汶川縣高家溝泥石流堵江初步研究

高精理

(四川省地質礦產勘查開發局成都水文地質工程地質中心，成都 610031)

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汶川縣高家溝泥石流堵江初步研究

高精理

(四川省地質礦產勘查開發局成都水文地質工程地質中心，成都 610031)

摘要：通過對汶川縣高家溝泥石流2011年“7·3”泥石流運動特征分析，結合泥石流堵江經驗公式計算不同暴雨條件下泥石流堵江的可能性,認為“5·12”地震后當降雨頻率達到20年一遇時會對岷江河道產生影響，隨著降雨頻率的降低，對河道影響越大。

關鍵詞：泥石流；堵江；研究；高家溝

“5·12”地震后，在汶川震區近幾年相繼暴發多次大規模泥石流，部分泥石流沖出物質堵塞了主要河道。對于泥石流堵江的成災事件，國內外許多學者開展了大量的相關研究工作，周必凡等[1]從理論的角度進行探討，提出了泥石流堵江的最小規模、扇形地泥石流溝床條件、主河流量等計算公式。徐永年等[2]就泥石流入匯的危險性判別指標進行了探討，提出影響泥石流堵江的主要因素有泥石流的入匯角、密度和泥石流規模，并引入泥石流對主河的影響度的概念和表達式。陳德明等[3]以通過一系列的水槽試驗進行研究，分別探討了影響泥石流堵江的主要因素，并建立了相應的泥石流堵江的臨界判別式。M.Berti[4]等人運用數值模擬方法模擬了泥石流堆積扇沖出形狀，該方法可用于堆積扇堵江的判別。通過國內外對泥石流堵江的研究，對于判別泥石流堵江本文采用有利于堵江和不利于堵江兩個方面的因子，提出以下幾個因子作為計算泥石流堵江的主要因素：泥石流平均流速、主溝縱比降、流域面積、溝口寬度、泥石流容重、河流流速、河流寬度、河道縱比降、河寬、河水容重等方面展開。

表1　坡度分析

汶川縣銀杏鄉高家溝泥石流在 “5·12”地震前未發生泥石流。根據收集資料顯示，震后，高家溝于2008年7月5日發生過一次泥石流，其規模較小，沖出物源量約0.5×104m3，固體物質堆積在原317國道外岷江右岸交匯段，少量物質被攜帶走，未造成災害；2009年7月22日，高家溝在暴雨作用下又一次爆發泥石流，約5.5×104m3松散物質沖出，毀壞溝口堆積扇區映汶高速公路隧道勘查的鉆機1臺，泥石流物質壓迫、擠壓岷江河道，導致江水沖毀對岸岷江Ⅰ級階地的部分農田和少量房屋。2011年7月1-3日，汶川縣銀杏片區普降暴雨，至3日零晨5時，累計降雨量達163.1mm，受其影響高家溝再次爆發了泥石流災害，約42.58×104m3泥石流物質啟動，啟動物源部分于溝道內堆積，部分出溝進入岷江，其中泥石流出溝進入岷江的固體物源量達到40.37×104m3，將岷江堵斷形成長約316m，寬約174m，厚約5～15m的堰塞體。

1　研究區概況

高家溝位于汶川縣銀杏鄉，溝口坐標北緯31°11′57.7″，東經103°28′44.2″。“5·12”地震后，高家溝已發生過不同規模的泥石流，其中以2009年“7·22”泥石流和2011年“7·03”洪災期間規模最大。流域內兩岸山高坡陡，平均坡度在50°以上，中上游大部區域岸坡坡度達80°，有利于降雨的匯集。根據不同地段坡度、植被情況、斜坡結構特征等，降雨的徑流系數一般在0.2～0.3左右，為泥石流水源的匯流集中提供了基礎。由于地形陡峻，表層土體結構松散及巖石節理裂隙發育，且多被切割成塊狀，為崩塌、滑坡等不良地質現象的發育提供了有利條件。受5·12地震影響，流域內新增大量的崩滑現象，大大增加了泥石流松散固體物源，且溝谷縱坡較大，為松散固體物質的搬運和參與泥石流活動提供了有利的地形條件。

