廣西龍勝鎮(zhèn)浸溝暴雨型泥石流災變機理及治理效果評價*

唐名富 全洪波 梁文壽 劉芳 肖筱瑜 林達紅

(中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司)

泥石流[1]是山區(qū)常見的一種突發(fā)性的自然災害現(xiàn)象。暴雨型泥石流由于具有突發(fā)性強、歷時短、成災快、破壞性強等特點，易造成巨大的財產(chǎn)損失，嚴重影響局部區(qū)域人民生命和生產(chǎn)安全，嚴重制約社會與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

龍勝鎮(zhèn)浸溝歷史上爆發(fā)過多次泥石流，近年來，隨著人類工程活動的增多，有可能再次形成泥石流。根據(jù)對多次龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流災害的現(xiàn)場調(diào)查及廣西龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流勘查、設計、施工資料[1-2]分析，對龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流發(fā)育泥石流情況及特征作了總結分析，研究此類泥石流災變機理，并運用層次分析法對其防治工程進行了定量評價，為今后該泥石流溝及類似工程的防治提供了可借鑒的依據(jù)。

1 龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流基本特征

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及資料分析[2-5]，龍勝鎮(zhèn)泥石流地質(zhì)災害由浸溝和多條支溝組成，其中規(guī)模較大、危害程度較大者屬浸溝。

1.1 浸溝泥及支溝概況

浸溝長1.46 m，集雨面積1.23 km2，主溝流域為中山峽谷地貌，最高海拔597 m，最低海拔216 m，相對高差381 m。溝谷切割強烈，溝內(nèi)陡坎數(shù)量多，溝床平均比降276.38‰。溝谷兩側邊坡、崩塌較發(fā)育，兩側堆積較厚的第四系殘坡積松散堆積物，厚1～4 m，堆積物成為發(fā)生泥石流地質(zhì)災害固體物源。該區(qū)域有16條影響較大的支溝(見表1)。各支溝坡度在17～45°，流區(qū)域面積1.63 km2，支溝兩側多為結構松散的第四系殘坡積松散堆積物，厚度在0.2～1.0 m，是泥石流地質(zhì)災害的主要固體物源。

表1 項目區(qū)內(nèi)主要支溝地形特征統(tǒng)計

1.2 浸溝泥石流固體松散物質(zhì)來源與物質(zhì)組成

1.2.1 物源區(qū)

泥石流地質(zhì)災害分布于高程597～216 m段，浸溝長1 460 m，存在多處陡坎，溝谷植被良好，岸坡坡度25°～65°，局部呈陡崖狀。

浸溝兩側斜坡巖體為震旦系長安組(Z1c)紫紅色中厚砂巖、泥巖和丹洲群拱洞組(Pt3g)灰綠色中厚層千枚巖，巖質(zhì)較軟；表層覆蓋第四系殘坡積層，主要由粘土、角礫、碎石等組成。是發(fā)生泥石流地質(zhì)災害的固體松散堆積物來源。

溝段兩側斜坡體上松散物質(zhì)穩(wěn)定性差，且存在大量的人類活動，導致溝谷兩側水土流失嚴重。經(jīng)調(diào)查浸溝形成區(qū)儲存的松散固體物質(zhì)總量約20.0萬m3，共同構成浸溝泥石流地質(zhì)災害的主要物源。其中明顯的邊坡和崩塌體，總量約2.8萬m3。

1.2.2 流通區(qū)

浸溝流通區(qū)高程226～340 m,流通區(qū)長710 m,縱坡16.3°,溝底存在大量松散堆積體，溝谷總體呈“V”型峽谷。

兩岸谷坡巖體由丹洲群拱洞組(Pt3g)地層組成，巖性為千枚狀千枚巖。上覆第四系殘坡積層角礫碎石土，谷坡中下部較厚，局部地段可達3 m以上。溝底地段為泥石流地質(zhì)災害及殘坡積層覆蓋，但厚度較厚，局部厚約5 m。流通區(qū)松散固體物質(zhì)總量約18 000 m3。

1.2.3 堆積區(qū)

泥石流地質(zhì)災害在出溝口呈扇狀分布，扇體地形較平緩，堆積厚度3～8 m，下伏基座為丹洲群拱洞組地層。扇軸長60～100 m，扇體前緣沿河寬64.0～80.5 m。

2 泥石流成災機理

山區(qū)暴雨泥石流形成的3大基本條件是地形、地質(zhì)和降水[6]，三者相輔相成、缺一不可。泥石流形成發(fā)展見圖1。

圖1 泥石流形成發(fā)展

2.1 地形條件

暴雨泥石流形成的主要地形條件有坡度、坡向、相對高度和流域形狀及溝谷狀態(tài)。其中相對高度又是形成雨水和泥石流的關鍵敏感點。因為相對高度越大，能提供的勢能越大，形成泥石流的動力越強，引發(fā)生泥石流的可能性越大。故泥石流大多在山坡坡度較陡的山地發(fā)育。

龍勝鎮(zhèn)浸溝走向北西到南東，北西高、南東低，地形起伏較大，溝谷谷坡25°～60°，局部達70°。正常狀態(tài)下浸溝松散碎屑物處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨等極端條件作用下易形成暴雨型泥石流。

2.2 地質(zhì)條件

重力地質(zhì)作用在泥石流固體物質(zhì)的積聚過程中起到了重要的作用。易發(fā)生泥石流的區(qū)域其上中游經(jīng)常發(fā)生滑坡、崩塌，為暴雨泥石流的發(fā)生提供了物質(zhì)基礎。

