云南元謀黃瓜園鎮溝谷型泥石流特征及防治對策

楊文禮，張衛鋒

(云南省地質環境監測院，云南 昆明 650216)

溝谷型泥石流爆發突然，短期內沖毀溝口的交通干線、村莊、礦山等[1]。2016年9月15日至17日云南元謀全境內連續強降雨導致多處發生泥石流災害，主要集中在黃瓜園鎮朱布大箐、海洛大箐、雷弄大箐等地，形成2處堰塞湖，造成重大災害。本文通過現場調查，從構造、地形地貌、地層巖性、巖土體、降雨等對泥石流成因分析研究表明：豐富的前期降雨，極高日降雨量和短時高強度降雨是泥石流的激發因素，斷裂影響、巖性差異大、地形陡峻、沖溝發育、植被稀少是泥石流形成的背景條件，屬于溝谷型泥石流。

溝谷型泥石流流域面積一般小于50km2，土石供給以重力坍塌和流水侵蝕為主，分為形成區、流通區及堆積區。具有爆發突然，幾分鐘到幾十分鐘內沖毀溝口交通干線、村莊、礦山等特點[2]。泥石流溝谷地形上具有山高溝深，地形陡峻，溝床縱度降大，流域形狀便于水流匯集特征。溝谷流域一般分清水區、形成區、流通區和堆積區4個大區；上游形成區地形多為三面環山，一面出口為瓢狀或漏斗狀，地形比較開闊、周圍山高坡陡、山體破碎、植被生長不良，有利于水和碎屑物質的集中；中游流通區地形多狹窄陡深峽谷，谷床縱坡降大，泥石流能迅猛直瀉；下游堆積區地形為較開闊平坦的山前平原或河谷階地，堆積物有堆積場所。

1 地質背景條件

元謀盆地是川滇南北構造帶上的構造斷陷盆地，長期接受沉積。地貌上元謀大斷裂成為東山和盆地界線，盆地西側無明顯斷層，盆地內上新世到早更新世(N2-Q)巨厚堆積。盆地海拔1050m～1380m，盆地東側侏羅系和白堊系組成東山山體，海拔2700m，西側由昆陽群和花崗巖組成低矮山梁，海拔小于1700m，龍川江縱貫盆地，自南向北在龍街流人金沙江。

磨盤江-綠汁江斷裂(元謀東山斷裂)是一條長期活動的壓扭性深大斷裂，呈南北向延展。該斷裂在元古代晉寧期就有強烈活動(潘杏南等，1987)，在中新世末形成了元謀盆地。元謀運動使東山的侏羅系、白堊系逆掩至元謀組上，元謀組發育平緩傾斜、褶皺、斷裂和大量垂直節理。元謀運動后，盆地由斷陷轉為隆升，使N2-Q1地層抬升為盆地邊緣相對高100m～300m的丘崗或盆地和龍川江及其支流各級階地基座，最高的五級階地可高出江面200m左右。

元謀盆地為南亞熱帶氣候，雨季受季風控制，旱季受熱帶大陸氣團控制，焚風效應明顯。多年平均溫度22℃。最高氣溫42℃，最低-1℃。年平均降雨量626mm，年蒸發量3733mm，相對濕度53%。其中幾乎90%集中在6月至10月雨季。盆地中植被稀少，土壤裸露，土壤為燥紅土，土壤團粒結構差，易于砂化，雨季易被雨水沖刷，形成細溝，水土流失嚴重。

1.1 泥石流溝流域特征

元謀東山西坡龍川江右岸由北至南有雷弄、海洛及朱布大箐3條溝谷依次排布，平面直線距離約3km，具有相似的地質環境條件。溝谷流域內出露第四系更新統(Qp)粘土、砂，三疊系-侏羅系(T-J)砂巖-泥巖互層，其巖石力學性質較差，抗風化能力弱，巖體完整性差，屬半堅硬巖組，土體結構松散，透水性強；地形地貌屬構造侵蝕中高山地貌，溝岸坡度30°～45°，地形切割較大，縱坡比降大，溝道上游跌坎多。流域為大面積碎屑巖分布區，巖石節理裂隙發育，山體破碎，受構造破壞和流水侵蝕沖溝發育，為形成高速泥石流匯流提供了強大的物源和巨大的動能條件。地下水主要為大氣降水垂直下滲補給，主要類型為基巖裂隙水和第四系松散層孔隙水，其中后者是形成松散層滑坡主要因素；流域屬典型的干熱河谷地區，植被以灌木、雜木為主，森林覆蓋率20%左右，水土流失嚴重；流域內中下部有村落分布，多農業種植活動。受構造、巖土體性質、降水、植被、人為活動影響，區域滑坡、泥石流高易發、頻發，屬地質災害高易發區，常造成人員傷亡，房屋倒塌，交通中斷，淹埋良田等。

