川藏鐵路某車站泥石流群發(fā)育特征及對線路的影響

何 坤 ，胡卸文,2 ，劉 波 ，周瑞宸 ，席傳杰 ，韓 玫 ，張曉宇

（1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756；2.西南交通大學(xué)高速鐵路運營安全空間信息技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，四川 成都 611756；3.西南交通大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院，四川 成都611756；4.中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

川藏鐵路沿線的地質(zhì)地貌條件十分復(fù)雜，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、季風(fēng)氣候和地勢等條件的共同影響，沿線地表切割強(qiáng)烈且山地冰川相對發(fā)育，巖石地層相對破碎和降水量時空分布不均，并且因區(qū)域曾經(jīng)歷過多期構(gòu)造運動，活動斷裂發(fā)育且地震活動頻繁[1]。尤其是巖石破碎且山地冰川發(fā)育的區(qū)域，相對頻繁的泥石流災(zāi)害對正在建設(shè)中的川藏鐵路及其未來運行安全存在著嚴(yán)重的潛在影響[2-3]。因受到川藏鐵路沿線地形地貌的影響，部分位于峽谷地區(qū)的鐵路車站需要修建于具有潛在泥石流災(zāi)害風(fēng)險的沖洪積物或泥石流堆積體構(gòu)成的地形相對平緩的扇體上。因此，科學(xué)評價泥石流孕災(zāi)環(huán)境與發(fā)育特征及其可能對車站設(shè)置和運行存在的潛在危害性，對于合理選擇車站場址和保障安全運營十分關(guān)鍵[4-7]。

前人針對青藏高原及其周邊地區(qū)的泥石流災(zāi)害發(fā)育特點及其工程危害開展過許多有意義的工作。趙永國[8]論述了川藏公路沿線泥石流的分布規(guī)律及活動特征，提出了公路泥石流的防治措施。高波等[9]和Wei等[10]對西藏天摩溝4次泥石流活動形成機(jī)制與成災(zāi)特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為后續(xù)仍有暴發(fā)大型泥石流的可能性，繼而危害川藏公路。陳寧生等[11]結(jié)合中尼公路泥石流的分布規(guī)律和基本特征，總結(jié)了該線路泥石流以雨洪型為主，規(guī)模普遍偏小，具有成群暴發(fā)、量小頻高、量大頻低的活動狀況。黃勇[12]研究了中巴鐵路奧依塔克至沙湖段泥石流災(zāi)害形成原因和特征，針對性提出了泥石流地區(qū)選線的基本原則。劉偉朋等[13]通過對拉日鐵路年木鄉(xiāng)—日喀則段泥石流發(fā)育與地質(zhì)環(huán)境的分析，表明該區(qū)泥石流具有暴雨性、高頻性、多期性等特征，泥石流分布表現(xiàn)為區(qū)域分異的特點。穆成林等[14]針對成昆鐵路瀘沽至西昌段泥石流集中暴發(fā)的特點，研究了該段影響泥石流發(fā)育的控制因素。

泥石流災(zāi)害是影響川藏鐵路地質(zhì)選線和規(guī)劃設(shè)計的重要因素。前人針對川藏鐵路沿線的泥石流災(zāi)害及工程影響進(jìn)行過一些重要的調(diào)查研究。在氣候變暖的影響下，喜馬拉雅山脈冰磧湖數(shù)量和體積不斷增加，并有發(fā)生冰湖潰決的危險[15-16]。彭建兵等[17]指出川藏鐵路廊道泥石流類型多樣，對冰川、冰湖潰決型的泥石流認(rèn)識尚不清晰，亟需開展廊道泥石流形成條件和運動過程的系統(tǒng)研究。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的泥石流主要是由冰川積雪融化洪水與冰湖潰決引起。徐正宣等[19]研究了宋家溝泥石流對川藏鐵路升航大橋的危害性，提出宜采用工程措施與非工程措施相結(jié)合的防治方案。馮濤等[20]研究了川藏鐵路魚司通泥石流對郭達(dá)山隧道的影響，認(rèn)為泥石流對鐵路工程影響較小，但沖出規(guī)模較大時會在堆積扇漫流，危害鐵路附屬設(shè)施。Hu等[21]以川藏鐵路八宿—然烏段為研究對象，分析了該段泥石流基本特征、形成機(jī)制，根據(jù)鐵路工程類型及泥石流的規(guī)模和類型，提出了鐵路工程泥石流災(zāi)害的防治模式。Liu等[22]研究了川藏鐵路康定—林芝段冰川泥石流堆積物的級配及流態(tài)特征，認(rèn)為堆積物中粗顆粒比例較高，細(xì)顆粒比例較低，對冰川泥石流流變特征的研究表明，典型冰川融水泥石流流變曲線的變化具有較大的變異性，并表現(xiàn)出湍流特征。已有研究對于全面和深入認(rèn)識該區(qū)的泥石流災(zāi)害發(fā)育特征提供了重要參考，但以往的研究多集中于區(qū)域性或單體泥石流發(fā)育及分布特征，對于西藏東南部構(gòu)造活動區(qū)典型鐵路站場范圍內(nèi)泥石流災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境、發(fā)育特征與動力學(xué)等針對性分析以及相應(yīng)的潛在工程危害性的研究仍需進(jìn)一步深入。

