四川茂縣宗渠溝低危險堰塞湖潰決泥石流發(fā)育特征及工程對策

王 磊，馮 毅

（成都興蜀勘察基礎(chǔ)工程公司，成都 610072）

汶川地震在龍門山區(qū)域誘發(fā)256處堰塞湖,其中壩高10 m以上的有33處；而在這33處堰塞湖中，處于極高或高風(fēng)險狀態(tài)的8處[1]。茂縣宗渠溝堰塞湖作為這33處堰塞湖中的一處，其堰塞壩最高達(dá)到80m，最大水深35m，庫容約25×104m3，于2009年3月21日發(fā)生自然漫頂潰決[2]。堰塞湖潰決后在堰塞壩右側(cè)形成長約150m，最窄處寬約6m，深約10m的溢流槽，至此堰塞湖殘留庫容約6.78×104m3（圖1），堰塞湖危險級別轉(zhuǎn)為低危險。但是在2013年7月9日夜至10日晚，茂縣境內(nèi)普降大雨，堰塞壩左岸龍頭包坡面松散固體物質(zhì)起動產(chǎn)生泥石流,并進(jìn)入堰塞湖庫區(qū)、抬高庫區(qū)水位。同時主溝洪水進(jìn)入堰塞湖,使庫區(qū)水量激增，洪水對溢流槽溝床形成劇烈揭底沖刷，最大下切深度達(dá)到5m，造成堰塞湖的進(jìn)一步潰決，并引發(fā)泥石流災(zāi)害，造成巨大經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。本文通過對宗渠溝低危險堰塞湖潰決泥石流發(fā)育特征的歸納、總結(jié)，進(jìn)而揭示暴雨條件下該類泥石流的發(fā)育規(guī)律及發(fā)展趨勢，并提出相應(yīng)的防治工程對策，對5.12震區(qū)現(xiàn)存同類型泥石流防治工程方案的擬定具有一定參考意義。

1 流域基本特征

宗渠溝泥石流位于茂縣鳳儀鎮(zhèn)宗渠村，溝口地理位置坐標(biāo)：東經(jīng)103°48′18.43″、北緯31°38′41.93″。流域地貌屬邛崍山系構(gòu)造侵蝕中山峽谷地貌，流域源頭高程4881m，溝口高程1560m，高差3321m，平均縱坡約為274.69‰。宗渠溝流域形態(tài)呈口袋型，為樹枝狀水系，除主溝外，發(fā)育2條規(guī)模較大的支溝。主溝縱向長度11.11km，溝道寬度5～80m不等，溝域面積為5.78km2，流域面積37.39km2。從整個流域上看，將宗渠溝劃分為形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)。其中形成區(qū)縱坡相對較陡，約453‰；流通區(qū)平均縱坡降298.92‰；而下游堆積區(qū)總體上縱坡較緩，坡降約101.11‰。從河流切割形成的侵蝕面觀察溝道物質(zhì)組2成主要為泥石流堆積物（Q4sef），其間碎塊石無分選，下伏為沖洪積層（Q4al+pl）。

2 主溝溝道特征

宗渠溝溝道內(nèi)常年有流水，溝谷形態(tài)總體為“V”形谷，局部為上部寬“V”形下部“U”形復(fù)式溝谷，溝道最窄處僅5m，最寬處約120m，平均寬度約25m，溝道彎道較多，局部溝段基巖卡口發(fā)育。5.12地震期間主溝左岸的龍頭包峰發(fā)生大規(guī)模崩塌，總崩塌方量達(dá)154×104m3，其堆積體前緣進(jìn)入宗渠溝溝道堵斷水流形成堰塞湖。該堰塞湖歷經(jīng)2009年3月及2013年7月兩次潰決，目前庫區(qū)內(nèi)已無蓄水；堰塞壩右側(cè)溢流槽縱坡約531.72‰，下蝕強烈，側(cè)蝕、溯源侵蝕現(xiàn)象明顯。溝道兩側(cè)岸坡地勢較陡，坡度約38°～45°，大部分山坡上部常青針葉林覆蓋。溝道下部基巖普遍出露，受龍門山華夏系構(gòu)造帶中的牟托-十里鋪復(fù)背斜及茂汶斷層控制，流域上游及下游溝段主要分布志留系茂縣群（Smx3-5）地層，巖性為淺海相灰色絹云石英千枚巖與結(jié)晶灰?guī)r、石榴石片巖、灰色絹云千枚巖夾砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r及灰綠色千枚巖夾砂巖、灰?guī)r。流域中游主要分布泥盆系月里寨群（Dyl1-2）地層，巖性主要為淺海相及濱海相灰?guī)r與千枚巖互層、炭質(zhì)千枚巖夾結(jié)晶灰?guī)r。這兩套地層抗風(fēng)化能力弱，片理和裂隙均發(fā)育，在地震作用下極易產(chǎn)生滑塌失穩(wěn)，為泥石流提供了豐富的固體物源。

