徽縣廟兒溝泥石流成因及防治措施研究

邵東橋，吳正軍，郭一兵，邵東航

（1.甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，甘肅　蘭州　730000；2.中國科學院寒區旱區環境與工程研究所，甘肅　蘭州　730000；3.中國科學院大學，北京　100049）

?

徽縣廟兒溝泥石流成因及防治措施研究

邵東橋1，吳正軍1，郭一兵1，邵東航2，3

（1.甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，甘肅蘭州730000；2.中國科學院寒區旱區環境與工程研究所，甘肅蘭州730000；3.中國科學院大學，北京100049）

摘要：通過對徽縣廟兒溝泥石流形成條件、發育特征、規模及成因的研究，得到廟兒溝從降雨、物源和地形地貌均滿足泥石流形成的條件，廟兒溝泥石流成因主要是支溝匯流和主溝侵蝕下切造成，支溝匯流形成強大的動能，流通區主溝掏蝕溝岸和揭底溝床堆積物源形成泥石流，并形成一個泥石流容重和流量不斷增大的過程，在下游溝道平緩地段泥石流動能減緩，并開始堆積。在研究廟兒溝泥石流形成條件、發育特征及成因的基礎上，本論述提出了攔擋、排導、護岸和清淤的綜合防治措施建議。

關鍵詞：泥石流；形成條件；防治措施

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.001

泥石流是最為普遍和常見的地質災害類型之一，國內外學者對泥石流的成因機制進行過大量的研究［1～8］，但由于泥石流具有很強的地域特色［9］，與區域降雨、地形地貌、物源、地質構造、植被、人類工程活動等密切相關，因此不同的泥石流溝，其成因機制也不相同。本論述對廟兒溝泥石流形成條件及成因機制進行研究，并提出相應的防治措施建議，以期對該區域泥石流的研究提供一定的參考價值。

廟兒溝位于徽縣北部麻沿河鄉麻安村，是條老泥石流溝，自上世紀九十年代至今共爆發過多次規模不等的泥石流，其中規模較大的泥石流共四次，廟兒溝溝道上游及中下游居民較密集，泥石流災害嚴重威脅居民的生命財產安全。本論述通過現場勘查，分析泥石流形成的條件，研究其形成機制，為廟兒溝泥石流災害的防治提供基礎數據。

1　泥石流形成條件

1.1地形地貌條件

廟兒溝泥石流流域面積6.2 km2（見圖1所示），流域呈東西向展布，呈“樹葉”狀，區內地西北高東南低，最高位于西北側分水嶺，高程1 945 m，最低點位于溝口堆積物前緣，高程為1 445 m，相對高差500 m，流域屬侵蝕構造中山地貌，山勢較陡，主溝道長度3.17 km，主溝縱坡降122‰（見圖1所示），兩岸坡度一般為20°～50°（見表1所示）。主溝道呈“V”字型，中上游溝谷較為狹小，而下游溝谷較為開闊。泥石流堆積區沿溝道呈條帶狀分布，局部被改造為耕地及建筑用地。

表1　廟兒溝地形要素統計表

圖1　廟兒溝全流域圖

1.2物源條件

研究區物源主要為坡面侵蝕物源、滑坡崩塌物源和溝道堆積物源。廟兒溝發育三條支溝，崩塌滑坡主要在支溝內發育，廟兒溝溝道兩岸植被較發育，覆蓋率達80%以上，受植物根系影響，大面積的坡面松散物補給較少，僅對裸露坡面且結構松散地段進行坡面侵蝕物源統計計算。主溝道兩側滑坡和溝岸崩塌發育地段，局部坡面植被被破壞，表層土體裸露且結構松散，一旦遭遇強降雨，以表層沖刷方式進行泥石流補給。根據現場調查，廟兒溝流域內共發育2處滑坡，4處崩塌，以小型為主，物質組成主要為殘坡積碎石土，滑坡崩塌堆積體結構松散（見圖2所示），顆粒相對較小，利于泥石流補給運移。流域內早期泥石流物質在搬運過程中沿溝道及溝口堆積（見圖3所示），為后期泥石流形成提供了物質來源，溝床堆積厚度較厚，在中下游溝段，溝道變寬，輸砂能力減弱，堆積厚度變薄，根據溝床切割形成的溝坎揭露，沿程堆積物主要由塊石、礫石、碎石土組成，土石比例可達1∶9，可見塊石粒徑最大約0.1 m×0.15 m× 0.3 m，塊石粒徑大部分集中在0.01 m～0.1 m之間，主要由灰巖、板巖、砂巖等組成，土質成分含量較少，主要為粉土。經統計計算，廟兒溝流域內泥石流固體松散物質總量22.56×104m3，其中，溝床堆積物源所占比例最大，占28.28%，其次為滑坡堆積物源，占26.86%，崩塌堆積物源占24.73%，坡面侵蝕物源量占20.12%。總固體松散物質儲量可轉化為泥石流的動儲量為2.78×104m3，其中，坡面侵蝕物源占總動物源的53.56%，其次為滑坡堆積動物源量，占17.69%，崩塌堆積動物源量占16.53%（見表2所示）。廟兒溝單位面積物源儲量動儲量達2.78×104m3/km2，可見形成泥石流的物源條件非常豐富。

