四川某高速公路泥石流災害調(diào)查與對策研究

蔣 銳

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院 成都 610000)

四川某高速公路泥石流災害調(diào)查與對策研究

蔣 銳

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院 成都 610000)

該文以四川某高速公路的所跨越的沙溝河泥石流溝為例，通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪、勘察、監(jiān)測等措施綜合確定： 沙溝河泥石流匯集處高速公路大橋可以滿足頻率為兩百年一遇的泥石流峰值流量，并且高速公路所在位置處于泥石流堆積扇的相對安全區(qū)，泥石流危險性小。但該泥石流溝物源較豐富，水源充沛，今后在強地震、強降雨和人類活動的耦合聯(lián)合作用下，可能會暴發(fā)大規(guī)模泥石流，并提出了相應(yīng)的處理措施，以期能對西南山區(qū)高速公路跨越泥石流溝的建設(shè)積累經(jīng)驗。

高速公路大橋；泥石流調(diào)查；泥石流對策

四川某高速公路為進行加寬改造，對本高速公路所跨越的泥石流進行了專題研究。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該六條泥石流溝在歷史上均發(fā)過較大規(guī)模的泥石流，再加上降雨、地震等作用的聯(lián)合效應(yīng)，有可能會發(fā)生規(guī)模較大的泥石流災害，影響到高速公路的正常運營，甚至造成生命財產(chǎn)損失。

本文以K2227+930沙溝河大橋所跨越的西昌市月華鄉(xiāng)沙溝河泥石流為例，探討泥石流調(diào)查方法以及泥石流對策研究。

1 沙溝河泥石流特性研究

1.1流域概況

1.1.1 流域地理位置

本高速公路K2227+930沙溝河大橋所跨越的沙溝河位于西昌市月華鄉(xiāng)。

本次高速公路加寬改造工程位于沙溝河流域堆積區(qū)，溝口處交通便利，成昆鐵路、108國道、雅攀高速公路縱貫南北。沙溝河位于本高速公路加寬改造工程K2227+930樁號東側(cè)，是安寧河左岸的一級支流，與高速公路相鄰，溝口坐標為28°09′48.66″N， 102°10′28.30″E。

1.1.2 流域地形地貌

沙溝河流域面積約8.92km2，流域中主要溝道為沙溝河溝道，沙溝河主溝長5.50km，平均縱比降為204‰。

1.2沙溝河泥石流形成條件

1.2.1 地形條件

1.2.1.1 主溝地形地貌特征

沙溝河流域整體地勢南高北低，山體高聳，溝道狹窄且多跌水陡坎。

根據(jù)實地調(diào)查，沙溝河主溝長5.5km，平均縱比降為204‰，主溝上游局部呈蛇形彎曲，巖體破碎，物源豐富，溝道兩岸山體高聳陡峭，溝道狹窄，斷面呈“V”型，兩岸山坡坡度30°～70°，溝道流向轉(zhuǎn)折，西北流向匯安寧河。

1.2.1.2 支溝地形地貌特征

沙溝河流域面積較大，沖溝較多，其中，沙溝河發(fā)育有兩條面積較大的支溝，溝長范圍在0.6～1.50km之間，支溝溝床比降在213～251‰之間，支溝溝道兩岸山坡坡度在35～50°之間，溝道斷面呈“V型”，溝床較彎曲。

1.2.1.3 溝道地形地貌條件

流域內(nèi)山高坡陡，平均坡度在30°以上，溝谷縱坡較大，特別是主溝上游段及支溝縱坡多在400‰以上，有利于降雨的匯集，根據(jù)不同地段坡度、植被情況、斜坡結(jié)構(gòu)特征等的差異，降雨的徑流系數(shù)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(chǔ)。

根據(jù)沙溝河泥石流溝縱坡比降和物源分布特征，將全流域分成清水區(qū)、形成流通區(qū)和堆積區(qū)組成（圖1.2-4）。

圖1.2-4 沙溝河主溝泥石流縱剖面圖

1.2.2 物源條件

通過實地調(diào)查與高清遙感影像解譯分析，沙溝河流域物源類型主要有：崩滑堆積物、溝道堆積物、坡面侵蝕物質(zhì)和冰磧物，這些類型的松散堆積物為流域內(nèi)泥石流的啟動和暴發(fā)提供了豐富的固體物質(zhì)。沙溝河泥石流物源量具體見表1.2-3，具體分布見圖1.2-5。

圖1.2-5 沙溝河物源分布圖

表1.2-3 沙溝河泥石流物源量統(tǒng)計表（×104m3）

1.3泥石流活動特征研究

泥石流的運動和堆積特征包括與泥石流的流速、流量、容重、沖擊力等參數(shù)有關(guān)的泥石流運動堆積痕跡和實體的系列特征，它是研究泥石流形成運動和堆積規(guī)律的基礎(chǔ)。這些特征可以通過調(diào)訪和實地考察獲得。

