汶川縣高家溝泥石流堵江初步研究

高精理

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，成都 610031)

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汶川縣高家溝泥石流堵江初步研究

高精理

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，成都 610031)

摘要：通過對汶川縣高家溝泥石流2011年“7·3”泥石流運(yùn)動(dòng)特征分析，結(jié)合泥石流堵江經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算不同暴雨條件下泥石流堵江的可能性,認(rèn)為“5·12”地震后當(dāng)降雨頻率達(dá)到20年一遇時(shí)會(huì)對岷江河道產(chǎn)生影響，隨著降雨頻率的降低，對河道影響越大。

關(guān)鍵詞：泥石流；堵江；研究；高家溝

“5·12”地震后，在汶川震區(qū)近幾年相繼暴發(fā)多次大規(guī)模泥石流，部分泥石流沖出物質(zhì)堵塞了主要河道。對于泥石流堵江的成災(zāi)事件，國內(nèi)外許多學(xué)者開展了大量的相關(guān)研究工作，周必凡等[1]從理論的角度進(jìn)行探討，提出了泥石流堵江的最小規(guī)模、扇形地泥石流溝床條件、主河流量等計(jì)算公式。徐永年等[2]就泥石流入?yún)R的危險(xiǎn)性判別指標(biāo)進(jìn)行了探討，提出影響泥石流堵江的主要因素有泥石流的入?yún)R角、密度和泥石流規(guī)模，并引入泥石流對主河的影響度的概念和表達(dá)式。陳德明等[3]以通過一系列的水槽試驗(yàn)進(jìn)行研究，分別探討了影響泥石流堵江的主要因素，并建立了相應(yīng)的泥石流堵江的臨界判別式。M.Berti[4]等人運(yùn)用數(shù)值模擬方法模擬了泥石流堆積扇沖出形狀，該方法可用于堆積扇堵江的判別。通過國內(nèi)外對泥石流堵江的研究，對于判別泥石流堵江本文采用有利于堵江和不利于堵江兩個(gè)方面的因子，提出以下幾個(gè)因子作為計(jì)算泥石流堵江的主要因素：泥石流平均流速、主溝縱比降、流域面積、溝口寬度、泥石流容重、河流流速、河流寬度、河道縱比降、河寬、河水容重等方面展開。

表1　坡度分析

汶川縣銀杏鄉(xiāng)高家溝泥石流在 “5·12”地震前未發(fā)生泥石流。根據(jù)收集資料顯示，震后，高家溝于2008年7月5日發(fā)生過一次泥石流，其規(guī)模較小，沖出物源量約0.5×104m3，固體物質(zhì)堆積在原317國道外岷江右岸交匯段，少量物質(zhì)被攜帶走，未造成災(zāi)害；2009年7月22日，高家溝在暴雨作用下又一次爆發(fā)泥石流，約5.5×104m3松散物質(zhì)沖出，毀壞溝口堆積扇區(qū)映汶高速公路隧道勘查的鉆機(jī)1臺，泥石流物質(zhì)壓迫、擠壓岷江河道，導(dǎo)致江水沖毀對岸岷江Ⅰ級階地的部分農(nóng)田和少量房屋。2011年7月1-3日，汶川縣銀杏片區(qū)普降暴雨，至3日零晨5時(shí)，累計(jì)降雨量達(dá)163.1mm，受其影響高家溝再次爆發(fā)了泥石流災(zāi)害，約42.58×104m3泥石流物質(zhì)啟動(dòng)，啟動(dòng)物源部分于溝道內(nèi)堆積，部分出溝進(jìn)入岷江，其中泥石流出溝進(jìn)入岷江的固體物源量達(dá)到40.37×104m3，將岷江堵斷形成長約316m，寬約174m，厚約5～15m的堰塞體。

1　研究區(qū)概況

高家溝位于汶川縣銀杏鄉(xiāng)，溝口坐標(biāo)北緯31°11′57.7″，東經(jīng)103°28′44.2″。“5·12”地震后，高家溝已發(fā)生過不同規(guī)模的泥石流，其中以2009年“7·22”泥石流和2011年“7·03”洪災(zāi)期間規(guī)模最大。流域內(nèi)兩岸山高坡陡，平均坡度在50°以上，中上游大部區(qū)域岸坡坡度達(dá)80°，有利于降雨的匯集。根據(jù)不同地段坡度、植被情況、斜坡結(jié)構(gòu)特征等，降雨的徑流系數(shù)一般在0.2～0.3左右，為泥石流水源的匯流集中提供了基礎(chǔ)。由于地形陡峻，表層土體結(jié)構(gòu)松散及巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，且多被切割成塊狀，為崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育提供了有利條件。受5·12地震影響，流域內(nèi)新增大量的崩滑現(xiàn)象，大大增加了泥石流松散固體物源，且溝谷縱坡較大，為松散固體物質(zhì)的搬運(yùn)和參與泥石流活動(dòng)提供了有利的地形條件。

