四川北川地震災區(qū)楊家溝泥石流物源分析與防治方案確定

張生祥，何勇，何明陽

（四川省煤田地質局一三五隊，四川 瀘州 646000）

楊家溝泥石流位于北川縣曲山鎮(zhèn)東溪村電站社，地理位置東經 104°22′47.56″～104°23′56.11″，北緯 31°49′9.34″～31°52′01.31″。楊家溝為湔江支流，在大地構造部位上位于龍門山北東向多字型構造后山褶皺變質帶，溝口有“S302”臨時便道通過，下游約 1.5km為北川老縣城地震遺址。地震后兩岸山體破碎，形成了大量物源點,暴雨攜帶大量泥砂容易形成山洪泥石流和滑坡等次生災害，大量堆積體淤積在北川老縣城地震遺址段的河道里，致使整個河床填高、壅塞。因此，為保障北川老縣城地震遺址和當?shù)厝罕姷陌踩瑢罴覝夏嗍鬟M行研究并提出切實可靠的防治方案顯得必要而緊迫。

1 楊家溝災害史

根據(jù)現(xiàn)場調查及訪問，楊家溝在“5.12”地震前未曾暴發(fā)過大的泥石流災害，在暴雨季節(jié)暴發(fā)過洪水，洪水均在溝道內漫流，未曾破壞房屋或機耕道?！?.12”地震后流域內出現(xiàn)多處崩塌、滑坡等不良地質災害點，坡體表層產生松動，流域內松散物源量急劇增加，受2008年9月24日老北川縣城地區(qū)50年一遇暴雨的影響，該溝暴發(fā)泥石流災害，參與該次泥石流的固體物源預計近 240×104m3，沖出的泥石流固體物質大部分停積在流域中下游、下游縱坡較緩處，使原始流域溝床整體平均抬高 20～30m，通過調查，預計停積在流域溝道內的泥石流堆積體近180×104m3，沖出溝道的物源方量近60×104m3，本次泥石流災害對流域主河湔江河造成了短暫堵塞，隨后被湔江河水沖刷至河道下游區(qū)域。此后，流域雖未暴發(fā)大規(guī)模泥石流，但局部坡體松散的坡面仍在暴雨時形成小型的沖溝或坡面泥石流災害。

2012年8月17日老北川縣城在37個小時內總的降雨量達406mm，1小時平均降雨10.87mm/h，從現(xiàn)場復核情況來看，溝道整體變化并不明顯，溝道變化主要為流域中上游、上游溝道段（S19#滑坡段）局部縱坡較陡處已被水流揭底并形成泥石流沖往下游溝道，溝道揭蝕深度一般在0.50～1.0m范圍內，泥石流體沖往下游后因下游溝道寬緩出現(xiàn)淤積現(xiàn)象，淤積厚度約20cm～50cm，估算參與本次泥石流活動的固體物源方量約3×104～4×104m3，固體物質主要以塊、碎石土為主，粒徑一般5～30cm，沖出湔江的固體物質約4000～5000m3,未對湔江造成堵塞現(xiàn)象。

2 楊家溝泥石流引發(fā)因素及形成條件

通過對楊家溝泥石流暴發(fā)史的分析可知，楊家溝泥石流屬典型暴雨型泥石流，主要的誘發(fā)因素為暴雨。因形成區(qū)地形縱坡較陡，物源豐富，在暴雨作用下，憑借良好的匯水條件和地形條件，完全能夠形成泥石流災害，并將形成流通區(qū)內的溝道松散堆積物轉化為形成泥石流的物源，沖往下游堆積區(qū)。

