泥石流固體物源量的動態變化

任佳，陳軍龍，張順斌，易朋瑩

（1重慶市高新巖土工程勘察設計院有限公司，重慶 400045；2四川準達巖土工程有限公司，四川成都 610091）

泥石流固體物源量的動態變化

任佳1，陳軍龍2，張順斌1，易朋瑩1

（1重慶市高新巖土工程勘察設計院有限公司，重慶 400045；2四川準達巖土工程有限公司，四川成都 610091）

根據對梁家山泥石流前后兩次的勘查成果進行的分析，可知泥石流的固體物源量是動態變化的，不僅是量的變化，亦存在分布位置的變化和不同類型物源的轉化，其決定因素為降雨條件，應對不同頻率降雨條件下的固體物源量進行預測。該結論適用于除棄渣泥石流以外所有類型的泥石流。

固體物源量；動態變化；降雨條件

0 引言

2010年8月12日以來，四川部分地區降大到暴雨，局部地區大暴雨。這次降雨主要分布在成都、德陽、廣元、綿陽、雅安、阿壩等汶川地震的重災區，致使極重災區綿竹市清平鄉、汶川縣映秀鎮和都江堰龍池鎮受災尤為嚴重。2010年四川省已發生地質災害1453處，其中滑坡1032處，崩塌180處，泥石流185處，造成72人死亡，37人失蹤[1]。2008年地震后早期泥石流治理工程在此次洪災期間體現的治理效果較差，多處工程設施被直接沖毀、架空或傾倒，大部分專家和學者都對此現象進行了反思。作者完整參與了梁家山溝泥石流治理工程項目前后兩次的勘查與設計工作，亦對其進行了反思。下文將梁家山溝泥石流兩次勘查成果進行分析。

1 工程概況

梁家山溝泥石流治理工程項目為四川省地震災區第五批重大地質災害項目。該泥石流位于崇州市雞冠山鄉竹根村5組梁家山溝內，為境內鞍子河主要水源之一。2008年5月16-18日在連續強降雨條件下發生了一次泥石流，此次泥石流爆發一次性沖積物約23.4萬m3，居民點附近沖積物堆積物厚度一般為3～4m，沖毀公路約1.2km，淹沒房屋500m2，沖毀電線桿4根，堵塞涵洞兩處，淹沒鞍子河電廠梁家山溝進水口以及檢修閥，幸無人員傷亡，造成直接經濟損失約300萬元，并威脅著流域區內40戶120人的生命財產安全。2010年4月對該項目進行了一次性詳細勘查，并完成了該項目的可研、初步及施工圖設計，施工單位已進場開展治理施工，并完成一段防護堤。

該泥石流于2010年“8·13”洪災期間爆發一次泥石流，泥石流沖出固體物質量約7.5×104m3，泥石流總量為20.2×104m3，并新增加威脅對象1戶5人，該住戶于詳細勘察施工完成后修建民房[2]。

梁家山溝泥石流流域面積約5.3km2，縱溝長約4.8km，從水體供給上屬暴雨泥石流、從土體供給上屬坡面侵蝕型泥石流、從集水區地貌特征上為溝谷型泥石流、按沖出物成分上為稀性泥石流[3]。泥石流溝從規模上為大型泥石流，爆發頻率上屬于高頻泥石流。該泥石流防治工程等級為四級[4]，設計基準期為20年，設計降雨強度為20年一遇暴雨強度標準[2]。考慮存在以下問題：①誘發泥石流的降雨條件降低；②1＃物源點穩定性狀態降低，可能誘發潰決性泥石流；③物源的靜儲量和動儲量均有所增加；④保護對象增加了1戶5人，對該泥石流進行補充勘查，并重新編制可研、初步及施工圖設計報告。

2011年7月3日晚18時，梁家山溝一帶開始降雨，23時開始暴雨，7月4日凌晨2時溝內流水水量大增，爆發泥石流并填塞溝道，堆積至已建防護堤頂下約1m，溝道內泥石流堆積厚度1～5m，并直抵鞍子河。本次堆積平均寬度約20m，厚度約3m，固體物約為14.2×104m3。由于當地政府避讓及時，已建長101m的防護堤發揮防護作用明顯，未造成人員傷亡。2011年8月22日晚，雞冠山鄉境內普降大雨，梁家山溝內再度爆發了泥石流，泥石流沖出固體物質量約1.5×104m3，沖出泥石流總量為4×104m3，且將“7·3”爆發的泥石流堆積物推向下游。 由于當地政府組織得力，人員搬遷避讓及時，未造成人員傷亡和財產損失。