川藏鐵路某車站位于藏東南洛隆縣臘久鄉(xiāng)，是川藏鐵路昌都—伯舒拉嶺段的關(guān)鍵節(jié)點之一，座落在早期泥石流堆積體所形成的扇體上。本文基于現(xiàn)場調(diào)查、遙感解譯，采用動力學(xué)參數(shù)計算分析泥石流群的發(fā)育特征，評價其對擬建線路的影響，并給出防治對策，有助于為該區(qū)工程場址的選址與災(zāi)害防治措施制定等提供參考。

1 泥石流孕災(zāi)環(huán)境分析

1.1 地形地貌

擬建某車站所在區(qū)域隸屬喜馬拉雅山系地形地貌單元。該區(qū)河谷寬窄相間，以峽谷為主，溝谷狹長，山峰陡峻，冰川、冰湖、冰磧地貌發(fā)育，侵蝕強(qiáng)烈。地面高程3 591～5 767 m，地形高差2 176 m（圖1、圖2）。溝谷岸坡多在25°～70°（圖3），泥石流堆積扇平面形態(tài)呈扇形，地形平坦開闊，并有擠壓河道現(xiàn)象（圖4）。溝內(nèi)滑坡、巖屑坡、崩塌落石等不良地質(zhì)現(xiàn)象相對突出，支溝、坡面沖溝發(fā)育，具備泥石流發(fā)育所需的有利地形條件。

圖1 川藏鐵路某車站泥石流群位置及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Location and regional tectonic map of the debris-flow group in a station of the Sichuan-Tibet Railway

圖2 義俄1#泥石流溝主溝縱剖面（圖1中A-A’ 剖面）Fig.2 Longitudinal section of the Yi’e 1# debris flow gully （section A-A’ in Fig.1）

圖3 巴曲溝典型工程地質(zhì)剖面圖（圖1中B-B’ 剖面）Fig.3 Typical geological section of the Baqu gully （section B-B’ in Fig.1）

圖4 義俄2#溝泥石流堆積扇（鏡向NW50°）Fig.4 Deposition fan of the Yi’e 2# debris flow(photograph direction: NW50°)

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

研究區(qū)在大地構(gòu)造上處于岡底斯—念青唐古拉陸塊內(nèi)，受印度板塊向北俯沖作用，青藏高原不斷抬升，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運動強(qiáng)烈[5]，并存在中強(qiáng)地震活動。該區(qū)的泥石流溝岸坡穩(wěn)定性較差，常見山體開裂、巖體破碎，因而常有大量滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生，并常構(gòu)成泥石流物源。此外，研究區(qū)新構(gòu)造期間的垂直抬升運動明顯，導(dǎo)致河流強(qiáng)烈切入山谷，這為泥石流的形成和發(fā)展提供了必要的重力勢能條件，沖洪積物和崩塌滑坡堆積等成為泥石流所需的豐富物源。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有北西向巴曲—東村斷裂、北西向信本斷裂、北北西向察達(dá)—巴曲斷裂等多條區(qū)域性斷裂（圖1）。斷裂破碎帶的寬度多在150 m左右，破碎狀的斷層角礫巖較為發(fā)育，這也為區(qū)內(nèi)泥石流發(fā)育提供了一定的固體物源。歷史地震數(shù)據(jù)顯示，近站址區(qū)雖無中強(qiáng)地震活動，但遠(yuǎn)場區(qū)存在2次中強(qiáng)震事件。一是1642年站址區(qū)西北距離約80 km的洛隆縣碩督鎮(zhèn)附近發(fā)生的7.0級地震，二是1953年其東北距離約50 km的八宿縣同卡鎮(zhèn)附近發(fā)生的5.5級地震。

