小木嶺泥石流堵江風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值模擬

劉 華，廖紅劍，娜子布林

(四川省地球物理調(diào)查研究所，四川 成都 610072)

1 小木嶺泥石流概況

小木嶺泥石流溝位于四川省德陽(yáng)市綿竹市綿遠(yuǎn)河右岸，溝口坐標(biāo)東經(jīng)104°05′29″，北緯31°36′02″，其所在區(qū)域?qū)贅?gòu)造侵蝕中切割陡峻中山地貌、山地深切割溝谷地形，泥石流匯水面積為24.53 km2，主溝道至分水嶺處溝長(zhǎng)9.38 km，溝谷寬度在800～2197 m之間，流域左右兩側(cè)寬度基本對(duì)稱，兩側(cè)斜坡坡度較陡，一般在30°～70°，局部為陡崖地貌。相對(duì)高差達(dá)1760 m，整體呈西高東低，溝床總體平均坡降達(dá)188‰，小木嶺泥石流溝谷上游段匯水區(qū)縱坡達(dá)273‰，為泥石流的形成提供水動(dòng)力條件。

小木嶺泥石流溝岸山坡坡度一般在35°以上，溝谷上游形態(tài)呈“U”形，有利于水源的匯集，中游形成谷中谷，“U”形中包含“V”形谷，為主要的產(chǎn)沙區(qū)，松散物厚度高達(dá)30～100 m，松散物源豐富，有利于泥石流的形成。

小木嶺泥石流溝內(nèi)松散固體物源極為豐富。根據(jù)調(diào)查，滑坡碎屑流主要堆積于一級(jí)平臺(tái)、二級(jí)平臺(tái)及三級(jí)平臺(tái)處，支溝中有少部分堆積。泥石流的物源類型主要為滑坡碎屑流溝道堆積物。溝內(nèi)固體物質(zhì)靜儲(chǔ)量約為4600萬(wàn)m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為620萬(wàn)m3。

2 數(shù)值模擬

2.1 建立模型

由于RAMMS軟件僅能輸入由笛卡爾坐標(biāo)系定義的ASCII文件建立地形，本地形模型由相關(guān)地質(zhì)勘查報(bào)告中的CAD等高線圖經(jīng)ArcGis軟件提取為shp文件后進(jìn)行投影，隨后轉(zhuǎn)換為tif格式文件最后轉(zhuǎn)換為ASCII文件。

2.2 模擬驗(yàn)證

在2013年7月9日小木嶺爆發(fā)泥石流，將處于溝口的臨時(shí)施工駐地掩埋約15 m。查詢氣象資料得知，清平鄉(xiāng)當(dāng)日的24 h降雨量為447.2 mm。從相關(guān)勘察報(bào)告中取得所需數(shù)據(jù)后對(duì)該次泥石流過(guò)程進(jìn)行了模擬，堆積深度為14 m，準(zhǔn)確度93%。產(chǎn)生誤差的原因可能是小木嶺泥石流溝溝域面積較大，在實(shí)際過(guò)程中可能有比數(shù)值模擬時(shí)更多的物源加入泥石流運(yùn)動(dòng)中，導(dǎo)致模擬結(jié)果偏小，更為保守。

2.3 預(yù)測(cè)模擬

本研究利用RAMMS軟件模擬了重現(xiàn)期為10 a一遇、20 a一遇、50 a一遇、100 a一遇降雨概率下小木嶺可能發(fā)生的泥石流，并觀察其堆積情況。在進(jìn)行預(yù)測(cè)模擬之前，需要預(yù)先對(duì)泥石流容重、水文圖等參數(shù)進(jìn)行假設(shè)。參數(shù)根據(jù)相關(guān)實(shí)地勘察報(bào)告、RAMMS操作手冊(cè)及《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算確定[1]，如表1所示。

表1 模擬參數(shù)的設(shè)置

將以上數(shù)據(jù)輸入RAMMS模擬軟件并運(yùn)行后，其模擬結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同頻率降雨泥石流的堆積情況

對(duì)模擬的結(jié)果觀察發(fā)現(xiàn)，在10 a、20 a、50 a、100 a重現(xiàn)周期暴雨條件下，小木嶺泥石流溝道均有大量泥石流物質(zhì)進(jìn)入綿遠(yuǎn)河河道，最大堆積深度分別為12 m、14 m、16 m、17 m，且各重現(xiàn)周期條件下的泥石流堆積區(qū)域均已達(dá)到對(duì)岸，截?cái)嗾麄€(gè)河道產(chǎn)生堵江現(xiàn)象，對(duì)綿遠(yuǎn)河水的流動(dòng)產(chǎn)生較大影響。

