興海縣多宗隆哇泥石流形成條件及防治

王春山，周洪福，聶德新

（1.成都地質礦產研究所，成都 610081；2.成都理工大學，成都 610059)

青海處于三江源頭，高海拔和嚴寒干旱的自然條件使得生態環境脆弱。其東部黃土高原區[1]泥石流、滑坡等災害時有發生，涉及到21個縣。據近40年間不完全統計，青海省山洪、泥石流等造成的經濟損失5.6 億元，死亡人數達562人[2]。暴雨、山洪、泥石流災害主要分布于黃河干流海南州的興海縣以下和整個徨水流域及大通河流域的門源、黑河流域的祁連等縣境內，常見于6～9月，具有形成快，來勢猛,規模大，損失重等特點。對興海縣各鄉鎮泥石流災害的統計資料表明興海縣為泥石流的多發地區（表1）。

表1 興海縣各鄉鎮泥石流主要要素統計表

多宗隆哇泥石流溝位于興海縣中鐵鄉黃河左岸，該溝在上世紀90年代發生過多次較為大型的泥石流，導致多人和近百頭牲畜的死亡，摧毀公路。因此對多宗隆哇泥石流形成的特點進行研究并對其進行必要的防治顯的尤為重要。

1 多宗隆哇流域環境地質背景

多宗隆洼流域內山體雄厚，兩岸沖溝發育，沖溝多為“V”字形。分水嶺最高高程為4 319m，最低高程為與黃河的交匯處，高程為2 750m。平面上看，多宗隆洼流域呈長條狀，除主溝外發育有數條較大的支溝。出露的地層以二疊、三疊系最為齊全，前石炭系、石炭系、侏羅系、第三系均有不同程度的出露，中生界缺失白堊系地層。流域內巖層傾向北西，傾角范圍在45°～74°，為單斜構造。在兩側分水嶺發育北東走向的背斜和向斜。區域內發育一系列的東西走向的正斷層和逆斷層，在多宗隆洼中部，靠近中鐵鄉的位置有兩條較大逆沖斷層通過。雨季集中在六月至九月份，占年,降雨量的80%，年降雨量為345.41～369.21mm，多年平均蒸發量為1 546.21mm，年最大蒸發量1 787.5mm，最小蒸發量為1 311.2mm。

2 泥石流特征

多宗隆哇流域面積為144.3km2，匯水面積為126.7 km2，溝長28570m，其流域沖溝密布，主要的深切沖溝有色樓支溝、多則隆哇支溝、章達支溝和果日切支溝（圖1），平均坡降為54.50‰。可見多宗壟溝的平均坡降較小，而其他各支溝的坡降在100‰～150‰（表2）。

表2 多宗隆哇主溝及支溝特征表

多宗隆哇具有典型的分區特征，可以分為清水區、形成區、流通區和堆積區4個區（圖2）。多宗隆哇有別于其他泥石流溝的地方在于堆積區并非位于溝口，而是位于距溝口約有2km 的上游寬闊部位。

圖1 多宗隆洼流域三維展示圖

圖2 多宗隆哇泥石流分區圖

2.1 清水區

受地形影響呈條帶狀，匯水面積約56.3km2，地形較陡，坡度為40°～55°。植被覆蓋良好，局部地方有基巖出露，水土流失不嚴重，冬季冰雪覆蓋。溝道較發育，為泥石流的形成提供了必要的條件。

2.2 物源區

植被覆蓋85%以上，“V”型谷，水土流失少。物源零星分布于區內，主要為河道兩邊崩坡積物、小型滑坡、細溝泥石流及主溝河床溝底的再搬運物質。固體物質儲量見表3。

2.3 流通區

沿溝谷分布，總體呈“V”字型，長近12km，平均坡降為43‰，面積約2.3km2，總體方向為32°。流通區總體較為順直，局部迂回彎曲，區內卵礫石發育，局部有漂礫。

