震后映臥路沿線泥石流發育分布特征及防治措施

劉 海 ，沈軍輝，彭昌翠，吳泊人

（1.成都理工大學 地 質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成 都 6 10059；

2.安徽省公益性地質調查管理中心，安徽 合 肥 2 30040；

3.四川省交通廳 交 通勘察設計研究院，四川 成 都 6 10017）

0 引言

S303線映秀至臥龍公路是九環線映秀至日隆旅游公路的其中一段，2008年“5.12”地震處于地震震中區的該段公路受到了嚴重的毀壞，目前恢復重建工作仍在進行中。2010年8月13日至14日凌晨，S303公路沿線遭受了130年一遇的暴雨，公路沿線溝谷發生大規模泥石流災害，泥石流沖毀路基、掩埋路面、隧道、淤高河床，泥石流沖出物堵塞河道，形成多處堰塞湖。對該區的人民生命安全和經濟建設造成嚴重的影響。因此，對該路沿線溝谷泥石流的發育特征進行研究，為該公路建設的防災減災工作提供科學依據。

本文以泥石流的形成條件（地形條件、松散固體物質條件、水動力條件等）為基礎，研究該路沿線泥石流的發育分布特征，并提出相應的治理措施，對映臥路的重建有重要的工程意義。

1 沿線泥石流形成條件

1.1 地形條件

研究區位于四川盆地與青藏高原東南緣的過渡地帶，主要為中高山、高山峽谷地貌，地勢總體上呈西北高東南低。區內谷深坡陡，高差懸殊，相對高差一般為1000～2000m，最大可達3000m以上，泥石流溝谷坡面坡度一般在40°～60°，溝床縱比降多為400‰～600‰，最大達1026‰；從而構成了泥石流發育的有力地形條件。根據流域面積統計資料顯示，沿線泥石流溝的流域面積絕大部分為小于10 km2的小流域，占總數90％以上。這樣的流域匯流速度快、坡面徑流時間短、溝道水流迅速集中的特點，從而使溝內松散固體物質極易啟動形成泥石流過程。

1.2 松散固體物質條件

映秀至七層樓溝口一線（巖漿巖區段）位于映秀斷裂和茂汶斷裂之間，出露晉寧—澄江期巖漿巖，巖性主要為黑云母花崗巖、花崗閃長巖，巖體中節理裂隙發育，巖體破碎，斜坡陡峻，受“5.12”汶川8.0級地震影響，區域內崩塌、滑坡發育，公路沿線溝谷和山體斜坡上積存了大量的松散堆積體。

七層樓口至花紅樹溝口一線（變質巖區段），位于茂汶斷裂上盤（西盤），沿線主要出露古生界志留系茂縣群（S mx）板巖夾千枚巖、泥盆系危關群（D wg）灰巖、石炭系—二疊系（C+P）灰巖、三疊系西康群灰巖及第四系松散層。該段距離汶川“5.12”地震震中稍遠，山體破壞相對較弱。

調查結果發現，公路沿線泥石流固體物質主要來源于滑坡體和堆積崩塌體，其次是溝床沖洪積物和坡面侵蝕等。崩滑補給型的泥石流在公路沿線最為發育；據粗略統計，在沿線的溝谷型泥石流中，固體物源量在50×104～800×104m3的溝谷廣泛發育。

1.3 水動力條件

研究區屬盆地邊緣氣候區，氣候溫暖濕潤，四季分明，夏季濕熱，冬季溫和，年氣溫差較小；本區具有多雨多澇，無霜期長等氣候特點，其中6～8月降雨集中，約占全年降水量的66％ ～76％，日最大降水量達269.8mm，秋綿雨危害嚴重。氣候垂向變化明顯，垂直溫差大，且降水量由多至少。

氣候具有一定的區域差異性，耿達之東區域多年平均氣溫 15.2～15.9℃，年降水量 1001.9～1264.7mm，相對濕度 81％ ～84％，蒸發量 733.1～920.8mm，年均日照率24％，常年霧氣蒙蒙，陰雨綿綿。耿達之西區域多年平均降水量827.6mm，最高年降水量達1225mm，年平均蒸發量1136.6mm，遠遠大于降水量，年均日照率51％。

1.4 人類工程活動

區內人類工程活動以農耕、場鎮建設、修建公路、修建電站等活動為主，特別是在該公路的恢復重建過程中，不可避免地造成一些山體的破壞，林木和竹林的砍伐，土地占用，路基挖填土石方可能導致水土流失、現有滑坡、崩塌堆積體或邊坡的失穩破壞，以及棄方處理不當可能堵塞溝渠，淤塞河流，毀壞農田，造成新的泥石流，對地質環境的破壞和影響較大。并對自然水力學和水環境的有較大影響。

