張門扎溝泥石流特征、形成機制和防治對策分析

劉清泉

張門扎溝泥石流特征、形成機制和防治對策分析

劉清泉

（四川省煤田地質局一四一隊，四川 德陽 618000）

本文以張門扎溝泥石流為例，介紹了其形成條件，分析了其基本特征、形成機制，認為溝內泥石流固體物源豐富，具有良好的泥石流發育條件，具有較強的危險性。提出“縫隙壩+攔砂壩+排導槽+橋涵（場鎮內）+蓋板涵（8#支溝）+溝道整理及清淤”的防治方案，為同類型的泥石流防治工作提供借鑒與參考。

泥石流；特征；形成機制；防治對策

泥石流由降雨、融冰、潰決等自然或人為因素作用下，在溝谷或坡面上形成的一種夾帶大量泥砂、塊石和巨礫等固體物質的特殊洪流，具有流量大、流速快、破壞力強等特點，較易造成巨大損失。2020年9月以來，米易縣多地出現了極強特大暴雨過程，全縣多個鄉鎮出現大面積山體滑坡、塌方、泥石流、山洪等自然災害，米易縣白坡彝族鄉等地區受災尤為嚴重，2020年9月14日，白坡彝族鄉張門扎村張門扎溝爆發泥石流，造成白坡彝族鄉集鎮的大量房屋、一所學校被泥石流淤積，部分房屋、公路、鄉政府、鄉衛生院、煙站、發電廠及大量街道等掩埋或損毀，造成直接經濟損失2800余萬元。鑒于此，分析張門扎溝泥石流的基本特征、形成機制和防治對策，其實際意義顯著，值得深入思考與探究。

1 張門扎溝泥石流形成條件

1.1 地形地貌及溝道條件

張門扎溝泥石流位于白坡彝族鄉場鎮下后方張門扎溝域范圍，張門扎溝泥石流屬于普威河右岸一級支溝，溝口地理坐標：東經E101°54′34.5″，北緯N27°6′48.1″，高程約1183m。張門扎溝泥石流主溝長約4.55km，流域面積約7.7km2，流域整體呈樹葉狀展布，支溝較發育共發育8條支溝，整體特征詳見張門扎泥石流遙感影像（圖1）；溝域最高高程分布在東側溝源處，高程約2580m，溝口處高程約1210m，高程差1370m，平均縱坡比降約229‰。主溝中上游及兩側支溝溝谷切割較深，溝谷形態多呈“V”字型，兩側岸坡坡度多在25°～50°，局部地段陡峻達60°，溝谷寬度為2～8m不等。主溝下游即出山口鹽米路以下為寬緩的泥石流堆積扇區，溝道平均縱坡比降約139.3‰。下游場鎮區和主河溝道平緩排泄能力差，在中上游和出山口溝道內存在卡口，有很好攔擋條件，宜設攔擋壩。

圖1 張門扎泥石流遙感影像圖

2020年“9·14”泥石流后，溝道內堆積了大量的泥石流物源，出山口及以下場鎮和普威河為溝石流沖出物源，呈扇形集中堆積區，厚度可達5m以上，災后當地政府對溝道進行簡單的清理疏通，現溝道兩岸為自然堆積的此次溝石流沖出物源，未進行任何防護易掏蝕塌滑。

表1 泥石流崩滑物源和溝道物源估算匯總統計表

1.2 物源條件

張門扎溝域范圍內植被較為發育，溝道兩岸坡體中上部為天然林地，植被覆蓋率40%～60%；坡體下部為居民耕地及低矮的灌木叢，由于長年毀林種地、公路切坡及洪水沖刷，坡體植被破壞較嚴重，植被覆蓋率較低，為25%。主溝及各支溝兩側谷坡上覆大量第四系殘坡積堆積體碎石土層，厚度為2～10m，一般斜坡下部覆蓋厚度大于上部；下伏基巖為三疊系白果灣組（T32）粗砂巖-細砂巖-粉砂巖-夾薄層泥巖；薄層—中厚層狀結構，石英閃長巖斜長巖，粉砂巖較硬，強度較高，泥巖較軟、易風化。受2020年9月以來連續暴雨影響，溝域內滑坡、崩塌等不良地質現象十分發育，溝道內堆積大量滑坡松散物質，堆積層最大厚度達5m以上。張門扎溝泥石流的物源類型主要為滑坡堆積物源、溝道堆積物源及坡面侵蝕物源三類。其中溝道堆積物源及崩滑堆積物源為泥石流主要物源，溝域內大部分區域植被覆蓋率較高，坡面侵蝕物源相對較少，主要分布在坡體下部臨近溝道區域。溝道堆積物源在主溝溝道內分布較長，堆積厚度大，以揭底沖刷的方式參與泥石流活動；溝域內存在大量的崩滑堆積體及岸坡滑塌體，厚度大，前緣分布長度大，對溝道產生了較大的擠壓，崩滑堆積體以被表層沖刷+底部切腳的方式參與泥石流活動。張門扎溝溝域內共發育物源32處，其中滑坡堆積物源10處，崩塌堆積物源4處，溝道物源10處，坡面侵蝕物源8處。附表1泥石流崩滑物源和溝道物源估算匯總統計表和表2泥石流坡面侵蝕物源估算匯總統計表。