(1)流域平面呈三面環山，一面開闊的“樹葉”形，均發源于龍川江東部山脊，高程1150m～1550m，溝谷下游溝道寬闊呈寬緩“U”型，中上游溝道狹窄呈典型“V”字型；水系成樹枝狀，上游有多條彎曲支溝，主溝與主河近似直角交匯。主溝長約5.4km～8.2km，溝床縱坡129.6‰～194.25‰，流域面積7.9km2～13.18km2，降雨形成的地表徑流易快速匯聚中下游形成洪峰，泥石流易于在溝內高速運動。泥石流物源為滑坡體、上游殘坡積物、溝道堆積物組成。上游降雨侵蝕沖刷誘發多處小型滑坡，泥石流鏟刮溝槽帶動老溝道堆積物，上游溝底基巖裸露。

利用元謀縣降雨資料求出設計暴雨量，采用云南省水文手冊法計算清水洪峰流量，采用西南地區(鐵二院)公式計算泥石流流速，采用雨洪修正法(東川泥石流流量公式)流量公式計算泥石流流量，雷弄大箐結果見表1[3]。朱布大溝海洛大箐根據現場調查數據。

表1 泥石流災害特征一覽表

(2)泥石流漿體濃稠，浮托力大，流體具有明顯的輔床減阻作用和陣性運動，流體直進性強，彎道爬高明顯，沉積物內部無明顯層理。漿體與石塊摻混較好，非漿體部份粗顆粒物質由塊石、礫石等固體物質組成，估計泥石流重度22kN/m3，為粘性泥石流。溝口泥位高約3m～6m，堆積物主要成分為粘土、細沙、礫石夾少量塊石。溝口附近堆積物平均厚度2m～6m，溝口堆積物方量約5～92.9×104m3(部分被江水帶走)，為特大型泥石流。

(3)3條泥石流溝都具有明顯的三區，堆積區位于龍川江邊，堆積物明顯；流通區沿溝谷呈長條狀，形成區位于溝谷頂部區域。地形多為三面環山，一面出口的瓢狀或漏斗狀，地形比較開闊、周圍山高坡陡、山體破碎；中游流通區地形多為狹窄陡深的峽谷，谷床縱坡較大，使泥石流能迅猛直瀉；下游堆積區地形為開闊的山前臺地或河谷階地。

1.2 泥石流災害特點

2016年9月15日至17日，元謀縣黃瓜園鎮及周邊區域出現連續強降雨，局部暴雨，累計降雨量達103.8mm；受強降雨影響，9月17日8時30分黃瓜園鎮雷弄大箐、朱布大箐、海洛大箐同時暴發山洪泥石流災害，災害造成元謀縣黃瓜園至江邊鄉公路中斷、橋梁損毀1座，公路、橋梁受損、部分交通、電力、水利、通信等基礎設施受損，部分民房受損及農作物、牲畜受災；“成昆”鐵路線K839+545線路沖毀約300m、鐵路橋梁損毀1座，線橋涵設備受損、接觸網、電務設備受損，成昆鐵路暫時中斷；泥石流災害造成龍川江阻塞，形成2個堰塞湖；朱布溝形成長700m×寬300m×高約6m、堵塞物約 126×104m3的堰塞湖，海弄溝形成長400m、寬200m、高4m，約32×104m3堰塞湖，威脅下游黃瓜園、江邊2個鄉鎮3個村委會2561戶8066人生命財產安全。災害導致1人失聯，7人受傷，造成直接經濟損失41410.9萬元(不含成昆鐵路損失)，屬特大型災害，堰塞湖還造成黃瓜園鎮水位持續上漲，淹沒農作物和民房等，間接損失較大。圖2。

泥石流災害特點：①歷時較短，據訪問調查，泥石流災害主要爆發過程20-50分鐘；②流量較大，經現場調查估算，其平均流量約60m3/s～180m3/s；③流速快，沖擊力大，堆積扇中最大單個塊石體積約50m3，重約30T～100T；④具有很強的隱蔽性、突發性和破壞性。