區(qū)內(nèi)主要出露第四系、古近系、白堊系、侏羅系、二疊系和石炭系地層。其中第四紀(jì)沉積物主要是晚第四紀(jì)的松散堆積物，包括：殘坡積層（Q3-4el+dl）、崩積層（Q3-4col）、滑坡堆積層（Q3-4del）、崩坡積層（Q3-4col+dl）、泥石流堆積層（Q3-4sef）和洪積層（Q3-4pl）等塊碎石土、碎石土。上述第四紀(jì)松散堆積層多位于溝道內(nèi)及岸坡處，常構(gòu)成泥石流主要物源。地質(zhì)資料顯示[23]，該區(qū)地表出露的基巖包括：石炭系上統(tǒng)-二疊系下統(tǒng)來姑組（C2P1l），以板巖與變質(zhì)雜砂巖互層為主，局部為灰色、深灰色板巖，侏羅系二長花崗巖（ηγJ）、花崗閃長巖（γδJ）等。其中的來姑組板巖因受強(qiáng)構(gòu)造變形及風(fēng)化侵蝕作用，風(fēng)化層厚度通常大于30 m，常形成崩滑堆積體，并在降雨或融雪作用下易被搬運進(jìn)入溝道，從而成為泥石流的豐富物源。利用高分辨率遙感影像，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，對流域內(nèi)泥石流物源的種類進(jìn)行劃分，并對不同類型的泥石流物源進(jìn)行判識提取。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)泥石流松散固體物質(zhì)來源可以劃分為：冰磧物、凍融物源、坡面物源、崩滑物源和溝道物源等五類。

1.3 水源特征

降雨、融雪和冰湖潰決是研究區(qū)泥石流溝的主要水源，也是該區(qū)泥石流相對頻發(fā)的重要誘發(fā)條件。泥石流溝所在流域位于臘久鄉(xiāng)山脈腹地，太平洋和印度洋的暖濕氣流被周圍的山脈（伯舒拉嶺山脈、橫斷山脈、喜馬拉雅山脈等）所阻擋。研究區(qū)峽谷氣候效應(yīng)顯著，屬高原溫帶半干旱氣候，年溫差較小，干濕季節(jié)分明，降水量集中，氣候垂直變化明顯。根據(jù)洛隆氣象站22年的降水觀測數(shù)據(jù)，該區(qū)的年均降水量約765 mm，降水主要集中于5—9月份。雨季降水具有歷時短、強(qiáng)度較大的特點，導(dǎo)致該區(qū)易形成暴雨型泥石流。同時，該區(qū)泥石流溝的上游區(qū)海拔高，常年被冰雪覆蓋，夏季氣溫升高致使冰雪融化，這也為泥石流提供了充足水流。

另外，由于研究區(qū)內(nèi)山地冰川比較發(fā)育，古冰川后退過程中形成了許多規(guī)模不等的冰湖。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)泥石流溝域內(nèi)共發(fā)育45處冰湖，在冰舌斷裂、冰湖岸坡出現(xiàn)滑坡或崩塌、溫度陡增導(dǎo)致冰川融化加劇、湖口溯源侵蝕加劇、堰塞壩壩體管涌等多種因素的影響下，易引起冰湖潰決，從而形成冰湖潰決型泥石流。

1.4 人類工程活動

研究區(qū)人類工程活動對泥石流的影響主要體現(xiàn)在溝口附近的耕種、建房與泥石流堆積扇前緣鄉(xiāng)村公路的修建等方面，這些人類活動會局部改變原始河道，有時可能會不同程度地增加泥石流災(zāi)害的影響程度。但由于該區(qū)的人類工程活動相對有限，因而總體上對泥石流發(fā)育的影響較小。

2 泥石流溝類型及發(fā)育特征

研究區(qū)地形高差大，溝道縱坡陡，泥石流物源豐富，融雪與冰湖潰決為泥石流提供了充足水源，加之區(qū)內(nèi)特有的地形地貌、構(gòu)造活動，進(jìn)一步增加了泥石流的易發(fā)程度。綜合調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，某車站泥石流群主要沿凍錯曲呈帶狀分布，共發(fā)育12條泥石流溝，各泥石流溝的特征參數(shù)見表1。

