瓦達溝泥石流的勘查與治理

瓦達溝泥石流的勘查與治理

文/黃金國，四川省林業勘察設計研究院

瓦達溝泥石流位于川藏公路AK3767+820處。瓦達溝爆發的泥石流，曾多次沖毀公路路基、橋梁，使交通中斷。路基、橋梁沖毀后以便道維持通車，嚴重影響交通的正常通行。川藏公路是四川與西藏的交通大動脈，交通的中斷將嚴重制約該區的經濟發展，給人民的生活帶來不便。為此，有關部門的領導和專家曾多次來到現場進行考察，研究治理方案，要求及時對瓦達溝泥石流進行治理，恢復交通的正常通行，以加快該區的經濟發展。

筆者在對瓦達溝泥石流進行詳細勘察的基礎上，對該區泥石流的勘查與整治問題淺談如下：

1 瓦達溝泥石流的基本情況

瓦達溝泥石流位于八宿縣瓦達村東側，里程為AK3767+820，該溝發源于亞穆山，由南向北注入怒江支流冷曲河。流域地處橫斷山腹地，為青藏高原東南翼的藏東切割山地地貌，具有河流下切強烈、地形復雜、山體破碎和坡度陡峻等地貌特征。流域形狀呈闊葉狀，回流面積約23Km2。山坡平均坡度33°，溝口海拔為3145m，源頭最高海拔為5117m，相對高差1972m。

瓦達溝在中游分為東西支溝，東支溝為深切沖溝，溝坡陡立，溝底寬2～5m，最深達50余m，溝兩側滑坡、塌方、崩塌發育，并分布有巨型巖堆裙，是泥石流的主要發源地；西支溝溝谷寬緩，溝床縱坡較緩，植被茂盛，無滑坡、塌方現象，已處于相對穩定期，近期無泥石流爆發跡象，僅提供水源。東西支溝匯流后經過寬50～150m的古洪積臺地（臺地上游窄，下游寬），并在臺地中部切出寬1 0～20m，深5～10m的沖溝，沖溝兩側陡立，在泥石流的側蝕作用下，兩側溝坡產生塌方，形成新的固體物質補給泥石流。在東西支溝交匯處至谷口段長2km范圍內，西側發育有5條、東側發育有3條小型泥石流支溝，這些支溝中上游有厚度大于10m的第四系松散堆積物，以及風化破碎的基巖，溝內多崩塌、滑坡，形成泥石流。由于這些支溝的匯入，進一步擴大了泥石流的規模。從溝口至冷曲河段長約0.8km，泥石流從古洪積扇中部穿過，屬通過區，在長期下切作用下，形成兩級臺地，最上一級臺地為古洪積扇扇面，已墾為農田，泥石流對其無影響；下級臺地寬50～80m，表面有0.1～2m的泥石流淤積物，長有稀疏的雜草，已逐步趨于穩定。在臺地中部為現代泥石流沖溝，寬約8～14m，深3～4m，溝床縱坡10～15%，溝底有1～2m厚的泥石流淤積物。

瓦達溝流域屬干旱溝谷區，年降水量約400mm，主要集中在8～10月，暴雨則集中在7～9月間，因此泥石流主要爆發在這3個月中。

受怒江斷裂帶影響，流域區斷層發育，巖石破碎，新構造運動表現為強烈上升，使溝谷下切，溝床縱坡加大，構成了泥石流活動的條件。

流域內外動力地質作用強烈，形成了大量的松散固體物質，尤其是滑坡、坍塌、巖堆、殘坡積物儲量極為豐富，為泥石流提供了豐富的固體物質來源，松散固體物質總儲量高達12205.6萬m3，可移補給形成泥石流的松散固體物質達4547萬m3。根據地貌及外動力地質作用類型，可劃分為寒凍風化帶（占10.45%），碎屑堆積帶（占2.59%），重力侵蝕帶（占9.34%），沖蝕切割帶（占77.62%）。

2 瓦達溝泥石流的特征

2.1 類型及性質特征

瓦達溝泥石流溝谷形態明顯，有常流水，按溝谷形態劃分為溝谷型泥石流。泥石流的水源主要來自暴雨，屬暴雨泥石流。從泥石流的物質組成特點分析，則屬于稀性泥石流。

瓦達溝泥石流淤積物中以漂（塊）石、卵（碎）石、礫石、角礫、灰巖、泥砂巖、白云巖為主，其次為砂巖。淤積物大小混雜，分選性差，其中漂（塊）石約占20%，粒徑最大為1.8m；卵（碎）石約占40%；礫石（角礫）約占有23%；粘粒約占17%。