圖2 元謀縣黃瓜園鎮及周邊區域地質災害發育現狀

2 災害成因分析

(1)地質因素：地形險峻，坡度30°～60°，地形破碎，溝壑縱橫。泥巖、粉砂巖等巖石軟硬相間，節理、裂隙發育，巖體破碎，抗風化能力差異較大，易發生崩滑。臨近元謀大斷裂帶，新構造運動十分強烈，地形高差大，洪水期過流斷面狹窄，少量的物源即可形成堰塞，為泥石流的形成提供了地形條件；地表植被稀疏，水土流失嚴重，地表徑流容易形成洪流，為泥石流形成提供了水動力條件。

(2)氣象因素：據元謀縣氣象局提供監測資料，2016年9月楚雄北部普遍出現強降雨，元謀縣15日至16日降雨量分別達到26.1mm、26.7mm，屬大雨量級。16日8時～17日8時，黃瓜園鎮降雨量達96.1mm、雷弄69.8mm、環州87.6mm。由于災區持續降雨(黃瓜園站9月15日至17日連續降雨量103.8mm)及發災當日降暴雨(96.1mm)，前期連續降雨巖土體呈飽水狀態，物理力學指標降低，容易出現跨塌，強降雨導致朱布大溝等徑流量比往年明顯增大，河流侵蝕作用加強，激發泥石流爆發。

據莊建琦「4」等研究，過程雨量和間接前期雨量對泥石流總量的貢獻較大，其次是1h雨量。過程雨量、降雨綜合得分與泥石流總量的關系最為密切，相關系數分別為0.854和0.828；其次間接前期雨量和1h雨量，相關系數分別為0.414和0.360，發災當日1h強降雨是重要的激發因素。

(3)泥石流物源及啟動：據調查，本次物源主要來源于溝道兩側坡體殘坡積層、溝床堆積物。土體在穩定期間受到降雨入滲、土體表面徑流以及坡體幾何形態改變等作用因素下表面與內部剪切作用力增大，由于松散礫石土受到剪切作用力，在一定深度內會發生剪縮，土體內超孔隙水壓力在很小的應變下快速增長，使得土體呈現快速整體型破壞，并液化后迅速產生流滑，這個過程土體直接形成泥石流，可以稱之為土體轉化泥石流的過程。泥石流在下滑過程中對溝底形成明顯剪切作用，形成鏟刮效應，使得其底部土體破壞后隨之一起參與泥石流的形成。有較大速度與質量的泥石流在下滑過程中對阻擋其運動的堆積體將產生較大的沖擊作用，在這沖擊作用，也將使得大量土體破壞起動參與泥石流形成，快速向下運動的泥石流在對周圍土體產生作用力的同時，其自身也受到同樣的影響與作用，加劇了自身的離散與液化，最終使得流域內形成連續的鏈式災害過程，此過程可稱之為泥石流的誘發過程[14]。

(4)致災成因綜合分析：該區屬河谷性氣候、時晴時雨、變化較快，上、下游降雨差異性顯著；溝道束窄，斷面變化顯著，多處轉彎、變徑，極可能形成堰塞體，堵塞溝道，水位上漲，潰決下泄不斷帶動溝床堆積物及洪水侵蝕溝谷引發岸坡不穩定巖土體垮塌，飽和土體啟動不斷補充泥石流物源，同時鏟刮溝谷堆積物加入泥石流，泥石流規模不斷增大。溝道縱坡大，勢能高、流速快，泥石流沖出溝口后迅速沖毀鐵路及橋梁設施。此外特殊的地質背景和溝道內還有大量堆積物，在強降雨情況下，再次發生泥石流的可能性大。

3 搶險救災

3.1 成功預測預報

元謀縣委縣政府歷來高度重視應急隊伍建設、應急避險知識宣傳、地質災害隱患點排查監測，災害發生時能夠第一時間開展緊張有序救援，最大限度減少人員傷亡和財產損失。日常地質災害宣傳與培訓工作成效在這次“9·17”特大型山洪泥石流災害中得到了檢驗。根據地質災害氣象預警信息，地質災害監測員雷布村村長黃會武收到泥石流危險性預報后，在災害發生日凌晨3點、6點2次巡查時發現雷布大箐水流異常便堅持觀察，到8點發現水勢陡然增大立即報告并電話通知朱布大箐周邊群眾撤離，為群眾安全轉移和搶險救災爭取了寶貴時間，同時通知及時讓成昆線上一列火車停運，成功避免了重大人員財產損失。