表1 某車站泥石流群特征參數(shù)Table 1 Basic characteristics of the debris flow group in the station

2.1 流域形態(tài)特征

流域形態(tài)直接影響著泥石流的水動力條件和匯流能力。研究區(qū)泥石流溝均為溝谷型，流域面積1.22～226.27 km2，本文采用流域形態(tài)完整系數(shù)δ進(jìn)行表示：

式中：S—流域面積/km2；

L—主溝長度/km。

通過對12條泥石流溝進(jìn)行統(tǒng)計分析（表2），結(jié)果顯示：研究區(qū)泥石流溝流域形態(tài)完整性系數(shù)值介于0.15～0.55；其中小于0.30的有5條，占42%，其余均介于0.30～0.55之間。根據(jù)泥石流流域形態(tài)定型[24]，為長條形及櫟葉形，有利于泥石流溝匯水，從而增加其易發(fā)性。

表2 泥石流流域形態(tài)完整系數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistical results of integrity coefficient of debris flow watershed morphology

2.2 溝床縱比降特征

溝床縱比降是控制泥石流運動和動力學(xué)行為的關(guān)鍵因素之一。對區(qū)內(nèi)12條泥石流溝的溝床縱比降進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果（圖5）表明縱比降范圍在27.27‰～605.80‰之間，平均縱比降為374.61‰；縱比降小于250‰的溝道占總數(shù)33.3%，介于250‰～650‰的比例為66.7%。其中，凍錯曲泥石流溝的溝床縱比降為27.27‰。

圖5 流域面積與溝床縱坡降關(guān)系圖Fig.5 Relation between area and longitudinal slope

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0220—2006）[25]，溝床縱比降大于213‰則屬于極易發(fā)泥石流。因此，區(qū)內(nèi)泥石流縱比降整體較大，屬于極易發(fā)泥石流。流域面積與縱比降有一定負(fù)相關(guān)性，即流域面積越大，溝床縱比降越小。

2.3 溝道岸坡特征

采用ArcGIS對研究區(qū)泥石流溝岸坡提取分析，結(jié)果顯示，溝道岸坡坡度集中于10°～50°，占流域面積88%。其中57%的斜坡坡度為20°～40°，占比最大（圖6）。山體坡度介于25°～50°之間易發(fā)生滑坡、崩塌災(zāi)害[26]。因此，研究區(qū)山體坡度特征有利于泥石流物源的補(bǔ)給（圖7）。

圖6 溝道岸坡平均坡度分布特征Fig.6 Average slope distribution characteristics

圖7 泥石流溝溝域坡度圖Fig.7 Statistics of slope gradient of debris flows

2.4 泥石流類型

根據(jù)泥石流發(fā)育的地貌條件劃分，區(qū)內(nèi)12條泥石流溝均為溝谷型泥石流；根據(jù)激發(fā)泥石流水源條件劃分，凍錯曲溝、巴曲溝為冰湖潰決型泥石流，其他10條均為暴雨型泥石流。從流體性質(zhì)來看，研究區(qū)泥石流從稀性到黏性均有分布，稀性、黏性泥石流分別為4條和8條。

3 泥石流動力學(xué)參數(shù)計算分析

泥石流的動力學(xué)參數(shù)包括泥石流流速、流量、沖出總量、沖擊力、最大沖起高度與爬高及堆積厚度。首先根據(jù)查表法和野外配比試驗值綜合確定泥石流容重，再根據(jù)《泥石流災(zāi)害治理工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0220—2006）[25]計算出12條泥石流溝的動力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見表3。

表3 泥石流動力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果Table 3 Calculation result of debris flow kinetic parameters