2.2 沖淤特征

從現場調查看，歷史上瓦達溝泥石流曾發生過規模巨大的粘性泥石流，在泥石流發生初期，以沖刷下切為主，在古洪積臺地上切出深溝；近期以稀性泥石流為主，在主溝道中游地段，以沖刷下切為主，而谷口至冷曲河段沖淤基本平衡，沖刷稍大于淤積。從調查情況看，泥石最大淤積坡度為136‰，最小沖刷坡度為40～50‰，相對平衡坡度為100‰～110‰，一次最大沖刷深度為2.5～3.5m，一次最大淤積厚度為2.0～3.0m。該溝具有大沖大淤的特點。

2.3 活動特征

瓦達溝泥石流活動具有一定的周期性，其周期的長短與暴雨及該地區地震活動周期基本一致。從最近幾十年的泥石流活動分析表明：中小型規模的稀性泥石流基本上每年都要爆發2～3次，中型規模成災害性的泥石流一般15～20年暴發一次，大規模災害性泥石流一般40～50年爆發一次。

2.4 形成機理

瓦達溝泥石流的形成是在高強度暴雨激發下，殘破積碎屑物隨地表徑流匯于溝中，形成低容重的泥石流或高含砂水石流，這種漿體順溝而下，沿途沖刷掏蝕兩岸坡腳，使分布于溝兩側的滑坡、巖堆前緣失穩和古洪積物岸坡塌方，進而為泥石流的規模擴大，提供了物質和能量，最后導致了大規模泥石流暴發。

2.5 發展趨勢分析

從地貌侵蝕階段性分析，瓦達溝為發展中的溝谷地貌類型，其面積指數Rf=0.777。流域內可移松散物質4547m3，物質來源豐富，其地質地貌指數R0=0.867，溝谷比降指數Ri=0.667。泥石流溝谷的發展趨勢判別指數R=2.3。按泥石流活躍程度應歸為活躍性泥石流溝谷。

瓦達溝泥石流流域內儲備有大量的松散固體物質，按每年暴發2～3次，每次50～80分鐘，綜合考慮中大規模泥石流發生頻率，初步估算瓦達溝泥石流活躍期將延續100年左右。如果不能有效控制不合理的人為采煤以及亂砍濫伐林木等活動，還可能加劇該溝泥石流的規模和活躍程度。

3 瓦達溝泥石流重要指標的測定和計算

3.1 重度測定

（1）稱重法：現場取樣加水調劑，請目睹者鑒別，計算得泥石流的重度為16.5KN/m3。

（2）體積比法：通過調查得知，瓦達溝泥石流流體中固體物質和水的含量相當，體積比近似于1。因此按下式計算：

Gm—固體物質比重

f—固體物質體質和水的體積之比，以小數計

綜上所述，泥石流的重度為17KN/m3

3.2 流速的計算

泥石流流速的計算應根據泥石流的性質、所處的地區用相應的經驗公式。瓦達溝泥石流屬稀性泥石流，因此選用公式：

Vm=(Mm/α) Rm2/3I1/2計算得Vm=1.51(m/s)

式中Vm—泥石流斷面平均流速(m/s);

Rm—泥石流體水力半徑(m)；Rm=F/X

F—洪水時溝谷過水斷面積(m)