3 泥石流堆積及輸移特征

宗渠溝形成區(qū)面積較大，流通區(qū)相對較短。溝口以下G213線至岷江河岸為泥石流堆積扇，平面形態(tài)呈喇叭狀，為多次堆積而成，頂托岷江現(xiàn)象明顯。扇體縱長約0.3km，寬約0.25km，面積約0.05km2，地形坡度5～8°，成份主要為塊碎石土，大小混雜堆積，碎石含量55%，塊石含量約10%，粘性土填充。碎石一般粒徑10～15cm，最大約50×80×60cm。通過對堆積物及2013年7月泥石流后溝道兩側(cè)殘留泥石流漿體的分析，宗渠溝泥石流體粘度相對較大，泥石流輸移方式應(yīng)以陣性輸移為主，在一定條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)性輸移，泥石流補給方式以沿途補給為主。

4 泥石流形成條件分析

4.1 物源成因及儲量

物源區(qū)內(nèi)人類活動主要以農(nóng)耕為主。區(qū)內(nèi)植被覆蓋較高，物源的產(chǎn)生主要與地震、地層巖性、構(gòu)造及風(fēng)化作用有關(guān)。由于區(qū)內(nèi)地層巖性主要以千枚巖及灰?guī)r軟硬相間為主，在一定條件下極易沿軟巖層面形成山體失穩(wěn)；流域內(nèi)地層受新構(gòu)造運動影響強烈，山體節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖層的原生節(jié)理及局部巖層受到變質(zhì)作用形成控制滑坡的控制面。加之受到 5.12地震的影響，溝谷侵蝕加劇，岸坡高陡，造成溝道內(nèi)滑坡現(xiàn)象發(fā)育，為泥石流的形成提供了豐富的物源。

在調(diào)查區(qū)特有的地質(zhì)條件及環(huán)境因素的共同影響下，宗渠溝流域內(nèi)物源儲量巨大，最大物源為主溝中游龍頭包崩塌堆積體。通過遙感判譯及現(xiàn)場校核，流域內(nèi)共分布物源點38處，其中主溝物源點34處，溝內(nèi)可動物源儲量約32.59×104m3。

圖1 宗渠溝堰塞湖2010年遙感影像

圖2 宗渠溝堰塞湖2014年5月狀態(tài)

4.2 地形

調(diào)查區(qū)地貌上屬邛崍山系構(gòu)造侵蝕中山峽谷地貌，地勢陡峻，山體峻峭。堆積區(qū)地形開闊，地勢相對形成區(qū)及流通區(qū)平坦。形成區(qū)內(nèi)溝道深切、狹窄，局部溝段河流下切較深。流通區(qū)及形成區(qū)部分溝道受岸坡滑坡影響，河道不暢，局部甚至堵塞。從現(xiàn)場調(diào)查來看，宗渠溝的地形非常有利于泥石流的起動。

4.3 水源

調(diào)查區(qū)屬高原型季風(fēng)氣候，冬春季節(jié)降水量嚴(yán)重偏少，常發(fā)生冬干連春旱，而夏秋季降水偏多，降水集中在下半年，同時隨海拔的增加而降雨量增大。宗渠溝溝道常年有水，水量較大。其補給來源除降水外，巖層裂隙水及冰雪融水也為其主要補給來源。流域內(nèi)山勢陡峻，山體覆蓋層薄，不利于雨水下滲，在暴雨時較易形成地表徑流匯入溝道從而形成洪水，為泥石流的起動提供了較好的水源條件。