2.4 堆積區

溝谷開闊呈長條形，典型的“U”型河谷，長約4.1km，面積為約1.2km2。與流通區交界處溝底寬由10～20m變為60～80m，由于勢能降低大量物質堆積。堆積區地勢平坦，沒有大型的堆積扇。由于溝道較長，因此歷次的泥石流在堆積區造成的破壞較小，該區中部可見數十年的樹木存在。

表3 多宗隆哇流域固體物儲量統計表 單位(m3)

3 泥發育歷史及易發性判斷

多宗隆哇在歷史上多次發生泥石流，最早一次大規模泥石流發生在1958年，沖毀房屋2間，導致一家4人全部死亡。1992年7月16日章達支溝發生泥石流，沖毀帳房2頂，牛20頭，羊80只。1998年7月爆發的泥石流沖毀在建公路，致使施工單位損失數百萬元。多宗隆哇泥石流爆發頻率在8～10年/次。

考慮誘發泥石流的各種因素，如崩滑嚴重程度、泥沙沿途補給程度、河溝縱坡坡降、溝內植被覆蓋狀況等共15個要素，采用數量化綜合評判法對多宗隆哇泥石流進行評判，對各要素逐項打分，進行累計，得到多宗隆哇現狀發生泥石流易發程度評分為73分，經過比對多宗隆哇流域的泥石流的易發程度為輕度易發。各因素中崩塌滑坡及水土流失、泥沙沿途補給長度比、河溝縱坡度、構造影響程度、巖性影響、溝岸山坡坡度和產沙區松散物橫斷面等7個因素較為活躍，對泥石流的發生起到主要的作用。

4 泥石流運動及力學特征

4.1 泥石流流速

利用泥石流的易發性與重度的對應關系得出多宗隆哇泥石流的的容重為1.502 t/m3，屬稀性泥石流。由于多宗隆哇泥石流為西北地區稀性泥石流。斯里勃內依公式按清水動能與挾沙相等的概念出發，從穩定均勻流推導而來，適用于水石流和稀性泥石流，經過鐵道第一勘察設計院改進更適用于西北的泥石流，因此本次對于多宗隆哇泥石流流速計算的公式選擇鐵道第一勘察設計院改進的斯氏公式是非常恰當的。在多宗隆哇主溝選取3個典型剖面，經計算泥石流流速分別為3.87m/s、2.11 m/s和3.77 m/s。

4.2 泥石流流量

用雨洪法和泥痕法求得了多宗隆哇流域泥石流的流量，在雨洪法中用拉氏公式求得泥石流流量為294.04m3/s，東川公式求得泥石流流量為292.53m3/s；利用泥痕法求得的泥石流流量在各剖面上的數值分別為247.68 m3/s、130.82 m3/s和196.04 m3/s。雨洪法中求得的數值比泥痕法要大，這是因為雨洪法中的洪峰流量采用的最大日降雨量的結果。為了保有一定的安全裕度，這里選用292.53m3/s 作為多宗隆哇泥石流的流量。

4.3 泥石流沖擊力

泥石流對相遇目標的沖擊力包括兩種，一是泥石流體的整體沖擊力，二是泥石流中大石塊的沖擊力。

泥石流的整理沖擊力通常采用下面的公式計算：

式中：F—泥石流整體沖壓力，tf/m2；g—重力加速度，9.8m/s2；α—受力面與泥石流沖壓力方向所夾的角，（°）；λ—受力體形狀系數，方形為1.47；矩形為1.33；圓形、尖形、圓端形為1.00。

單塊塊石的最大撞擊力按下式計算：

式中：Fs—單塊巨石的撞擊力，tf；γ—動能折減系數，正面撞擊時取0.3；α—受力面與泥石流撞擊面撞擊角；C1、C2—巨石與建筑物的彈性變形系數，若采用船筏與橋墩臺的C撞擊系數，C1+C2=0.005；W—巨石重量（tf）。