2 泥石流發育分布特征

2.1 泥石流整體發育特征

震后泥石流的發育明顯受地形、地質條件控制，一般發育在震后崩滑堆積體相對集中的坡體、溝谷地段。按泥石流流域特征可分為溝谷型泥石流和坡面型泥石流兩種；泥石流發育程度高，據不完全統計，沿線公路長約44km共計發育泥石流57處（條），發育程度1.3條/km。其中映秀至七層樓溝口段發育泥石流37處（條），占總數的 65％，發育程度大1.85條/km，七層樓口至花紅樹溝口段發育20處，占總數的35％，發育密度為0.83條/km，具有明顯的不均勻分段發育的特征；公路沿線泥石流的發育分布特征見圖1、表1及表2。

圖1 泥石流發育分布圖Fig.1 Distribution of debris flow

（1）公路沿線溝谷型泥石流發育28條，占泥石流總數的49％，主要分布在映秀至七層樓溝口段，共有22處；這類溝谷常沿斷裂和巖層軟弱面發育，堆積區為扇形或帶形，堆積物磨圓度稍好，棱角不明顯，可以劃分為清水區、形成區、流通區和堆積區［1］。根據調查的28處泥石流溝的流域統計數據分析，該流域內基本上是逢溝必發育泥石流，沿線泥石流溝的流域面積最小為0.324 km2，為1#無名溝泥石流，最大可達33 km2，為幸福溝泥石流，泥石流主要集中發育在流域面積小于10 km2的范圍內，尤其是以5～10 km2最為集中。當流域面積增大到20 km2時，溝谷數的發育處于一個較穩定的狀態；泥石流主溝長度最小為0.76 km，為1#無名溝泥石流，最大可達10.5 km。同為幸福溝泥石流；區內泥石流溝谷主溝長度主要分布在1～5 km，其數量可達70％。泥石流縱比降大多處于400‰～600‰；泥石流溝谷縱比降最小為152‰，為覺墨溝泥石流，最大達1026‰，為1#無名溝泥石流，兩者其差值為974‰；泥石流的相對高差最小值為460m，為干溝泥石流，最大值可達3090m，為覺墨溝泥石流，但大部分普遍位于1000～2000m，其數量占總數的66％。溝谷型泥石流發育規模以大型—特大型為主，占總數的90％以上；如肖家溝、黃粱溝、銀廠溝等都是特大型泥石流。

表1 泥石流溝類型Table 1 Type of debris flow type

表2 溝谷型泥石流基本特征Table 2 The basic characteristics of Valley debris flow

（2）坡面型泥石流沿線發育29處，占泥石流總數的51％，坡面型泥石流是陡坡地段常見的一種突發性的泥沙搬運現象，也是環境退化的一種表現。坡面型泥石流多發育在30°以上的自然山坡上，山坡松散覆蓋層厚度一般為0.5～4m，其形態多呈條狀或片狀，流域面積較小，無明顯溝槽或者表現為寬淺的溝槽。溝槽縱坡與坡面基本一致，無明顯的流通段。本區距“5.12”汶川大地震震源較近，巖體褶皺緊密，巖體破碎，呈碎塊狀，多張開裂隙，不同地段巖組特性不同，其中映秀至七層樓溝口段巖體為硬質巖組，七層樓溝口至公路終點為軟質—半堅硬巖組，巖體風化強烈，風化帶厚度較大，巖體呈碎石狀—碎塊狀松散—鑲嵌結構。受復雜的斷層、褶皺及構造裂隙等控制，物理地質現象非常發育。受“5.12”汶川特大地震影響，高陡斜坡巖體發生了大量的崩塌、滑坡，漁子溪兩岸坡腳及斜坡上堆積了大量的崩、滑堆積體松散碎屑物質，因此在暴雨作用下極易形成坡面型泥石流。

（3）根據形成時期，絕大部分泥石流為老泥石流，且具有多期次發育特征。泥石流發育與地貌演化具有明顯的對應性，表現在發育期次、發育高程上與河谷階地具有較好的對應性，表現出新構造活動對泥石流形成的控制。

2.2 典型泥石流分析

2.2.1 一號橋坡面泥石流

漁子溪一號橋中型坡面泥石流位于漁子溪左岸，此段公路以橋梁形式通過。主溝長0.8km，流域面積約0.65km2，流域內最高海拔 1700m，最低海拔940m，位于主溝與漁子溪交匯處，相對高差550m，平均溝床縱比降為687‰，出露基巖巖性為晉寧—澄江期花崗巖。

該溝在“8.14泥石流”之前未爆發過泥石流災害，“8.14”期間受強降雨影響，爆發的泥石流在河道內堆積，堆積扇體不規則，表面坡度較緩，總體傾向下游。堆積體寬約 150m，長約 120m，堆積平均厚度20m左右，約15×104m3，堆積雜亂，分選性差，塊石最大粒徑1～2m，以粒徑30～60cm塊石居多，約占30％，堆積體主要以粉質粘土為主，約占50％。堆積體掩埋原道路，并抬高河床約3～4m，在橋下堆積，使水位離橋面只有3～4m。兩岸斜坡陡峻，不良地質現象發育，溝口扇形堆積地形發育。該溝正處于發展期。