需要指出的是，凍錯曲溝與巴曲溝分別發(fā)育37處、8處冰湖。利用Landsat-1—Landsat-8衛(wèi)星在1973—2018年期間的影像對比分析凍錯曲冰湖的庫容變化，可知汛期庫容為0.604×108～0.820×108m3，非汛期庫容為0.516×108～0.601×108m3。凍錯曲冰湖泥石流溝溝道順直，主支溝以大角度相交，河道發(fā)生彎曲，溝道內(nèi)物源分布較為集中，若不考慮溝域內(nèi)賦存冰湖，其堵塞系數(shù)可考慮取值1.5左右。但本次分析計算假定冰湖發(fā)生潰決條件下，并考慮冰湖潰決對流量的放大效應(yīng)，結(jié)合2008年5月12日汶川特大地震震區(qū)已有泥石流堵塞潰決效應(yīng)及其堵塞系數(shù)取值經(jīng)驗，堵塞系數(shù)取5.5。同時，綜合現(xiàn)場調(diào)查及遙感衛(wèi)星解譯，巴曲溝內(nèi)冰湖庫容介于0.24×104～94.91×104m3，遠(yuǎn)小于凍錯曲冰湖，且發(fā)現(xiàn)巴曲冰湖在汛期基本全部解凍，在非汛期，面積小于0.1 km2的小型冰湖點基本處于凍結(jié)狀態(tài)，面積大于0.1 km2的小型冰湖點處于半凍結(jié)狀態(tài)，且溝內(nèi)冰湖常年處于正常溢流狀態(tài)。而且該區(qū)夏季溝內(nèi)水量豐富，冬季水量較小，溝內(nèi)活水流量約為0.1 m3/s。因此，巴曲溝內(nèi)小型冰湖潰決的風(fēng)險較小，但在7—9月，可能由于突發(fā)性大暴雨及冰川融雪的增加而增大其流量，綜合考慮其堵塞系數(shù)取2.0。

4 泥石流群發(fā)對線路的影響

擬建某車站形式為2臺6線，寬約50 m，車站兩端與隧道相連，線路主要以橋梁和隧道形式通過或穿越。研究區(qū)泥石流對線路影響評價與常規(guī)泥石流危險性評價區(qū)別在于：區(qū)內(nèi)泥石流包含有冰湖潰決型、多溝間發(fā)、對岸同發(fā)、成災(zāi)規(guī)模大、破壞性強(qiáng)、鏈發(fā)性等多種特征。因此，從單溝及凍錯曲兩側(cè)對岸對沖型泥石流溝同時暴發(fā)兩類極端情況，分別評價泥石流災(zāi)害對車站的潛在影響。

4.1 單溝泥石流暴發(fā)對線路影響分析

泥石流對鐵路工程的影響分析主要運用所獲泥石流參數(shù)定量分析泥石流對工程的危險性，主要包括斷面過流量分析、堆積范圍分析等。根據(jù)泥石流群發(fā)育特征及動力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果，凍錯曲溝流域內(nèi)物源豐富，匯水面積大，發(fā)育多處冰湖，具備發(fā)生泥石流的基本條件。由于冰湖潰決型泥石流具有突發(fā)性強(qiáng)、洪峰高、流量大、破壞力大、危害范圍廣等特點，一旦潰決還有可能引發(fā)沿程岸坡的滑坡、崩塌等次生災(zāi)害，形成災(zāi)害鏈，因此選取凍錯曲溝進(jìn)行橋位過流能力影響評價。結(jié)合遙感、野外調(diào)查，考慮100年一遇暴雨的極端工況下，凍錯曲泥石流溝溝口剖面位置的泥石流洪峰流量取2 548.90 m3/s，泥深計算結(jié)果為1.02 m，泥石流沖起高度為1.07 m，該斷面橋下地面高程為3 723.42 m，橋面高程為3 741.126 9 m，因此其過流能力滿足要求。為增加橋涵下泥石流的通過能力，橋涵的凈空高度須大于泥石流的泥深、爬高、堆積厚度之和，并預(yù)留一定的安全高度，以降低泥石流淤積引起過流斷面減小的風(fēng)險。

在鐵路工程通過泥石流堆積區(qū)情況下，需著重考慮泥石流堆積范圍對工程的危害。2020年7月19日，義俄1#溝暴發(fā)泥石流災(zāi)害，直沖凍錯曲左岸鄉(xiāng)道之上，掩埋長約30 m道路，并毀壞小范圍農(nóng)田。此次泥石流沖出規(guī)模約5 000 m3，平均堆積厚度約1.0 m，堆積物多為粗顆粒礫石，粒徑為22 ～30 cm，其中最大塊石粒徑約1.1 m（圖8），這說明了動力學(xué)參數(shù)計算中義俄1#泥石流溝容重取值為1.676 g/cm3的合理性。泥石流沖出范圍、沖出量與5年至10年一遇泥石流預(yù)測范圍基本吻合（表4、圖9、圖10），此次泥石流未達(dá)到線路擬設(shè)位置，但在更高頻率降雨下，依然具有暴發(fā)大型泥石流的可能性，對擬建橋梁橋墩存在沖刷漫流或淤埋威脅，同時由于泥石流攜帶的大石塊沖擊力較強(qiáng)，會對橋墩的安全造成相當(dāng)嚴(yán)重的威脅。因此對某車站泥石流群設(shè)置防護(hù)措施是必要的，尤其是區(qū)內(nèi)泥石流多具有沿主河兩岸相對分布，一旦群溝同時暴發(fā)，對于鐵路工程的危害極大。