高家溝主溝縱向長3.26km，橫向?qū)?.3km，溝域面積3.79km2，平面形態(tài)呈近似扇形。最高點(diǎn)位于溝源大黃巖，高程2 877m，最低點(diǎn)位于岷江交匯處，高程約1 070m，相對高差約1 807m。高家溝縱坡總體較陡，全溝域平均縱坡523‰，其中下游出山口至岷江交匯段平均縱坡212‰～289‰，中上游平均縱坡574‰～726‰。溝域內(nèi)共發(fā)育4條支溝，支溝長度較短，一般長度在0.5～1.6km之間，但是縱坡較大，多在500‰以上，主溝及支溝多處發(fā)育跌水，跌水高差一般大于10m。高家溝流域地形總體上屬深切割構(gòu)造侵蝕低山和中山地形，總體上地形陡峻，地形臨空條件發(fā)育，為崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育，以及泥石流松散固體物源的匯集提供了有利條件。高家溝溝流域范圍內(nèi)出露地層主要為晉寧期第四期侵入巖（γ o2（4））和第三系冰水堆積物（Q3）、第四系沖洪積層(Q4

al+pl)、殘坡積層(Q4el+dl)、崩坡積層(Q4

dl+col)、泥石流堆積層（Q4sef）等地層組成。

高家溝流域特征圖

2 “7·3”泥石流運(yùn)動(dòng)特征分析

2011年7月1-3日汶川縣銀杏片區(qū)普降暴雨，至3日零晨5時(shí)，累計(jì)降雨量達(dá)163.1mm，受其影響高家溝再次爆發(fā)了泥石流災(zāi)害。根據(jù)野外調(diào)查、分析、計(jì)算高家溝“7.3”泥石流運(yùn)動(dòng)特征，堵江參數(shù)計(jì)算。根據(jù)野外配江試驗(yàn)，“7.3”泥石流容重為1.97t/m3。計(jì)算溝口處泥石流流速，主要采用東川改進(jìn)公式和通用公式兩種方法對比：

表2　溝口流速計(jì)算

式中Vc-泥石流斷面平均流速（m/s）；-泥石流平均泥深（m）；Ic-泥位縱坡率，以溝道縱坡率代替；K-粘性泥石流流速系數(shù)，按泥深根據(jù)規(guī)范查表確定，一般泥深小于2.5m，因此流速系數(shù)取10。nc-粘性泥石流溝床糙率，根據(jù)泥石流流體特征和溝道特征按規(guī)范查表確定。按規(guī)范附錄I表I.5，當(dāng)泥深小于1.5m時(shí)取平均值0.04，泥深大于1.5m時(shí)取平均值。

計(jì)算“7.3”高家溝泥石流一次性沖出總量及泥石流沖出固體物質(zhì)，對于判別泥石流堵江的可能性十分重要。首先采用形態(tài)調(diào)查法計(jì)算泥石流斷面峰值流量；其次計(jì)算一次泥石流過流總量；最后計(jì)算一次泥石流固體沖出物，按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DT/T0220－2006）附錄I[5]提供的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

式中Qc-泥石流斷面峰值流量（m3/s）；Wc-泥石流過流斷面面積（m2），采用調(diào)查測繪獲取的溝道形態(tài)參數(shù)，為40m2；Vc-泥石流斷面平均流速（m/s），采用前述計(jì)算結(jié)果。Q-泥石流一次過流總量（m3）；T-泥石流歷時(shí)（s），“7.3”泥石流歷時(shí)按調(diào)查訪問的情況確定，溝口處爆發(fā)泥石流的時(shí)間約2小時(shí)20分鐘。QH-一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量（m3）；Q-一次泥石流過程總量（m3）；γc-泥石流重度（t/m3）；γw-水的重度（t/m3）；γH-泥石流固體物質(zhì)的重度（t/m3）。

