湘鄉(xiāng)地區(qū)典型暴雨型泥石流形成機(jī)制及發(fā)展趨勢分析

李干龍 張聯(lián)志

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，湖南 湘潭 411102）

湘鄉(xiāng)地區(qū)屬于典型湘中地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)，點(diǎn)多面廣，主要以崩塌和滑坡為主，泥石流發(fā)生次數(shù)較少。根據(jù)2020 年湘鄉(xiāng)市地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，泥石流僅9 列，占比為4.2%[1]。但泥石流的突發(fā)性、破壞強(qiáng)且一般規(guī)模較大，直接影響溝口和兩側(cè)居民或其他實(shí)施的安全。本文以湘鄉(xiāng)市壺天鎮(zhèn)壺天村25 組泥石流為例[2]，為湘鄉(xiāng)地區(qū)甚至湘中地區(qū)的泥石流的研究提供參考。

一、壺天泥石流發(fā)育背景

壺天泥石流發(fā)生于2017 年7 月1 日，因預(yù)警及時(shí)，未造成人員傷亡事故，但泥石流造成合東水庫干渠被阻斷，下游5 戶村民遭受不同程度的損失，其中2 戶居民房屋被完全損毀。

（一）地形地貌

區(qū)內(nèi)屬構(gòu)造侵蝕剝蝕碎屑巖和構(gòu)造溶蝕碳酸鹽巖高丘陵地貌。地形起伏較大，溝谷縱坡降大，特別是坡體上部縱坡很大。溝谷形態(tài)呈“V”型，兩側(cè)坡體坡度 20°以上，對(duì)泥石流的形成提供了良好的地形條件。泥石流溝域總面積0.18km2，相對(duì)高差最大149m。植被覆蓋率60%以上，整體覆蓋率較好。

（二）地層巖性

1.第四系（Q）。碎塊石土（Qdel）：稍濕，松散，黃褐色，以粉質(zhì)粘土為主，碎、塊石含量20～30%，粒徑50～100mm，部分可達(dá)500mm，棱角狀、次棱角狀為主，主要為砂巖。2.泥盆系上統(tǒng)佘田橋組（D3S）。砂巖（D3s）：灰黃色～黃色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，由石英和長石組成，局部含少量泥質(zhì)，產(chǎn)狀163°∠62°，鐵質(zhì)膠結(jié)物，節(jié)理裂隙發(fā)育，見兩組節(jié)理，315°∠65°和50°∠65°。該層各鉆孔均有揭露，抗壓強(qiáng)度21.3-38.9Mpa，平均29.3Mpa。

（三）地質(zhì)構(gòu)造

據(jù)1:20萬區(qū)域地質(zhì)資料，壺天及壺天以西一帶，由泥盆系至下三迭系巖層所組成。褶皺及壓極性斷裂群，呈大致平行的北東走向，伴隨有與其呈直角相交的一系列張性或張扭性斷層，斷裂面一般均傾向北西，斷面傾角一般在40°左右。從構(gòu)造行跡來分析，本區(qū)主要構(gòu)造應(yīng)力來自近南東-北西向，同時(shí)受月山一帶及其北部劉家鋪一帶花崗巖的侵入所影響，形成比較復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造體系。

（四）氣象

壺天鎮(zhèn)屬亞熱帶季風(fēng)暖濕氣候區(qū)，四季分明，雨水集中，雨量豐沛，年均日照時(shí)數(shù)1584～1885 小時(shí)，無霜期273 天。年均溫16.7～18.3℃，1 月均溫在5℃左右，7 月均溫在30℃左右，極端最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-12.1℃；雨季集中在每年的4～9 月份，年平均降水日150 天，年平均降水量1308.0mm，最大月平均降雨量210.2mm，最小月平均降雨量43.3mm。全年降水集中于初夏雨季（3-8 月），歷年春夏雨季平均降水量為925.9mm，占全年總量70%；4-6 月更為集中，占全年總量45%，為易發(fā)洪澇期。根據(jù)湘鄉(xiāng)市氣象局統(tǒng)計(jì)，2017 年6 月22 日至7 月2 日湘鄉(xiāng)市全境遭遇持續(xù)性降雨，具有持續(xù)時(shí)間長，為有氣象記錄以來次極值（自6 月22 日晚開始，至7 月2 日結(jié)束，歷時(shí)10 天），次于1998 年（6 月18～29 日）；累計(jì)降水量大，為有氣象記錄以來的極值（6 月22 日晚至7 月2 日08 時(shí)）。其中，翻江鎮(zhèn)累計(jì)降雨量達(dá)320mm，24h 最大降雨量發(fā)生在6 月30 日至7 月1 日，累計(jì)達(dá)117mm，達(dá)大暴雨級(jí)別。

二、形成機(jī)制分析

根據(jù)勘查報(bào)告，壺天泥石流按物源成因分類屬崩滑型泥石流，按水源成因分類屬暴雨型泥石流，按集水地貌分類屬坡面型泥石流。對(duì)其形成機(jī)制分析如下：