X—濕周（m）；

α—阻力系數

α =（ΦGm+1）1/2；

I—泥石流水面縱坡（%）；

M—泥石流粗糙系數

3.3 流量的計算

流量的計算根據實際情況可按形態調查法、配方法計算。

a、形態調查法：瓦達溝泥石流按形態調查法計算得出中小型規模的泥石流流量為55.9m3/s。其計算式為：

Qm=FmVm

式中Qm—泥石流流量（m3/s）；

Fm—泥石流的橫斷面面積（m2）；

Vm—泥石流流速（m/s）。

b、配方法：按推理--配方法計算得出瓦達溝泥石流設計洪峰流量為：

其計算公式為：

Qm=Qw（1+c）

式中Qm—設計泥石流流量（m3/s）；

C—泥石流修正系數；

α—泥石流體中水的體積含量；

α=（Gm-γm）/（Gm-1）

Wm —泥石流補給區中固體物質的原始含水量，以小數計（可以實測，也可以用氣象站的土壤含水量分析得出）。

4 泥石流的整治

在查清泥石流的基本情況后，應根據泥石流的性質結合工程建設的特點，提出相應的整治方案。

據調查，該地區泥石流特別易發育，主要為坡面泥石流和溝谷型泥石流。本次勘查工作的目的是為公路建設服務，因此，按泥石流的性質結合公路建設提出以下整治方案。

4.1 坡面型泥石流

主要發生在暴雨季節，地表水與松散土石混合而成。泥石流順坡面漫流，流域面寬、發生頻率高，泥石流的整治非常困難。因此，結合本地區的交通情況，提出以下整治方案。

（1）植樹造林、種草。在陡峭的山坡上植樹造林、種草，防止水土流失。

（2）在較緩的山坡上整平、修臺階、造梯田，防止泥石流進一步發展。

（3）在公開路兩側邊坡進行鋪面防護，采用過水路面通過泥石流漫區。

（4）加強養護，及時清除堆積在過水路面上的泥石流堆積物，確保交通正常。

4.2 溝谷形泥石流

此類泥石流溝谷形態明顯，泥石流流域比較固定，但較集中，破壞力強。公路一旦毀壞，不易修復，因此應以永久性工程根治為主。

（1）在流域上游植樹造林，合理放牧，禁止砍伐林木，防止水土流失，穩定山坡。

（2）在泥石流下游堆積區進行排導工作。

a、清理平順溝谷，使溝谷保持一定的縱坡坡度，讓泥石流順利通過。

b、對大中型泥石流，如線路通過渠溝谷兩側為松散堆積物時，溝谷兩側應修導流堤。

（3）對小型泥石流，據實際情況以涵洞或小橋跨越；對中大型泥石流修大橋跨越。

橋、涵位置應選擇在泥石流溝谷相對穩定的流通區或流通區溝口。如因條件限制，必須從泥石流堆積區通過時，應選在溝谷順直地段。橋、涵孔徑應保持原有溝床寬度，不易壓縮溝床和在溝中設墩。橋、涵凈空高度視泥石流的流量、最大粒徑、最大沖淤特征等綜合而定。橋、涵基礎埋置深度應大于該處泥石流的最大沖刷深度。

（4）加強養護，及時清除涵洞內、橋下堆積的泥石流堆積物，維護橋、涵的安全，確保線路暢通。

5 瓦達溝泥石流的治理

泥石流的發生和發展原因很多，要做到預防為主，防患于未然，必須了解泥石流的特點，根據實際情況進行綜合治理。根據勘察資料，瓦達溝泥石流屬溝谷型、暴雨型高頻泥石流。泥石流是在暴雨的作用發生的。依據川藏公路的重要性，結合瓦達溝泥石流的特點，提出以下措施。

5.1 預防措施

在沖溝上游形成區，植樹造林,種植草皮；修建排水溝，防止水土流失；禁止亂砍濫伐，開墾耕種；關閉正在開采的小煤礦、采石場；在易發生滑踏的地段修保坎、擋墻等擋防工程，加固土層，穩定邊坡。

5.2 治理措施

將線路選擇在沖構順直，泥石流易通過的地段，在線路通過區清理溝中淤積物質，修橋跨越泥石流沖溝，在橋梁上游修建50m的導流堤，下游修建30m的導流堤。

瓦達溝泥石流的治理至今已有10余年了，經過多年的綜合治理，瓦達溝泥石流發生的頻率、泥石流暴發的規模正在逐步減少。當年修建的橋梁、導流堤及邊坡防護工程現今完好，線路暢通。說明泥石流對工程建設的危害雖然較大，但是只要經過詳細的勘察，查清泥石流的性質、特點，提出合理的治理措施，便可以將泥石流的危害降低甚至消除，從而確保工程建設及人民生命財產的安全。

[1]工程地質手冊 工程地質手冊編寫委員會編 中國建筑出版社出版

[2]公路工程地質勘查規范JTG C20-2011中華人民共和國交通運輸部發布

[3]巖土工程勘察規范GB50021-2001中華人民共和國建設部、國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布

[4]崩塌、滑坡、泥石流監測規范DZ/T 0221-2006中華人民共和國國土資源部發布