1.3降雨條件

廟兒溝多年平均降水量750.9 mm，降水年際變化大，最多年份1983年為967 mm，最少年份1997年為458 mm。年內降水分配不均，全年降水集中在7～9月，占年降水量的50～58%。降雨多以暴雨和連陰雨的方式出現，最大日降水量138 mm，最大降水量為64.1 mm/h。降雨強度遠遠超過隴南地區形成泥石流的界限雨值［10］。

圖2　崩塌物源　

圖3　溝床堆積物源

2　泥石流特征及成因分析

2.1泥石流特征

2．1．1泥石流性質

通過現場大容重試驗、調查訪問和參照經驗公式計算，綜合以上方法確定廟兒溝泥石流容重為1.63 t/m3，屬黏性泥石流。

2．1．2泥石流規模

廟兒溝泥石流爆發頻率較高，自上世紀九十年代至今共爆發過多次規模不等的泥石流，其中規模較大的泥石流共四次，2013年泥石流規模最大，麻沿河鄉11 h降雨量達120 mm，泥石流爆發時伴有較大響聲，泥石流流體為泥夾碎石，呈黃褐色稀粥狀，持續時間近1 h，沖出固體物質總量約3 000 m3，主要堆積于居民區段的平緩溝道內，下游溝道居民所在處50年一遇流量為75.46 m3/s，泥石流一次最大沖出量達3 900 m3。

表2　廟兒松散固體物質儲量匯總表

2.2泥石流成因分析

研究區具備激發泥石流的降雨條件，流域內滑坡崩塌發育，溝床堆積大量物源，固體物質儲量豐富，地勢陡峻，溝床縱比降大，降雨匯流和泥沙的運輸提供了良好的地形條件，以上說明廟兒溝具備泥石流形成的三大條件。廟兒溝發育3條支溝和1條主溝，支溝溝道狹窄，溝床基巖裸露，泥石流以匯流為主，主溝溝道寬闊，溝床堆積大量物源，泥石流以沖蝕下切和溝床揭底為主。崩塌滑坡松散物質主要在支溝內發育，降雨帶動其匯入主溝道，形成溝道堆積物源，強降雨從坡面及支溝迅速匯集于主溝道形成巨大的動能，在主溝道溝床坡降大于100‰地段水流啟動溝道堆積物源向下游排泄，泥石流速度不斷增大，主要以掏蝕溝岸帶動崩塌物和溝床掀底帶動溝床堆積物質的方式運動，使其產生新的物源繼續參與泥石流運動，泥石流流量和規模進一步增加，在主溝道溝床坡降小于100‰地段，泥石流流速減慢，隨著坡降減緩，泥石流開始在溝床堆積，泥石流的運動從侵蝕變為堆積，堆積區居民密集，主要危害方式為淤埋房屋。

3　防治措施建議

廟兒溝物源主要由滑坡崩塌堆積物源、溝床堆積物源及坡面侵蝕物源三部分組成，能夠參與泥石路活動的動物源儲量較大，且空間分布較分散，采取工程措施全部攔固非常困難。溝道上游和中下游居民房屋集中分布在溝道兩側，溝道排導能力十分有限，遠無法滿足排導五十年一遇的泥石流的要求，一旦發生泥石流災害，必將造成無法挽回的損失。因此，對該溝道采取相應的排導、護岸措施成為泥石流災害防治的關鍵。筆者建議防治方案采用“以排導為主，輔以攔固部分物源”的綜合治理措施。

