后發(fā)型地震泥石流災(zāi)害調(diào)查與防治建議:以孫家溝“8·13”泥石流為例

李 麗，余 斌，褚勝名，3，吳語夫，4，亓 星

(1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，四川成都610059;2.核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川成都610061;3.中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川成都610081;4.江西省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心，江西 南昌330025)

地震泥石流特指在震區(qū)內(nèi)由地震誘發(fā)形成的泥石流，與某具體的地震序列或某一次強(qiáng)震時空上相關(guān)，主要分布在烈度≥Ⅶ度的地區(qū)［1］。按地震與泥石流暴發(fā)的時間順序，可以將地震泥石流分為同發(fā)型和后發(fā)型兩種，其中同發(fā)型地震泥石流指在發(fā)生地震的同時暴發(fā)泥石流，后發(fā)型地震泥石流指在發(fā)生地震后由暴雨、堰塞湖潰決等誘發(fā)形成的泥石流［2］。通常，地震后同一地區(qū)同樣暴雨條件下激發(fā)的泥石流無論是數(shù)量還是規(guī)模都更大。這是因為地震為溝谷型泥石流提供了大量的松散物質(zhì)來源，由地震直接誘發(fā)的泥石流多為坡面碎屑流，相對于大型滑坡和崩塌來說其危害性較小，而具有顯著危害性的溝谷型泥石流多在震后的降雨作用下發(fā)生，有一定的滯后性［3］。本研究以龍池鎮(zhèn)孫家溝“8·13”泥石流為例，通過災(zāi)害調(diào)查，分析了后發(fā)型地震泥石流的發(fā)育特征、發(fā)展趨勢及活動規(guī)律，并提出了防治建議，希望能為震區(qū)災(zāi)后恢復(fù)重建和防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。

1 泥石流調(diào)查

1.1 流域概況

孫家溝隸屬都江堰市龍池鎮(zhèn)南岳村，是岷江一級支流龍溪河左岸的一條泥石流溝。溝谷呈U形，溝口坐標(biāo)為E103°33'34″、N31°06'14″，流域匯水面積 1.54 km2，主溝長約 2.40 km，平均縱坡降445.2‰，溝口高程1222 m，最高點(diǎn)高程2224 m，相對高差1002 m，溝道兩側(cè)山坡坡度50°～65°。孫家溝泥石流形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)分區(qū)明顯:形成區(qū)高程1404—2224 m，平均縱比降546‰，溝道強(qiáng)烈侵蝕下切，橫斷面呈深U形，有多處滑坡崩塌體和風(fēng)化坡積物，物源豐富;流通區(qū)相對高差110 m，溝道平均寬8 m，溝內(nèi)堆積有大量松散物源，溝道寬闊，坡度較緩，溝床起伏較小，有利于泥石流的流通;堆積區(qū)平均坡度7°，以淤埋為主，屬混雜堆積，分選性較弱，粗化層顆粒較大，多為25～30 cm。孫家溝流域地形見圖1。

孫家溝位于北川—映秀斷裂帶北東方向，屬中山構(gòu)造侵蝕地貌，流域內(nèi)主要出露地層以元古代晉寧—澄江期花崗巖及震旦系下統(tǒng)火山巖組的灰綠色安山巖、凝灰?guī)r及安山玄武巖為主。堆積區(qū)和流通區(qū)主要分布著第四系地層，形成區(qū)分布有燕山期花崗巖，以碎塊石為主，龍溪河階地上堆積著第四系河流相堆積物和泥石流堆積物。屬四川盆地中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，降雨充沛且集中，尤其是雨季降雨強(qiáng)度大，一次連續(xù)最大降雨量 457.1 mm，一次連續(xù)最長降雨時間 28 d［4］。

1.2 泥石流災(zāi)害調(diào)查

孫家溝位于汶川地震重災(zāi)區(qū)，震前流域內(nèi)無崩塌滑坡體，也未發(fā)生過泥石流，震后溝內(nèi)發(fā)育了大量崩塌滑坡體，有以塊石、碎石為主的松散固體物質(zhì)約77萬m3，塊石粒徑一般為25～40 cm;在強(qiáng)降雨的激發(fā)下，洪水啟動溝道溝床松散固體物質(zhì)并揭底形成泥石流，因此“8·13”孫家溝泥石流屬后發(fā)型地震泥石流。

