四川漢源萬工集鎮“7.27”災后泥石流預測分析與綜合防治

單詩涵，王旭紅，李廷友

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

0 引言

2010年7月27日，四川省漢源縣萬工集鎮后緣大溝頂部二蠻山突發滑坡(簡稱“7.27”地質災害)，滑坡順山谷而下，在滑移途中受凸出地形阻擋發生轉向，向下運動過程中轉化為碎屑流［1］，部分碎屑流堵塞了原泥石流排導槽，沖向集鎮，造成了萬工集鎮107戶移民房屋損毀，357戶房屋受到不同程度的影響，以及萬工鄉雙合村一組原住居民9戶損毀，20名村民失蹤的自然地質災害。

災害發生后，大溝溝內停積了大量“7.27”松散堆積物，其松散堆積物在汛期局地暴雨條件下可能暴發大規模泥石流;另外，“7.27”高位滑坡導致大溝溝源的二蠻山古堆積體前緣局部變形失穩，特定工況下可能牽引滑動形成碎屑流，對萬工集鎮及省道306威脅大。

本文介紹了“7.27”地質災害進行的災后泥石流調查，其綜合利用了小型飛機航拍資料(圖1)，地表地質測繪，并根據大溝流域內泥石流(碎屑流)災害的發育情況，通過宏觀判斷和定量計算，分析評價了大溝可能發生的泥石流(碎屑流)對萬工集鎮產生的危險性，并針對其危害程度提出了建議的工程處理措施。

1 大溝流域基本地質條件

漢源縣萬工集鎮是瀑布溝水電站移民安置遷建集鎮，位于大渡河左岸，白巖河左岸大坪頭，所處區域屬高中山地形，構造剝蝕地貌，區內發育二條季節性沖溝(即大溝和潤水溝)。其中大溝緊鄰萬工集鎮左側通過，該溝發源于二蠻山西南坡，后源高程1963.4m，在高程850.0m流入大渡河。該溝集雨面積1.71 km2，溝長約2.6km，溝床縱坡比降平均為373‰［1］。“7.27”自然災害發生后，滑坡碎屑流在溝內大量堆積，溝道被大量松散堆積物所覆蓋，原有的溝床形態不復存在(圖2)。大溝流域所處二蠻山山體基巖組成為二疊系上統峨眉山玄武巖組(P2β)與二疊系下統陽新灰巖組(P1y)，上部相對寬緩的不對稱“V”字型槽谷的右側斜坡(NW 側)即由峨眉山玄武巖組成，風化卸荷強烈，局部表層呈碎塊狀;而其左側呈“平板”狀斜坡則由陽新組灰巖構成，灰巖層產狀為 N20°～40°E/NW∠30°～40°［1］。場地區覆蓋層按成因類型分為:第四系沖洪積層)、坡洪積層)、坡殘積層()、泥石流堆積層)、古堆積體堆積層)。區域構造上萬工集鎮位于川滇南北向構造帶東亞帶北段，區域內沒有大的斷裂通過，場地區50a超越概率10%的地震動峰值加速度為0.15g，相應地震基本烈度為Ⅶ度［1］。

圖1 萬工集鎮“7.27”自然災害后無人機遙感監測圖Fig.1 Remote sensing monitoring of“7.27”natural disaster in Wangong Town

圖2 “7.27”自然災害發生后地貌Fig.2 Landform after“7.27”natural disaster

2 大溝泥石流(碎屑流)基本特征分析與計算

2.1 泥石流形成條件分析

根據現行研究表明，泥石流的發育必需具備三個基本條件:一是豐富的補給物質條件;二是有利的地形地貌基礎;三是有適當的水源激發條件［2］。現分述如下:

(1)物源條件

綜合考慮了地形地貌、地層巖性和地質災害種類等因素，將整個大溝流域分為四個區，分別為:溝道堆積物區(Ⅰ區)、大溝左側坡體區(Ⅱ區)、二蠻山古堆積體區(Ⅲ區)、大溝上游測坡體區(Ⅳ區)(圖3)。

Ⅰ“7.27”溝道堆積物(Ⅰ區)

