高海拔地區(qū)泥石流特征分析及工程治理措施

王明甫 陳志源

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

泥石流是山區(qū)特有的一種自然地質(zhì)現(xiàn)象。它是由于降水(暴雨、融雪、冰川)而形成的一種夾帶大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)的特殊洪流[1，2]。泥石流造成的危害涉及城鎮(zhèn)、工廠、礦山、鐵路、公路、農(nóng)業(yè)、水利、電力、通訊等社會和經(jīng)濟(jì)的各個方面[3]。我國每年因泥石流造成的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元甚至數(shù)十億元，近年來由于國家加大對西北的開發(fā)，而西北地區(qū)是泥石流危害的主要發(fā)生地，造成的損失直接影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。根據(jù)大量的研究成果可知影響泥石流強(qiáng)度的因素較多，如泥石流容量、流速、流量等，其中泥石流流量對泥石流危害程度的影響最為主要[4]。

在我國西藏地區(qū)分布著豐富的水電、光電等清潔能源，但可利用的土地資源大多位于流水及沖洪積地貌，但這些地貌區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、大多屬于三面環(huán)山、常伴隨集中降雨等泥石流發(fā)生的先天條件，因此其發(fā)生的概率高，兩者之間的矛盾直接影響藏區(qū)人民的生活及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

本文通過對西藏日喀則地區(qū)某光伏發(fā)電扶貧項目所處溝谷的泥石流分析為例，旨在揭示高海拔沖洪積地貌泥石流的發(fā)育特征、類型、危害，以及相應(yīng)工程處理措施。

1 場地條件

1.1 地形地貌特征

工程區(qū)地貌單元為高海拔傾斜沖洪積扇，三面環(huán)山，整體地勢平坦、開闊，總體地勢東高西低。三維地貌模型見圖1(含S1,S2泥石流劃區(qū))，主要由一條主溝及數(shù)條支溝組成，橫斷面均為U型溝谷。主溝編號為N1，支溝編號N2～N7。工程區(qū)主要由兩條東西向山脈在東側(cè)相接形成三面環(huán)山狀，西側(cè)延伸至雅魯藏布江。包含2級夷平面(S1,S2)，其中1級夷平面為山梁頂部，高程介于4 200 m～4 700 m；Ⅱ級夷平面為早、中更新世形成，主要分布在第三紀(jì)～第四紀(jì)河谷，河谷寬緩，谷寬一般0.25 km～0.4 km，上段海拔3 937 m，下段海拔3 880.0 m，縱坡降2.85%，沿河谷兩側(cè)分布多級階地，谷地與山前接合部位及與支流匯合處，分布沖洪積扇。亦是人類主要的農(nóng)牧業(yè)和工程經(jīng)濟(jì)活動區(qū)，巖性主要為含漂石的砂卵石和粉土、砂土。N1，N2泥石流在Ⅱ級夷平面交匯。溝谷形態(tài)描述見表1。

表1 工程區(qū)溝谷形態(tài)描述表

1.2 松散固體物源條件及特征

泥石流松散固體物質(zhì)按成因類型主要包括：殘坡積物、崩坡積物、溝床淤積物、泥石流堆積物以及滑坡堆積[1]。據(jù)調(diào)查，工程區(qū)物源主要為河道兩邊的殘坡積物、泥石流堆積以及主溝河床溝底的再搬運(yùn)物質(zhì)。現(xiàn)場堆積物的巖性、粒徑調(diào)查表明，堆積物的巖性以角礫為主，該層卵石含量15%～20%，最大粒徑約500 mm，一般粒徑40 mm～50 mm。礫石含量40%～50%，一般粒徑5 mm～15 mm，充填中粗砂。局部地表0.5 m內(nèi)夾塊石，最大粒徑超過60 cm。一般厚度10 m～20 m。

1.3 植被及人類工程經(jīng)濟(jì)活動

據(jù)本階段地質(zhì)測繪及調(diào)查，工程區(qū)山梁坡面植被覆蓋率較低，小于10%，溝谷底部植被較發(fā)育，覆蓋率約30%，以耐干旱高原植被為主。人口稀少，人類經(jīng)濟(jì)活動以放牧為主。

1.4 水動力條件

據(jù)本階段調(diào)查，該區(qū)域最大年降水量643.4 mm，多年平均降水量430.0 mm，最大日降雨量46.3 mm，最長連續(xù)降雨日數(shù)31 d，降雨季節(jié)分明，大雨或暴雨集中在6月～9月，占年降水的93.5%，但大雨和暴雨出現(xiàn)的頻率較高且時段較集中，故研究區(qū)內(nèi)存在發(fā)生一定規(guī)模泥石流的水動力條件。