2.1 地形地貌及溝道條件

楊家溝泥石流流域面積約9.8km2，整體呈北—南向展布，縱向溝長約4.51km，縱向坡降213.31‰，流域最高點位于左側后緣山頂分水嶺，高程約 1770m，最低高程為楊家溝溝口與湔江河階地交匯處，高程約608m，相對高差約1162m。區(qū)內山高坡陡，主要有兩條支溝，整個流域形態(tài)分布較為對稱，岸坡縱向坡度較陡一般40 ～70 ，最大可達80°，流域兩側岸坡自下而上坡度逐漸變陡，下游、中下游溝道多呈“U”字型，岸坡坡度一般40～50°，流域中游以上溝道多以“V”字型溝谷為主，岸坡地貌多以峭壁為主，坡度多大于50°，岸坡上植被覆蓋率一般，多以喬、灌木為主。流域內陡峻的地形不但為泥石流水源的匯集提供了較好的地勢條件，且在“5.12”地震的強烈作用下新增多處滑坡、崩塌等地質災害點，使流域參與泥石流活動的松散物源積聚增加。

2.2 水源條件

通過查《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》得出楊家溝流域地區(qū)20年一遇暴雨洪水10min、1h、6h、24h的暴雨參數(shù)分別為：16.5mm、55mm、110mm及145mm。據(jù)吳積善等著的《泥石流及其綜合治理》（科學出版社，1993）中對四川山區(qū)泥石流激發(fā)雨量做了統(tǒng)計，一般對一次雨量48～50mm左右或10min雨量8～12.2mm，1min雨強0.8～1.2mm左右。由于“5.12”地震后，楊家溝內不良地質現(xiàn)象發(fā)育，松散物源量大增，其激發(fā)雨量還可能更低。區(qū)內降雨較豐沛，且雨量集中，其雨強完全可以滿足激發(fā)泥石流的條件，暴雨是該泥石流的主要引發(fā)因素。

2.3 物源條件

參與泥石流活動的松散固體物質是泥石流發(fā)生的基本條件之一，也是估計泥石流發(fā)展趨勢的主要依據(jù)之一，泥石流中松散固體物質儲量與供給方式，是確定泥石流成因、制定泥石流防治方案、分析泥石流發(fā)展趨勢的重要參數(shù)。從現(xiàn)場調查情況來看，楊家溝流域為暴發(fā)泥石流提供的物源類型主要分為：崩滑堆積類物源、溝道堆積類物源及坡面侵蝕類物源三大類。其中溝道堆積類將成為今后啟動泥石流活動的物質基礎，溝道內堆積的松散物源將對過流的泥石流提供豐富的物質補給。原本在“5.12”地震中發(fā)育的崩滑堆積類物源已大多在震后的幾個汛期里被洪水（或泥石流）沖刷攜帶至中下游溝道或堆積區(qū)內。綜上所述，今后參與楊家溝泥石流活動的松散物質將主要來自流域崩滑堆積類物源及溝道堆積類物源。

3 物源分析

3.1 崩滑堆積類物源

流域內典型的大型滑坡有3處，流域內崩滑堆積類物源主要為在“5.12”地震時產生的滑坡、崩塌，通過現(xiàn)場調查，楊家溝流域內共發(fā)育有滑坡、崩塌點26處，總的物源儲量約1751.64×104m3，預計動儲量約 162.64×104m3，其中位于楊家溝流域后緣的 S19＃滑坡為流域內最大的物源點。該類物源目前仍存留于斜坡體上，但處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能在山洪的沖刷或地震作用下極有可能形成滑移，并堆積在溝道內，其可能參與泥石流活動的物源動儲量視其坡度、所處斜坡位置及可能運動的速度、崩滑體顆粒級配特征及下方溝道特征的差異而定。

對該類物源的估計采用體積量測計算方法進行計算的，計算原理是通過計算崩塌點所在地堆積剖面面積與沿溝道方向長度 L相乘求算，即（如圖1示）：

圖1

式中：V：為松散固體物質儲量(m3)；S：堆積體剖面面積(m2)，即圖中ABC的面積；L：沿溝道方向長度(m)

