汶川震區北川五星溝暴雨泥石流災害調查

董建輝，魏良帥，張國強

汶川震區北川五星溝暴雨泥石流災害調查

董建輝，魏良帥，張國強

（四川省地質工程勘察院，成都 610072）

汶川地震誘發形成了大量高位崩滑坡地質災害，為泥石流的形成提供了豐富的物源。震后每年均產生多起泥石流災害，造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。通過調查2008年9年24日因暴雨引發的五星溝泥石流基本特征，討論了泥石流物源堆積過程、活動特征、強度，預測了震后地震災區泥石流發展趨勢，為震后泥石流研究提供了典型實例，對地震災區泥石流防治工作具有指導意義。

泥石流；震區；調查；北川五星溝

四川汶川地震對震區地質壞境造成了嚴重破壞，震后10年期間是泥石流活躍期。震區五星溝泥石流發生頻率高、規模大、成災機理復雜，特征顯著。2008年9月24日（9.24），五星溝遭遇了20年一遇的暴雨襲擊，誘發了泥石流災害。該泥石流沖毀了數百間居民房屋，當時大多數居民仍在安置區生活，雖未造成重大的人員和財產損失，但泥石流的發生給當地居民恢復生產和保障生活增加了極大的難度。

圖1　五星溝物源區滑坡

1　泥石流流域特征

五星溝泥石流位于安昌鎮與擂鼓鎮之間的蘇寶河西側，溝口地理坐標E104°25′50.7＂，N31°44′58.1＂，據北川新縣城約10km。該地區屬寬谷和深切割中低山地貌，地形較陡峻。五星溝流域面積36.77km2，溝長度11.92km，最高點高程1 670m，最低點677m，高差1 200m左右，溝道平均縱坡降83.3‰。該流域在構造上屬龍門山前山和后山交界地帶，緊鄰5.12大地震的主震斷裂，位于映秀-北川斷裂上盤。5.12地震時該斷裂發生了較為明顯的右旋逆沖，是典型的不穩定構造區域。區內主要分布二疊系地層，主要巖性為灰巖，白云質灰巖，夾少量砂板巖。

該區域屬亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和，四季分明，多年平均氣溫15.6℃；該區為著名的鹿頭山暴雨區，雨量充沛，年均降雨量1 399.1mm，6-9月降雨量占全年71%～76%，最大90%。

五星溝支溝發育，受地質構造的影響呈不對稱分布，溝域右岸發育1條較大支溝，其縱坡降較小；其左岸發育8條較大支溝，支溝的溝谷較長，縱坡降較大。5.12地震前五星溝流域植被較發育，植被覆蓋率達到65%以上，無地質災害。5.12地震后，溝域內地質災害發育且植被遭到較嚴重破壞。溝流域內發育有17處崩塌、86處滑坡及多處的淺表層土體溜滑。根據五星溝流域地形地貌及物源補給特征等相關因素，可分為物源區、流通堆積區（圖1、2、3）。

圖2　五星溝流通堆積區

物源區位于溝上游，為中山地貌，流域面積15km2，溝道的縱長6km，高程最高點1 670m，最低點784m。該段溝道地形陡峭，縱坡降較大，平均縱坡降180.00‰，多為呈“V”形，溝谷兩側岸坡較陡峭，多在42°～65°，局部達到70°，溝谷寬度8～40m。

流通堆積區位于五星溝主溝的中下游，為中低山地貌，流域面積21.70km2，溝道縱長5.90km，最高點高程784m，最低點677m。溝谷兩側岸坡較陡峭，溝道平均縱坡降18.5‰，溝谷立面形態多呈“U”字形，，多在28°～50°，局部達到50°以上，溝谷寬度30～55m。各主要支溝的泥石流匯入五星溝主溝后，流通且堆積于此段。五星溝中下游的地形坡度較小，縱坡降較小，不利于泥石流的形成。

2　成因分析

地震破壞山坡巖土體結構，為泥石流的爆發提供了松散固體物質，地震活動為溝谷侵蝕，極為有利于泥石流溝的發育和形成［5-7］。五星溝泥石流災害的形成主要受地層巖性、地形地貌、地質構造以及地震活動等4大因素的影響，在強烈地震和暴雨作用基礎上，導致了五星溝9.24泥石流的爆發［8-9］。