3.1攔固措施

在主溝上游段布設一座攔擋壩（5-5'剖面處），將上游物源進行攔固，減緩泥石流的啟動。Ⅱ號支溝和Ⅲ號支溝崩塌滑坡發育，因此在Ⅱ號支溝中布設兩座攔擋壩（7-7'剖面和8-8'剖面處），在Ⅲ號支溝中布設一座攔擋壩（2-2'剖面處），將滑坡崩塌物源攔固在溝道內，同時提高溝床比降，減緩泥石流洪峰流量，減輕主溝泥石流排導壓力。

3.2排導措施

在主溝和Ⅱ號支溝交匯處為麻安村居民，因此建議在穿越村莊段（3-3'、4-4'、6-6'剖面處）布設排導堤和護岸堤，使泥石流能夠在設計頻率下順利排導而不造成災害。同樣在溝道下游堆積區段（1-1'剖面處）村莊密集區布設左岸單側護岸堤，防治泥石流掩埋村莊。

3.3清淤措施

村莊所在局部地段泥石流淤積嚴重，建議對其進行清淤，以提高排導能力。

4　結論

（1）廟兒溝流域相對高差大，兩岸山坡陡峭，溝床縱比降大，為泥石流的形成提供了很好的地形條件；流域內崩塌滑坡發育，曾發生過多次泥石流災害，溝道堆積大量物源，為泥石流的形成提供了固體物質來源；同時，此區域降雨強度遠遠超過能夠激發泥石流的雨強界限值。因此，廟兒溝完全具備泥石流形成的三大條件，歷史上也發生過多次泥石流災害，造成不同的損失。

（2）廟兒溝泥石流成因機制只要為支溝匯流和主溝侵蝕下切，支溝溝道狹窄，溝床基巖裸露，泥石流以匯流為主，主溝溝道寬闊，溝床堆積大量物源，泥石流以沖蝕下切和溝床揭底為主。強降雨從坡面及支溝迅速匯集于主溝道形成巨大的動能，啟動溝道堆積物源向下游排泄，泥石流速度不斷增大，主要以掏蝕溝岸帶動崩塌物和溝床掀底帶動溝床堆積物質的方式運動，使其產生新的物源繼續參與泥石流運動，泥石流流量和規模進一步增加，在道溝床坡降小較小地段流速減慢并堆積，泥石流的運動從侵蝕變為堆積。

（3）廟兒溝泥石流防治措施為在主溝上游和支溝布設攔擋壩，將部分物源攔固在溝道內，同時抬升溝床，減緩泥石流匯流形成的巨大動能；在穿越村莊段布設排導堤和護岸堤，使泥石流能夠順利排導而不造成災害，同時在布設排導堤和護岸堤段進行清淤，提高泥石流排導能力。

參考文獻：

［1］胡凱衡，葛永月，崔鵬，等．對甘肅舟曲特大泥石流災害的初步認識［J］．山地學報，2010，28（5）：628-634．

［2］吳雨夫，余斌，亓星，等．岷江上游大白楊溝泥石流特征及成因［J］．現代地質，2012，26（1）：107-113．

［3］陳中學，汪稔，胡明鑒，等．云南東川蔣家溝泥石流形成內因初探［J］．巖土力學，2009，30（10）：3053-3070．

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

［5］劉興榮，董耀剛，王生新，等．成縣黃渚鎮泥石流形成機理及特征［J］．自然災害學報，2013，22（1）：169-174．

［6］Chao Dang，Peng Cui，Zun-lan Cheng. The formation and failure of debris flow-dams，background，key factors and model tests：case studies from China［J］.Environ Geol，2009，57（8）：1901-1910.

［7］Z. Arbanas，C. Benac1，V. Jurak. Causes of debris flow formation in flysch area of North Istria，Croatia［M］. WIT Transactions on Ecology and the Environment，2013：221-226.

［8］Yong You，Jinfeng Liu，Xingzhang Chen，Huali Pan. Debris flow formation conditions and optimal characteristics of drainage canal following Wenchuan earthquake［J］. Environ Earth Sci，2012，65（4）：1005-1012.

［9］王念秦，姚勇．基于模糊數學和權的最小平方法的泥石流易發性評價方法［J］．災害學，2008，23（2）：5-8.

［10］中國科學院蘭州冰川凍土研究所，甘肅省交通科學研究所．甘肅泥石流［M］．北京：人民交通出版社，1982.

作者簡介：邵東橋（1987 -），男，甘肅定西人，碩士，助理工程師，主要研究方向：地質災害預測與防治。

收稿日期：2016- 3- 28

中圖分類號：P642.23

文獻標識碼：A