茂縣棉簇溝泥石流發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)及工程治理措施

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川 成都 610059)

一、泥石流形成條件分析

(一)地形地貌條件

棉簇溝系岷江右岸一級(jí)支流，流域面積64km2，流域周長(zhǎng)38km，整個(gè)流域形態(tài)呈梨形。流域地形總體西北高東南低，境內(nèi)最高峰為西北角的四梁子山，海拔為4230m，最低處位于棉簇溝與岷江交匯處的溝口，海拔1500m，相對(duì)高差達(dá)2730m。流域主溝長(zhǎng)度約16km，主溝床平均縱坡比降為169.04‰。流域上游主溝高程2350m處，棉簇溝分為兩大支溝，主溝為棉簇溝，在海拔2480m處的棉簇溝左岸有一條長(zhǎng)度同棉簇溝幾乎相同的支溝小溝，近乎南北向同棉簇溝直交，另外一條支溝為三道橋溝，其水系呈現(xiàn)梳狀特征，右岸支溝明顯多于左岸，常流水溪溝主要有4條，近乎平行排列。從棉簇溝流域形態(tài)來看，溝床高程2350m以上部分明顯為集水區(qū)，面積約36.8km2。

(二)物源條件

棉族溝泥石流松散固體物源較豐富，且物源分布較為集中，從遙感解譯和地表調(diào)查來看，主要分布于距離溝口1.3Km～7Km段之間。物源類型主要包括崩塌堆積物源、采礦棄土、溝道堆積物源和坡面侵蝕物源等四類。“7.3”泥石流發(fā)生過后，溝內(nèi)物源分布狀態(tài)發(fā)生了較大改變，主要表現(xiàn)為：物源區(qū)原有2#堰塞湖位置往上游部分以沖為主，溝道內(nèi)堆積物大部分被沖走，滑坡崩塌堆積物也大部分被沖走，“5.12地震”形成的最大的1#、2#堰塞湖已潰決消失。從1#堰塞湖往下游，由于溝道呈“U”形，溝底寬30～50m，且溝道坡降不大，故該段泥石流特征沖、淤皆有，多是溝床凹岸為沖，凸岸為淤。根據(jù)野外統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，溝域內(nèi)物源總量為289.7×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為66.3×104m3。

(三)水源條件

棉族溝位于岷江右岸，總體流向由北西向南東，匯水面積約64Km2，溝谷幽深，大部分呈“V”字型溝谷，主溝長(zhǎng)16Km，2260m高程以上“樹枝狀”沖溝發(fā)育，主要支溝有三道橋溝、小溝等三條支溝，溝谷谷底狹窄，溝床平均比降為60～180‰，具有短時(shí)間內(nèi)地表水匯聚的水流條件，水流湍急，對(duì)溝床沖刷破壞嚴(yán)重，對(duì)兩側(cè)岸坡的掏蝕能力強(qiáng)。

二、泥石流發(fā)展趨勢(shì)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)訪問得知，棉族溝在“7.3”泥石流發(fā)生前近幾十年來未發(fā)生過泥石流災(zāi)害，暴雨時(shí)主要以洪水?dāng)y帶的泥砂和少量碎塊石為主。“5.12”地震后，棉族溝內(nèi)兩側(cè)山體產(chǎn)生了多處崩塌，在溝內(nèi)匯集了大量的崩塌體堆積物，同時(shí)，溝內(nèi)采石過程中放炮開山，將表層松散土棄之溝，為泥石流的形成提供了物源，從而大大增加了泥石流爆發(fā)的幾率，據(jù)此推斷該溝將由極低頻泥石流轉(zhuǎn)為中頻泥石流。本次“7.3”泥石流正好說明該泥石流溝爆發(fā)頻率增高。

棉族溝泥石流溝谷較峽窄，溝谷兩岸尤其是集中物源補(bǔ)給區(qū)有大量的不穩(wěn)定松散堆積體分布，這些松散堆積體穩(wěn)定性較差，部分垮塌嚴(yán)重或處于失穩(wěn)或潛在不穩(wěn)定狀態(tài)，在遇到暴雨甚至大暴雨的條件下，各物源向溝內(nèi)運(yùn)移，與溝心水流或泥石流體會(huì)合作為固體物源補(bǔ)給，或直接參與新的泥石流。棉族溝泥石流的發(fā)展趨勢(shì)可概況為以下幾個(gè)方面：①在連續(xù)超長(zhǎng)降雨的情況下暴雨強(qiáng)度達(dá)到60mm以上或6小時(shí)以上的連續(xù)暴雨時(shí)，該溝暴發(fā)泥石流的可能性較大；②發(fā)生泥石流時(shí)，由于流通堆積區(qū)(工業(yè)園區(qū)段)溝槽較平緩，泥石流在此淤積的可能性較大；③發(fā)生泥石流時(shí)，由于流通堆積區(qū)(工業(yè)園區(qū)段)溝槽較窄，且已修建的園區(qū)涵洞過流截面小(截面2.5×3m)，泥石流滿槽后外溢可能性較大，同時(shí)涵洞堵塞的可能性較大。