流域內主要的崩滑堆積類物源主要為溝道兩側的滑坡、崩塌體，主要位于流域中游、中上游段，崩滑堆積類物源發(fā)育，密集分布在流域溝道兩岸。

3.2 坡面侵蝕物源

坡面侵蝕物源主要指因暴雨形成的坡面水流對流域岸坡坡面土壤發(fā)生侵蝕的現(xiàn)象。楊家溝流域內在地震前植被較好，坡面土壤受雨水侵蝕的可能性較小，但在地震的強烈震動作用下，岸坡坡體逐漸松散，整體穩(wěn)定性變差，特別是在震后的幾個暴雨天氣作用下，坡體松散土層逐漸被洪水沖刷并形成坡面或沖溝泥石流沖往流域下游區(qū)域，因楊家溝流域岸坡面積較大，因此該類物源分布較為廣泛。

水土流失是該類物源參與泥石流活動的主要方式，楊家溝流域可能參與泥石流活動的物源量主要受侵蝕強度控制，而侵蝕強度主要受降雨量、斜坡表層巖土體結構特征、斜坡坡度、植被特征、地震破壞情況等因素控制。坡面侵蝕物源區(qū)坡體結構大多松散，面坡坡度均較大，其侵蝕深度一般在0.5～2.0m左右。因楊家溝流域在“5.12”地震后流域植被逐漸恢復，大部分坡面植被覆蓋率較高，根據(jù)現(xiàn)場調查及開挖的探槽分析，楊家溝流域內兩側岸坡除基巖出露外，表層0.1～0.5m范圍內的土層有被暴雨積聚的雨水侵蝕搬運的可能。經現(xiàn)場調查及室內分析，坡面侵蝕類物源分布面積約4.75km2，預計今后可能被暴雨水流揭示參與泥石流的土層平均厚度約0.1m，因此預計該類物源量總量約為47.5×104m3。根據(jù)北川地區(qū)經驗，侵蝕模數(shù)取15000t/（km2.a），預計該類物源動儲量約為3.56×104m3，約占該類物源總量的7.50%。

3.3 溝道堆積類物源

溝道堆積類物源主要為在“5.12”地震后由崩滑點、坡面侵蝕（沖溝侵蝕）形成的松散碎屑物質堆積在溝道內或被歷次泥石流搬運轉化堆積在溝道內的形成的新生溝道物源。溝道內物源主要以塊碎石土為主，塊、碎石粒徑一般0.30～1.50m，最大粒徑可達數(shù)米，通過鉆探揭露的溝道圖層厚度一般7～15.0m，該溝道內的物源將成為今后參與泥石流活動的主要物源。

溝道堆積物源參與泥石流活動的主要方式為溝床的揭底沖刷，可能參與泥石流活動的物源量主要為溝道內松散的堆積物源以及溝底被沖刷揭蝕后兩側岸坡可能失穩(wěn)進而滑移至溝道內參與泥石流活動。該類物源的動儲量主要取決于溝道堆積層的松散程度，其可參與泥石流活動的動儲量主要取決于溝道沖刷深度和可能沖刷的寬度，而沖刷深度又由溝道形態(tài)特征、寬度、縱坡降、水力條件、堆積物顆粒級配及結構特征等決定。在流域溝道內開挖的山地工程來看，流域溝道底部0～0.50m范圍內土層較松散，掘進容易，土層成分主要以碎石土為主，塊碎石粒徑一般5～10cm，掘進至0.50 ～1.50m時塊石含量明顯增多，但土層密實程度一般，塊、碎石含量達到50%以上，粒徑一般在30～50cm范圍內，最大可達1.0m，當掘進至1. 50～2.50m時掘進較困難，塊碎石含量可達60%以上，且多以塊石為主，粒徑一般在0.50～1.0m范圍內，最大粒徑可達1.50m，土層密實度接近中密。上述對形成流通區(qū)揭露溝道土層的情況來看，預計楊家溝中游段溝道內2. 0m厚度的堆積類物源均有可能參與泥石流活動。