溝道中部存在大量的溝道物源及崩滑物源，物質組成中塊石含量較大，因此建議在通村公路上游設計攔擋工程，采用縫隙壩的方式，攔粗排細，減緩下部防護工程的壓力。溝道下部存在大量堆積物及溝口沖出物，以碎石土為主，大塊石含量較少，加之上游縫隙壩對大塊石進行了攔擋，建議在出山口公路內側設計攔砂壩防止溝道物源揭底沖刷和回淤壓腳穩固溝道兩側崩滑物源。

1.3 水源條件

張門扎溝泥石流的水源主要來源于大氣降水。暴雨形成的地表徑流是引發泥石流的主要水源，暴雨是泥石流的主要激發因素。張門扎溝匯水面積約7.7km2，降雨充沛，四季分明，主溝常年有水，雖溝內地表水流量不大，但由于溝谷比降較大，水動力強大，富含泥砂的地表水從較大落差的高處沖下易形成破壞力很強的泥石流。該泥石流溝雖然匯水面積較大，但物源較分散，兩側無單薄分水嶺，因此，采用導流條件較差。

2 張門扎溝泥石流基本特征

2.1 各區段沖淤特征

從清水區來看：溝床高程2100m以上部分，以及各段溝岸中上部，匯水面積大，溝道溝道平均縱坡比降約400%，岸坡坡度30°以上，地形陡峻。陡峻的地形有利于大氣降水和地表水的匯流，提供充足的水源和較大的水動力條件。該區的沖淤特征為以沖為主。

從形成流通區來看：形成流通區溝床高程1235～2100m段，以及各支溝中下部。該部分溝道長度約3.11km，分布面積3.46km2，占流域面積的44.9%。溝道平均縱坡比降約280.3%。泥石流規模較小，水動力條件較差時，上部沖出物也會在該區停留，成為泥石流溝道物源。總體上，該區仍以沖為主。

從堆積區來看：溝床高程1235m至下部溝口處，該部分溝道長度約0.62km，分布面積0.24km2，占流域面積的3%。該區段高程差為790m，溝道平均縱坡比降約139.3%，溝床寬度5～40m，溝道坡度約為8°～10°。根據溝道堆積厚度，可見該區段大部分時期以淤為主，堆積區上部存在少量沖淤平衡的情形。

2.2 堆積物特征

從泥石流堆積物顆粒特征來看：對溝道泥石流堆積物進行了顆粒級配試驗，試驗方法是將探槽0.5m～1.5m的土樣采集進行現場篩分試驗，得出顆粒大小為＜0.075mm、0.075～1mm、1～2mm、2～5mm、5～20mm、20～40mm、40～60mm、60～200mm、＞200mm等粒級的顆粒重量及所占百分比。泥石流的顆粒級配關系反應了不同溝段位置的水動力條件和沖淤特征，與野外調查的情況基本相符。張門扎溝溝域總體上水動力條件較大，細小顆粒大部分被洪水帶走，而將粗顆粒物質留于溝道內；由于溝域內溝道堆積物總體上土石比較低，其顆粒級配特征表現為大部分在2mm以上，而粒徑＜2mm的砂粒含量普遍較低。

表2 泥石流坡面侵蝕物源估算匯總統計表

經現場調查發現：張門扎溝泥石流堆積物主要沿著溝道堆積，在流通區內呈長條狀分布。因溝道各段堆積體粒徑組成不同，將溝道分為上、中、下三部分，上段與中段以溝道標高1340m處為界，中段與下段以標高1240m處通村公路涵洞為界，上、中、下三段堆積區粒徑比存在明顯區別。溝道物源分布從上之下大粒徑塊石含量逐漸減少。中部通村公路涵洞上部區段大粒徑塊石含量大，中部通村公路涵洞下部大粒徑塊石含量明顯減少。越往下部區段，粒徑小的含量所在比例逐漸增加。