三、泥石流防治方案建議

目前泥石流防治工程常用的方法主要有：穩(wěn)、攔、排、停、封等幾種方法。從棉族溝泥石流實(shí)際情況來看，溝內(nèi)崩塌眾多，分布廣泛、規(guī)模大，且山高路陡，棉族溝泥石流采用穩(wěn)、封的方法基本不能實(shí)現(xiàn)治理的目的；因此對(duì)棉族溝泥石流的治理主要以攔、排為主。針對(duì)溝口3km溝域范圍內(nèi)物源大量分布的特征，宜在廠房至原堰塞湖溝道范圍內(nèi)多設(shè)攔擋壩，即能穩(wěn)固三分之二左右的物源，又能提供一定的庫(kù)容量，調(diào)節(jié)泥石流峰值流量。再結(jié)合適當(dāng)?shù)呐艑?dǎo)設(shè)施，攔、排結(jié)合，以治理該特大泥石流災(zāi)害。根據(jù)其具體情況現(xiàn)提出兩套治理方案如下：

(一)攔擋壩+單、雙面防護(hù)堤+橋底鋪底

該方案從泥石流綜合治理的角度出發(fā)，在流通堆積區(qū)修建6座攔擋壩，起到攔擋大部分物源作用，從而減少到達(dá)棉族溝下段的固體物質(zhì)量，降低泥石流容重，并調(diào)節(jié)下游泥石流洪峰流量，減輕下游排導(dǎo)槽的壓力；然后在棉族溝下游工業(yè)園區(qū)內(nèi)修建單、雙面防護(hù)堤，規(guī)整溝槽斷面，減小彎道曲率，確保攔擋壩下游的泥石流物質(zhì)順暢地通過工業(yè)園區(qū)。在棉族中橋上下游70m范圍內(nèi)結(jié)合保護(hù)對(duì)象修建防護(hù)堤，橋底用C20毛石砼鋪底，確保泥石流能順利通過橋底，不對(duì)橋梁及橋臺(tái)造成威脅。

(二)攔擋壩+護(hù)底工程+排導(dǎo)槽

該方案從泥石流綜合治理的角度出發(fā)，在流通堆積區(qū)修建3座攔擋壩及8個(gè)護(hù)底肋檻，起到攔擋及防止揭底沖刷作用，從而減少到達(dá)棉族溝下段的固體物質(zhì)量，降低泥石流容重，并調(diào)節(jié)下游泥石流洪峰流量，減輕下游排導(dǎo)槽的壓力；然后在棉族溝下游工業(yè)園區(qū)內(nèi)修建排導(dǎo)槽，規(guī)整溝槽斷面，減小彎道曲率，將攔擋壩下游的泥石流物質(zhì)順暢地導(dǎo)入主河岷江，保護(hù)流通堆積區(qū)企業(yè)和居民及棉族中橋的安全。

結(jié)論

1.根據(jù)遙感解譯、無人機(jī)航拍和地表調(diào)查，溝域內(nèi)物源總量為289.7×104m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為66.3×104m3。可見，溝域內(nèi)經(jīng)過本次泥石流運(yùn)動(dòng)，流通區(qū)物源動(dòng)儲(chǔ)量有所減少，泥石流危險(xiǎn)性也相應(yīng)降低，而隨著流通區(qū)滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等漸次堵塞、侵占溝道，泥石流危險(xiǎn)性又會(huì)再次提高。

2.棉族溝泥石流溝谷較峽窄，溝谷兩岸尤其是集中物源補(bǔ)給區(qū)有大量的不穩(wěn)定松散堆積體分布，這些松散堆積體穩(wěn)定性較差，部分垮塌嚴(yán)重或處于失穩(wěn)或潛在不穩(wěn)定狀態(tài)，在遇到暴雨甚至大暴雨的條件下，各物源向溝內(nèi)運(yùn)移，與溝心水流或泥石流體會(huì)合作為固體物源補(bǔ)給，或直接參與新的泥石流。

3.棉簇溝治理措施：①攔擋壩+單、雙面防護(hù)堤+橋底鋪底；②攔擋壩+護(hù)底工程+排導(dǎo)槽。