大渡河左岸小河溝泥石流特征及其危險性評估研究

程禮來，吳俊峰

（1.河南省地礦局地球物理勘查隊，鄭州 450053；2.成都理工大學 地質災害與環境保護國家重點實驗室，成都 610059）

小河溝位于四川省瀘定縣得妥鄉境內，大渡河左岸，溝口距大崗山壩址約11.2km。該溝2009年爆發泥石流，中斷S211省道，并在溝口造成大渡河暫時性堵河，溝口拱橋凈空減小一半。研究該溝泥石流特征，評價其活動對大崗山電站庫區及S211省道的影響，具有重要的現實意義。

1 泥石流形成條件

（1）地形。小河溝源于海拔約2750 m處，最后在海拔約1027 m處流入大渡河，主溝長約4.7km，流域面積10.36km2，平均縱坡降370‰，具備了典型的泥石流溝地形地貌特征，即形成區、流通區和堆積區區分明顯。形成區三面環山，沖溝發育，主溝叫馬塘子溝，最大的一條支溝為郭家溝，溝內常年有流水；四吊一溝較短，為季節性流水溝谷，溝谷總體坡度30°～45°；流通區溝順直，谷較狹窄，呈“V”字型，溝壁坡度大于60°；溝口以大角度與大渡河交匯。

溝谷流域內植被因受地形地貌、地層巖性等的影響，其垂直分帶性非常明顯。溝底至海拔1500 m，為人類活動集中區域，植被以農作物和果樹為主，海拔1500 ～2200 m植被類型以喬灌木為主，2200 m以上植被類型以森林為主。小河溝上游兩岸植被較好，覆蓋率70%以上。

（2）地層與構造活動。小河溝流域內的巖性主要為澄江期的花崗巖（γ2），流域右側支溝馬塘子溝內有部分三疊系白果灣組（T3bg）的砂板巖，此外第四系（Q3－4）堆積物廣泛分布于小河溝溝口、溝道內及兩岸的緩坡地帶，主要包括坡殘積物、泥石流堆積物和少量的崩塌、滑坡堆積體（圖1）。溝內可見裸露花崗巖基巖，細小節理發育，但閉合較好，巖體較完整。右側支溝內的砂板巖整體完整性較差，易被風化剝蝕。根據現場調查及1∶20萬區域地質圖，小河溝流域內無斷層通過，但研究區經歷了中更新世的剝蝕夷平及中更新世晚期以來的強烈隆升區，巖體中構造節理及淺表層巖體卸荷裂隙及風化裂隙發育，為豐富的物源形成奠定了良好的條件。

圖1 小河溝流域地質圖

（3）水文氣象。研究區屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候區，氣候垂直變化明顯，四季分明，年平均氣溫一般為13～18℃，極端最低氣溫一般－5℃左右，最高氣溫多發生在7－8月。因受焚風影響形成少雨區，多年平均年降水量在700mm左右，但降水量主要集中在5－10月，其中又以6－9月最多。雨季均發生過暴雨，最大日降水量達100mm以上（2009年）。小河溝流域降雨多以地表徑流的形式流入溝中，以降雨為主要水動力，常年流水，溝源有泉水出露。

（4）人類活動。人類工程活動在形成區較為活躍，從溝口1027 ～1500 m高程均為人類工程活動區，機耕道開挖、削坡、大于30°的斜坡上開墾坡地及植被的破壞，加速了雨水的侵蝕作用，堆積前緣的掏蝕臨空降低了堆積體的穩定性，為堆積體失穩并堵塞溝道創造了條件。

2 泥石流溝特征

2.1 泥石流溝功能分區特征

小河溝泥石流的功能區劃分如下:小河溝泥石流物源區與清水匯流區大致以1600 m高程為分界線（見圖2）。清水匯流區縱坡降約487.27‰，植被茂盛，溝谷狹窄，偶見零星崩落的塊石堆積于溝底。

