四川省阿壩州某泥石流溝動(dòng)力學(xué)特征分析

朱建鵬 陳淋冊(cè)

摘 要：本文通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查及必要的山地工程措施，得到了四川省阿壩州九寨溝縣小菜園溝泥石流的流體重度、流速、流量等基本參數(shù)，為下一步擬建防治工程的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：泥石流；動(dòng)力學(xué)特征；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.128

1 工程區(qū)域自然環(huán)境概況

研究區(qū)域在四川阿壩藏族羌族自治州東北部，地處青藏高原東北緣，岷山山脈東部、龍門(mén)山脈西北部。研究區(qū)域北部和東北部分別和甘肅省交界，南部和四川接壤，西邊與四川省相鄰，東邊至西邊總共長(zhǎng)93公里，南部至北部總共寬89.83km，總面積5286km2。研究區(qū)域交通較發(fā)達(dá)，使九寨溝縣與外地聯(lián)系方便。

2 工程區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

研究區(qū)域在青藏高原與四川盆地過(guò)渡的深切割高山峽谷地帶。總體地形由區(qū)域內(nèi)西北部往東南部逐漸降低，區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)為尕而納峰，海拔4764m，區(qū)域內(nèi)最低點(diǎn)在東南部，海拔1160m。區(qū)域內(nèi)地貌類型以高山深切割河谷為主要類型，高差較大，溝深水急，斜坡陡峭，植被茂盛，相對(duì)高差大約1500m左右。山原漳扎鎮(zhèn)夏日柯河以西地帶，海拔3000m以上，相對(duì)高差約800m，山頂渾園，山坡平緩，是縣內(nèi)主要牧區(qū)，零散平壩集中于縣城一帶白水江河谷兩岸和黑河河谷兩側(cè)。

研究區(qū)域地貌按成因類型可劃分為構(gòu)造侵蝕高山地貌、構(gòu)造侵蝕中高山地貌和構(gòu)造侵蝕（山原）地貌。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)域在四川省西部地槽區(qū)岷山脈北段復(fù)背斜上，其西、北、南三面均有明顯斷裂帶，構(gòu)成復(fù)雜，屬新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)，由一系列復(fù)背斜或復(fù)向斜構(gòu)成，形成一系列北東向和南北向構(gòu)造體系。該區(qū)在秦嶺東西向構(gòu)造帶南緣，松潘-甘孜褶皺系東側(cè)，南與龍門(mén)山北東向構(gòu)造帶相鄰，三級(jí)不同方向構(gòu)造線形成向南凸出的弧形彎曲。九寨縣城即處在構(gòu)造線彎曲頂端，主要受南北向構(gòu)造斷裂控制。區(qū)內(nèi)構(gòu)造總體表現(xiàn)為一傾向北，形態(tài)較復(fù)雜的復(fù)向斜構(gòu)造。區(qū)域內(nèi)巖層褶曲強(qiáng)烈，巖層破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育。

區(qū)域內(nèi)存在不同構(gòu)造體系的新老構(gòu)造形跡，彼此交織，相互遷就利用，致使老構(gòu)造支離破碎，而新構(gòu)造發(fā)育程度不等，時(shí)斷時(shí)續(xù)，難成一體，同一斷裂不同地段在不同歷史時(shí)期，卷入不同構(gòu)造體系中，總之九寨溝縣構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，總的來(lái)說(shuō)九寨溝縣構(gòu)造為岷江南北向構(gòu)造帶和白馬弧形構(gòu)造帶。

2.3 地層巖性

此區(qū)域境內(nèi)出露地層主要有十套地層，由第四系地層、第三系地層、特殊地層塔藏組、三疊系菠茨溝組、三疊系扎尕山組、三疊系雜谷腦、三疊系侏倭組、泥盆系雪寶頂組、石炭系西溝組、二迭系三道橋組等，地層巖性是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)條件，不同性質(zhì)及其組合關(guān)系直接制約地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型與規(guī)模，對(duì)斜坡變形破壞起重要作用。斜坡變形破壞又可直接增加泥石流溝道的物源來(lái)源，縱觀全境，在人口主要集中的河（溝）谷溝口、坡腳及半山斜坡地帶，第四系松散堆積物十分豐富，易產(chǎn)生滑坡、崩塌和不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害，滑坡、崩塌發(fā)生在溝谷內(nèi)易產(chǎn)生泥石流松散固體物源，為泥石流形成提供物源來(lái)源。

2.4 水文地質(zhì)