由于在軟件模擬中并未考慮綿遠(yuǎn)河水流動(dòng)對(duì)于堆積物質(zhì)的沖刷影響，其結(jié)果可能具有一定的偏差，還需利用其他判別條件進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算推理。

3 泥石流堵江可能性驗(yàn)證

唐川等[2]通過(guò)對(duì)岷江和云南小江流域的堵河型泥石流溝的情況進(jìn)行了分析總結(jié)，并分析推出了泥石流的堵江判別公式，該判別式將堆積區(qū)泥石流容重、泥石流流量、主河寬度、入?yún)R處主河流量等因素進(jìn)行了綜合考慮。其判別結(jié)果可能會(huì)更加精確，如式(1)：

(1)

式中：Z為泥石流堵河判別值(當(dāng)判別值Z≥1.0時(shí)，泥石流可能造成河流被完全堵斷，屬堵斷型泥石流溝；0.5

表2 小木嶺泥石流堵河主要影響參數(shù)的特征值

在10 a、20 a、50 a重現(xiàn)周期暴雨的影響下，小木嶺泥石流溝的堵河判別值Z≥1.0，可能會(huì)造成主河的完全堵斷；100 a重現(xiàn)周期降雨時(shí)判別值0.5

小木嶺泥石流非常容易造成堵河現(xiàn)象，其主要原因有兩點(diǎn)：(1)匯入口地形影響，綿遠(yuǎn)河在山區(qū)的主河道較為狹窄，河道兩側(cè)均為陡崖，山峰與河床高差可達(dá)1300 m；且小木嶺泥石流溝口與綿遠(yuǎn)河河道相距較近，泥石流從溝道中流出后直接沖入主河道，其間沒(méi)有有效的緩沖區(qū)，相較于其他地勢(shì)平坦且河谷寬闊地區(qū)的泥石流，其堵塞河道的可能性更高。(2)泥石流溝內(nèi)物源影響，局實(shí)地勘察，小木嶺泥石流溝內(nèi)可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為620萬(wàn)m3，且匯水面積達(dá)到24.53 km2，一旦遇到大量降水，溝道內(nèi)的大量物源將在短時(shí)間內(nèi)被地表匯集的徑流沖出溝道匯入主河，具有流量大、速度快的特點(diǎn)。在泥石流匯入主河時(shí)，支流流量主河流量的比值越大，在相同時(shí)間內(nèi)流入主河的固體物質(zhì)總量就越大，泥石流對(duì)主河水流運(yùn)動(dòng)的影響作用也越強(qiáng)，形成堵塞大河的概率也相應(yīng)增加[3]。

4 結(jié) 論

小木嶺出現(xiàn)泥石流堵江的可能性極高。綜合小木嶺泥石流溝的數(shù)值模擬結(jié)果和堵江可能性分析計(jì)算結(jié)果可以看出，小木嶺泥石流溝10 a、20 a、50 a、100 a暴雨頻率下可能發(fā)生的泥石流，均會(huì)將綿遠(yuǎn)河主河道局部堵塞甚至是完全堵斷。

小木嶺泥石流溝流域的地貌、構(gòu)造以及水文等條件均十分利于泥石流的形成，特別是其溝道內(nèi)還存在有大量的泥石流物源，一旦條件滿足，極有可能再次發(fā)生泥石流。受溝口與主河道兩側(cè)地形地貌的影響，一旦爆發(fā)泥石流，并發(fā)生堵江，將嚴(yán)重威脅到下游的電站設(shè)施以及綿茂公路的安全。因此，應(yīng)對(duì)該泥石流溝給予足夠的重視。建議對(duì)該泥石流的防治主要采取以排為主的措施進(jìn)行治理，提高溝域內(nèi)的植被覆蓋面積實(shí)現(xiàn)水土保持，減少能夠參與泥石流活動(dòng)的物源；隨時(shí)保持綿遠(yuǎn)河河道暢通；加強(qiáng)降雨監(jiān)測(cè)，并建立應(yīng)急預(yù)案，防患于未然。