圖8 2020年7月19日義俄1#泥石流Fig.8 Yi’e 1# debris flow occurred on 19 July, 2020

表4 義俄1#泥石流動力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果Table 4 Calculation result of kinetic parameters of the Yi’e 1#debris flow

圖9 義俄1#泥石流溝影響范圍平面圖Fig.9 Influencing region of the Yi’e 1# debris flow

圖10 義俄1#泥石流溝影響范圍1-1’剖面Fig.10 Profile 1-1’ of influencing region of the Yi’e 1# debris flow

4.2 對沖型泥石流同發(fā)對線路影響分析

泥石流溝沿凍錯曲呈對稱分布，對于在同一線路里程段，左右兩側(cè)均發(fā)育有泥石流溝的路段，若在暴雨的誘發(fā)下，線路兩側(cè)泥石流溝道同時暴發(fā)泥石流災(zāi)害，其對線路的影響會成倍放大，如義俄1#溝和龍哥布溝、義俄2#溝和察達(dá)1#溝、義俄3#溝和察達(dá)2#溝、義俄4#溝和巴曲溝。在線路通過泥石流堆積區(qū)情況下，需考慮泥石流堆積范圍及堆積厚度對工程的影響。根據(jù)動力學(xué)參數(shù)計算中求出的一次性泥石流總量與堆積區(qū)堆積厚度之比得到不同降雨頻率下泥石流堆積范圍。

疊加-放大作用是對沖型泥石流的顯著特點，即兩溝在暴發(fā)泥石流后進(jìn)入主河道，使泥石流規(guī)模得到疊加，形成更大規(guī)模泥石流，同時這種疊加后的大規(guī)模泥石流侵蝕和沖擊破壞能力都會呈現(xiàn)顯著加強(qiáng)放大效應(yīng)，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的危害。沖刷、淤埋破壞及堵河是泥石流主要的成災(zāi)模式，以義俄1#溝與龍哥布溝為例，根據(jù)動力學(xué)參數(shù)計算，兩溝100年一遇泥石流溝口流速分別為5.49，7.63 m3/s，高速運動的泥石流會強(qiáng)烈侵蝕主河兩側(cè)的殘坡積物、階地，強(qiáng)烈的下切侵蝕和橫向侵蝕，既補(bǔ)給固體物質(zhì)，還會嚴(yán)重破壞溝道兩側(cè)民房與車站橋墩橋基。

淤埋破壞主要發(fā)生于泥石流溝口或地形寬緩區(qū)，義俄1#溝與龍哥布溝泥石流100年一遇堆積厚度分別為1.45，3.25 m，兩溝同時暴發(fā)后在主河匯聚、淤積，將會造成河道抬升約4.7 m，淤埋橋基，同時河床淤高會引發(fā)洪水位上升，洪水淹沒范圍增大，加劇對擬建車站橋墩的沖刷作用。

采用徐永年等[27]泥石流堵江程度計算公式：

其中： ρm、 ρc—主河和泥石流容重/（g·cm-3）；

Qm、Qc—主河和支溝流量/（m3·s-1）；

Jc、Jm—主河和支溝比降/‰；

θ—入?yún)R角/（°）。

上述泥石流堵江判別模型所計算的K值，反映了泥石流進(jìn)入主河后對主河的影響程度，只是相對大小。但泥石流堵江程度到底多大，目前尚無確切的臨界判別值。采用強(qiáng)震區(qū)都江堰—汶川沿線泥石流堵江臨界值Kc=10作為參考[28]。凍錯曲主河比降為26.9‰，根據(jù)現(xiàn)場實測，凍錯曲主河流量約為260 m3/s，主河容重采用1.0 g/cm3進(jìn)行計算。將泥石流溝基本參數(shù)和泥石流不同頻率下的流量數(shù)據(jù)，分別代入式（2），得到各溝泥石流堵江K值大小，即堵江危險性（圖11）。