高家溝主溝縱向長3.26km，橫向寬1.3km，溝域面積3.79km2，平面形態呈近似扇形。最高點位于溝源大黃巖，高程2 877m，最低點位于岷江交匯處，高程約1 070m，相對高差約1 807m。高家溝縱坡總體較陡，全溝域平均縱坡523‰，其中下游出山口至岷江交匯段平均縱坡212‰～289‰，中上游平均縱坡574‰～726‰。溝域內共發育4條支溝，支溝長度較短，一般長度在0.5～1.6km之間，但是縱坡較大，多在500‰以上，主溝及支溝多處發育跌水，跌水高差一般大于10m。高家溝流域地形總體上屬深切割構造侵蝕低山和中山地形，總體上地形陡峻，地形臨空條件發育，為崩塌、滑坡等不良地質現象的發育，以及泥石流松散固體物源的匯集提供了有利條件。高家溝溝流域范圍內出露地層主要為晉寧期第四期侵入巖（γ o2（4））和第三系冰水堆積物（Q3）、第四系沖洪積層(Q4

al+pl)、殘坡積層(Q4el+dl)、崩坡積層(Q4

dl+col)、泥石流堆積層（Q4sef）等地層組成。

高家溝流域特征圖

2 “7·3”泥石流運動特征分析

2011年7月1-3日汶川縣銀杏片區普降暴雨，至3日零晨5時，累計降雨量達163.1mm，受其影響高家溝再次爆發了泥石流災害。根據野外調查、分析、計算高家溝“7.3”泥石流運動特征，堵江參數計算。根據野外配江試驗，“7.3”泥石流容重為1.97t/m3。計算溝口處泥石流流速，主要采用東川改進公式和通用公式兩種方法對比：

表2　溝口流速計算

式中Vc-泥石流斷面平均流速（m/s）；-泥石流平均泥深（m）；Ic-泥位縱坡率，以溝道縱坡率代替；K-粘性泥石流流速系數，按泥深根據規范查表確定，一般泥深小于2.5m，因此流速系數取10。nc-粘性泥石流溝床糙率，根據泥石流流體特征和溝道特征按規范查表確定。按規范附錄I表I.5，當泥深小于1.5m時取平均值0.04，泥深大于1.5m時取平均值。

計算“7.3”高家溝泥石流一次性沖出總量及泥石流沖出固體物質，對于判別泥石流堵江的可能性十分重要。首先采用形態調查法計算泥石流斷面峰值流量；其次計算一次泥石流過流總量；最后計算一次泥石流固體沖出物，按照《泥石流災害防治工程勘查規范》（DT/T0220－2006）附錄I[5]提供的計算公式進行計算：

式中Qc-泥石流斷面峰值流量（m3/s）；Wc-泥石流過流斷面面積（m2），采用調查測繪獲取的溝道形態參數，為40m2；Vc-泥石流斷面平均流速（m/s），采用前述計算結果。Q-泥石流一次過流總量（m3）；T-泥石流歷時（s），“7.3”泥石流歷時按調查訪問的情況確定，溝口處爆發泥石流的時間約2小時20分鐘。QH-一次泥石流沖出固體物質總量（m3）；Q-一次泥石流過程總量（m3）；γc-泥石流重度（t/m3）；γw-水的重度（t/m3）；γH-泥石流固體物質的重度（t/m3）。

表3　泥石流特征值計算

3　不同暴雨頻率泥石流堵江分析

表4　暴雨洪峰流量

在計算求得暴雨洪峰流的的基礎上，根據《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ/T0220—2006），采用下式進行泥石流峰值流量的計算：