1.3.1 泥石流活動歷史調(diào)訪

根據(jù)當?shù)卮迕窠榻B，沙溝河在近期歷史上曾經(jīng)山洪發(fā)作，漲消均很快，主河道未阻斷，沒有人員傷亡；但是根據(jù)對沙溝河流域的調(diào)查情況，結(jié)合流域地質(zhì)情況、流域地形地貌和當?shù)靥厥獾臍庀髼l件，在地震等內(nèi)外動力作用的耦合下，其具備發(fā)生泥石流的可能。

1.3.2 泥石流行洪斷面調(diào)訪

通過對沙溝河全流域的調(diào)查并結(jié)合當?shù)卮迕竦闹刚J洪水及泥石流活動痕跡，本次調(diào)查共獲得5個行洪斷面，并進行了計算。

1.3.3 泥石流溝床粗糙特征

據(jù)實地調(diào)查，沙溝河道變化較大，形成區(qū)坡度較大，跌坎發(fā)育；形成流通區(qū)溝床比降逐漸降低，泥石流中粗大顆粒多堆積于此。目前溝床糙率的取值，主要是通過溝床的特征參照相應(yīng)的范圍值來獲取，參照比較《中國泥石流》的相應(yīng)特征和糙率系數(shù)范圍，取得相應(yīng)的糙率系數(shù)為MC=10。

1.4泥石流溝易發(fā)程度判別與類型劃分

1.4.1 泥石流暴發(fā)頻率與易發(fā)程度判別

1.4.1.1 泥石流易發(fā)程度判別

針對沙溝河泥石流的基本特征，采用我國國土資源部發(fā)布的《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》中的判別系統(tǒng)進行判別。

根據(jù)各分項打分而得，沙溝河泥石流易發(fā)性量化分值為81分，屬輕微易發(fā)型泥石流。

1.4.1.2 沙溝河泥石流性質(zhì)

沙溝河泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評分得分為81分，為輕微易發(fā)稀性泥石流溝；

1.4.2 沙溝河泥石流類型

依據(jù)不同的標準泥石流可以劃分為不同的類型，現(xiàn)參照《中國泥石流》、《泥石流防治指南》和《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》分別對沙溝河泥石流進行類型劃分。

（1）基于地貌的分類

按照泥石流溝谷地貌形態(tài)差異，可以把泥石流劃分為兩大類：溝谷型和坡面型泥石流。依據(jù)對沙溝河的現(xiàn)場調(diào)查可知，其為溝谷型泥石流。

（2）基于水源的分類

水是泥石流形成的激發(fā)因素，也是泥石流的重要組成部分。依據(jù)對沙溝河的現(xiàn)場調(diào)查可知，其為暴雨型泥石流。

（3）基于物源的分類

物源是泥石流形成的主要因素，依據(jù)物源條件可把泥石流分為六大類。依據(jù)對沙溝河現(xiàn)場調(diào)查可知，其為典型的混合型泥石流。

（4）按泥石流流體的容重可分為稀性泥石流和粘性泥石流。沙溝河泥石流屬稀性泥石流；

（5）按泥石流的暴發(fā)頻率可分為高頻、中頻和低頻泥石流。根據(jù)對沙溝河的調(diào)訪，判斷沙溝河為低頻泥石流。

（6）沙溝河泥石流暴發(fā)的水源供給主要為降雨的特點，沙溝河200年一遇、100年一遇泥石流類型綜合概括均為溝谷降雨型低頻特大型稀性泥石流，沙溝河50年一遇、20年一遇、10年一遇泥石流類型綜合概括均為溝谷降雨型低頻大型稀性泥石流。

1.5沙溝河泥石流發(fā)展趨勢分析

泥石流的發(fā)展趨勢是多個因素綜合影響的結(jié)果，它可以通過各因數(shù)的綜合分析和歷史的調(diào)查訪問而獲得。

（1）從泥石流的活動歷史分析泥石流的發(fā)展趨勢

根據(jù)對當?shù)鼐用竦恼{(diào)查，沙溝河近20年來未曾暴發(fā)過大規(guī)模泥石流活動，但是，溝口發(fā)育有老泥石流堆積臺地，堆積物已經(jīng)不同程度的膠結(jié)，說明該區(qū)域在地質(zhì)歷史上曾暴發(fā)過泥石流。

（2）從地形地貌分析泥石流的發(fā)展趨勢

泥石流的發(fā)生和發(fā)展的能量匯集過程受地形地貌的影響較大。沙溝河流域總體地勢上游較為險峻，下游較為平緩。溝道平均坡降較陡，流域的最大高差達965m，山體平均坡度為30°～70°，坡面巖土風化強烈，基巖出露較多，流域的產(chǎn)流、匯流條件較好，從地形坡降因素看，依然滿足泥石流的發(fā)生條件。