“8·13”孫家溝泥石流暴發(fā)過程如下:2010年8月13日16時都江堰龍池鎮(zhèn)突降暴雨，17時雨強(qiáng)達(dá)到最大值75 mm/h，相當(dāng)于20年一遇的降雨強(qiáng)度;在洪水激發(fā)下，16時起孫家溝暴發(fā)泥石流，持續(xù)時間約80 min，洪水啟動溝道內(nèi)松散固體物質(zhì)，并沿溝道自上而下流出，形成大規(guī)模泥石流;泥石流部分堵塞龍溪河，造成龍溪河河床抬高、河道變窄，并有部分沖出淤埋公路及房屋，形成長約160 m、寬約65 m、厚約6 m的堆積扇。

8月18日龍池鎮(zhèn)茶關(guān)村再次發(fā)生強(qiáng)降雨，最大1 h降雨量69 mm，相當(dāng)于當(dāng)?shù)?0年一遇的降雨強(qiáng)度，但是孫家溝并沒有再次發(fā)生泥石流，據(jù)此可初步推測孫家溝泥石流暴發(fā)需要約20年一遇的強(qiáng)降雨。

2 泥石流特征值計算

2.1 容重

堆積區(qū)顆粒混雜堆積，呈弱分選性，初步判定孫家溝泥石流屬過渡性泥石流。現(xiàn)場調(diào)查取樣進(jìn)行室內(nèi)顆分試驗，得到顆粒分析曲線(圖2)，并計算泥石流容重，其中粗化層顆粒以個數(shù)累積百分比計，細(xì)顆粒級配曲線以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計。

圖2 孫家溝泥石流顆粒分析曲線

孫家溝泥石流容重為1.96 g/cm3，屬過渡性泥石流，采用黏性泥石流容重計算公式［5］

式中:γD為黏性泥石流容重，g/cm;γ0為泥石流最小容重，取1.5 g/cm3;P2為＞2 mm的粗顆粒含量，以小數(shù)表示;P05為＜0.05 mm的細(xì)顆粒含量，以小數(shù)表示;γV為黏性泥石流最小容重，取 2.0 g/cm3。

2.2 流速和流量

結(jié)合孫家溝的流域特點(diǎn)，選取《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》［6］中黏性泥石流運(yùn)動平均速度計算公式

式中:Vc為泥石流斷面平均流速，m/s;g為重力加速度，m/s2;R為水力半徑，m;I為溝床縱比降;D50為泥沙顆粒中百分比小于50%的顆粒粒徑，取D50=28 mm;D10為泥沙顆粒中百分比小于10%的顆粒粒徑，取D10=0.3 mm。

洪峰斷面為梯形斷面，其中斷面上寬8.1 m、下寬4 m、泥深1.5 m、面積9.1 m2、縱比降176‰、水力半徑1.1 m，則洪峰流量計算公式為［6］

式中:Qc為泥石流流量，m3/s;Wc為泥石流洪峰斷面面積，m2;其余符號意義同上。

根據(jù)泥石流歷時和最大流量，按泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)，將泥石流過程線概化成五角形，則一次泥石流沖出量計算公式為［6］

式中:U為一次泥石流沖出量，m3;T為泥石流歷時，取T=4800 s;其余符號意義同上。

根據(jù)上述公式，“8·13”孫家溝泥石流流速為6.3 m/s，泥石流流量為57 m3/s，一次泥石流沖出量為7.2萬m3。上述計算結(jié)果與災(zāi)害調(diào)查結(jié)論相近，尤其是一次泥石流沖出量與實(shí)際調(diào)查測量的堆積方量7萬m3較為接近，證明了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 泥石流發(fā)展趨勢分析

(1)孫家溝處于地震烈度Ⅺ度區(qū)，汶川地震后溝內(nèi)形成了大量崩塌滑坡體，在強(qiáng)降雨作用下，洪水啟動溝道內(nèi)松散固體物質(zhì)釀成了這次“8·13”孫家溝泥石流災(zāi)害。此外，泥石流的發(fā)生與孫家溝自身的流域特點(diǎn)也有關(guān)。流域面積小、溝道縱比降大、陡峻的地形和較大的匯水面積都有利于物源的運(yùn)動和洪水的匯集，增加了泥石流的發(fā)生概率。

