四達溝泥石流特征研究及治理措施探討

王晉偉

（山西省煤炭廳 資源地質局，太原030045）

四達溝屬于汾河水系虎峪溝支溝，位于太原市西山地區，南鄰大虎峪村，西為杜兒坪煤礦，該流域地處國家最大的煉焦煤生產基地——西山煤田。由于早期不合理開采，溝谷內堆積有大量煤矸石，加之崩塌、滑坡等形成的崩（滑）積物，構成了大量泥石流物源，一旦形成泥石流，將嚴重威脅下游人民生命財產安全。本研究運用合理的工作方法查明四達溝地質環境條件，進行泥石流判別分析［1－2］并探討了治理措施。

1 地質環境概況

項目區位于山西高原呂梁山脈中段，屬低山區，海拔在1 000～1 400m之間。區內地勢西北高東南低，最高峰位于西部，海拔1 376．3m，最低點位于四達溝入口處，海拔1 094．2m，相對高差約282m。

本區流域呈北西－南東向分布，流域平面形態為“漏斗”形，水系呈樹枝狀，均屬季節性溝河，主溝全長1．5km，流域面積 1．42km2，溝床坡比降為73．3‰，切割深度30～60m，坡角30°～60°，溝道彎曲形態較為復雜，堆積有枯死的樹木等雜物。總體特征表現為坡面陡峻，溝谷深窄，溝床比降較大。

本區屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，四季分明，年降雨量一般300～600mm，根據1979—2011年石千峰降水量資料，年降雨量一般300～600 mm，降雨量主要集中在6—9月份，平均年降水量426．3mm，最大年降水量985．6mm（1996）。年降雨分布呈西多東少，山區明顯高于平川區之特點。較大強度的降雨量主要集中在7—9月份，汛期降水量占全年降雨量的55%～85%。

2 地質災害現狀

根據調查，項目區地質災害類型主要為潛在泥石流。區內泥石流按物質組成劃分屬水石（渣）型；按泥石流活動產出的環境分以溝谷型泥石流為主，局部分布有坡面型泥石流，后者是形成溝谷型泥石流的主要物源；按泥石流成因分類是以人類不合理活動型為主。

四達溝泥石流物源包括人工堆積物源和天然堆積物源兩部分（圖1）。

圖1 四達溝流域地質災害現狀圖

2．1 人工堆積物源

項目區內共見有6處煤矸石堆，堆積量約114 700m3，分布于主溝分叉處支溝中。煤矸石堆下部以棱角狀、次棱角狀黑色泥巖、砂巖、粉砂巖塊石為主，粒徑范圍在0．2～0．4m，個別達0．7m；上部以風化后的黑色泥土、碎石為主，粒徑范圍在0．02～0．05m。

大量煤矸石順溝隨意堆放、填埋溝谷，嚴重阻塞溝谷排洪通道，暴雨期間極易被洪水沖刷帶走，煤矸石堆為四達溝泥石流主要固體物源。

2．2 天然堆積物源

2．2．1 崩塌

區內調查發現10處崩塌，崩塌體位于溝谷兩側的高陡山體地帶，寬約12～75m，長約5～30m，相對高差約4～25m，形成崩積物體積約0．02～1．0×104m3。崩積物質由巖土塊體組成，崩塌體塊石呈棱角狀，塊徑多在0．2～1m之間，少部分大于1m。

崩積物質堆積于坡腳以及下部緩坡地帶和沖溝內，在暴雨等因素的作用下，極易發生塊體垮塌現象，崩積物為泥石流形成提供了豐富的物源。

2．2．2 不穩定斜坡

區內發育有不穩定斜坡（潛在崩塌）3處。溝谷基巖出露，邊坡陡直，由二迭系砂巖、粉砂巖、泥巖組成，巖層產狀較平緩，傾角較小。表層風化強烈，殘坡積物由巖塊和土質組成，厚度約0．3～0．8m。

巖石軟硬相間，巖層碎裂、松散，已處于臨界不穩定或潛在不穩定狀態，局部塊段隨時可見零星掉塊現象，在暴雨、爆破震動等因素的作用下，易發生塊體垮塌現象，形成泥石流物源。

3 泥石流溝判別分析

3．1 地形地貌條件

地貌類型屬低中山，新第三紀以來，處于持續抬升狀態，地勢險峻，地形高差大，溝壑縱橫。流域平面形態為“漏斗”形，水系呈樹枝狀，主溝全長1．5 km，流域面積1．42km2，溝床坡比降為73．3‰，侵蝕模數高達10 000t／km2以上，水土流失面積占總面積的80%以上。溝道底寬3～10m，流程較短，溝道彎曲形態較為復雜。

綜上，四達溝坡面陡峻，溝谷深窄，溝床比降較大，均滿足泥石流形成的地形條件。較大的高差和流域面積使得地表水快速而大量的匯集，并侵蝕地表和帶動松散固體物質的運動，從而產生泥石流。

3．2 松散堆積物條件

通過現場調查，四達溝流域內包括煤矸石堆、崩塌及不穩定斜坡堆積物在內，松散堆積物總量約為145 600m3。

煤矸石堆放在溝口地帶河道內，呈階梯狀順溝延伸，堆積量約114 700m3，占松散堆積物總量的78．8%，矸石堆未采取任何治理措施，穩定性較差，此外，隨著堆放時間增加，煤矸石逐漸被風化，大型煤矸石均發生自燃，使得粗粒徑逐漸減少，而易被水流帶走的細粒徑物質逐漸增加。崩積物和不穩定斜坡堆積物散落于山坡和溝谷地帶，堆積量約30 900 m3，占松散堆積物總量的21．2%。