根據以上情況，該泥石流近3年多次爆發，為極高頻泥石流，危害性大，治理工程技術難度大，治理費用增加大，經四川省國土資源廳組織專家現場踏勘及評審后，對該項目進行終止治理。

2 地質環境

2.1 地形地貌

梁家山溝自南向北伸展，屬構造侵蝕中切割陡峻中山地貌、斜坡沖溝地形，區內北、東、西三面高，中部及南部低，海拔高程1000～2900m，相對高差1900m。最高峰位于靠近汶川縣的人仁至巖的山脊，海拔高程達2912m。梁家山溝為樹枝狀的斜坡沖溝，沖溝由2條支溝組成，沖溝切割深度一般5～20m，局部深度較大；溝床坡降為10%～35%、溝坡坡度為30～60°。

2.2 地層巖性

區內出露的地層巖性主要有第四系泥石流積物（Q4sef）、第四系崩滑堆積物（Q4del）、第四系沖洪積物（Q4al+pl）、第四系殘坡積物（Q4el+dl）、三疊系下統飛仙關組和銅街子組（T1f+t）、泥盆系中統觀霧山組（D2g）。

2.3 地質構造

在構造體系上屬于龍門山華夏系構造體系之一的九頂山華夏系構造，勘查區內發育一斷層（F1）屬于二王廟斷層，北東延入綿陽，南西延入邛崍。斷層走向北東30°～60°，一般為45°，斷面傾向310°～330°，傾角40°～53°，為壓扭性斷層。 勘查區內基巖多處出露，除在斷層破碎帶附近產狀凌亂之外，其他地方產狀較穩定，為286°～330°∠30°～38°。 節理裂隙發育。

2.4 水文降雨條件

鞍子河自東向西從梁家山溝溝口前緣流過，河床寬15～30m，縱比降約230.3‰，年均逕流量0.11～0.15m3/s。梁家山溝溝內常年有少量流水自北向南匯入鞍子河，溝口高差約5m。

梁家山溝內泥石流沖溝以及兩條支溝中常年有流水，枯水季節沖溝中流水一般寬為1～3m，水深0.5～0.8m，水流流量一般為1～3m3/s。雨季 （5～9月）溝內流量暴增，流水寬可達20m，水深最深處達3m，流量可達20～40m3/s。由于泥石流溝縱坡坡降較陡，溝內隨處可見跌水坎。局部地段甚至形成瀑布。

根據崇州市氣象局提供的降水資料，1959年至2009年期間，各降雨強度值如表1所示。

2010年“8·13”洪災期間降雨情況為8月14日24h降雨量為59.3mm，8月19日24h降雨量為64.8mm，1月1日至8月31日降雨量總量為614.3mm。2011年7月3日降雨量接近百年一遇。

表1 崇州市氣象站歷年累計氣象資料

3 固體物源量對比分析

固體物源量分為靜儲量和動儲量，靜儲量為泥石流流域面積內所有的松散堆積物，動儲量為所有可能參加泥石流活動的松散堆積物。前后兩次勘查期間固體物源量如表2所示。：

表2 固體物源量對比表

對表2進行分析可知，前后兩次勘查相隔時間約1年，靜儲量和動儲量均發生了變化，與前一次相比，靜儲量增加了約82.15×104m3，動儲量增加了約1.3倍，變化非常大。組成物源的各類型物源以滑坡堆積物源的靜儲量和動儲量變化最大，其次以溝道物源的靜儲量和動儲量變化較大，再次為滑塌堆積物源的動儲量變化較大。前后兩次靜儲量轉化為動儲量的轉化率亦不一樣，增加了8%。

經現場調查及后期分析研究可知，前后兩次靜儲量和動儲量不一致的原因主要為：前后兩次靜儲量和動儲量的調查確認均是在泥石流爆發后進行的，此種情況下關于固體物源量的調查結果均只能反映前次發生泥石流的狀態，而前次爆發泥石流狀態的影響因素主要為降雨條件。詳勘(2010.4)為近20年一遇的降雨條件（P=5%），補充勘查(2011.3)為近50年一遇的降雨條件（P=2%），兩次降雨條件不一致，導致靜儲量和動儲量不一致。

