中兆溝泥石流特征及危害性分析

向 兵，及寶鑫

(1.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059;2.四川省煤田地質工程勘察設計研究院，四川 成都 610072)

中兆溝泥石流特征及危害性分析

向 兵1，2，及寶鑫2

(1.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059;2.四川省煤田地質工程勘察設計研究院，四川 成都 610072)

中兆溝為一泥石流頻發地區，曾于1989年和2008年雨季發生較大規模的泥石流，其中1989年泥石流災情較為嚴重.本研究在現場踏勘的基礎之上，在分析中兆溝泥石流流域分區特征的基礎上分別從地形、水源、物源3方面著手，計算泥石流的流體重度、流量、流速、整體沖壓力.計算結果顯示，中兆溝泥石流為易發性暴雨溝谷泥石流，存在較大危害性.

泥石流特征;靜動力學參數;危害性;中兆溝

0 引言

中兆溝位于四川阿壩州松潘縣，每年雨季或融雪季節都會爆發不同程度的泥石流，受5·12地震影響，溝域內新產生了大量的碎屑物質，為泥石流的發生提供了充足的物質條件.由于該溝溝口泥石流堆積區泥石流的潛在危害性較大，是當地重大地質災害隱患點之一.

1 中兆溝泥石流流域分區特征

根據該泥石流溝的發育現狀和形成特點，本研究將溝域劃分為泥石流清水區、泥石流物源及流通區和泥石流堆積區，其中該泥石流溝的流通區和物源區基本一致，其分區圖如圖1所示.

圖1 中兆溝泥石流分區圖

1.1 泥石流清水區特征

中兆溝分水嶺至高程約3 000 m一帶為清水區.總體形態呈凹槽狀，區內地形坡度較陡，一般為35°～45°，溝谷縱坡大，多在350% ～450%以上，匯水面積約0.57 km2.坡面植被較發育，植被覆蓋率可達50% ～60%，溝坡主要為基巖，但基巖裸露區較小.該區基本無大規模松散堆積物和不良物理地質現象分布，它是構成溝內洪水和地表徑流的主要水源匯集區.

1.2 泥石流物源形成區及流通區特征

中兆溝泥石流物源形成區及流通區位于海拔約3 000 m以下至溝口堆積區(海拔2 920 m處)，該溝道長約869 m，平均縱坡坡降為215‰，匯水面積大約0.14 km2.溝道較順直，溝道寬一般5～50 m不等，縱坡坡降較大，左側邊岸較右側邊岸陡.溝谷兩側岸坡穩定性差，岸坡變形破壞強烈，谷坡前緣坡體滑塌變形破壞強烈，溝內堆積的松散固體物質較多，短歷時的強降雨是促發泥石流的主要動力條件.

1.3 泥石流堆積區特征

中兆溝溝口至213國道外側為泥石流堆積區.堆積區平面形態呈喇叭狀，為多次堆積而成.扇體縱長約0.5 km，寬約0.4 km，面積約0.03 km2，地形坡度5°～8°，成分主要為塊碎石土，大小混雜堆積，泥砂含量30%左右，粗粒成分以板巖、變質砂巖為主，粒徑以10～30 cm為主.因村民房屋建設改造，扇狀堆積地形特征已被破壞，平均寬度、厚度和堆積量方量不易估算.但根據泥石流堆積物的分布和調查訪問，估算總堆積量達22×104m3，經計算，1989年一次性沖出量約5 300 m3，2008年一次性沖出量約1 000 m3，規模屬小型泥石流.

目前，中兆溝溝水從堆積區中南側流過，溝道淺窄，溝平均寬0.5 m，平均深0.4 m，至國道213道路排入涵洞，最終流入岷江.經訪問當地村民，因中兆溝泥石流每年雨季不同程度的爆發，造成其下游出口段堆積區溝道抬升已高于周圍房屋基礎0.5～1.5 m.

2 中兆溝泥石流形成條件

2.1 地形條件

中兆溝位于岷江左岸，溝域分布南東側較寬，西北側較窄，為典型的“V”形深切割沖溝(見圖2).溝域最高點位于南東側坡頂，高程3 406 m，最低點位于G213國道，高程2 848 m，相對高差558 m.整條溝的縱長為1.1 km，其平均縱坡坡降為216‰，平均寬度0.35 km，溝域面積0.85 km2.