區(qū)域在嘉陵江水系西支涪江水系西源白水江。境內(nèi)河流發(fā)育，據(jù)統(tǒng)計(jì)，縣內(nèi)較大河流有四條，其次為十一條較大溪溝，因區(qū)內(nèi)自然條件特殊，谷深坡陡，切割強(qiáng)烈，加之雨水月季差異大，境內(nèi)徑流在年均和月、季間分配不均。地表水對(duì)坡面沖刷、下滲，地下水位升高，增加山坡土體含水量，降低土體穩(wěn)定性；河流對(duì)坡腳沖刷、侵蝕，易使邊坡失去支撐而失穩(wěn)。地表、地下水活動(dòng)是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害主要因素之一。地表徑流變化與降水一致，每年5～9月進(jìn)入汛期，降水增加地表徑流增大，對(duì)邊坡沖刷和溝谷側(cè)蝕作用增強(qiáng)，加之溝域內(nèi)人類工程活動(dòng)等影響，使區(qū)域內(nèi)泥石流災(zāi)害活動(dòng)頻繁。

3 泥石流

3.1 泥石流流體重度

通過(guò)查表法查找泥石流勘查規(guī)范的相應(yīng)附表可確定其泥石流重度和泥沙修正系數(shù)，得到泥石流重度為1.593t/m3，1+φ=1.565。

3.2 泥石流流速

通過(guò)對(duì)泥石流溝進(jìn)行分析可得，泥石流流體性質(zhì)偏于粘性泥石流，流速可采用粘性泥石流通用公式進(jìn)行計(jì)算。水力半徑0.4m，溝道縱坡0.246，河床糙率0.05，由此算得堆積區(qū)泥石流流速2.17m/s。

3.3 泥石流流量

3.3.1 雨洪法-清水流量的計(jì)算

據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》可得區(qū)內(nèi)年最大1小時(shí)暴雨量平均值及變差系數(shù)；再查讀出不同頻率下相應(yīng)Kp值（2%、5%），可得不同設(shè)計(jì)頻率下最大小時(shí)雨強(qiáng)（頻率p=2%時(shí)，Kp=2.65，H1=37.63；頻率p=5%時(shí)，Kp=2.14，H1=30.39）。據(jù)此，可知匯水面積0.14km2，徑流系數(shù)0.7，可求得堆積區(qū)暴雨洪峰流量值（P=2%時(shí)，暴雨洪峰流量1.03m3/s，P=5%時(shí)，暴雨洪峰流量0.83m3/s）。另，泥沙修正系數(shù)0.565，泥石流堵塞系數(shù)1.9，由此可算得泥石流峰值流量（P=2%時(shí)，泥石流峰值流量3.06m3/s，P=5%時(shí)，泥石流峰值流量2.47m3/s）。

3.3.2 形態(tài)調(diào)查法

形態(tài)調(diào)查法是據(jù)調(diào)查得到的泥石流泥位得到過(guò)流斷面，再乘上此前求得的泥石流流速，可求取泥石流流量。堆積區(qū)溝道寬度2.75m，溝道平均泥深0.4m，過(guò)流斷面面積1.11m2，斷面平均流速2.17m/s，由此所得斷面峰值流量2.39m3/s。

3.3.3 綜合取值

形態(tài)調(diào)查法適用于溝道順直、斷面變化不大、無(wú)阻塞無(wú)回流、上下溝槽無(wú)沖淤變化、具有清晰泥痕的溝段。參數(shù)選取主要為溝道泥痕高度調(diào)查，坡面縱坡降測(cè)算。采用形態(tài)調(diào)查法計(jì)算結(jié)果沒(méi)有暴雨頻率的概念，僅能代表當(dāng)次泥石流特征值，不能很好預(yù)測(cè)以后泥石流爆發(fā)規(guī)模；雨洪法計(jì)算是據(jù)現(xiàn)有溝道堵塞條件，發(fā)生泥石流重度和泥沙修正系數(shù)情況綜合確定結(jié)果，更能反應(yīng)泥石流現(xiàn)有物源條件和溝道特征實(shí)際情況，以及不同暴雨頻率下泥石流流量差異，因此，綜合取值時(shí)建議采用雨洪法計(jì)算作下一步治理工程設(shè)計(jì)參數(shù)值。

4 結(jié)論

本文通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及必要試驗(yàn)措施，得到九寨溝縣小菜園溝泥石流流體重度、流速、流量、等基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)擬建防治工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

作者簡(jiǎn)介：朱建鵬（1988-），男，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面的技術(shù)及研究工作。