的春季未見泥石流發(fā)生,說明冰雪融水對泥石流形成影響較小。

表1 麻格溝主溝及泥石流支溝基本情況

2 泥石流形成條件

2.1 地形條件

麻格溝流域位于山體強(qiáng)烈隆升、河流深切的中高山峽谷地區(qū),地形起伏大,最大高差 2 688m。高落差為上游的第四系冰川堆積物和溝道中的崩坡積物等松散碎屑物質(zhì)運(yùn)動提供了勢能,陡峻的地形又為徑流向主溝匯集和松散碎屑物質(zhì)運(yùn)動創(chuàng)造了條件。麻格溝的地形條件對泥石流發(fā)育極為有利:上游溝床縱坡比降較大,多在 24%以上,為泥石流形成區(qū);主溝、相克宗溝及麻格宗溝溝道比降較小,在 11%～13%之間,為泥石流形成—流通區(qū);烈士陵園溝與主溝匯合口以下至雅礱江邊的溝床比降在 10%以下,為泥石流堆積區(qū),堆積區(qū)堆積扇不發(fā)育,在溝口僅形成泥石流灘地。

2.2 地質(zhì)條件

麻格溝流域出露地層以中生界三疊系上統(tǒng)雅江組(T3y)的碎屑巖和碎屑變質(zhì)巖為主。巖性主要為灰、深灰色塊狀變質(zhì)細(xì)粒長石巖屑砂巖,變質(zhì)泥質(zhì)粉、細(xì)砂巖,灰色條帶狀含炭質(zhì)絹云板巖呈不等厚韻律互層,局部具中粒結(jié)構(gòu)。河(溝)谷低地及緩坡地帶分布有第四系松散堆積層,成因類型主要有沖積、洪積、泥石流沉積、崩積、滑坡堆積、殘坡積和冰川、冰水沉積等。受喜山運(yùn)動影響,流域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動明顯,并以斷續(xù)上升運(yùn)動為主,表現(xiàn)為河谷劇烈下切、山體隆升、階地和斷崖發(fā)育,為泥石流發(fā)育提供了優(yōu)越的勢能條件[1]。

2.3 松散固體物質(zhì)來源

麻格溝流域地質(zhì)條件十分復(fù)雜。據(jù)調(diào)查,流域內(nèi)松散固體物質(zhì)主要分布在泥石流形成—流通區(qū),主要有主溝溝床松散堆積體、支溝泥石流堆積物、坡面表層松散土體和部分溝岸的小型滑坡、崩塌,其中以溝床堆積物為主,從溝道上游至下游均有分布。溝床內(nèi)松散堆積體多為近期泥石流堆積形成,還有少量崩塌、滑坡堆積物。與典型泥石流溝相比,麻格溝泥石流松散固體物質(zhì)補(bǔ)給較為分散,缺乏大型崩塌和滑坡等集中補(bǔ)給,松散固體物質(zhì)相對不豐富,故而暴發(fā)的泥石流以稀性泥石流和過渡性泥石流為主。

2.4 氣候及水源條件

麻格溝流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)高原型氣候區(qū),主要受西南季風(fēng)和高原季風(fēng)控制,表現(xiàn)為氣溫低、冬季長、四季不分明、干雨季分明等氣候特點(diǎn)。流域內(nèi)年降水量最大值為1 001.3mm,最小值為 497.0mm,河谷區(qū)年降水量為 600mm左右,暴雨主要集中在 6—8月,期間降水量占年降水量的 78%。受地形影響,不同海拔地區(qū)氣候呈規(guī)律性變化,基本趨勢為:氣溫隨海拔升高逐漸降低;降水量隨海拔升高表現(xiàn)為先升高后降低,在海拔3 000m和5 000m附近出現(xiàn)兩個降雨峰值帶,降水量變化梯度為 50mm/100m。剪子灣山高山區(qū)年降水量可達(dá)1 000mm,為泥石流運(yùn)動提供了豐富的水源。

2.5 人類活動

麻格溝流域自然條件較好,生態(tài)環(huán)境優(yōu)越,人口密度較大,當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)主要以農(nóng)、牧業(yè)為主,目前流域內(nèi)人類活動主要有農(nóng)牧、建筑、修路等。農(nóng)牧及建筑活動強(qiáng)度不大,一般不會誘發(fā)大規(guī)模泥石流災(zāi)害,而修路尤其是公路改建等容易誘發(fā)泥石流、滑坡、崩塌等。