中兆溝在3 000 m高程處發育2條支溝(1#支溝、2#支溝)，呈樹枝狀分布，各支溝基本特征統計如表1所示.

表1 中兆溝各主要支溝基本特征統計表

2.2 水源條件

中兆溝位于岷江左岸，溝中常年有水，踏勘測得主溝流量1 L/s左右，主要接受大氣降水及地下水補給，流量受降水量影響大.區內年均降雨量728.6 mm，歷史上曾出現20 min最大降水量21.4 mm，1 h最大降水量25.3 mm，24 h最大降水量46 mm，暴雨強度大(R=5.4)，具備發生泥石流的暴雨條件.整個流域匯水面積達0.72 km2，為泥石流爆發提供了充足的水源條件.溝內發育2條支溝，在平面上呈樹杈形狀，1號支溝為常年性沖溝，2號支溝為季節性沖溝.溝域內沒有水庫、湖泊等其他地表水體.

2.3 物源條件

從物源分布特征上看，中兆溝溝域內第四系堆積物最主要的是滑坡堆積()、崩坡積()、泥石流堆積)及坡面侵蝕物源和溝道堆積物源，主要沿形成區及流通區段兩岸分布，現場踏勘發現有6處主要物源.

中兆溝溝區所處地質構造應力較強，巖體破碎，溝谷兩岸第四系松散層分布范圍廣、厚度較大，溝岸不穩定，兩岸滑坡、崩塌發育，為泥石流形成提供了充分的物源條件，具體如表2所示.

表2 中兆溝泥石流物源估算匯總統計表

3 泥石流靜動力學參數

3.1 泥石流流體重度

由于缺乏中兆溝泥石流發生時的監測資料，本研究采用配方法和查表法［1－3］來確定相關數據.中兆溝泥石流重度按照《泥石流災害防治工程勘查規范》(DZ/T0220－2006)附錄H填寫泥石流調查表并按附錄G進行易發程度評分，按表G.2查表確定中兆溝泥石流重度和泥沙修正系數，其結果如表3所示.

表3 中兆溝泥石流流體重度查表法結果統計表

3.2 泥石流流量

為滿足泥石流危害評價及防治工程設計的需要，本研究在中兆溝不同溝段、擬設治理工程部位等選擇了3個典型斷面部位(圖3～圖6)進行泥石流流量的計算.泥石流流量計算方法主要為形態調查法和雨洪法［4－5］.經過計算結果的比較，形態調查法的計算結果要比用雨洪法求得的結果小，而雨洪法則根據現有溝域面積、溝域植被發育分布情況和徑流系數等因素進行求解，具有預測性并更加符合實際.因此，本研究對泥石流峰值流量采用雨洪法計算.

3.2.1 清水流量計算.

地表水匯水流量的計算分2種情形.

①當匯水面積F≥3 km2時，

圖3 斷面位置圖

圖4 中兆溝泥石流計算斷面I-I’

圖5 中兆溝泥石流計算斷面Ⅱ-Ⅱ’

圖6 中兆溝泥石流計算斷面Ⅲ-Ⅲ’

式中，Qp為暴雨洪峰流量(m3/s);Ψ為暴雨徑流系數;F為匯水面積(km2);S為小時雨強(mm/h).

據此，求得的各斷面部位暴雨洪峰流量值如表4所示.

表4 中兆溝暴雨洪峰流量計算表

3.2.2 泥石流峰值流量計算.

泥石流峰值流量計算式為，

式中，Qc為泥石流斷面峰值流量(m3/s);φ為泥沙修正系數，采用查表法得到的結果;Qp為暴雨洪峰流量;Dc為堵塞系數，按勘查規范表確定.

據此，采用雨洪法計算得泥石流峰值流量如表5所示.

表5 中兆溝泥石流峰值流量計算表

3.3 泥石流流速計算

按前述確定雨洪法計算求得的流量計算結果采用形態調查法流量計算公式進行反算.