圖2 小河溝泥石流縱坡降圖

小河溝泥石流物源區縱坡降約411.21‰，物源主要為用于耕種的殘坡積堆積物和溝道附近的崩塌堆積、洪積或古泥石流堆積體（照片1），其中在紫雅村附近發育有一小型覆蓋層滑坡，體積約4萬m3，主滑方向40°。物源以黏土、碎石、塊石為主，成分為花崗巖、砂板巖等，結構松散。小河溝流通區縱坡降約182.30‰，區內溝道狹窄且在近溝口段有局部彎道，彎道的巖壁上可以清楚地看到2009年9月份泥石流撞擊留下的泥痕（照片2）。流通區以下直達大渡河為小河溝泥石流的堆積區，該區縱坡降約61.08‰，長約30m，根據野外調查，該溝在大渡河強烈切割區形成一個具有一定規模的泥石流堆積扇（扇長82m，寬15m，擴散角130°）（照片3－4），該溝曾發生過大型泥石流造成短時間的堵河，潰壩后大部分的泥石流物質被河流沖走，如今大渡河在枯水季節局限在靠右岸一側流動（照片4）。

照片1 物源區坡體表層沖溝

照片2 流通區溝底堆積物及溝壁泥痕

照片3 溝口堆積扇扇頂（溝口堵塞）

照片4 小河溝泥石流溝口堆積扇

小河溝上游兩岸緩坡地帶形成大量結構松散，穩定性差的殘坡積堆積體，在溝道內則夾有部分古泥石流殘留堆積體（物質成分花崗巖和閃長巖為主，分選差，膠結較好，磨圓較好，由漂礫石夾泥沙組成）和崩塌堆積體，該部分物源的整體穩定性較好，按臨界坡度30°劃為穩定或半穩定物源。小河溝物源見表1。

綜上所述，該溝物源總量較多，約為130.8萬m3，其中約有20.3萬m3為結構松散的不穩定物源，易被降雨或泥石流沖蝕形成物源。

2.2 歷史泥石流活動特征

跟據作者現場調查訪問，小河溝每年雨季均有小規模泥石流發生，因歷時短，固體物源少，為稀性泥石流，危害小，沒有引起人們重視，未獲得具體的數據。歷史上較大的一次是1983年7月份雨季，規模比2009年略小，在溝口也有推擠大渡河并形成險灘現象，幾年后就被大渡河沖刷消失了。據老鄉介紹，1983年泥石流發生與耕地擠占溝道，雨季垮塌堵塞有關。

表1 小河溝泥石流物源特征一覽表

表2 小河溝泥石流易發程度評判表

2.3 2009年泥石流活動特征

小河溝上游左側的四吊一支溝是2009年泥石流最為嚴重的支溝。持續4～5h的暴雨，引發了泥石流災害。四吊一支溝泥石流在轉彎處崩塌堵塞，隨后，潰決，夾雜大量泥石的流體飛泄而下，主溝溝口泥位達8.5m。另外郭家溝支溝泥石流現象較為嚴重，溝內隨處可見崩塌堆積體。其余兩溝泥石流較輕。溝口的S211公路被堵，橋洞堵塞近一半（照片3－4），根據現場配漿試驗，泥石流容重大18.6kN／m3，調查當時老鄉描述的堆積物規模復原測量及計算復核，2009年泥石流的輸沙量約5400 m3。小河溝泥石流的暴發與其溝谷發育形態、人類改造及降雨有密切的關系。分析該溝泥石流暴發周期為20年一遇，屬于中頻的粘性降雨型泥石流。小河溝泥石流溝的匯水面積較大，支溝發育，溝內巖體除右側馬塘子溝為砂板巖地層，巖性較破碎外，其余都為花崗巖，巖體總體較完整。溝內物源主要為殘坡積堆積體，在溝內廣泛分布，暴雨時，雨水帶走坡體上的松散物質，并形成沖溝，在強大水動力條件下，所有物質匯入主溝，崩塌形成的大塊石在狹窄溝道內堵塞，后潰決，形成沖擊力極強的粘性泥石流，沖出溝口，流入大渡河。綜上所述，強降雨與堵塞－潰決是小河溝2009年泥石流形成的兩個基本條件，小河溝泥石流屬于降雨型溝谷堵塞－潰決型泥石流。

3 危險性評價

按照泥石流易發程度評價［1］，對小河溝天然狀況下諸因素打分進行綜合評價，其評分值參見表2，評分值為100（表2），屬于中等易發泥石流溝。

為了分析泥石流現狀及對工程建設形成危害的潛在危險性，采用地質災害危險性分析的方法，分析研究區泥石流危險性指數構成，建立危險性分析結構模型［1－2］。

以小河溝流域范圍作為分析單元，分析影響泥石流潛在活動強度的各種控制條件，在此基礎上建立泥石流危險性指數計算模型，從而確定泥石流災害的發育特征。參考前人的分析經驗，采用下式計算泥石流危險性指數（Zw）:

式中:Z1——泥石流的歷史強度；Zq——泥石流的潛在強度；A1——歷史強度的權重；Aq——潛在強度的權重，分別為0.3和0.7；α——修正系數，泥石流取0.46［3－5］。歷史災害強度按下式計算:

式中:G——歷史活動規模的評判等級分值；P——活動頻率的評判等級分值。根據泥石流的堆積體積和活動性各取0～5間的數值。該值是依據工作經驗按兩類因素分別取值后疊加形成的。

潛在泥石流危險強度按下式計算:

式中:D——控制泥石流形成與發展的地質條件的標度分值；X——地形地貌條件的標度分值；Q——控制泥石流形成與發展的氣候植被條件的標度分值；R——控制泥石流形成與發展的人為條件充分程度的標度分值。評分標準采用張業成等人的研究成果［3－5］，其具體內容和評判標準見表3（帶△項為小河溝特征）。Ad，Ax，Aq，Ar為4類泥石流形成條件的權重（表4）。K為修正系數，取0.7。以上分析中所使用的權重是張業成先生等采用專家問卷調查的方法并對調查結果采用層次分析后獲得的，依據充分，結果可信。根據上述原則對小河溝的泥石流危險程度進行判別。

表3 小河溝泥石流潛在活動強度控制條件判別表

根據以上標準和小河溝的實際情況，危險性指數計算參數D、X、Q、R 值分別為:13，36，6，6；G、P 值分別為4，4；經計算潛在危險性Zq為10.724，歷史危險性Zl為16，小河溝泥石流危險性指數Zw為5.66。按照危險性指數判別標準（表5）:小河溝泥石流為危險性大。

泥石流危險度的評價方法很多［6－12］，這里采用單溝泥石流危險度評價方法［13－14］。改進單溝泥石流危險度評價方法采用7個評價因子，除主要內在因子泥石流規模m和發生頻率f外，其它次要環境因子分別是流域面積s1、主溝長度s2、流域相對高差s3、流域切割密度s6和不穩定溝床比例s9。這5個次要因子可從流域地形圖上比較準確地獲取。次要因子是采用雙系列關聯度分析方法篩選的，所以其判定結果可信度較高。

單溝泥石流危險度計算公式為

式中:M，F，S1，S2，S3，S6，S9分別為 m，f，s1，s2，s3，s6，s9的轉化值。按照單溝泥石流危險度評價因子的轉換函數表7，計算可得相應的轉換值表8。

表4 各種影響條件對地質災害強度的作用權值

表5 泥石流危險性等級劃分

根據公式（4），小河溝泥石流的危險度為 H為0.57，按照分級標準:極低危險（0＜H＜0.2）、低度危險（0.2＜H＜0.4）、中度危險（0.4＜H＜0.6）、高度危險（0.6＜H＜0.8）、極高危險（0.8＜H＜1.0），可知小河溝屬于中度危險的泥石流溝，與實地調查小河溝泥石流的定性結果吻合。

表6 單溝泥石流危險度評價因子的權重系數

表7 危險度評價因子和轉換函數

表8 危險度評價因子轉換值

小河溝泥石流易發程度評價結果為中等易發，危險性指數評價為危險性大的泥石流溝，單溝危險度評價結果為中度危險性。綜合以上三種評價結果，小河溝是一條中等易發，危險性大的泥石流溝。

小河溝是一條高頻中等易發的泥石流，流域內的降雨量、降雨類型、雨強和暴雨頻率基本不變，因此誘發泥石流的外動力條件沒有改變，泥石流暴發的基本規律不會發生改變。小河溝是一條處于發展期的泥石流溝，且溝內松散物源較多，將來在類似強降雨條件下，易發生泥石流災害。

4 結論

通過現場調查，對小河溝泥石流有如下幾點認識:（1）具備泥石流發生的地形條件；（2）溝內物源較豐富，人類工程活動強，降雨強于集中；（3）小河溝一條處于發展期的溝谷型、暴雨型，中等易發、中頻、危險性大的泥石流溝；（4）小河溝泥石流對大崗山水電站庫區影響表現為淤積，但由于輸砂量小，庫容大，對水庫影響有限，但對S211及沿溝村道的影響較大，表現為堵塞溝口拱橋，中斷交通；溝內滑坡坡腳的侵蝕將有可能誘發滑坡的復活，威脅居住滑坡上居民的生命及財產安全。

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