3 泥石流特征

3.1 泥石流容重及顆粒組成

泥石流靜力學(xué)特征主要指泥石流流體或漿體的容重、含水量、物質(zhì)組成、流變特征、化學(xué)性質(zhì)及靜力特征等。由于泥石流暴發(fā)時突發(fā)性強(qiáng)、沖擊力大,難以直接測得天然泥石流容重,因此一般采用現(xiàn)場調(diào)查試驗法,在需要測試的溝段選取有代表性的堆積物攪拌模擬泥石流暴發(fā)時的流體狀態(tài),通過測定樣品的總質(zhì)量和總體積,求出泥石流流體容重。在無法取得代表性樣品時,可根據(jù)泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化標(biāo)準(zhǔn),通過現(xiàn)場試驗和綜合判斷法確定泥石流的容重。在麻格溝主溝(N1)及支溝(N2—N5)分別選取測量斷面(D1—D5),試驗測得各泥石流溝的泥石流容重分別為 14.7～ 16.7、18.6、19.6、17.7、12.8 kN/m3。麻格溝礫石土顆粒分析結(jié)果見表 2。

表 2 麻格溝泥石流堆積物顆粒成分分析%

式中:Qmax為洪峰流量,m3/s;n為糙率,依據(jù)溝床情況確定;F為過流斷面面積,m2;R為水力半徑,m;I為河床縱比降。

最大流速計算公式為

式中:Vmax為最大流速,m/s;其余符號意義同上。

麻格溝主溝及支溝泥石流流速和流量計算結(jié)果見表 3。

3.2 泥石流流速及流量

采用洪痕法計算泥石流流量、流速,流量計算公式為[2]

表 3 麻格溝主溝及支溝泥石流流速和流量

3.3 一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量

一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量計算公式[3]為

根據(jù)上述計算結(jié)果和泥石流容重等參數(shù),計算不同頻率一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量,見表 4。

表 4 不同頻率一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量 萬m3

4 泥石流危險性評價

地質(zhì)災(zāi)害危險性是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、活動規(guī)模、活動頻次的綜合性反映[4]。本文采用MFCAM模型對上述 5條泥石流溝的單溝危險度進(jìn)行計算,選擇了泥石流規(guī)模(M)、泥石流發(fā)生頻率(F)兩個主要因子以及流域面積(S1)、主溝長度(S2)、流域相對高差(S3)、流域切割密度(S6)及不穩(wěn)定溝床比例(S9)等 5個次要因子,利用評價因子的轉(zhuǎn)換值進(jìn)行麻格溝泥石流危險度(Ht)評價,計算公式為[5]

單溝泥石流危險度評價因子的轉(zhuǎn)換函數(shù)見表 5、評價因子實際值及其轉(zhuǎn)換值見表 6。將各評價因子的轉(zhuǎn)換值代入式(4),得到麻格溝主溝及支溝的泥石流危險度分別為 0.95、0.85、0.78、0.45、0.24。根據(jù)單溝泥石流危險度分級標(biāo)準(zhǔn),主溝(N1)和支溝(N5)屬危險性極高的泥石流溝,支溝(N2)屬高度危險的泥石流溝,支溝(N3)屬中等危險的泥石流溝,支溝(N4)屬低危險的泥石流溝[6-7]。

表5 單溝泥石流危險度評價因子的轉(zhuǎn)換函數(shù)

5 泥石流防治建議

泥石流成因分析、動力學(xué)參數(shù)計算及危險性評價結(jié)果表明:麻格溝有暴發(fā)大規(guī)模泥石流的可能性,且一次泥石流沖出量較大。為了確保下游群眾生命財產(chǎn)安全,必須對麻格溝進(jìn)行綜合治理,同時采取一系列生物措施,保護(hù)流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境,從根本上抑制泥石流的發(fā)生。

據(jù)麻格溝的物源分布特征和工程地質(zhì)條件,治理應(yīng)以排導(dǎo)為主,排導(dǎo)、攔擋和溝岸支護(hù)相結(jié)合。通過修建攔擋壩削減泥石流流量、降低運(yùn)動速度、減小破壞力,在部分溝道布置適量的固溝壩群,固定溝床松散固體物質(zhì),防止溝床下切和溝岸側(cè)蝕,也可適當(dāng)攔截泥石流中的大礫石及泥沙,減小泥石流規(guī)模和破壞力,同時在下游修建排導(dǎo)槽,將沖出的泥石流引到不會威脅群眾生命財產(chǎn)的安全區(qū)[8-9]。

表 6 MFCAM模型評價因子實際值及其轉(zhuǎn)化值

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P642.23

A

1000-0941(2011)04-0062-03

李峰(1986—),男,安徽阜陽市人,在讀碩士,研究方向為巖土工程和減災(zāi)防災(zāi)。

2011-01-01

(責(zé)任編輯 李楊楊)