鐘敦倫、謝洪［3］等學者用單位流域內松散固體物質動儲量進行判別。流域內暴發泥石流的碎屑物量最低標準＝暴發泥石流的單位面積碎屑物量最低標準×溝床比降關系系數×流域面積，根據文獻［3］求得四達溝暴發泥石流的碎屑物量最低量為11 000 m3／km2×1．2×1．42km2＝18 744m3，泥石流發生的判別值＝碎屑物聚集總量／暴發泥石流的碎屆物量最低標準＝7．7＞1。滿足泥石流啟動的要求。

3．3 降水條件

水是泥石流的組成部分，又是搬運介質的基本動力，一方面浸潤飽和山坡松散物質，使其摩擦阻力減小，滑動力增大，增大了滑移能力，另一方面水流對邊坡的側蝕作用產生滑坡、崩塌等，增加了固體物質的來源。

譚炳炎［4］研究了山西省10min，1h，24h可能發生泥石流的限界值分別為6mm，15mm，30mm。項目區所在西山地區暴雨每年都有發生，且年10 min，1h，24h最大強度降雨量分別為15．5～29．1 mm，43．5～78．8mm，104．5～279mm，均超過本地區可能發生泥石流的界限值，地表徑流呈暴漲暴落，為泥石流的形成提供了較為有利的水動力條件。

綜合分析，四達溝流域已經具備形成泥石流的基本條件，在暴雨的激發下極有可能發生泥石流地質災害，造成人員和財產的極大損失，直接威脅到下游區域太原市民和廠礦企業的人身財產安全，應及早開展地質災害治理工作。

4 治理工程措施探討

根據四達溝泥石流崩塌體及人工堆積物源較多，植被破壞嚴重及距保護對象較近等特點，建議采用攔擋工程、排導工程、植物措施［5－6］的綜合方案進行防治工作。

1）崩塌治理。根據所處的環境地質條件，采取坡腳修建重力式擋墻、碎落臺、排水溝（擋墻后部）等措施。

擋墻采用仰斜式漿砌石擋墻結構，外邊坡為1∶0．6，內邊坡為1：0．2，擋墻頂寬0．8m，墻高6．0 m。擋墻基礎埋深1．5m。沿擋墻方向每隔15m設置一道沉降伸縮縫，縫寬2cm，縫內設瀝青麻絮及橡膠止水帶。沿擋墻高度間隔2．0m設置孔徑10cm的排水孔。

2）煤矸石堆的治理。項目區6處煤矸石堆沿溝道兩側分布，采用固源工程和排導工程（圖2）。

圖2 排導工程示意圖

一煤矸石堆位于溝頭位置，堆放量約為10萬m3，占煤矸石總堆放量的87%，對該矸石堆進行固源處理，治理措施有：攔擋工程、排水工程、煤矸石清理、土地平整及覆土設計；其余5處煤矸石堆的治理采用固源工程結合排導工程。泥石流的治理主要為疏導，除上述固源工程，沿四達溝溝底兩側設置排導工程，采用漿砌塊石結構。為了排泄坡面匯流，在排導工程內側設漿砌石排水溝，采用漿砌石梯形斷面形式，底寬50cm，深50cm，坡比一側為1：0，另一側為1：0．5，壁厚30cm。

3）不穩定斜坡治理。項目區不穩定斜坡共3處，其中兩處為巖質斜坡，另一處為土質斜坡。

對巖質邊坡在其坡面上采用“錨桿＋柔性網邊坡防護”，邊坡防護面積1 250m2。運用SNS柔性網覆蓋、包裹在危巖體清除后的坡面上，以防止坡面碎石坍塌墜落，這樣不僅對不穩定斜坡起加固作用，也可將落石控制于一定范圍內運動，對不穩定斜坡起到圍護作用。對土質斜坡采用1：1削坡處理，不穩定斜坡高4m，削坡工程量為160m3。

4）植物措施。主要為植被恢復工程，在整治后的區域內種植適宜當地生長的油松，在排導工程的兩側種植旱柳進行綠化。

本方案不僅可以在短期內有效地穩固崩塌體及不穩定斜坡，對煤矸石堆進行固源，而且具有對交通影響小，對環境破壞小等優點。防止了泥石流的的發生，從而達到了防災減災的目的。

5 結束語

1）四達溝溝谷內堆積有大量松散堆積物，并具備發生泥石流的地貌條件，物源條件，降水條件，建議盡早治理。

2）通過對四達溝泥石流的判別分析，提出了攔擋工程＋排導工程＋植物措施的治理方案，從而達到防災減災的目的。

［1］ 高延超，鄭萬模．論小流域內泥石流物源的判別［J］．沉積與特提斯地質，2009，29（3）：105－109．

［2］ 朱靜．泥石流溝判別與危險度評價研究［J］．干旱區地理，1995，18（3）：68－71．

［3］ 譚炳炎．暴雨泥石流預報的研究［J］．水土保持學報，2002，4（4）：14－20．

［4］ 鐘敦倫，謝洪，王愛英，等．四川境內成昆鐵路泥石流預測預報參數［J］．自然災害學報，1990，8（2）：82－88．

［5］ 劉大才，彭淘．潘家溝泥石流災害特征及其綜合治理［J］．地下空間與工學，2012，8（1）：190－197．

［6］ 趙忠海．北京密云水庫上游地區主要地質災害問題及工程治理措施探討［J］．資源環境與工程，2009，23（1）：35－39．