根據“7.27”自然災害滑坡-碎屑流的演變過程及形成機理，大溝溝道內松散物質覆蓋層平均厚度6～30m，總面積約15.68×104m2，松散物源總量為408.6×104m3。按照50a一遇的暴雨頻率，預測可啟動物源方量約79.9×104m3。

Ⅱ左側坡坡殘積堆積物(Ⅱ區)

左側坡堆積物，沿大溝長度約為249m，邊坡走向為N75°E，高度約565m，邊坡的穩定性總體較好。該區域總方量約31.8×104m3，按照50a一遇的暴雨頻率，預測方量約為17.4×104m3。

Ⅲ溝源古堆積體(Ⅲ區)

二蠻山古堆積體位于大溝溝源，前緣高程1640m，后緣高程 1705m，面積 6.7×104m2，縱向長230m，規模約140×104m3。

圖3 大溝流域綜合分區圖Fig．3 Comprehensive zoning maps of Dagou basin

按其地質條件和穩定性的差異，將其分為三個區(Ⅲ1～Ⅲ3區)，Ⅲ1區為牽引破壞區，受“7.27”自然災害影響產生塌滑變形破壞，已完全解體，方量約為7.7 ×104m3。

Ⅲ2區為蠕動變形區，該區位于古堆積體左側，方量約為11.2×104m3，受“7.27”自然災害影響前緣局部產生了變形失穩，后緣出現了下錯開裂。Ⅲ3區為基本穩定區，為二蠻山古堆積體主體部分，該區后緣及中部均未發現明顯的地表開裂變形，房屋也未發現其他變形破壞跡象，方量約為120×104m3。

古堆積體的變形失穩不僅為大溝泥石流帶來更多的松散物源量，因其勢能高，崩滑后動能大，破壞力強，有轉化為碎屑流的地形地質條件。

Ⅳ右側坡坡殘積堆積物(Ⅳ區)

位于大溝右側與玄武巖基巖出露之間，為大溝右側殘坡積的塊碎石土，結構松散。該區覆蓋層平均厚度為10m，面積 14.4×104m2，體積為 144×104m3。松散物源體積為43.2×104m3。

綜上所述，Ⅰ～Ⅳ區的松散物源或轉化為大溝泥石流物源量，其體積約為735.4×104m3，按照50a一遇暴雨頻率計算，可啟動松散物源體積為199.9×104m3。

(2)水源條件

大溝泥石流啟動的水源主要來源于大氣降雨和入滲，暴雨形成的地表徑流是引發泥石流的主要水源，根據漢源縣氣象站的多年降水觀測資料統計可知，年均降水量730.4 mm。降水主要集中于下半年的5～9 月(678.5mm)，以 6、7、8 三個月降水最多(484.90mm)，占全年降水量的92.89%。因此，夏季降水集中、降水量大，是泥石流、滑坡等災害的多發季節［3］，大部分的泥石流、滑坡災害都發生在這段時間。且溝域呈近似“V”形，溝內地形陡峻，溝谷上游縱坡大，有利于地表降水的徑流和匯集，這些因素為大溝泥石流的形成提供了有利的水源條件［4］。

(3)溝道地形條件

根據泥石流形成條件和運動機制，以及泥石流松散物源的分布，將大溝分為三個區:溝源形成區、中部流通區、尾部堆積區。

①形成區位于高程1300～1640m，此段長約620m，平均溝床縱比降548‰，溝寬94～150m，平均寬120m，平面面積約7.8×104m2。組成物質為塊碎石土和碎石土，塊碎石成分以玄武巖為主，溝內殘留固體物質厚約1～10m。②流通區位于高程1000～1300m，平面形態呈前緣寬溝源窄扁平型，主溝長度約642m，主溝呈“U”形，平均溝床縱比降467‰。該流通區兼具備提供物源特征。③堆積區位于大溝的下部，萬工集鎮的后部，前緣高程950m，后源高程1000m，長220m，平均溝床縱比降227‰。形態為舌頭形，舌頭的前端較平緩，約13°。

