甘肅武都泥石流動力學特征參數計算及防治建議

黃 琦

（重慶交通大學 河海學院，重慶 400074）

甘肅省是我國泥石流最發育的地區之一，雨季集中在每年的6、7、8月份，地質災害活動在雨季頻繁發生，是我國四大泥石流密集區之一[1-2]。

2020年8月，甘肅省隴南市武都區接連出現強降雨，引發了百年一遇的暴洪、群發性泥石流災害，據統計，8月17日21 時，強降雨致武都區內共發生泥石流災害153 處，截至8月18日24 時，泥石流災害造成的直接經濟損失達81.86 億元，可見此次泥石流災害的爆發范圍、數量以及規模都是空前的。

本文作者獲取了大量災后泥石流溝的相關資料，以王溝、小水溝、燕兒溝等溝為研究對象，結合相關資料對本次群發性泥石流溝口的流速、流量、沖擊力進行了分析和計算，并依據本次群發泥石流的特征參數計算結果提出了避免構筑物受到群發性泥石流作用而破壞的防災減災對策。

1 泥石流流速計算

泥石流流速計算公式見表1。

表1 泥石流流速計算公式

1.1 流速計算方法

式1 和式2 皆由武都火燒溝、柳灣溝、泥灣溝泥石流統計分析113 次得來，適合用于武都區黏性泥石流的流速計算。式3 適用于低阻型泥石流，具有陣性流特征。這類泥石流流體十分均勻，流體內的物料較均一，并充填有黏稠的泥漿體，運動過程中粗顆粒之間為光滑摩擦。式4 計算出的泥石流流速與實際流速相比，誤差較小，可運用于計算武都區黏性泥石流流速[6]。

1.2 流速計算結果

災后調查時，對區內王溝、小水溝、燕兒溝等溝做了測量、記錄以及繪制溝口斷面圖，得到了各溝計算斷面的平均泥深，并通過影像解譯得到了各流域的主溝長度、流域面積、高差、水力坡降等參數，各溝物理參數值及流速計算結果見表2。

表2 泥石流流速計算結果

表中由各計算方法所得到的泥石流流速計算結果之間存在一定的差異，其主要原因是野外測量得到的計算斷面平均泥深Hc與實際相比存在較大誤差，再加上河床縱比降這一數據是利用DEM 進行計算得到的結果，其準確率無法保證，最終在以上兩個原因的作用下影響了流速計算結果的準確性。

通過對比各公式計算結果與流速均值的差異，得出式3 更適用于本次群發性泥石流的流速計算。

2 泥石流流量計算

2.1 泥石流流量計算方法

泥石流爆發具有突發性，活動時間較短，再加上泥石流運動時的復雜性和溝谷的差異性[6-7]，在野外直接測得泥石流流量具有一定的難度，故選取配方法計算王溝、小水溝、燕兒溝等溝的流量，然后用形態調查法對雨洪法計算結果進行校核，具體方法見表3。

表3 泥石流流量計算公式

2.2 泥石流流量計算結果

利用配方法并以100年一遇的重現周期計算各溝的泥石流流量，并利用形態調查法做校核，當兩者誤差較小時，取平均值作為流量計算結果，否則，以形態調查法的計算結果為準計算，結果見表4。

表4 泥石流流量計算結果

泥石流的活動具有突發性、短暫性，且危險性極大，在第一時間內無法測得泥石流動力特征參數計算所涉及的部分物理參數，多是以調查走訪村民的形式去獲得各溝的物理參數，導致燕兒溝利用配方法和形態調查法計算得到的流量存在極大差異，王溝、石門溝、杜家陰溝、樊家壩溝、文家溝、米倉溝的差異相對而言較小。

3 沖擊力計算

3.1 計算方法選取

泥石流沖擊力計算公式見表5。

表5 泥石流沖擊力計算公式

3.2 計算結果

3 種方法計算結果見表6，式8 以Hertz 接觸理論的彈塑性碰撞理論為依據，計算結果遠小于另2 種方法的計算結果，故取式7 和式9 的均值作為隴南泥石流中大石塊沖擊力的計算結果。

表6 泥石流沖擊力計算公式

4 防災減災建議

通過對以上11 條溝的分析與計算，得到了各條溝的流速、流量和沖擊力計算結果。根據動力參數分析與計算結果，對甘肅武都區泥石流災害治理提出以下防災減災建議。

（1）考慮到武都區的沿溝道路路基在每年的雨季容易受到泥石流的沖刷，可采用砌石防護法來避免或減少泥石流對道路路基的沖刷，進而增強道路路基的穩定性；修建排導槽并合理地調整排導槽橫斷面、坡度、肋檻等參數，用于降低泥石流流速，達到減小泥石流對路基沖刷破壞的目的。

（2）針對泥石流沖毀橋梁、護岸這一常見破壞模式，建議考慮采用聯合防護的防治措施對溝道中的橋墩、護岸進行保護，即聯合采用截水溝、格柵壩、橡膠表面防護3 種防治措施進行治理。利用截水溝控制泥石流啟動區形成泥石流所需的水源，從而降低泥石流的規模，減小泥石流對橋墩、護岸的破壞性；利用格柵壩攔截泥石流所攜帶的大石塊，降低大石塊對下游橋墩、護岸進行沖擊進而破壞的可能性；在橋墩表面附上橡膠，減緩泥石流沖擊力對橋梁的作用。

（3）坡面泥石流的防治措施主要有兩類：一是及早清除坡面松散物質這類主動防護措施，盡可能讓松散物穩定下來；二是考慮攔擋墻、導流堤、排導槽等被動防護措施，修建多級攔擋墻，將坡面泥石流攔截在受威脅建筑物區域外；利用導流堤、排導槽等措施將坡面泥石流引出構筑物區域內。