1.5 泥石流活動歷史

通過調(diào)查走訪，工程區(qū)曾在1986年、2009年夏季發(fā)生過兩次大暴雨，造成N1和N2泥石流，并形成了S1和S2堆積夷平面。

2 泥石流類型劃分

根據(jù)本次調(diào)查，結(jié)合工程區(qū)泥石流特征及《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[5]中的類型劃分，按水源和物源成因分類，工程區(qū)泥石流屬于暴雨泥石流，主要特征為在充分的前期降雨和當(dāng)場暴雨激發(fā)作用下形成，激發(fā)雨量和雨強(qiáng)因不同溝谷而異；按集水區(qū)地貌特征分類，屬于溝谷型泥石流，主要特征為以流域為界，范圍受溝谷制約，泥石流的形成和流通區(qū)域明顯，輪廓呈啞鈴型且物源區(qū)松散堆積體分布在溝槽兩岸及河床上，由洪水和泥沙兩種匯流而成；按流體性質(zhì)分類，屬于稀性泥石流。

按照文獻(xiàn)[5]中泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分表，N1～N7溝評分見表2。

表2 N1～N7易發(fā)程度數(shù)量化評分表

由表2可知，工程區(qū)N1～N4評分均大于87分，根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)其易發(fā)程度等級屬于易發(fā)；N5～N7評分小于87分，易發(fā)程度等級屬于輕度易發(fā)。

3 泥石流特征值的確定

3.1 洪水量計算成果

工程區(qū)N1～N7溝50年一遇洪水量采用推理公式法計算，成果見表3。

表3 50年一遇沖溝設(shè)計洪水計算

3.2 泥石流峰值流量及一次泥石流總量計算

泥石流防治的基本參數(shù)包括泥石流峰值流量(Qc)和一次泥石流總量(Q)。

1)泥石流峰值流量(Qc)計算。

Qc=(1+φ)Qp·Dc。

2)一次泥石流總量(Q)計算。

引用文獻(xiàn)[5]中一次泥石流總量(Q)的計算公式，公式如下：

Q=KTQc。

工程區(qū)N1～N7泥石流計算參數(shù)及計算成果見表4。

表4 工程區(qū)泥石流參數(shù)計算成果表

根據(jù)表4的計算結(jié)果，依據(jù)文獻(xiàn)[5]中泥石流暴發(fā)規(guī)模分類，N1，N2泥石流規(guī)模為中型，N3～N7規(guī)模為小型。

4 泥石流工程防治措施

針對工程區(qū)泥石流的發(fā)育規(guī)模及潛在的破壞程度，建議采取必要的工程防治措施。防治措施建議如下：

1)預(yù)防措施，采取削坡、擋土、排水等措施減少坡面巖土體和水參與泥石流的形成；

2)攔截措施，修筑攔渣壩，攔截或停積泥石流中的泥沙、石塊等固體物質(zhì)，減輕泥石流的動力作用；

3)滯流措施，在攔渣壩下游修筑低矮攔擋壩，攔截泥沙、石塊，減小泥石流規(guī)模，固定泥石流溝床，放置溝床下切，減緩縱坡坡度，減小泥石流流速；

4)排導(dǎo)措施，在下游堆積區(qū)修筑排洪道、導(dǎo)流堤等設(shè)置，固定溝槽、約束水流、改善溝床平面等。

5 結(jié)語

1)高海拔地區(qū)，尤其是溝谷縱橫的沖洪積及流水地貌地區(qū)，常常分布有較厚的殘坡積物、崩坡積物、溝床淤積物、泥石流堆積物以及滑坡堆積，這些固體物質(zhì)集中在降雨季節(jié)，在一定坡度條件下，常常會形成突發(fā)的泥石流危害，且常伴隨對人民經(jīng)濟(jì)生活及工業(yè)生產(chǎn)造成不可估量的損失。

2)通過選取典型的暴雨溝谷型泥石流為研究對象，運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)查、三維地貌模型及水動力計算等手段分析泥石流規(guī)模和易發(fā)程度，為高海拔地區(qū)的工程建設(shè)提供依據(jù)。

[1] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[2] 王 璨.泥石流的危害及防治[J].山西建筑，2012，38(7)：56-57.

[3] 陳秀清，白 福.甘肅省泥石流發(fā)育特征、成因分析及其危害[J].西北地質(zhì)，2014，47(3)：206-207.

[4] 蘇延敏.數(shù)值模擬在泥石流流量計算中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010，36(21)：96-97.

[5] DZT—0220—2006，泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S].