1） 降雨，2008年9月23日凌晨到24日上午，據唐家山雨量站記錄24h降雨量達173.8mm，其中最大小時雨強61mm（圖4）；9月24日0:00～5:00為57.9mm（圖5），最終誘發大范圍泥石流的雨量是在5:00～6:00，雨量達到41mm/h。此時，前期累積雨量已達231.7mm，引發五星溝上游多處滑坡和崩塌等地質災害活動，在主溝和支溝溝道兩側山坡松散殘破積堆積層發生大面積滑塌，在局部較狹窄溝段造成較為嚴重堵塞并形成小型堰塞湖，流域上游洪水迅速匯流后，猛烈沖刷溝谷溝道和岸坡松散固體堆積物，導致了泥石流的暴發。

2）地形地貌，溝谷形態在中上游段多呈“V”字形，溝道兩側坡度35°～60°，局部達到60°以上。溝谷寬度8～40m。中下游段多呈“U”字形，溝谷寬度25～55m，縱坡降較陡，各支溝溝谷縱坡降較大，特別是上游段及各支溝縱坡多在350‰以上，降雨的徑流系數一般在0.2～0.3左右，為水源的匯流集中提供了基礎。

3）物源條件，五星溝地質構造復雜，巖體破碎，為泥石流的發生提供了充足的物源。五星溝主溝崩滑類物源共計19處，崩滑類物源總量50.45×104m3，崩滑類物源動儲量10.36×104m3，坡面侵蝕物源5處，坡面侵蝕物源總量0.18×104m3，坡面侵蝕類物源動儲量0.15×104m3，溝道堆積物源4處，溝道堆積物源總量18.9× 104m3，溝道堆積物源動儲量1.75×104m3。

4）水源條件，五星溝流域地處四川盆地西北邊緣暴雨中心，降雨量豐富，統計至1967年，年均降雨量1 399.1mm，最大2 340mm，24小時大降雨量279mm，時最大降雨全年降雨量的71%～76%都集中在6～9月，最大占據北川縣氣象局資料，2008年9月23日8點至24日7點北川縣降20年一遇暴雨，擂鼓山鎮降水量達275mm。5.12地震時在鄧家溝上游形成三個堰塞湖，暴雨誘發堰塞湖的潰決，都為泥石流暴發提供了充足的水源條件。

圖3　五星溝主溝及支溝物源分布示意圖

圖4　2008年9月23日降雨量唐家山雨量觀測站（2008年9月24日觀測數據）

圖5　2008年9月24日降雨量

3　泥石流爆發過程及影響

五星溝主溝在5.12大地震之前歷史上就曾發生過兩次較大規模泥石流：1988年7月和1998年8月受暴雨激引發。當時溝道內固體物源較少，泥石流主要為渾濁水流攜帶少量碎石、塊石，未形成人員傷亡以及財產的重大損失。

9.24泥石流屬暴雨+潰決溝谷型泥石流，通過對五星溝主溝溝的調查表明，該溝內松散固體物質的堆積量大，堆積扇規模較大，主河河型略有彎曲，泥沙補給長度比30%～60%，其活動強度屬于強類型，其爆發過程為。

1）前期降雨，在9.24泥石流之前有較大規模的強降雨，使區內表層松散土體含水達到飽和、容重增加，抗滑力減小，穩定性得到降低，為泥石流的發生提供了前提條件。

2）2008年9月23日8:00至24 日7:00，北川縣遭遇20年一遇的特大暴雨，擂鼓鎮區域降水量高達275mm，此次暴雨促使五星溝溝內的三個堰塞湖潰決，激發了五星溝泥石流的產生。

3）滾動式發展，強降雨匯流形成的洪峰對岸坡、溝道產生了巨大的水壓力。洪水刨蝕溝槽側蝕、岸坡，繼而擴大原滑坡動儲量的范圍，松散固體物質隨著洪水向溝谷運動形成泥石流。形成的泥石流向前運動，繼續側蝕、刨蝕能力，溝銘，如此滾動發展，使泥石流規模越來越大。