表3　泥石流特征值計(jì)算

3　不同暴雨頻率泥石流堵江分析

表4　暴雨洪峰流量

在計(jì)算求得暴雨洪峰流的的基礎(chǔ)上，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220—2006），采用下式進(jìn)行泥石流峰值流量的計(jì)算：

式中φ-泥沙修正系數(shù)；Qp-暴雨洪峰流量；Dc-堵塞系數(shù)，按勘查規(guī)范表I.1查表確定。

表5　泥石流峰值流量

如前按雨洪法計(jì)算出各斷面在不同暴雨頻率下的泥石流峰值流量，根據(jù)形態(tài)調(diào)查法泥石流流量計(jì)算公式，反推泥石流流速計(jì)算公式為：

式中Vc-泥石流斷面平均流速（m/s）；Qc-泥石流斷面峰值流量（m3/s），采用雨洪法計(jì)算求得的流量結(jié)果；Wc-泥石流過流斷面面積（m2）；Hc-泥石流泥深（m），考慮堵潰情況下計(jì)算流量與“7.3”泥石流

表6　高家溝泥石流堵江主要影響參數(shù)特征值表

相當(dāng)，參考調(diào)查所得“7·3”泥石流泥深確定；Bc-泥石流過流斷面面積（m），根據(jù)確定的泥深查溝道斷面圖確定。

采用唐川等[6]提出的泥石流堵江判別式，對雍家溝在不同暴雨頻率下暴發(fā)泥石流引起堵江的可能性進(jìn)行分析。其計(jì)算結(jié)果如表7。根據(jù)唐川等的判別式，，Z為泥石流堵江判別值，當(dāng)Z≥1.0則泥石流可能造成完全河，屬堵斷型泥石流；Z=0.5～1.0則泥石流造成部分堵河，屬堵塞型泥石流；Z≤0.5則泥石流不會(huì)造成堵塞或堵斷主河，屬不堵型泥石流。

表7　高家溝不同暴雨頻率下泥石流引起堵江的可能性判別

4　結(jié)論

通過對高家溝泥石流運(yùn)動(dòng)特征與堵江情況的分析，得到以下結(jié)論：

1）松散固體物源較豐富，特別是汶川“5·12”特大地震后，溝域內(nèi)崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象更是發(fā)育。通過現(xiàn)場勘查、調(diào)查，溝域內(nèi)物源主要有崩滑型物源、溝道堆積型物源兩種類型。崩塌堆積物主要為“5·12”地震引起的高位崩塌及前期崩塌產(chǎn)生的崩塌堆積物，堆積于溝道內(nèi)及兩側(cè)坡腳，局部地段將溝道堵塞。

2）在“7·3”泥石流特征參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)溝道和物源現(xiàn)狀特征，以及泥石流發(fā)展趨勢預(yù)測，對不同設(shè)計(jì)頻率下泥石流特征參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。高家溝松散固體物源非常豐富，易發(fā)程度較高，根據(jù)預(yù)測和計(jì)算的泥石流特征參數(shù)值，可能發(fā)生大規(guī)模泥石流災(zāi)害，分別在暴雨頻率P=1‰、P=2‰、P=5‰條件下對岷江河道產(chǎn)生，甚至堵塞河道。

參考文獻(xiàn)：

[1]周必凡,李德基,羅德富,等.泥石流防治指南[M].北京: 科學(xué)出版社,1991.70～74.

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[4]Berti M,Simoni A.DFLOWZ: A free program to evaluate the area potentially inundated by a debris flow[J].Computers & Geosciences,2014,67: 14-23.

[5]中華人民共和國國土資源部.泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范（DZ/T0220-2006）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[6]唐川,黃潤秋,黃達(dá),等.金沙江美姑河牛牛壩水電站庫區(qū)泥石流對工程影響分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2006,14(2): 145～151.

A Preliminary Study of Blocking River of the Gaojiagou Debris Flow in Wenchuan,Sichuan

GAO Jing-li
(Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology,SBGEEMR,Chengdu,Sichuan 610031)

Abstract:This paper deals with possibilities of blocking river of the Gaojiagou debris flow based on movement characteristics of the debris flow on July 3,2011 and combined with the debris flow blocking river experience formula under different rainstorm conditions.

Key words:debris flow; blocking river; Gaojia gully

作者簡介：高精理（1982-），男，云南永勝人，大學(xué)本科，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害評估及治理

收稿日期：2014-09-30

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.024

中圖分類號：P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0995（2016）01-0111-03