滑塌堆積物源的靜儲量沒有變化，但靜轉動的轉化率增加了，主要是因為一些滑塌體在P=5%時不會滑塌，但是在P=2%時會發生滑塌，所以動儲量增加了。溝道堆積物源的靜儲量和動儲量均發生變化，主要是因為溝道堆積物源一般是以歷史堆積于溝道的沖出物及前次爆發泥石流沖出物之和來統計的，補充勘查期間增加了“8·13”洪災期間的沖出物，靜儲量發生了變化；而“8·13”洪災期間的沖出物新近堆積于原溝道上，爆發泥石流時更易被上游沖出物和水攜帶，更易啟動。滑坡堆積物源的變化與滑塌堆積物源的變化原因一致，皆是不同降雨條件，滑動狀態不一致，在P=2%時更易滑動。新增物源亦是受降雨條件的影響。

梁家山溝內由于植被發育，所以兩次勘查期間均對坡面侵蝕物源進行了忽略，實際上坡面侵蝕物源受降雨條件的影響較大，地表徑流與斜坡坡面上在P=2%明顯比P=5%坡面侵蝕深度要大，攜帶能力更強，可攜帶顆粒粒徑亦增大，所以坡面侵蝕物源的靜儲量和動儲量均會隨P的減小而增大。

綜上所述，泥石流的固體物源量是動態變化的，是受降雨條件影響和控制的，在不同的降雨條件下，即P不同，則固體物源量不一致，P越小，固體物源量越大。固體物源量分為靜儲量和動儲量，亦是隨P而變化。受P的影響，沖出能力發生變化，泥石流物源的分布位置亦發生變化，不同類型的物源相互進行轉化，多為滑塌堆積物源、坡面侵蝕物源、滑坡堆積物源轉化為溝道物源。

4 結論和建議

(1)泥石流的固體物源是動態變化的，不僅是量的變化，亦存在分布位置的變化和不同類型物源的轉化，其決定因素為降雨條件（P=5%）。

(2)固體物源量分為靜儲量和動儲量，亦是隨P而變化。P越小，固體物源量(靜儲量和動儲量)越大。該結論適用于除棄渣泥石流以外所有類型的泥石流。

(3)泥石流的固體物源量為泥石流防治工程設計的重要參數，但 《泥石流災害防治工程勘查規范》(DZ/T0220—2006)和《泥石流災害防治工程設計規范》(DZ/T0239—2004)兩本規范中均未對泥石流的靜儲量和動儲量進行解釋，亦未明確泥石流的固體物源量是受降雨條件的影響而變化的，建議以后的勘查工作中，應提出現狀下的固體物源量和設計頻率P下的預測固體物源量，設計工作應根據設計頻率P下的預測動儲量進行設計。

[1]許強.四川省8·13特大泥石流災害成因、特點與啟示[J].工程地質學報，2010，18(5)：596-608.

[2]易朋瑩.四川省地震災區第五批重大地質災害崇州市梁家山溝泥石流補充勘查報告[R].重慶：重慶市高新工程勘察設計院有限公司，2011.

[3]中華人民共和國國土資源部.DZ/T0220-2006泥石流災害防治工程勘查規范[S].北京:中國標準出版社，2006.

[4]中華人民共和國國土資源部.DZ/T0239-2004泥石流災害防治工程設計規范[S].北京：中國標準出版社，2006.

Dynam ical Variation of Loose Depositof Debris Flow

Based on analysisof prospecting beforeand after debris flow of Liangjiashan Valley,itcan be inferred that loose depositof debris flow isdynam ically changeable,notonly in quantity,butalso in distribution location and transform of differentmaterial sources.As precipitation conditions are the determ inants,it isnecessary to predict loose depositunder rainfall conditionsof different frequencies.This conclusion can be applied to all typesof debris flow,except for spoildebris flow.

loose deposit；dynam icalvariation；precipitation condition

[TV144]

A

1671-9107（2012）09-0029-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2012.09.029

2012-6-14

任佳(1981-)，男，湖北人，碩士，工程師，主要從事地質災害防治方面的工作；

陳軍龍(1980-)，男，甘肅人，本科，工程師，主要從事巖土、地質災害設計施工工作。