龍勝鎮(zhèn)浸溝松散層覆蓋較厚，土層巖性為粉質(zhì)黏土夾碎石土，松散土體為泥石流地質(zhì)災害發(fā)生提供了物源。

2.3 降雨條件

暴雨在形成泥石流的過程中是重要的外動力條件。一方面暴雨水體是固液兩相流泥石流的液相部分，另一方面作為輸送介質(zhì)，并且挾帶大量的土巖體運動形成泥石流。

龍勝縣雨季一般在4—8月，占全年降雨量的67.72%，短歷時強降暴雨極易形成泥石流。

2.4 地理環(huán)境條件

良好的森林植被能夠削弱泥石流活躍程度，促進生態(tài)環(huán)境向良性轉化。森林覆蓋率越大，越能夠減少暴雨洪水的侵蝕，并能在啟動階段阻止和減弱暴雨和泥石流的發(fā)生。當暴雨量特別大或降雨歷時很長時，森林持水能力達到飽和，就會形成坡面徑流，阻止和減弱暴雨泥石流發(fā)生的能力越弱。龍勝鎮(zhèn)浸溝山脊不規(guī)則；人類活動較多，谷坡植被破壞嚴重。

2.5 人類活動

城市建設產(chǎn)生的大量渣土無序堆放，最多存有46.8萬m3人工松散堆積體，增加發(fā)生泥石流災害的固體物源。在暴雨條件下，極短時間內(nèi)形成大流量的地表徑流，導致暴雨泥石流發(fā)生。

2.6 暴雨泥石流形成機理

當具備了泥石流發(fā)生的水源、物源、地形地貌這3項必須條件[6-7]，隨著暴雨作用下水流運動加強，地表徑流侵潤沖蝕溝谷中上段溝床物質(zhì)，導致溝內(nèi)某些松散固體物質(zhì)失穩(wěn)，失穩(wěn)松散巖土體與水流混合而形成溝谷泥石流。隨著降雨的持續(xù)進行，雨水下滲導致土體含水量增加，使巖土體的抗剪強度降低，導致剪切、剪脹破壞。雨水下滲還使得孔隙水壓力升高，產(chǎn)生地下滲流以至于引起滑坡或坍塌，而形成重力型暴雨泥石流。

3 泥石流災害治理效果評價

2012年浸溝泥石流治理工程竣工，主要采取的工程措施(圖2)：①流通區(qū)(主溝與支溝底段)施工4道攔柵壩，對物源區(qū)的物源進行攔截；②堆積區(qū)采用導流槽+排水溝+導流堤+加固崩滑體及不穩(wěn)定斜坡。其中，對浸溝流域內(nèi)的Ⅰ號邊坡采用錨桿格構梁+擋土墻+排水措施，Ⅱ號邊坡采用抗滑樁+擋土板+排水措施，Ⅲ號邊坡采用錨桿格構梁+擋土墻+鋼管樁+排水措施；人工堆積體，采用格構式錨定板擋墻+排水措施[2-3，7-8]。該治理工程經(jīng)歷了2012年汛期及近幾年來的暴雨，運行良好。

圖2 工程治理平面

采用馮文凱所建立的泥石流防治工程效果后評價體系[9-13]，結合浸溝泥石流自身特點對龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流治理工程進行評價。

將一級評價指標防治目標的有效性U1、工程效果的效益性U2、防治方案的合理性U3，根據(jù)評價指標的重要性，按照1～9標度法兩兩進行比較得判斷矩陣A：

將矩陣A列向歸一化并求行和歸一化后，便可得到ω。

由Aω=λω，可得：

一級指標判斷矩陣為3階，經(jīng)查詢常用隨機一致性指標表，當n=3，RI=0.55，

滿足一致性檢驗。依此步驟，可得計算出各一級評價指標的權值。同理，計算可得出各二級評價指標權值。

通過多次對龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流治理工程運行期間加固工程穩(wěn)定情況、排導工程淤積情況、攔柵壩攔截狀況、泥石流發(fā)生情況調(diào)查，最終計算出浸溝泥石流防治工程效果單因素評價(表2)。

表2 浸溝泥石流防治工程效果等級得分

各因素的單因素評估向量組成二級指標模糊關系矩陣R1，R2，R3，從而可得一級指標模糊關系矩陣R，最終可得評判結果。

3.1 二級評判結果

由Bi=Ai·Ri，得

3.2 一級評判結果

由B=A·R，得

則評價等級得分S為

計算得S=0.795，由表3可知龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流防治工程效果為良好。結果表明:“①流通區(qū)施工攔柵壩，對物源區(qū)的物源進行攔截；②堆積區(qū)采用導流槽+排水溝+導流堤+加固崩滑體及不穩(wěn)定斜坡”的綜合防治措施取得了明顯的效果。

表3 浸溝泥石流防治工程效果等級得分

4 結 論

(1)機理研究表明，隨著降雨的持續(xù)進行，孔隙水壓力升高使巖土體的抗剪強度降低導致剪切、剪脹破壞，以至于引起滑坡或坍塌，在暴雨等極端條件下易形成暴雨泥石流。

(2)結合浸溝泥石流的自身特點，采用泥石流防治工程效果綜合后評價模型，對浸溝泥石流防治效果評判，評判結果：龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流治理工程效果良好。

(3)從龍勝鎮(zhèn)浸溝泥石流綜合治理工程實踐表明，流通區(qū)對物源的采用攔柵壩進行攔截；堆積區(qū)采用導流槽+排水溝+導流堤+加固崩滑體及不穩(wěn)定斜坡，在類似泥石流地質(zhì)災害治理工程中具有借鑒意義。