溝道堆積物源的計算方法是通過現(xiàn)場溝道調查，預測各溝段的斷面特征，根據(jù)不同斷面形態(tài)采用相應截面面積計算各段堆積物源的方量。其計算的方法如下：

楊家溝流域溝道主要呈圖 2兩種截面形式，其松散物源的計算公式：V=ΣVi

圖2 Ⅰ類截面形式 Ⅱ類截面形式

式中：V-為各段溝道堆積物的體積（m3）；S-各段代表斷面的截面面積（m2）；l-為不同截面溝道段的長度（m）；

楊家溝溝道堆積類物源主要分布在溝道內，從現(xiàn)場調查情況來看，因楊家溝縱向坡降較陡，溝道松散堆積層厚度約 20～50m，暴發(fā)泥石流時流域中上游溝道內的松散碎屑物源均有可能被洪水或泥石流沖刷揭蝕參與泥石流活動，預計該類松散物源總量將達到 254.54×104m3。根據(jù)探槽揭露情況，溝道0～2.50m范圍內土層較松散，隨時可能被山洪泥石流揭示，預計該類物源動儲量約61.48×104m3，約占該類物源總量的24.15%。

3.4 物源總量分析

通過對各物源類型的分析,楊家溝總的物源為地震后新增物源。經過統(tǒng)計，流域內總的物源量約為2053.68×104m3，其中崩滑堆積類物源量約 1751.64×104m3，占物源總量的 85.29%，坡面侵蝕類物源量47.50×104m3，占物源總量的2.71%，溝道堆積類物源總量254.54×104m3，占物源總量的12.39%，各類物源中可能參與泥石流活動的物源動儲量約227.68×104m3，占總物源量的11.09%。

表1 楊家溝泥石流物源估算匯總統(tǒng)計表

4 典型崩滑物源點分析---S19 #滑坡

楊家溝S19＃滑坡位于流域上游右岸，形成于“5.12”地震，為一典型基巖滑坡，滑坡后壁高約30～50m，出露巖性為石英砂巖，巖層產狀325 ∠55 。該滑坡受地震的強烈震動后產生滑移，完全堵塞楊家溝溝道。在2008年“9.24”強降雨的作用下對該滑坡坡腳產生沖刷，形成泥石流，并在滑坡前緣堵塞主溝處形成一底寬約10m，頂寬約30～50m，高度約15～25m的溝槽。該滑坡體及滑坡前緣臨空面處自2008年“9.24”以來均未出現(xiàn)明顯的變形跡象。但若上游流域出現(xiàn)強降雨天氣將極有可能側蝕現(xiàn)有滑坡前緣及揭蝕溝道兩岸，并可能影響該滑坡體穩(wěn)定。

4.1 滑坡區(qū)地貌形態(tài)及邊界特征

從滑坡體現(xiàn)狀來看，滑坡體平面上呈細長的“∩”形狀，地形坡度較陡，目前滑坡的最高地形約1500m，最低地形約1100m，相對高差約400m，滑坡區(qū)范圍內交通條件極差，人行艱難。據(jù)地面調查與測繪，楊家溝S19?；逻吔缑黠@，雙溝同源呈圈椅狀，滑坡后緣以“5.12”地震時形成的后壁錯落裂縫為界；兩側以基巖出露為界。該滑坡后壁呈弧形展布，延展長度約 1100m，錯落高度約 30～50m，地形呈下緩上陡狀，下部坡度一般20°，上部坡度一般40～50°，滑坡體現(xiàn)狀縱向長約700m，橫向平均寬約280m，滑坡面積約19.60×104m2，滑坡坡體平均厚度約30～50m，滑坡體體積約784.0×104m3。坡體為第四系崩坡積塊、碎石土。下伏基巖為寒武系下統(tǒng)清平組（∈2c）石英砂巖。