綜上所述，大溝溝域內山高坡陡，平均坡度在35°以上，溝谷縱坡較大，特別是在上游段及溝源處多在40°～50°以上，有利于降雨的匯集，根據不同地段坡度、植被情況、斜坡結構特征等的差異，為泥石流水源的匯流集中提供了基礎［5］。同時，由于地形陡峻，為崩塌、坡面泥石流等不良地質現象的發育提供了有利條件，特別是“7.27”后，溝谷縱坡變大，也為松散固體物質的搬運和參與泥石流活動提供了有利的地形條件。

2.2 泥石流基本特征值的分析計算

泥石流運動特征和動力特征的定量分析，是認識泥石流和進行泥石流防治工程設計的基本數據。大溝流域由于“7.27”自然災害影響，未來泥石流的暴發具有獨特的溝域特性，我們對其預測分析主要結合溝域特征，依據調查資料，類比利用目前泥石流運動特征及動力特征研究的成果進行。對泥石流流體重度、流速、流量、一次沖出總量、一次沖出固體物質量等常規指標進行了計算［6］。

根據計算結果，將大溝泥石流主要運動特征值匯總如下(表1)。

表1 大溝泥石流運動特征匯總表Table 1 Summary sheet of motion features of Dagou debris flow

3 災后綜合防治措施

3.1 防護方案簡介

通過上述地表地質測繪、勘探試驗與排查綜合分析，從綜合防治的角度，首先需做好集鎮及大溝流域的截排水系統，在物源區斜坡上部修建截水溝，控制地表洪水徑流，削弱水動力條件，使水土分離，達到減小泥石流規模的作用［7］。對泥石流的防治主要選擇以排導為主，另外大溝后緣古堆積體物源集中、分布高程高、存在較大的勢能，失穩可能形成碎屑流，對萬工集鎮產生直接的沖擊破壞，有必要對其采取固源措施。因此綜合防治工程方案的重點主要在泥石流流通區下部設置泥石流排導槽及分流槽，對后緣古堆積體進行固源，結合截排水及生物防護措施。

3.2 古堆積體固源方案

根據前期進行的地質勘查及宏觀判斷，首先對古堆積體進行二維穩定性計算分析，計算采用陳祖煜編寫的“土質邊坡穩定計算程序STAB2009”進行。根據《滑坡防治設計與施工規范》DZ/T0219-2006，對折線滑面推薦采用傳遞系數法進行分析，分別對以下三種工況對古堆積體典型剖面進行穩定性計算:Ⅰ、自重+地下水;Ⅱ、自重+暴雨+地下水;Ⅲ、自重+地震+地下水。

通過計算得知，古堆積體Ⅲ1和Ⅲ2區在部分工況下穩定性不能滿足規范要求，而在削坡同時采用抗力2000kN/m的抗滑樁固源后，計算剖面各滑弧的安全系數滿足《滑坡防治工程設計與施工技術規范》推薦傳遞系數法的安全系數，最終采用了部分清挖+錨拉抗滑樁主動加固的方案。在古堆積體前緣一共布置了1排共15根截面為3m×4.5m和3m×4m的抗滑樁，同時在每根抗滑樁上部布置1根或2根錨固力為200t的錨索。對滑源區玄武巖邊坡采取系統錨桿、掛網噴護和系統排水的措施。通過古堆積體及玄武巖邊坡的加固既避免了碎屑流的發生，同時也減少了大溝泥石流的物源量(圖4)。

3.3 排導槽及分流槽設計

排導槽及分流槽平面布置上充分利用左岸高程1025m負地形的有利條件，修建鋼筋混凝土排導槽，用以排導設計標準內的泥石流;同時在排導槽轉彎段外側設置一道兩排共36根的攔擋樁群作為第二道防線以增加被動防災能力;利用高程1200m至潤水溝的負地形，設置分流槽，用以將可能發生的超標泥石流提前引排遠離萬工集鎮的潤水溝(圖5)。

圖4 二蠻山古堆積體固源效果圖Fig.4 Matter-source consolidation of Erman Mountain

圖5 泥石流排導槽、分流槽及攔擋樁群效果圖Fig.5 Drainage canal，split-flow canal and retaining piles for debris-flow prevention