前面計算已得到泥石流容重和流速，泥石流沖壓方向與受力面的夾角即為溝槽坡度，為了方便計算，這里選用多宗隆哇主溝坡度4°，多宗隆哇溝谷多為“V”型谷，因此受力體形狀選矩形較為合適，λ=1.47。將上述參數代入公式8-8，得泥石流總體沖擊力F=0.32 tf/m2。對于單塊泥石流沖擊力的計算，還需要巨石的重量。多宗隆哇地區已砂巖和板巖為主，且節理發育，因此形成的泥石流堆積物中固體物質顆粒多在10～70cm之間，有少量塊石粒徑在1m以上，這里選1.5m作為最大巨石的粒徑，巖塊密度為2.71g/cm3，經計算多宗隆哇單塊塊石最大撞擊力Fs=1.89×104N。

5 泥石流防治對策[4][5]

因此根據多宗隆哇泥石流的形成特征，土木工程綜合治理措施主要包括以下3個方面:

1）穩，主要是在泥石流形成區植樹造林，在支、毛、沖溝中修建谷場，其目的在于增加地表植被、涵養水分、減緩暴雨徑流對坡面的沖刷，增強坡體穩定性，抑制沖溝發展。

2）攔，主要是在溝谷中修建攔擋壩，用以攔截泥石流下泄的固體物質，防止溝床繼續下切，抬高局部侵蝕基準面，加快淤積速度，以穩住山坡坡腳，減緩溝床縱坡降，抑制泥石流的進一步發展。

3）排，主要是在溝谷下游修建排導槽，防止泥石流對下游居民區、道路和水電設施的危害。

在生物措施方面，由于多宗隆哇植被覆蓋率高達85%以上，可有效的防治水土流失。但在調查中發現草原上鼠害較為嚴重，一方面老鼠啃食草根，使牧草死亡，另一方面鼠洞是表部土體松散。因此應進行鼠害的處理。

多宗隆哇屬于放牧區域，居住人口多集中在中鐵鄉，因此在風險管理方面應采取以下措施：①對居住在溝內危險地段的牧民應予以勸導搬遷至安全地帶；②與中鐵鄉政府聯合，在牧民中加強泥石流災害及避險的相關知識的宣傳，加強泥石流技術的培訓，通過對縣、鄉、村群測群防管理人員、監督人員，監測預警點人員及鄉、村級專職監測人員等進行技術培訓，使他們掌握泥石流的成因、特征、活動演變規律及危害，泥石流發生先兆的判斷標志等，掌握簡易監測預報方法、泥石流巡查方法，監測預警點的運行操作等基本知識和技能，以指導當地群眾性對泥石流的監測和防災工作的開展；③在泥石流的危險地段安置警告標志，使牧民在放牧中對泥石流危險有所防范。

6 結論

經上述分析，多宗隆哇泥石流具備上述特征：①多宗隆哇植被覆蓋良好，巖性多樣，巖體呈單斜產出，斷層構造發育；②該溝從基本形態特征上具有明顯的清水區、物源區、流通區和堆積區,并且各區功能顯著,具備典型溝谷型泥石流特征；③多宗隆哇泥石流爆發頻率為8～10年，通過判定屬輕度易發；④運動及動力學分析表明多宗隆哇泥石流具有較快的流速、較大流量和巨大的沖擊力；⑤根據對多宗隆哇泥石流的研究，應對其進行全面、合理的防治對策。

[1]崔志勇,李為民,鐘鴻.青海省地質災害現狀及預防對策[J].青海大學學報(自然科學版),2008,26(4):77～80.

[2]楊麗萍,榮艷.青海省的主要災害類型與防災減災對策[J].災害學,2011,16(1):78～83.

[3]吳積善,田聯全,康志成,等.泥石流及其綜合治理[M].北京:科學出版社,1993.

[4]周必凡,李德基,羅德富,等.泥石流防治指南[M].北京:科學出版社,1991.