四川省阿壩州某泥石流溝動力學特征分析

朱建鵬 陳淋冊

摘 要：本文通過野外實地調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，為下一步擬建防治工程的設計提供了依據。

關鍵詞：泥石流；動力學特征；分析

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

1 工程區域自然環境概況

研究區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、龍門山脈西北部。研究區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93公里，南部至北部總共寬89.83km，總面積5286km2。研究區域交通較發達，使九寨溝縣與外地聯系方便。

2 工程區地質環境條件

2.1 地形地貌

研究區域在青藏高原與四川盆地過渡的深切割高山峽谷地帶。總體地形由區域內西北部往東南部逐漸降低，區域內最高點為尕而納峰，海拔4764m，區域內最低點在東南部，海拔1160m。區域內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，相對高差大約1500m左右。山原漳扎鎮夏日柯河以西地帶，海拔3000m以上，相對高差約800m，山頂渾園，山坡平緩，是縣內主要牧區，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。

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

2.2 地質構造

研究區域在四川省西部地槽區岷山脈北段復背斜上，其西、北、南三面均有明顯斷裂帶，構成復雜，屬新構造運動強烈區，由一系列復背斜或復向斜構成，形成一系列北東向和南北向構造體系。該區在秦嶺東西向構造帶南緣，松潘-甘孜褶皺系東側，南與龍門山北東向構造帶相鄰，三級不同方向構造線形成向南凸出的弧形彎曲。九寨縣城即處在構造線彎曲頂端，主要受南北向構造斷裂控制。區內構造總體表現為一傾向北，形態較復雜的復向斜構造。區域內巖層褶曲強烈，巖層破碎，構造裂隙發育。

區域內存在不同構造體系的新老構造形跡，彼此交織，相互遷就利用，致使老構造支離破碎，而新構造發育程度不等，時斷時續，難成一體，同一斷裂不同地段在不同歷史時期，卷入不同構造體系中，總之九寨溝縣構造相當復雜，總的來說九寨溝縣構造為岷江南北向構造帶和白馬弧形構造帶。

2.3 地層巖性

此區域境內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，地層巖性是地質災害發育的物質基礎條件，不同性質及其組合關系直接制約地質災害發育類型與規模，對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，易產生滑坡、崩塌和不穩定斜坡等地質災害，滑坡、崩塌發生在溝谷內易產生泥石流松散固體物源，為泥石流形成提供物源來源。

2.4 水文地質

區域在嘉陵江水系西支涪江水系西源白水江。境內河流發育，據統計，縣內較大河流有四條，其次為十一條較大溪溝，因區內自然條件特殊，谷深坡陡，切割強烈，加之雨水月季差異大，境內徑流在年均和月、季間分配不均。地表水對坡面沖刷、下滲，地下水位升高，增加山坡土體含水量，降低土體穩定性；河流對坡腳沖刷、侵蝕，易使邊坡失去支撐而失穩。地表、地下水活動是誘發地質災害主要因素之一。地表徑流變化與降水一致，每年5～9月進入汛期，降水增加地表徑流增大，對邊坡沖刷和溝谷側蝕作用增強，加之溝域內人類工程活動等影響，使區域內泥石流災害活動頻繁。

3 泥石流

3.1 泥石流流體重度

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

3.2 泥石流流速

通過對泥石流溝進行分析可得，泥石流流體性質偏于粘性泥石流，流速可采用粘性泥石流通用公式進行計算。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-清水流量的計算

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

3.3.2 形態調查法

形態調查法是據調查得到的泥石流泥位得到過流斷面，再乘上此前求得的泥石流流速，可求取泥石流流量。堆積區溝道寬度2.75m，溝道平均泥深0.4m，過流斷面面積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

形態調查法適用于溝道順直、斷面變化不大、無阻塞無回流、上下溝槽無沖淤變化、具有清晰泥痕的溝段。參數選取主要為溝道泥痕高度調查，坡面縱坡降測算。采用形態調查法計算結果沒有暴雨頻率的概念，僅能代表當次泥石流特征值，不能很好預測以后泥石流爆發規模；雨洪法計算是據現有溝道堵塞條件，發生泥石流重度和泥沙修正系數情況綜合確定結果，更能反應泥石流現有物源條件和溝道特征實際情況，以及不同暴雨頻率下泥石流流量差異，因此，綜合取值時建議采用雨洪法計算作下一步治理工程設計參數值。

4 結論

本文通過野外現場調查及必要試驗措施，得到九寨溝縣小菜園溝泥石流流體重度、流速、流量、等基本動力學參數，對擬建防治工程設計提供依據。

作者簡介：朱建鵬（1988-），男，助理工程師，主要從事水文地質、工程地質、環境地質等方面的技術及研究工作。