(2)“8·13”孫家溝泥石流屬后發(fā)型地震泥石流。據(jù)調(diào)查，孫家溝內(nèi)約有77萬m3松散固體物質(zhì)，主要分布在形成區(qū)和流通區(qū)，主要為崩滑物和坡面侵蝕物，其中可能參與泥石流運(yùn)動的松散固體物質(zhì)動儲量約為16萬m3。目前，溝內(nèi)還存在大量潛在滑坡和崩塌體，它們具有較強(qiáng)的隱蔽性，很難察覺，但如果遇到短歷時強(qiáng)降雨或持續(xù)性降雨，則很可能誘發(fā)大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。

(3)“8·13”孫家溝泥石流沖出物導(dǎo)致龍溪河變窄、河床抬高。目前，龍溪河由孫家溝堆積區(qū)流過，如果再發(fā)生同等規(guī)模或者更大規(guī)模的泥石流，就可能堵塞原本就變窄的龍溪河形成堰塞湖，并淤埋對面的公路，因此迫切需要采取工程措施加以治理。

4 后發(fā)型地震泥石流防治對策

據(jù)對泥石流發(fā)育特征、發(fā)展趨勢及活動規(guī)律的調(diào)查研究，孫家溝再次暴發(fā)泥石流的可能性較高、危害性較大，需要采取一系列有針對性的防治對策:①在泥石流溝口處修筑排導(dǎo)槽，使排導(dǎo)槽與龍溪河呈30°左右的夾角，以利于加速細(xì)顆粒物質(zhì)的排導(dǎo);②由于孫家溝泥石流目前的危害對象主要為公路和龍溪河河道，而修筑攔擋壩的工程造價較高，因此從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可以不修筑攔擋壩，但在改建和新修公路時要選擇在地勢較高的地方，以免泥石流再次沖毀道路;③對龍溪河河床內(nèi)淤積的泥沙進(jìn)行及時清理，避免堵塞河道形成堰塞湖。

后發(fā)型地震泥石流具有較強(qiáng)的隱蔽性，加之多為溝谷型泥石流，危害性不容小視，因此迫切需要加強(qiáng)治理。治理原則是:對于泥石流危害性大、居民搬遷難度大、易于治理、治理工程安全可靠度高的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)建議采取工程治理，例如在溝道出口處設(shè)置排導(dǎo)槽，在溝道中下游修筑谷坊壩等;對于地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性較好、危險性較小的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)建議實(shí)施監(jiān)測預(yù)警，如在溝道設(shè)置降雨監(jiān)測系統(tǒng)及泥位監(jiān)測裝置等;對于引發(fā)因素頻發(fā)、臨災(zāi)征兆明顯、治理難度大、治理費(fèi)用高、治理工程安全可靠度低的地質(zhì)災(zāi)害危險點(diǎn)，建議采取避讓搬遷措施。

［1］謝洪，鐘敦倫，矯震，等.2008年汶川地震重災(zāi)區(qū)的泥石流［J］.山地學(xué)報，2009，27(4):501 －509.

［2］徐峻名，譚萬沛.1976年松潘平武地震泥石流［M］//中國科學(xué)院成都地理研究所，四川省地理學(xué)會泥石流專業(yè)委員會，四川省防汛抗旱指揮部辦公室.泥石流(3).重慶:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社，1986:67－75.

［3］張永雙，雷偉志，石菊松，等.四川5.12地震次生地質(zhì)災(zāi)害的基本特征初析［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2008，14(2):109－116.

［4］四川省地質(zhì)工程勘察院.四川省都江堰市龍池鎮(zhèn)“8·13”暴雨地質(zhì)災(zāi)害排查報告［R］.成都:四川省地質(zhì)工程勘察院，2010:12 －13.

［5］余斌.根據(jù)泥石流沉積物計算泥石流容重的方法研究［J］.沉積學(xué)報，2008，26(5):789 －796.

［6］DZ/T 0220—2006，泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范［S］.