式中φ-泥沙修正系數；Qp-暴雨洪峰流量；Dc-堵塞系數，按勘查規范表I.1查表確定。

表5　泥石流峰值流量

如前按雨洪法計算出各斷面在不同暴雨頻率下的泥石流峰值流量，根據形態調查法泥石流流量計算公式，反推泥石流流速計算公式為：

式中Vc-泥石流斷面平均流速（m/s）；Qc-泥石流斷面峰值流量（m3/s），采用雨洪法計算求得的流量結果；Wc-泥石流過流斷面面積（m2）；Hc-泥石流泥深（m），考慮堵潰情況下計算流量與“7.3”泥石流

表6　高家溝泥石流堵江主要影響參數特征值表

相當，參考調查所得“7·3”泥石流泥深確定；Bc-泥石流過流斷面面積（m），根據確定的泥深查溝道斷面圖確定。

采用唐川等[6]提出的泥石流堵江判別式，對雍家溝在不同暴雨頻率下暴發泥石流引起堵江的可能性進行分析。其計算結果如表7。根據唐川等的判別式，，Z為泥石流堵江判別值，當Z≥1.0則泥石流可能造成完全河，屬堵斷型泥石流；Z=0.5～1.0則泥石流造成部分堵河，屬堵塞型泥石流；Z≤0.5則泥石流不會造成堵塞或堵斷主河，屬不堵型泥石流。

表7　高家溝不同暴雨頻率下泥石流引起堵江的可能性判別

4　結論

通過對高家溝泥石流運動特征與堵江情況的分析，得到以下結論：

1）松散固體物源較豐富，特別是汶川“5·12”特大地震后，溝域內崩塌等不良地質現象更是發育。通過現場勘查、調查，溝域內物源主要有崩滑型物源、溝道堆積型物源兩種類型。崩塌堆積物主要為“5·12”地震引起的高位崩塌及前期崩塌產生的崩塌堆積物，堆積于溝道內及兩側坡腳，局部地段將溝道堵塞。

2）在“7·3”泥石流特征參數計算的基礎上，根據溝道和物源現狀特征，以及泥石流發展趨勢預測，對不同設計頻率下泥石流特征參數進行了計算。高家溝松散固體物源非常豐富，易發程度較高，根據預測和計算的泥石流特征參數值，可能發生大規模泥石流災害，分別在暴雨頻率P=1‰、P=2‰、P=5‰條件下對岷江河道產生，甚至堵塞河道。

參考文獻：

[1]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,1991.70～74.

[2]徐永年,匡尚富,黃永鍵,等.泥石流入匯的危險性判別指標[J].自然災害學報,2002,11(3): 33～38.

[3]陳德明,王兆印,何耘,等.泥石流入匯對河流影響的實驗研究[J].泥沙研究,2002,(3): 22～28.

[4]Berti M,Simoni A.DFLOWZ: A free program to evaluate the area potentially inundated by a debris flow[J].Computers & Geosciences,2014,67: 14-23.

[5]中華人民共和國國土資源部.泥石流災害防治工程勘查規范（DZ/T0220-2006）[S].北京：中國標準出版社，2006.

[6]唐川,黃潤秋,黃達,等.金沙江美姑河牛牛壩水電站庫區泥石流對工程影響分析[J].工程地質學報,2006,14(2): 145～151.

A Preliminary Study of Blocking River of the Gaojiagou Debris Flow in Wenchuan,Sichuan

GAO Jing-li
(Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology,SBGEEMR,Chengdu,Sichuan 610031)

Abstract:This paper deals with possibilities of blocking river of the Gaojiagou debris flow based on movement characteristics of the debris flow on July 3,2011 and combined with the debris flow blocking river experience formula under different rainstorm conditions.

Key words:debris flow; blocking river; Gaojia gully

作者簡介：高精理（1982-），男，云南永勝人，大學本科，研究方向：地質災害評估及治理

收稿日期：2014-09-30

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.024

中圖分類號：P642.23

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0995（2016）01-0111-03