5 泥石流活動趨勢預(yù)測及防災(zāi)對策

5.1 泥石流活動歷史分析

通過對當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)訪（最大年齡為79歲，男），宗渠溝在5.12地震前從未暴發(fā)過泥石流活動，2009年 3月宗渠溝堰塞湖洪水潰決后，基本每年都會爆發(fā)一至兩次泥石流活動，但是規(guī)模均較小，未造成人員傷亡及財產(chǎn)損失。宗渠溝有記載且規(guī)模最大的一次泥石流災(zāi)害即為2013年7月10日的泥石流災(zāi)害，該次泥石流災(zāi)害共損毀民房27戶43間，其中4戶10間被泥石流完全沖毀，所幸并未造成人員傷亡。泥石流同時沖毀耕地300余畝，直接經(jīng)濟(jì)損失約210萬元。

通過對宗渠溝流域的調(diào)查表明，溝道仍處于下切階段，泥石流處于壯年期，再次暴發(fā)泥石流的可能性較高。

5.2 泥石流發(fā)展趨勢預(yù)測

目前宗渠溝主溝侵蝕大于支溝，溝道仍處于下切階段，泥石流活動正處于壯年期，今后相當(dāng)長的一段時期都將是泥石流災(zāi)害的高發(fā)期，泥石流性質(zhì)以粘性泥石流為主。同時雖然堰塞湖內(nèi)已無大面積水體，但堰塞壩右側(cè)溢流槽縱坡過陡，下蝕、側(cè)蝕及溯源侵蝕作用強烈，同時歷年洪水及泥石流攜帶大量泥沙沉積于庫區(qū)內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場估算其方量約16.9×104m3（圖2），這些松散固體物質(zhì)在洪水溯源沖刷作用下極易起動形成泥石流活動，而堰塞壩在沖刷下溢流槽自然邊坡極易失穩(wěn)堵塞溢流通道，進(jìn)而形成潰決進(jìn)一步加劇泥石流活動。因此對于維持堰塞湖庫區(qū)內(nèi)松散固體物質(zhì)及堰塞壩自然邊坡的穩(wěn)定，也是今后防災(zāi)工作中需要密切關(guān)注的一個問題。

5.3 建議防治工程措施

宗渠溝溝道特征為上游縱坡較大，下游逐漸變緩，局部地段有陡緩相間的變化特點，溝道寬度總體上上游狹窄，而下游逐漸變寬，但是由于上游溝道縱坡較大，庫容極有限，可供選擇修建攔砂壩的壩址有限。但是在適合修建攔砂壩的溝段通過提高壩高可顯著提高庫容，對調(diào)節(jié)泥石流峰值流量的作用明顯，同時可采用格柵壩，增加壩的攔排效益比，延長泥庫使用年限。

據(jù)此，建議防治方案為：

1）在堰塞湖溢流槽下部修建攔砂壩一座，通過回淤達(dá)到穩(wěn)定堰塞體的目的，同時采用大塊石加固現(xiàn)有溢流槽溝床，穩(wěn)固堰塞湖內(nèi)溝床物源，防止其在洪水沖刷下溯源侵蝕起動；

2）在沿途居民分布溝段修建防沖堤保護(hù)溝道內(nèi)居民；

3）在溝口彎道前修建谷坊壩一座，起到調(diào)減洪峰，降低泥石流彎道超高，減輕下游行洪壓力，提高下游防沖堤安全性。

6 結(jié)語

1）宗渠溝堰塞湖在5.12地震期間形成，在2009年3月自然潰決后其危險性顯著降低，為一低危險性堰塞湖。

2）宗渠溝堰塞湖于2013年7月再次潰決，并形成大規(guī)模泥石流活動，對溝內(nèi)及溝口沿溝居民財產(chǎn)造成重大損失。

3）宗渠溝堰塞湖目前無大面積水體，但溢流槽縱坡過陡，堰塞湖內(nèi)的松散固體物質(zhì)在洪水溯源沖刷作用下極易起動形成泥石流活動，堰塞壩溢流槽自然邊坡極易失穩(wěn)堵塞溢流通道，進(jìn)而形成潰決泥石流活動。針對這種現(xiàn)狀建議采用攔砂壩回淤穩(wěn)定堰塞體，同時采用大塊石加固溢流槽溝床，削減洪峰，提高下游防護(hù)工程安全性。

[1] 陳曉清,崔鵬,程尊蘭,等.5·12汶川地震堰塞湖危險性應(yīng)急評估[J].地學(xué)前緣,2008,15(4)：244-249.

[2] 胡桂勝,陳寧生,鄧明楓,鄧虎.茂縣宗渠堰塞湖漫頂潰決洪水演進(jìn)規(guī)律模型試驗研究[J]. 水土保持研究, 2011, 18(3)： 172～176.