根據(jù)計算結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2020年7月19日義俄1#泥石流屬于5年至10年一遇降雨條件下激發(fā)泥石流，但未發(fā)生堵塞主河事件，說明義俄1#溝在10年一遇降雨條件下不會發(fā)生堵河。由圖11可知，巴曲溝在暴發(fā)20年一遇及以上泥石流時，會發(fā)生堵河；義俄1#溝、龍哥布溝在暴發(fā)50年一遇及以上泥石流時便會發(fā)生堵河事件。需要指出的是，雖然察達(dá)1#、察達(dá)2#、察達(dá)3#、察達(dá)4#、義俄2#、義俄3#和義俄4#泥石流溝在100年一遇降雨條件下Kc均小于10，但由于該段泥石流為對沖型泥石流，一旦同時暴發(fā)，在兩岸泥石流沖出物質(zhì)共同作用下，也有極大可能會發(fā)生堵河事件。

圖11 不同頻率下泥石流堵河概率評價Fig.11 Probability assessment of debris flow blocking main river at different return-record rainfall

研究區(qū)內(nèi)對沖型泥石流溝口堆積扇明顯，且未修建束流歸流防護(hù)工程，在極端暴雨條件下，再次暴發(fā)較大規(guī)模泥石流的可能性大。結(jié)合線路通過方式，泥石流群對擬建線路的危害模式包括：1）泥石流沖刷掏空橋涵基礎(chǔ)，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生不均勻沉降而損壞；2）泥石流淤堵橋涵導(dǎo)致橋墩受側(cè)向應(yīng)力變形、傾斜；3）泥石流沖淤累積，掩埋橋面，造成鐵路運營中斷；4）泥石流大塊石沖擊損壞橋墩。建議線路穿越泥石流溝部位布設(shè)防護(hù)堤、排導(dǎo)槽進(jìn)行歸流，在察達(dá)2#、3#溝溝口設(shè)置停淤堤墻，確保泥石流不會對擬建橋梁及維修工區(qū)形成漫流淤埋，橋梁設(shè)計宜以大跨形式通過，減少受泥石流影響的橋墩個數(shù)，并對擬建橋墩做好迎水面防落石撞擊措施（圖12）。

圖12 凍錯曲兩岸對沖型泥石流溝影響范圍平面圖Fig.12 Influencing region of debris flows along both banks of Dongcuoqu

5 討論

泥石流動力學(xué)參數(shù)計算是泥石流災(zāi)害風(fēng)險分析的核心問題，區(qū)內(nèi)包括10條暴雨型泥石流與2條冰湖潰決型泥石流，在無實測流量資料下，暴雨是推算設(shè)計洪水最基本的依據(jù)。通過大量西藏泥石流災(zāi)害分析[19-22]，認(rèn)為雨洪法適用于研究區(qū)暴雨型泥石流動力學(xué)參數(shù)計算。而冰湖潰決型泥石流與暴雨型泥石流有很大的差異，其形成和演化過程受到潰決洪水規(guī)模的影響極大[29-30]。其中，泥石流峰值流量是冰湖潰決型泥石流參數(shù)計算的重點。壩址以下溝道冰湖潰決洪水最大流量一般采用《堰塞湖應(yīng)急處置技術(shù)導(dǎo)則》（SL 451—2009）推薦的經(jīng)驗公式估算[31]：