4.2 滑坡體變形特征

據(jù)現(xiàn)場調查測繪，該滑坡體平面形態(tài)呈弧形狀，后緣已形成錯落高度30～50m的滑坡后壁，滑坡右側邊界受近幾年暴雨影響形成坡面沖溝泥石流，坡體上局部松散土層受暴雨水流影響形成坡面沖溝。目前，滑坡體后部地震時形成的裂縫并無明顯發(fā)展跡象，下部及前緣未發(fā)現(xiàn)變形跡象或泉水出露點，滑坡整體穩(wěn)定性較好。但因該坡面匯水面積較大，坡腳處為楊家溝主溝溝道，遇暴雨天氣該坡體表面可能形成坡面或沖溝泥石流，若楊家溝主溝暴發(fā)泥石流將會沖刷該滑坡坡腳，坡腳土體被攜帶走，使前緣失去支撐，影響坡體整體穩(wěn)定性。

4.3 滑坡物質結構特征

該滑坡體厚度的確定主要根據(jù)工區(qū)地球物理特征，以瞬變成果中的低阻異常為依據(jù)，現(xiàn)場滑坡地質調查、訪問為基礎，結合地災知識進行綜合考慮，進而來確定滑坡體的滑動面。解釋成果如圖 3所示。通過現(xiàn)場物探測試資料顯示該滑坡體厚度在20～50m范圍內，坡腳位置厚度達60m。

據(jù)山地工程揭示，滑坡坡體結構主要以塊、碎石土為主，其厚度約 10～30m。碎石、塊石的含量約占50%～70%，粒徑2～16cm，局部夾塊石，磨圓度差，多呈棱角狀、次棱角狀、片狀等，分選性差，粉質粘土及角礫土充填塊碎石之間，塊碎石土呈稍密～中密狀。因該滑坡是受“5.12”地震強烈震動沿臨空面滑動而形成，故該滑坡并無滑帶土?；禄仓饕獮橄路鶐r，且滑床已出露于滑坡后緣及兩側邊界，為深灰色粉砂巖。

4.4 滑坡發(fā)展趨勢及動儲量

圖3 滑坡物探及地質解釋成果圖

該滑坡形成于“5.12”地震，該滑坡經歷近5個雨季后坡體及周圍邊界并未出現(xiàn)較大變形跡象，因此，預測未來滑坡的發(fā)展趨勢，在目前不治理的前提下，整體在各種工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，而局部在暴雨或地震條件下可能發(fā)生局部滑塌。2008年“9.24”泥石流將該滑坡前緣揭蝕沖刷成一條溝槽，使靠S19滑坡體形成一高約10～25m的臨空面，因該段臨空面坡度較陡，在坡腳位置遭受水流沖刷后有產生局部失穩(wěn)的可能，若水流對溝床持續(xù)性的進行沖刷，將使溝床越沖越陡，S19滑坡前緣臨空面也將逐漸變陡變高，坡體穩(wěn)定性也將變差，坡體產生失穩(wěn)堵溝的可能性將增大。因該滑坡坡腳段縱坡坡降較陡，常年有水流沖刷，從整個流域溝道現(xiàn)狀分析，該段溝道將始終處于沖刷侵蝕階段，若遇大的洪水過流，溝底堆積物將隨時被揭底沖刷，沖刷起動的深度也將逐漸變深，揭蝕溝底參與起動泥石流活動的物源量將增大。預計該滑坡前緣土層在山洪泥石流的沖刷作用下已被揭示，預計參與泥石流活動的物源動儲量約40×104m3。

5 楊家溝泥石流的發(fā)展趨勢

就現(xiàn)階段來看楊家溝流域內物源主要集中在主溝溝道流域，溝口堆積區(qū)地形明顯，流域溝道縱向坡降較大，兩側岸坡陡峻，流域受“5.12”地震影響土層松散，物源豐富，整個流域內總的物源儲量達2053.68×104m3，綜合上述各因素說明楊家溝泥石流目前正處于發(fā)展期。結合楊家溝的現(xiàn)狀，根據(jù)《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》（DT/T0220—2006）附錄G.1泥石流溝依法程度數(shù)量化的評分，得出楊家溝泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評分為110分，認為其暴發(fā)泥石流的程度為易發(fā)型。