4）泥石流進入流通堆積區后，在鄧家溝下游形成帶狀堆積，堆積至雙流1社安置點下的砂場后擴散角逐漸變大，形成不規則的扇形堆積面，即完成了泥石流的運動過程。

5.12地震后造成的巖體崩塌，9.24泥石流沖開了溝道上游的堰塞體，則大增加了該區域內地質災害的發生率，如以后一旦遭到大暴雨，勢必引發滑坡、泥石流等地質災害。根據調研資料，區內魏家溝泥石流處于發展階段。

4　結論

1）二疊系的灰巖及砂板巖組成的斜坡體受汶川地震強烈作用，導致溝谷兩岸坡體大面積失穩，形成較大規模滑塌，并在溝床堆積了大量松散堆積物，成為泥石流固體物質補給源。

2）地震后的強降雨過程是誘發泥石流的動力因素，泥石流爆發是前期累積雨量和當時激發雨強共同作用下的結果。

3）2008年9月24暴雨條件下五星溝泥石流的搬運輸移能力巨大，一次性沖出量高達38×104m3，整體上形成條帶狀堆積區域，堆積面積0.56km2。

4）五星溝主溝泥石流的活動強度屬于強類型，未來幾年該區域泥石流發生將更加頻繁。

因此，特別加強對汶川震區的泥石流溝危險源識別調查工作，根據泥石流災害成災體的易損性分析與風險評價結果，采用有效的工程防治工作來控制泥石流的發生和降低其危害性。

［1］ 譚錫斌， 袁仁茂， 徐錫偉， 等. 汶川地震擂鼓地區地表變形特征及其機制探討［J］. 地學前緣，2010 17（5） :075～083.

［2］ Lin C W.Impact of Chi earthquake on the occurrence of landslide and debris flows: example from the Chenyulan River watershed，Nantou，Taiwan［J］. Engineering Geolgoy，2003，71， 49-61

［3］ Chen H， Hawkins A B. Relationship between earthquake disturbance， tropical rainstorms and debris movement: an overview from Taiwan［J］. Bull Eng Geol Environ，2009， 68: 161-186

［4］ 唐川， 粱京濤. 汶川震區北川9.24暴雨泥石流特征研究［J］. 工程地質學報， 2008 16（6）:791～801

［5］ Griffiths P G， Webb R H， Melis T S. Frequency and initiation of debris flows in Grand Canyon， Arizona［J］. Journal of Geophysical Research，2004， 109: 321-336

［6］ Liu C N， Huang F H，Dong J J.Impacts of September 21，1999.Chi-Chi earthquake on the characteristics of gully-type debris flows in central Taiwan［J］. Natural Hazards， 2008， 47: 349-368

［7］ 唐川， 丁軍， 粱京濤， 等. 汶川震區北川縣城泥石流源地特征的遙感動態分析［J］. 工程地質學報，2010 18（1）: 1～7

［8］ 張國強， 董建輝， 魏良帥， 等. 四川省地震災區第四批重大地質災害北川縣擂鼓鎮茶房村五星溝泥石流應急勘查報告［R］. 2010.

［9］ 程思， 袁源， 等. 汶川地震災區泥石流啟動機制及其動力學特征- 以北川縣五星溝為例［J］. 南水北調與水利科技， 2012，10（5）:119～123

［10］ 許強. 四川省8·13特大泥石流災害、成因與啟示［J］. 工程地質學報，2010，18（5）: 596～608.

The Rainstorm-induced Debris Flow in Wuxing Valley，Beichuan after the Wenchuan Earthquake

DONG Jian-hui WEI Liang-shuai ZHANG Guo-qiang
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation， Chengdu 610072）

The Wenchuan earthquake induced a large number of high landslide which provided a rich source for debris flow. This paper has a discussion on debris flow initiation process， deposition process and activity intensity of the rainstorm-induced debris flow in Wuxing Valley， Beichuan on Sep. 24， 2008 and predicts its development trend.

debris flow； rainstorm； Wuxing Valley； Wenchuan earthquake

P642.23

A

1006-0995（2015）04-0593-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.027

2015-01-018

董建輝（1984～），男，江西人，博士，工程師，主要從事巖土體穩定性、信息化施工及設計的研究工作