式中，Qc為泥石流斷面峰值流量(m3/s);Wc為泥石流過流斷面面積(m2);Vc為泥石流斷面平均流速(m/s).其計算情況及結果如表6.

表6 中兆溝泥石流流速計算表

3.4 一次泥石流過流總量

一次泥石流過流總量計算式為，

式中，Q為一次泥石流過程總量(m3);T為泥石流歷時(s);Qc為泥石流最大流量(m/s).

1989年中兆溝泥石流為近期發生的規模最大的一次泥石流，對比斷面法計算結果，其流量相當于P=5%的雨洪法計算的峰值流量，綜合確定泥石流峰值流量為7.22 m3/s.據訪問，泥石流歷時約1 h，即T=3 600 s，按上式計算的本次泥石流沖出量為Q=0.53 ×104m3.

3.5 泥石流整體沖壓力

泥石流整體沖壓力計算式為，

式中，P為泥石流沖壓力(kN);λ為建筑物形狀系數，圓形建筑物λ=1.0，矩形建筑物λ=1.33，方形建筑物λ=1.47;γc為泥石流重度(kN/m3);Vc為泥石流平均流速(m/s);α為建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角(°).

計算過程主要選擇擬布設攔擋工程部位各斷面進行計算.建筑物形狀系數按矩形建筑取λ=1.33，本次勘查中主要篩選出3處擬選壩位，各壩位泥石流整體沖壓力計算參數及計算結果如表7所示.

表7 中兆溝泥石流整體沖壓力計算表

4 結論

中兆溝曾于1989年和2008年雨季發生較大規模的泥石流，其中1989年泥石流災情較為嚴重，造成多間民房被摧毀.目前的泥石流威脅溝口扇區居民共計41戶住戶174人的生命財產安全和213國道交通安全，其潛在危險性級別劃分屬中型.

中兆溝泥石流屬暴雨溝谷型泥石流，從發生頻率看屬高頻泥石流.通過野外調查和計算，在流通堆積區峰值流量為7.05～8.22 m3/s，泥石流過流總量為0.53×104m3，泥石流規模為小型.

中兆溝泥石流主要為暴雨激發，暴雨是引發泥石流的主要因素，特別是5·12地震后，溝域內不良地質現象增多，松散固體物源量增大，從而使中兆溝泥石流易發程度提高，如發生集中暴雨，其形成大規模泥石流災害的危險性較大.

［1］中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0220－2006 泥石流災害防治工程勘查規范［M］.北京:地質出版社，2006.

［2］四川省水利電力廳.四川省中小流域暴雨洪水計算手冊［R］.成都:四川省水利廳，1984.

［3］許強.汶川大地震誘發地質災害主要類型與特征研究［J］.地質災害與環境保護，2009，20(2):86 －93.

［4］康志成，李悼芬，馬藹乃，等.中國泥石流研究［M］.北京:科學出版社，2004.

［5］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.

致 謝

本文的現場踏勘工作得到四川省地質工程勘察院的大力支持.四川省地質工程勘察院鐘涵翰工程師提供了許多寶貴資料.

Characteristics and Hazard Analysis of Debris Flow in Zhongzhao Gully

XIANG Bing1，2，JI Baoxin2
(1.The State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China;2.Investigation and Design Research Institute of Sichuan Coalfield Geological Engineering，Chengdu 610072，China)

The Zhongzhao gully is an old debris flow gully，in which the large-scale debris flows occurred during the rainy seasons in 1989 and 2008，and the disaster in 1989 was more serious.On the basis of the above site visit，the paper analyzes the characteristics of watershed partition and discusses the topography，water source and material provenance of the Zhongzhao gully.The unit weight，flow rate，flow velocity and ram pressure of debris flows are calculated.The results show that the debris flow in Zhongzhao gully is regarded as a rainstorm dilute debris flow and has high occurrence probability，which can cause great damage.

characteristics of debris flow;static and kinetics parameters;hazard;Zhongzhao gully

P642.23

A

1004－5422(2014)01－0092－04

2014－01－03.

向 兵(1983—)，男，碩士研究生，從事巖土工程技術研究.