母底落河泥石流排導槽設計要點回顧

趙軍

【摘要】由于特殊的地形、地質和氣象原因，南澗縣水土流失嚴重。1994年7月17日爆發的公郎鎮母底落河泥石流洪澇災害，造成嚴重損失。泥石流排導槽是排泄泥石流的通道，是否具備良好的排泄能力，關乎居民生命財產安全。本文通過對母底落河矩形泥石流排導槽設計要點回顧，希望能對山區泥石流河道整治提供一些參考。

【關鍵詞】泥石流 矩形排導槽斷面 設計要點

1994年7月17日，南澗縣公郎鎮發生暴雨泥石流洪澇災害，災害危及全鄉10個村公所（辦事處）160個農業社，3500戶15340人受災，7人死亡，167人受傷。其中，母底落河兩岸公郎鎮老街區受災最為嚴重，7人死亡，兩岸居民100余戶房屋損毀，近岸泥石流堆高超過街區平均標高6m以上。

災情發生后，及時得到省、州黨委、政府的關心，根據省州領導指示，縣委政府決定成立重建家園規劃領導組，縣水電局負責河道整治規劃。

95年底，完成母底落河泥石流河道整治747m。工程投入運行至今，經歷了多次較大暴雨洪水，運行情況良好，達到了不沖不淤的效果，確保了兩岸公郎鎮老街區居民生命財產安全。

1、流域調查

流域調查的目的是確定是否屬于泥石流流域。如為泥石流流域，則應按泥石流河道規范標準進行河道整治。公郎河流域調查情況如下：

母底落河屬公郎河流域，徑流面積11.2k㎡，主河道長3.2km，流域形狀呈長條形或柳葉形，河道自然坡降63‰。流域屬于亞熱帶低熱河谷氣候，氣候垂直變化明顯，年均氣溫17.3℃，年平均降雨量為1072mm。山坡降雨量豐富，常有單點暴雨出現，年降雨量1500-1700mm，降雨量集中在5-10月。一九九四年七月十七日4：00-5：30，流域普降暴雨，局部地區（母底落、羅白克上游）降特大暴雨，據縣氣象觀測資料，暴雨中心24小時降雨量達200mm以上，單點暴雨在母底落、羅白克上游觸發大規模泥石流。

流域中心高程高程1630m，區內有舊村河、大小螞蝗箐等數條泥石流沖溝，泥石流物質補給充沛，沖溝岸坡較陡。

區內主要受無量山斷裂及公郎弧形斷裂控制，境內較大斷裂為公郎-板橋斷裂，次生小斷裂若干。母底落主要出露 、 兩套地層。

：為寒武系公郎變質巖群第三段，微晶片巖，板巖夾云母砂巖。

：為寒武系公郎變質巖群第四段，黑色灰質、鈣質、硅質板巖夾片巖。

以上兩套地層，在公郎母底落河有廣泛分布，具有易風化、易破碎、易搬運的特點，給泥石流的形成提供了充沛的碎屑物質。

公郎河流域屬于瀾滄江流域，位于南澗-耿馬地震帶上，歷史上境內5級以上地震有4次，屬地震活動強烈區。該區地震基本烈度為Ⅷ度，50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.2g。

通過調查，母底落河流域具備泥石流流域的氣候特征條件、流域形態特征條件、地質及地震條件、泥石流特征條件等評定泥石流溝的直接影響因素條件，且已爆發泥石流并造成嚴重災害損失，滿足泥石流發生的物質、水體、壓力坡三個基本條件和水體突然增加的激發、觸發和誘發條件，判定為泥石流流域，應按泥石流溝道進行河道治理。

2、設計斷面泥石流流量計算公式的確定

設計斷面泥石流流量計算有多種方法，如形態調查法、配方法、地區經驗公式法、實測法等。母底落河設計斷面泥石流流量，按配方法計算。即下式：

式中： 為設計斷面泥石流峰量；

為泥石流流量增加系數；

為某一頻率的暴雨洪水設計流量；

為堵塞系數。

上式表明，設計斷面泥石流流量，與常規河道治理比較，多考慮了泥石流流量增加和堵塞因素。

母底落河設計洪峰流量 的計算，因缺乏水文資料，采用《大理州水文手冊》所載經驗公式計算，計算結果山區加大15%的安全修正值。該方法適用于大理州一般的石山區、山區、半山區，即：

式中： 為設計洪峰流量；

為不同洪峰頻率常數；

為徑流面積；

泥石流流量增加系數 的計算，采用下式計算：

式中： 為泥石流流體容重；

為清水容重；

為土體實體容重；

母底落河泥石流堵塞系數 的確定，根據實際調查分析，按輕微堵塞情況考慮，取1.1。

母底落河泥石流排導槽設計斷面的泥石流流量，計算結果為122.9m?/s，與設計洪峰流量48 m?/s比較，增加了2.56倍。可見，常規河道設計洪峰流量與泥石流河道設計計算流量的差異還是較大的。判斷是否屬于泥石流流域，是否按泥石流規范標準防治，將影響整治工程規模與投資效果。

3、河床斷面設計要點

母底落河自然坡降大，結合實際地形考慮，并參考有關資料，選定65‰。；

河床地質條件較好，河床橫斷面結構采用為分離式漿砌石擋土墻-肋檻組合結構。

斷面設計應首先判斷泥石流屬于粘性還是稀性。因為粘性泥石流、稀性泥石流斷面計算方法、參數不同。經初步分析計算，母底落河為稀性泥石流。稀性泥石流計算橫斷面尺寸按滿足下式過流能力確定河道斷面寬度B和深度H：

式中： 為防沖肋檻總高度； 為沖刷線以下埋深； 為排導槽槽底縱坡； 為通過設計最大流量時，軟基沖刷的檻間實際縱坡；

以上計算過程，合理選定寬深比很重要，應根據過流能力最大、滿足允許流速、合理利用土地等原則選定。

母底落河斷面計算結果是：母底落河選定寬深比采用B/H=6；河道寬度B=10m，河床以上擋土墻高度2.0m（考慮安全超高）；肋檻間距30m。

三、結語

母底落河泥石流河道整治工程治理設計，首先對流域是否屬泥石流流域進行流域調查分析判斷，這關乎治理工程的工程規模和投資效果；其次對泥石流流體特征進行分析測定，這是判斷泥石流屬于粘性還是稀性的依據，也是斷面設計的計算方法、參數選擇的依據；再三對斷面結構、寬深比、肋檻間距的設計原則進行了簡要說明。由于彼時我縣對泥石流設計理論、檢測方法、手段的局限性，設計過程過于簡單，但整治效果良好。我縣后來進行的羊角箐等高速攜沙水流河道治理工程，也引入了分離式擋墻-肋檻斷面結構，考慮了河道寬深比因素對河道不沖不淤的影響，效果較好。

參考文獻：

[1] 中國科學院、水利部、成都山地災害與環境研究所 《泥石流 防治指南》