壺天泥石流在持續(xù)性暴雨作用下，大量雨水匯集并入滲松散巖土體，導(dǎo)致原有松散覆蓋層中孔隙被水充填，形成較高的孔隙水壓力。溝道上部坡體隨平均有效應(yīng)力降低而出現(xiàn)剪脹變形，導(dǎo)致孔隙水壓力下降和水分入滲剪切破壞土體。因此相鄰?fù)馏w失穩(wěn)區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大直至形成連續(xù)的破裂面。斜坡土體受剪切形成破壞面，土體受重力作用產(chǎn)生拉應(yīng)力，后緣逐漸出現(xiàn)拉張裂縫。降雨時(shí)，大量雨水沿裂縫或孔隙入滲并沿破壞面產(chǎn)生向下的滲透力。當(dāng)剪切力和滲透力大于坡體抗剪強(qiáng)度時(shí)則會(huì)引起整體滑動(dòng)。在有利地形條件下加速滑動(dòng)，進(jìn)一步對(duì)溝域范圍內(nèi)的松散物質(zhì)進(jìn)行侵蝕和沖刷，造成泥石流融入更多的碎屑物，致使流體重度不斷提高。隨著松散物質(zhì)的流動(dòng)，坡體亦逐漸變緩，沿途的阻擋等因素流速減緩，最終因能力被消耗而堆積于沿途或溝口緩坡區(qū)。

三、誘發(fā)因素分析

（一）地形地貌

項(xiàng)目區(qū)屬華南湘贛丘陵區(qū)，切割深度大，斜坡陡峭，加上縱坡降大，為水源和碎石土的匯集及松散固體物質(zhì)的搬運(yùn)提供了有利的地形地貌條件。

（二）物源條件

項(xiàng)目區(qū)植被較發(fā)育，坡體陡峻，上覆土體松散，表層巖石風(fēng)化程度高，局部山坡裸露，坡面被侵蝕，坡體中下部存在大量的殘坡積物；同時(shí)，由于強(qiáng)降雨沖刷坡面，導(dǎo)致原坡面巖土層不斷剝蝕，在坡頂處發(fā)育多處小型崩滑體。因此在強(qiáng)降雨期間，坡面大量雨水長時(shí)間沖刷，攜帶大量的松散固體物質(zhì)，所以豐富是固體物源是泥石流重要誘發(fā)因素之一。

（三）水源條件

壺天泥石流的水源主要來自降水。暴雨是誘發(fā)泥石流的主要因素。結(jié)合前文可知，2017 年6 月22 日～7 月1 日的持續(xù)性強(qiáng)降雨是有氣象記錄以來最強(qiáng)一次降雨，大量地表水長時(shí)間的匯集和沖刷，為泥石流的爆發(fā)積累了水源條件。

（四）人類工程活動(dòng)

泥石流區(qū)內(nèi)的人類工程活動(dòng)主要為新建房屋和水渠的切坡，一定程度改變了原始地形地貌，加速了坡面的水土流失，總體來說，人類工程活動(dòng)引發(fā)泥石流災(zāi)害的影響程度較小。

四、泥石流的發(fā)展趨勢

（一）泥石流的易發(fā)程度評(píng)價(jià)

根據(jù)泥石流流域特征，對(duì)壺天泥石流的易發(fā)程度綜合判別如表1：

表1

泥石流的易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分表

泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化綜合評(píng)判等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 表2

泥石流發(fā)展階段的識(shí)別表 表3

根據(jù)表1 和表2 對(duì)壺天泥石流的綜合評(píng)分結(jié)果及評(píng)判等級(jí)劃分，泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分為分，分至值介于44～86 標(biāo)準(zhǔn)之間，因此該溝屬于輕度易發(fā)泥石流。

（二）泥石流的發(fā)生頻率和階段

根據(jù)前文可知壺天以往未曾發(fā)生過類似災(zāi)害，壺天泥石流屬極低頻泥石流，依據(jù)表3 判定壺天泥石流的發(fā)生頻率和階段。

根據(jù)表3 判別結(jié)果：壺天泥石流現(xiàn)階段為發(fā)展期（壯年期）。

（三）泥石流的發(fā)展趨勢預(yù)測

根據(jù)前文分析與研究，壺天泥石流屬極低頻泥石流，但現(xiàn)處于發(fā)展期（壯年期）。隨著參與泥石流活動(dòng)的松散固體物源量大增，激發(fā)泥石流的臨界雨強(qiáng)可能降低，因此泥石流的爆發(fā)頻率可能會(huì)加密。

五、結(jié)論

1.壺天泥石流相當(dāng)于百年一遇，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500 萬元，災(zāi)情等級(jí)為大型。2.壺天泥石流屬極低頻暴雨型泥石流，發(fā)展階段屬發(fā)展期（壯年期）。3.壺天泥石流主要為暴雨激發(fā)，易發(fā)程度屬輕度易發(fā)，如發(fā)生集中暴雨，其形成大規(guī)模泥石流災(zāi)害的危險(xiǎn)性較大，其發(fā)生頻率可能會(huì)進(jìn)一步提高。4.由于泥石流易泥石流危險(xiǎn)性大，且危害非常嚴(yán)重，對(duì)其實(shí)施防治工程十分必要而迫切。