排導槽結構尺寸的確定主要依據泥石流分析計算中的泥石流流速、泥石流沖擊力、泥石流爬高、沖起高度以及泥石流彎道超高等數據。結構方面，針對作用于導流墻體上的各項基本荷載(土壓力、泥石流沖擊力等)，對排導槽進行抗滑穩定、抗傾覆及地基穩定演算。最終確定排導槽總長856m，其中轉彎段長246m，直線段長340m，右側采用重力式擋墻，墻高11.4～7m;轉彎段溝底及左側采用混凝土貼坡襯砌，底寬由20m漸變為7m;直線段底寬7m，兩側坡及底板均采用混凝土板護坡，護坡高度6.5m。分流槽利用高程1200m至潤水溝的地形條件開挖形成(底寬32m)，主要用于排泄超標準泥石流。

4 結論與認識

(1)萬工集鎮地處高山峽谷區，山高坡陡，區內沿斜坡發育季節性沖溝大溝，大溝豐富的物源條件，有利的溝道地形條件，以及所處區域的暴雨型水源條件是導致“7.27”滑坡-碎屑流的關鍵因素。

(2)根據本階段泥石流地質調查，“7.27”災害發生后，大溝流域可能出現的對萬工集鎮安全存在較大威脅的地質災害主要為:“7.27”沿溝堆積的松散物質可能形成大規模泥石流及二蠻山古堆積體失穩可能形成碎屑流。

(3)針對大溝泥石流的綜合防治工程措施主要考慮在泥石流流通區下部設置泥石流排導槽及分流槽，對后緣古堆積體進行固源，對邊坡各部位物源采取截排水措施及生物防護措施。

［1］許強，董秀軍，鄧茂林，等.2010年7.27四川漢源二蠻山滑坡-碎屑流特征與成因機理研究［J］.工程地質學報，2010，18(5):609-622.XU Qiang，DONG Xiujun，DENG Maolin， et al.The ermanshan rock slide debris flow of Junly 27，2010 in Hanyuan，Sichuan:characeristics and failure mechanism［J］.Journal of Engineering Geology，2010，18(5):609-622.

［2］朱忠禮，劉希林，尚志海.四川省北川縣趙家溝地震次生泥石流形成條件分析［J］.中國地質災害與防治學報，2010，21(4):58-62.ZHU Zhongli，LIU Xilin，SHANG Zhihai.Analysis on the developing conditions of debris flow induced by Wenchuan earthquake in Zhaojia gully of Beichuan county，Sichuan province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2010，21(4):58-62.

［3］符方熹，聶德新，任光明，等.川西泥石流分布特征與防治原則研究［J］.中國地質災害與防治學報，1998，9(1):41-46.FU Fangxi，NIE Dexin，Ren Guangming，et al.The study on debris flow’s distribution character in western Sichuan［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，1998，9(1):41-46.

［4］張志偉，裴向軍.青川縣尹家溝泥石流形成條件及防治建議［J］. 中國水運，2011，11(2):166-167.ZHANG Zhiwei，PEI Xiangjun.Formation condition and prevention recommend of Yinjiagou debris flow at Qingchuan County［J］.China Water Transport，2011，11(2):166-167.

［5］趙學宏，常鳴，黃翔超.汶川震區清平鄉文家溝泥石流災害特征分析［J］.南水北調與水利科技，2011，9(5):107-110.ZHAO Xuehong， CHANG Ming， HUANG Xiangchao.Disaster feature analysis of Wenjia gully debris flow in Qingping，Wenchuan Earthquake Area［J］.South-North Water Division and Water Science ＆ Technology，2011，9(5):107-110.

［6］王彥東，黃潤秋，鄧輝.西南某水電站泥石流形成條件及運動特征研究［J］.中國地質災害與防治學報，2007，18(1):40-43.WANG Yandong，HUANG Runqiu，DENG Hui.Study on the formation and dynamic characteristics of debris flows located in a hydropower stations in Southwestern China［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2007，18(1):40-43.

［7］李德基.淺論泥石流防治的實用性原理［J］.中國地質災害與防治學報，1997，8(2):55-71.LI Deji.An elemental study on practical principle of debris flow prevention and control［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，1997，8(2):55-71.