（3）從物源條件分析泥石流的發(fā)展趨勢

經(jīng)統(tǒng)計，沙溝河流域目前能為泥石流提供的物源類型較豐富、分布廣、數(shù)量較大，松散固體物質(zhì)為89.3萬m3，其動儲量為17.5萬m3，該溝再次發(fā)生泥石流的物源條件依然十分充足。

（4）從水源條件分析泥石流的發(fā)展趨勢

沙溝河在夏季沖溝徑流發(fā)育，徑流滲入坡面沖溝的堆積層，使部分土體飽和，為泥石流的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。沙溝河流域年降水量豐沛且集中，據(jù)有關(guān)氣象資料統(tǒng)計，流域多年平均降雨量為為1133mm，最大24小時降雨量達125.1mm，最大1小時降雨為76.3mm。

（5）從地震條件分析泥石流的發(fā)展趨勢

根據(jù)國家標準化管理委員會GB18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動峰值加速度為0.30g，地震動反應(yīng)譜特征周期0.40s，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

在地震的影響下，促進了基巖裂隙的張開，加速了巖體的風化速度，降低了流域內(nèi)土體的強度，促進崩塌、滑坡的發(fā)展，地震作用是沙溝河泥石流產(chǎn)生和起動的重要外因之一，尤其是在地震和暴雨同時發(fā)生時，發(fā)生泥石流的概率將大大增加。

（6）從干旱氣候分析泥石流的發(fā)展趨勢

沙溝河泥石流區(qū)域歷史上出現(xiàn)過很多次干旱情況，如2010、2011年，區(qū)域就曾連續(xù)兩年出現(xiàn)干旱，強烈的干旱氣候能促進泥石流的進一步發(fā)展。

綜合以上分析可知，沙溝河泥石流溝具備泥石流形成的地形地貌和降雨條件，根據(jù)泥石流易發(fā)程度判別，沙溝河泥石流易發(fā)程度為輕微易發(fā)，溝內(nèi)有零星崩塌和小規(guī)模滑坡發(fā)育，一般情況下爆發(fā)的較大規(guī)模泥石流的可能性較小，但應(yīng)注意在強地震和強降雨的偶然聯(lián)合作用下，可能會發(fā)生較大規(guī)模的泥石流。

1.6泥石流危險性評價與防治方案建議

1.6.1 泥石流對工程危險性評價

本高速公路大橋橫跨沙溝河泥石流溝，合理評價泥石流溝對加寬工程后道路的危險性尤為重要，高速公路位于沙溝河出山口下游1.5km，處于堆積區(qū)。泥石流的堆積范圍需要經(jīng)過可合理的計算來判斷泥石流堆積物是否會影響到高速公路所在高程，而且還需要驗證在最大流量下，高速公路涵洞是否能夠滿足過流要求。利用已有泥石流特性參數(shù)，通過以上評價，給出合理的泥石流防治方案與建議，保證瀘黃高速加寬改造工程的順利施工，保證施工后高速公路的安全運營。

1.6.1.1 高速公路斷面流量分析

（1）常遇工況

根據(jù)現(xiàn)場量測高速公路涵洞斷面與國道涵洞斷面，對該斷面可通過的最大泥洪流量與泥石流峰值流量進行對比，結(jié)果如下：沙沙溝河泥石流200年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇的泥石流峰值流量分別為261.96、225.07、171.29、117.07、82.79m3/s，泥石流200年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇的一次漿體總量分別為12.44、10.69、8.14、5.56、3.93萬m3。以上數(shù)據(jù)表明：沙溝河高速公路與國道位置預留涵洞斷面的最大通過流量均可以滿足頻率為兩百年一遇、百年一遇、五十年一遇、二十年一遇、十年一遇的泥石流峰值流量。

（2）極端工況

地震后泥石流的規(guī)模均會成倍增加，查閱安寧河斷裂帶歷史地震資料，該區(qū)域周邊歷史上發(fā)生最大地震為1536年3月19日西昌市7.5級地震，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及經(jīng)驗判斷，沙溝河選取2倍泥石流流量對過流涵洞進行校核。

沙溝河200年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇的泥石流流量分別為523.92、379.8、290.6、192.2、133.1 m3/s。經(jīng)現(xiàn)場測繪，高速公路涵洞可以在泥石流流速最小的條件下過流944.8m3，因此，極端地震工況下高速公路涵洞可以滿足泥石流過流要求。