圖2 張門扎泥石流堆積物特征

3 張門扎溝泥石流形成機制

（1）適宜的地形地貌及溝道條件。該泥石流溝地形地貌為侵蝕高中山地貌，溝域匯水面積約7.7km2、主溝長4.55km，相對高差較大，縱向坡降較大，為泥石流的形成提供了較好的地形條件。

（2）泥石流固體物源較豐富。張門扎溝溝域內發育崩滑堆積物源14處，物源總量約為22.5×104m3，估算動儲量約為5.67×104m3；溝道堆積物源10段，總量約為47.54×104m3，估算動儲量約為13.58×104m3；坡面侵蝕物源總量約為132×104m3，估算動儲量約為9.52×104m3；合計物源總量約為202.04×104m3，動儲量約28.77×104m3?？梢?，該泥石流溝域內固體物源豐富，物源條件良好。

（3）充足的水源條件。該溝匯水面積較大，區內最大日降雨量為205.2mm（1960年7月20日），三日最大降水量為225.0mm（1960年7月19～21日），最大1小時降雨量達67.6mm（1972年和1982年），最大10分鐘雨量達25.0mm（1972年和1982年）。降雨時間分布不均勻，多大到暴雨和局地暴雨，降雨量時空分布不均，主要集中在5～9月。泥石流爆發當日，特別是9月14日早上10點至11點，米易縣城區出現強降雨，小時最大雨量為54.9mm。9月14日08時至15日08時降雨最大落點出現在米易縣麻隴鄉莊房村，雨量為206.7mm。小時降雨量達20年一遇暴雨強度，24小時降雨強度達百年一遇暴雨強度?？傮w上講，改溝具備暴發泥石流的水源條件，暴雨則是泥石流形成的主要引發因素。

4 張門扎溝泥石流防治對策

4.1 明確泥石流防治目標原則

根據張門扎溝泥石流的基本特征、形成機制，泥石流防治總的目標是減輕泥石流災害對溝口白坡彝族鄉集鎮及鹽米路縣道的危害。具體目標：一是根據泥石流的危害性及危險性大小，確定本治理工程措施為永久性工程，各項治理工程必須安全可靠，通過治理，使泥石流治理工程在設計頻率、規模的泥石流發生時，不再造成危害。二是治理工程措施是針對泥石流類型、活動規律等進行，各項工程包括穩攔、排導、生物工程等配合使用，綜合治理，保證安全。三是應建立可行的泥石流監測網絡，適時監控治理過程中和治理后的泥石流動態，以保施工安全，為今后泥石流的治理效果監測和災害預警提供依據和基礎數據。為此，治理工程措施應遵循安全可靠、技術可行、經濟合理、施工方便、與環境協調的原則。

4.2 優化泥石流防治工程方案

具體方案建議如下：縫隙壩+攔砂壩+排導槽+橋涵（場鎮內）+蓋板涵（8#支溝）+溝道整理及清淤。溝道中部存在大量的溝道物源及崩滑物源，物質組成中塊石含量較大，因此本次在通村公路上游設計攔擋工程采用縫隙壩的方式，攔粗排細，減緩下部防護工程的壓力。溝道下部堆積物及溝口沖出物，以碎石土為主，大塊石含量較少，加之上游縫隙壩對大塊石進行了攔擋，在鹽米路上游設計攔擋工程采用攔砂壩的方式。溝道過場鎮段暗渠改造為排導槽。公路處設計橋涵，涵洞尺寸滿足泥石流過流要求。鹽米路上部長度約180m區段，“9.14”泥石流發生時堆積了大量的物源在溝道內，結構松散，未進行防護工程，修建攔砂壩后將影響壩體庫容。因此在修建攔砂壩之前，先將此溝段內堆積物進行清理，以保證攔砂壩建成后有足夠庫容條件。