式中：Qxm—壩下游某處洪峰流量/（m3·s-1）；

Qm—壩址處洪峰流量/（m3·s-1）；

W—潰壩下泄總水量/m3；

L—下游斷面至壩址距離/m；

vw—斷面最大平均流速/（m·s-1）；

K—經(jīng)驗系數(shù)。

陳曉清等[29]將潰決時加入土體的量以及土體與水相互作用關(guān)系結(jié)合提出距冰湖壩址處下游一定距離的泥石流峰值流量計算經(jīng)驗公式：

式中：Qgd—冰湖壩址處下游一定距離的泥石流洪峰流量/（m3·s-1）；

φc—泥沙修正系數(shù)。

根據(jù)式（4）計算得出的凍錯曲溝溝口泥石流峰值流量為2 087.13 m3/s。此外，Ding等[32]采用RAMMS對凍錯曲溝冰湖潰決進(jìn)行模擬，計算得到溝口流量為2 190.00 m3/s。對比本文采用放大堵塞系數(shù)的雨洪法計算結(jié)果，說明將冰湖堵塞潰決看成溝道堵塞潰決的一部分，合理取值堵塞系數(shù)來計算冰湖潰決型泥石流的峰值流量具備合理性。由于冰湖潰決型泥石流具有突發(fā)性和低頻性，有關(guān)冰湖潰決泥石流的野外調(diào)查資料匱乏，雨洪法合理取值堵塞系數(shù)的準(zhǔn)確性和適用性仍有待進(jìn)一步驗證，實際應(yīng)用中可按照雨洪法和數(shù)值模擬兩種方法分別計算泥石流峰值流量，確定參數(shù)的區(qū)間值。

泥石流堵河的判別研究多以泥石流堵河事件為依據(jù)，針對某區(qū)域提出堵河判據(jù)。徐永年等[27]通過分析主支溝交角、泥石流容重和泥石流規(guī)模等主要堵河因素，給出了泥石流堵河程度的判別指標(biāo)，表明了泥石流入?yún)R對主河影響的相對大小。但目前對于堵河臨界判別值尚無標(biāo)準(zhǔn)，這是由于堵河實例中與主河對應(yīng)的參數(shù)大多是空缺的。研究區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，其地質(zhì)環(huán)境特征與汶川強(qiáng)震區(qū)存在相似性，故文中采用汶川震區(qū)震后泥石流堵江臨界指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)。游勇等[33]通過模型試驗對西藏波密米堆溝泥石流堵塞主河進(jìn)行了研究：頻率P=5%的泥石流僅暫時阻水，頻率P=2%的泥石流會部分阻塞主河，頻率P=1%的泥石流會對主河造成較為嚴(yán)重阻塞。其中頻率P=1%對應(yīng)于1988年7月15日米堆溝泥石流堵塞帕隆藏布事件。根據(jù)式（2）計算得到的米堆溝堵河程度值K為6.10（P=5%）、11.74（P=2%）、16.25（P=1%）。計算結(jié)果表明臨界值Kc=10具有一定適用性，但該公式未考慮泥石流固體顆粒粒徑與入?yún)R處主河河床及河谷寬度，關(guān)鍵因子的選擇存在局限性，并且臨界指標(biāo)能否適用于川藏鐵路沿線各泥石流有待進(jìn)一步探討。

6 結(jié)論

（1）某車站泥石流群位于青藏高原東南部高山峽谷區(qū)，地形高差大。受新構(gòu)造運動影響，溝谷內(nèi)風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，為泥石流發(fā)育提供豐富固體物質(zhì)。集中降水、融雪及冰湖潰決為泥石流暴發(fā)提供了激發(fā)條件。

（2）某車站泥石流群中10條為暴雨型泥石流，凍錯曲溝和巴曲溝2條為冰湖潰決型泥石流。12條泥石流溝泥石流容重范圍在1.551～1.717 g/cm3，100年一遇泥石流速度介于3.38 ～7.68 m/s，泥石流洪峰流量為22.91～2 548.90 m3/s。

（3）泥石流暴發(fā)分為單溝暴發(fā)及凍錯曲兩岸對沖暴發(fā)兩類場景，結(jié)合線路通過方式，泥石流群對擬建線路的危害模式包括：1）泥石流沖刷掏空橋涵基礎(chǔ)，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生不均勻沉降而損壞；2）泥石流淤堵橋涵導(dǎo)致橋墩受側(cè)向應(yīng)力變形、傾斜；3）泥石流沖淤累積，掩埋橋面，造成鐵路運營中斷；4）泥石流大塊石沖擊損壞橋墩。

（4）線路主要以隧道和橋梁形式通過，可避開泥石流危險區(qū)。凍錯曲流經(jīng)溝口的泥石流溝域，以特大橋的形式跨越通過，可以避免泥石流對線路造成的淤埋；合理選擇橋基位置，輔以束流歸流防護(hù)工程，還可以避免對沖型泥石流對橋基橋墩的漫流淤埋沖擊。合理設(shè)計隧道的線路里程標(biāo)高，可以避免泥石流對擬建線路的危害。