2.2.2 羅寶樹泥石流

位于漁子溪右岸南華隧道外側，該段公路以臨時便道形式通過。主溝溝長1.83km，流域最高點位于羅寶樹，高程 2610m，溝口高程 1020m，相對高差1590m，主溝平均縱坡降 624‰。流域平均寬度0.8km，流域面積1.34km2。流域內出露巖層主要為花崗巖，流域呈“V”字形溝谷，地形陡峻。

該溝在“8.14”泥石流之前曾爆發過泥石流。溝口為新近發生泥石流堆積體，堆積坡度約15°～20°，扇緣寬110m，高約80m，平均厚度6～10m，前緣已被河水侵蝕切割，堆積物主要以粉質粘土和粒徑20cm以下的小塊石為主，約占80％，有少量大粒徑塊石，最大粒徑可達1.5m。在溝口左側斜坡上部可見到老的泥石流堆積體，距離河流水面約40～50m，堆積體被兩條河流侵蝕切割，堆積厚度約25m，分選性較差，主要以粉質粘土和粒徑20cm以下的小塊石為主。該溝域內兩岸斜坡陡峻，不良地質現象發育，物源豐富，河道受擠壓明顯，溝口扇形堆積發育，新老泥石流堆積體呈疊置式外延，可見該溝正處于發展期。

3 震后泥石流對公路的危害

泥石流災害呈現規模大、數量多、爆發突然、來勢兇猛、危害面廣等特點，而且活動頻繁［2-5］；映臥路呈帶狀分布，沿漁子溪流域河谷迂回曲節行進。回旋躲避泥石流的余地小，即使是小規模的泥石流災害也對公路造成嚴重的影響。根據野外調查，該區內泥石流對公路的危害可簡單歸結為：掩埋和堵塞、沖擊和淘刷等。

（1）掩埋和堵塞 泥石流具有很強的輸送固體物質能力，能輸送大量固體物質，泥石流攜帶的固體物質可將路基橋涵及道路淹埋，中斷交通，如瓦司溝泥石流、部分坡面泥石流等。

泥石流體的顆粒粗大，巨礫多，常夾帶大量的樹枝和斷木殘體，往往堵塞公路橋涵，使其不能發揮應有的泄洪作用。堵橋危害，一般是中型溝谷泥石流造成，如一號橋、二號橋泥石流和銀廠溝泥石流（圖2）。堵涵危害，則多數是沖溝泥石流所致。

圖2 銀廠溝泥石流堵塞橋梁Fig.2 Yinchanggou debris flow blockage bridge

（2）沖擊和淘刷 泥石流沖擊力強，顆粒越粗，流速越大，沖擊力越大，其破壞力也越大，往往容易毀壞橋涵及公路構筑物，公路沿線如南華隧道進口處崩塌+坡面泥石流摧毀了在建的鋼筋棚洞，道路多處擋墻被沖毀（圖3）。

圖3 南華隧道進口坡面泥石流沖毀鋼筋棚洞Fig.3 Destroyed by debris flow on slope

泥石流侵占河床、河面，迫使河水改道，都會帶來沖刷淘蝕公路或橋梁的橋墩，造成路面懸空垮塌斷道。如南華隧道進口處，由于上游泥石流不斷抬升、擠壓河道，導致該處路基擋墻被流水掏空，造成路基塌陷。

4 震后泥石流防治措施分析

（1）小型坡面型泥石流

應以生物防治為主，輔以工程措施，工程措施如清理泥石流堆積體，內側設攔擋措施等；

（2）大型坡面泥石流

針對區內物源豐富，形成大型坡面泥石流的地段，線路應以繞避，或采取明洞、排導槽等工程。

（3）溝谷型泥石流

對治理難度大、代價高的泥石流溝道，公路線路應采用橋梁工程或隧道工程方案避讓，如肖家溝泥石流、大陰溝泥石流等。對于治理難度小，代價低的泥石流，采用攔擋、固坡等工程，如七層樓溝泥石流等。

5 結論與建議

（1）映臥路沿線受地層巖性、地質構造、新構造運動、河谷地貌、氣候壞境等控制，“5.12”地震的強大作用力導致坡體巖土體松動，造成沿線崩滑流堆積體密布；受2010年8月13日至14日強降雨的影響，沿線發生多處大規模的泥石流災害；映臥路沿線溝谷屬于泥石流高發區。

（2）針對該區泥石流的發育特征，建議采用生物防治與工程相結合的綜合治理方法，使工程治理與環境保護相協調。

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