根據(jù)前述對泥石流成因機制和引發(fā)因素的分析，楊家溝屬暴雨溝谷型泥石流，泥石流規(guī)模主要與流域內松散固體物源的累計和動態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關，當流域內松散固體物源累計較多，且遇到集中暴雨時，往往就會發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災害。“5.12”地震后，楊家溝流域內松散物源增多，可參與泥石流活動的松散固體物源量大大增加，一旦遭到大暴雨的作用，勢必引發(fā)大規(guī)模的泥石流災害。

6 由物源特點分析防治工程方案

由于楊家溝流域內物源主要為滑坡堆積物源和溝道堆積類物源，根據(jù)泥石流防治的要求，結合流域現(xiàn)有的自然、地質條件，以及楊家溝流域現(xiàn)狀和保護對象綜合考慮。為防止楊家溝流域內泥石流物源沖出溝口抬高湔江河床，威脅北川老縣城地震遺址，針對楊家溝流域以“固源為主，輔以攔擋壩”的防治工程措施。

防治工程根據(jù)楊家溝泥石流流域物源的特點，為有效防治泥石流危害湔江河床，在流域主溝狹窄、縱坡寬緩處設置攔擋壩，以攔蓄泥沙，削減泥石流流量；在流域中上游區(qū)域，因溝道縱坡較陡，溝道松散物源較發(fā)育，采用攔擋壩工程起不到較好的攔擋效益比，因此，在該段采用防沖肋檻固床措施。對S2#、S3#及S19#滑坡因該3個滑坡目前均處于穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生滑動的可能性較小，為防止楊家溝暴發(fā)山洪泥石流后對 3個滑坡的坡腳產生沖刷侵蝕，在各滑坡現(xiàn)有坡腳位置修建防沖刷墻，防止山洪泥石流對坡腳的沖刷或漫堤后對坡體產生沖刷，因S19#滑坡段主溝縱坡坡降較陡，為防止泥石流體揭示溝底，在溝道內設置防沖肋檻，以穩(wěn)固該段溝床?？傮w方案為：“2座攔擋壩+S2#滑坡、S3#滑坡防沖刷墻+流域中上游溝道段防沖肋檻+ S19#滑坡防沖刷墻及防沖肋檻”。

7 結語

1）楊家溝泥石流流域受“5.12”地震影響松散物源積聚增多，較易暴發(fā)泥石流災害，針對物源類型及分布特點提出的治理方案，對該泥石流進行防治能有效控制泥石流災害，防止泥石流體沖出溝道后抬高湔江河床，進而威脅當?shù)厝罕娚敭a安全和北川老縣城地震遺址。

2）由于“5.12”地震后，溝內不良地質現(xiàn)象增多，流域內松散物源儲量增多，可參與泥石流活動的松散固體物源量較多，泥石流易發(fā)程度高，泥石流危險性增大，因此，對楊家溝泥石流開展治理工程是比較緊迫的。同時對流域內應繼續(xù)開展退耕還林工作，制定好林木的砍伐制度，以防治坡面侵蝕水土流失，進一步減少流域松散物源。

[1] 胡凱衡,游勇,莊建琦,陳曉清.北川地震重災區(qū)泥石流特征與減災對策[J].地理科學.2010.04.

[2] 莊建琦,崔鵬,胡凱衡,陳曉清,葛永剛.溝道松散物質起動形成泥石流實驗研究[J].四川大學學報(工程科學版).2010.05.

[3] 唐川,梁京濤.汶川震區(qū)北川9.24暴雨泥石流特征研究[J].工程地質學報.2008.06 .

[4] 國土資源部.中華人民共和國地質礦產行業(yè)標準DZ/T 0220-2006 ,泥石流災害防治工程勘查規(guī)范[s].2006.