4.3 擬建工程部位工程地質條件分析

一是擬建縫隙壩工程地質條件分析。擬建縫隙壩工程，位于中部通村公路上游約45m處，壩址區地貌屬河流侵蝕堆積地貌。壩址區地層分布較簡單，松散堆積層分布穩定、厚度較薄。壩址區未發現全新世活動斷裂及其他影響場區穩定性的地質構造。壩址區場地整體穩定性較好，基本適宜縫隙壩工程建設。左側壩肩斜坡坡度較陡，壩肩自然坡度約35°，地表植被多雜草及灌木，零星分布少量樹木，上覆為第四系殘坡積含碎石粉質粘土，厚度1～3m；下伏基巖為三疊系白果灣組（T32），節理裂隙較發育，強風化層較薄，厚度3～5m，穩定性較好。左側壩肩置于基巖內，左壩肩穩定性較好。右側壩肩斜坡坡度較陡，壩肩自然坡度約35°，地表植被多雜草及灌木，零星分布少量樹木。因壩址區右岸為凹岸，受“9·14”泥石流切角影響，岸坡存在一定的側蝕。上覆為第四系殘坡積含碎石粉質粘土，厚度5～10m；右側壩肩置于第四系殘坡積層內，右壩肩穩定性一般。

二是擬建攔砂壩工程地質條件分析。擬建攔砂壩工程，位于鹽米路涵洞上游約70m處，壩址區地貌屬河流侵蝕堆積地貌。壩址區地層分布較簡單，松散堆積層分布穩定、厚度較薄。壩址區未發現全新世活動斷裂及其他影響場區穩定性的地質構造。壩址區場地整體穩定性較好，基本適宜攔砂壩工程建設。壩址區溝道寬度約42m，溝道內為泥石流堆積塊碎石土，堆積體厚度3～6m，粒徑大于20cm塊石含量約占10%，粒徑6～20cm區段所占比例約占30%，2～6cm區段粒徑含量約約占30%，粒徑小于2cm含量約占35%；母巖成分為砂巖；下覆基巖三疊系白果灣組（T32）灰黑色粉砂巖，由于堆積體厚度較厚，且為新近泥石流堆積物，屬于松散狀態。建壩之前，需先進行溝道整理清淤工作。將壩基置于原生土層或下覆基巖內，壩基穩定性好，可滿足基礎承載力需要。

5 結論

（1）張門扎溝流域內具有泥石流發育的良好條件。從地形地貌上看，張門扎溝流域內相對高差大，地形陡峻，溝谷縱坡較大，有利于泥石流物質的匯集和成災。

（2）從物源條件上看，溝內泥石流固體物源豐富，主要包括滑塌堆積物源、溝道堆積區域和坡面侵蝕物源，溝域內松散物源靜儲量為202.04×104m3，可參與泥石流運動的動儲量為22.5×104m3。

（3）張門扎溝泥石流危險性大，危害嚴重，特別是2020年極強特大暴雨后，溝內新增大量松散固體物源，如果遭在強降雨條件下再次發生泥石流的可能性較大。鑒于泥石流溝口威脅重大，為確保泥石流危險區人們生命財產安全，建議盡快采取工程治理。

綜上所述，張門扎溝泥石流位于涼山州米易縣白坡彝族鄉張門扎村境內，危險性大，對其實施應急防治尤為關鍵，有助于為當地居民提供一個安全良好的生活環境。

徐琳，達娃，羅紹強，胡林，肖進，趙海華，官輝．2021．堆龍德慶區比西溝泥石流特征及成因機制分析[J]．四川地質學報，41(03)：448-452．

殷萬清，金濤，胡卸文，曹希超，楊相斌，黃?。?021．喜德縣中壩村火后泥石流發育特征及預警避險[J].中國地質災害與防治學報，32(03)：61-69．

籍進柱，任良良，李懷彬．2021．河北省阜平縣小后溝泥石流發育特征及防治措施[J]．河北地質大學學報，44(02)：73-78．

王周萼，王英奎．2021．劉家峽水庫大寺溝泥石流基本特征與防治對策[J]．水利水電快報，42(03)：18-22．

Analysis on Characteristics, Formation Mechanism and Prevention Measures of Debris Flow in Zhangmenzhagou

LIU Qing-quan

(No. 114 team of the Sichuan Coalfield Geology Bureau, Deyang Sichuan 618000)

Taking the debris flow of Zhangmenzhagou as an example, this paper introduces its formation conditions, analyzes its basic characteristics and formation mechanism. It is concluded that the debris flow in the gully is enriched in solid material sources, has a good condition for debris flow development and has a strong risk. The prevention and control plan of "gap dam + sand dam + drainage channel + bridge and culvert (in the field town) + cover culvert (8# branch trench) + gully finishing and dredging" is proposed, which provides reference for the prevention and control work of the same type of debris flow.

debris flow; characteristic; formation mechanism; prevention and control measures

P642.2

A

1006-0995（2022）04-0629-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.017

2021-12-17

劉清泉（1979—），四川宜賓人，水工環高級工程師，研究方向：水工環地質、地質災害