因此，高速公路項目所在位置在目前工況下相對安全，泥石流危險性小。

1.6.3 泥石流防治方案與建議

1.6.3.1 防治方案

由于沙溝河溝道受到當?shù)鼐用袢藶橛绊戄^為嚴重，沿溝挖方填高修建的土路密實性差，抗沖刷能力差，當遇到大雨或者暴雨時，可能會發(fā)生溝道發(fā)生堵潰等，增加泥石流規(guī)模，對下游造成嚴重的損失。針對這種狀況，建議加強與當?shù)貒痢⑺嚓P(guān)部門溝通，對土路進行壓實處理，并保證排洪通道。建議對溝道中的橋墩采用橡膠表面防護，提高其抵抗泥石流顆粒沖刷能力；另外，應(yīng)該對整條溝道定期進行清淤處理，保證溝道的順暢和涵洞正常通過泥石流的能力。

同時，建議在工程建設(shè)和運營過程中，對沙溝河泥石流降雨采取實時監(jiān)測，及時預警，以防止災害發(fā)生，同時盡可能避免雨季施工。在治理工程完成后，若該區(qū)域遭遇50年一遇以上的降雨時，則應(yīng)該加強該區(qū)域溝道的監(jiān)測預警工作。

16.3.2 防治建議

（1）布置工程建議

壓實土體同時還應(yīng)該保證排洪溝的排導斷面，使泥石流不漫槽；排泄區(qū)要保證足夠的坡度；保證排泄區(qū)比較順直；

（2）加強監(jiān)測預警措施

建議在雨季時，在防治措施的基礎(chǔ)上一定要加強對本泥石流溝的監(jiān)測預警，主要包括雨量監(jiān)測、水位監(jiān)測、泥位監(jiān)測、溝道流量監(jiān)測等。

1.7沙溝河泥石流研究結(jié)論

（1）沙溝河流域面積8.92 km2，主溝長5.5km，溝床平均縱比降為204‰，流域松散固體物質(zhì)共89.3萬m3，其中泥石流動儲量為17.5萬m3，流域最大24小時降雨量達125.1mm，最大1小時降雨為76.3mm，泥石流水源條件充足，具備發(fā)生泥石流的地形、物源及降雨條件。

（2）沙溝河屬輕微易發(fā)稀型泥石流溝，沙溝河200年一遇、100年一遇泥石流類型綜合概括均為溝谷降雨型低頻特大型稀性泥石流，沙溝河50年一遇、20年一遇、10年一遇泥石流類型綜合概括均為溝谷降雨型低頻大型稀性泥石流。

（3）沙溝河20年一遇泥石流容重為1.56g/cm3，其流速為4.26m/s，泥石流峰值流量為117.07m3/s，一次泥石流總量為5.56萬m3，一次固體物質(zhì)總量為1.89萬m3，泥石流流體動壓力為2.238×105Pa，泥石流大顆粒沖擊力為3270.7KN。

（4）基于現(xiàn)有調(diào)查，沙溝河泥石流匯集處高速公路橋梁凈空可以滿足頻率為兩百年一遇的泥石流峰值流量，高速公路所在的位置相對安全，并且高速公路所在位置處于泥石流堆積扇的相對安全區(qū)，泥石流危險性小。但沙溝河泥石流物源較豐富，水源充沛，今后在強地震、強降雨和人類活動的耦合聯(lián)合作用下，可能會暴發(fā)大規(guī)模泥石流，在此工況下，沙溝河對高速公路影響較大，應(yīng)注意監(jiān)測預警。

（5）建議公路部門與國土部門、水利部門加強溝通，并保證原始排洪通道暢通，防止新修土路作為泥石流物源，增大泥石流規(guī)模；另外對溝道中的橋墩應(yīng)該采取橡膠表面防護，提高抵抗泥石流顆粒沖擊的能力；同時還應(yīng)還應(yīng)進行適當清淤并輔以生物措施。

（6）如果出現(xiàn)強震等極端條件，應(yīng)該盡快開展詳細的泥石流研究工作，查明泥石流災害環(huán)境，并聯(lián)合國土等相關(guān)部門做好相應(yīng)的防治措施。

[1]《中國泥石流》（中國科學院-水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，2000年）

[2]《泥石流防治指南》（北京：科學出版社，1991年）

[3]《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》（四川省水利電力廳，1984）

[4]《中國泥石流研究專輯》（中國科學院冰川凍土研究所集刊4，科學出版社）

[5]《水文分析與計算》（劉光文著，北京：中國水利水電出版社，1989）

[6]《基于黏土顆粒含量的泥石流容重計算》基于黏土顆粒含量的泥石流容重計算（陳寧生等，中國科學 E輯技術(shù)科學，2003，P164-174）

[7]唐宏旭.四川省龍池地區(qū)溝谷型泥石流堆積范圍的研究[C].四川：成都理工大學，2013：32-33.

[8]胡桂勝.“7.10”連山大橋泥石流運動特征及溝道堵潰分析[J].成都理工大學學報（自然科學版），2015：643-648.

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1007-6344（2017）05-0024-02