3.2 堰塞湖應急處置

因爆發泥石流在龍川江上游引發堰塞湖，造成龍川江約3km河段上分別形成規模不等的2處堰塞湖(126萬m3、32萬m3)。最大堰塞體方量達126×104m3以上，最大壩高約6m，回水淹沒面積5.58km2，經現場調查評定為中危性質，采取自下而上依次處理，順勢開槽疏通引流；多臺挖掘機開挖開槽，人工輔助，現場實時監測，動態調整施工作業，保證了安全；組織各級干部及昆明鐵路局1200多名搶險人員，調集了挖掘機、裝載機、隨車吊等90多臺設備，武警、消防和群眾等4220余人參與搶險救災，搶險機械清淤泄洪，冒雨搶修線路設備，累計清理河道堆積物11.75×104m3，完成500m線路正位整修、搗固等，21日經搶險救援人員努力，“9·17”特大山洪泥石流造成的堰塞湖水位開始下降，險情成功排除。

4 本次地質災害特點和經驗

(1)呈區域性發災特點，地質背景條件和降雨相似，黃瓜園鎮雷弄大箐、海洛大箐、朱布大箐區域性同時爆發山洪泥石流災害，災害疊加加重了損失。

(2)形成泥石流-堰塞湖災害鏈，擴大了災害損失。不僅泥石流直接沖毀鐵路、公路等基礎設施，同時堰塞湖造成回水淹沒面積5.58km2，大量農田和部分民房受損造成損失，同時受堰塞湖影響下游8000余人轉移安置，增大了災害損失。本次災害小區域內多條泥石流溝集中爆發，形成堰塞湖，有泥石流災害和洪水淹沒災害，多種災害疊加效應。

(3)泥石流防治工程不夠合理，減災作用不足。朱布大箐攔擋壩設置位置不佳，攔擋工程設計不完善，沒有足夠的攔擋庫容，減緩泥石流下泄的作用不足；海洛泥石流排導工程縱坡較小，排泄功能不夠，治理工程被沖毀；雷弄泥石流溝沒有防治工程，橋梁被沖毀，電站被淤埋，主動避災減災不足。

5 防治對策建議

(1)預測預報措施：降雨是主要的激發因素，連續降雨后的暴雨是觸發泥石流又一重要動力條件，因為泥石流發生與前期降水造成松散土含水飽和程度與1小時、10分鐘的短歷時強降雨(雨強)所提供的激發水量有十分密切的關系。根據降雨預測及時發布災害預報，通知相關區域人員做好避災準備是重要的預防措施。根據譚萬沛等研究，在攀西地區泥石流發生的臨界日雨量為50mm，元謀跟攀西地區接壤，結合此次災害降雨數據，繼續做好元謀東山區域泥石流預測預報工作，具有實際的指導意義，繼續發揮好群測群防的作用。

(2)應急救災措施：根據災害預報信息，結合群測群防發現的實際災情，及時應急響應，組織撤離人員，可以最大限度的避免重大人員傷亡。

(3)預防措施：鐵路、公路選線時應盡量避讓泥石流高發區，無法繞避時要采取工程措施提高防災水平；村莊要避開下游溝口和沖溝坍塌區段。根據基礎設施位置和重要程度，選擇避讓或提高防災水平，主動避災減災。對災害密度大，又有重要交通干線和鄉鎮的災害高發區域，積極防治，減少和避免類似情況再次的發生。

(4)治理措施：根據地形條件和村莊、基礎設施的分布情況，采用攔擋、排導、生物措施綜合防治方案。可根據防治重點以攔擋或排導為主，生態防治不可或缺。建議泥石流防治工程采用系統綜合防治方案，應以穩攔上游固體物質為主，梯級攔渣壩泄水孔徑應從上游至下游逐漸變小，宜采用小孔徑攔截泥石流中固體物質，堅持水石分流防治原則。

6 結 論

(1)“9·17”泥石流單溝流域面積小于50km2，土石供給以重力坍塌和流水侵蝕為主。

(2)在地形上具備山高溝深，地形陡峻，溝床縱坡降大，流域形狀便于水流匯集。上游形成區地形多為三面環山，一面出口為瓢狀或漏斗狀，地形比較開闊、周圍山高坡陡、山體破碎、植被生長不良，這樣的地形有利于水和碎屑物質集中；中游流通區地形多為狹窄陡深的峽谷，谷床縱坡降大，使泥石流能迅猛直瀉；下游堆積區地形為較開闊平坦的山前平原或河谷階地，使堆積物有堆積場所。

(3)溝谷型泥石流爆發突然，幾分鐘到幾十分鐘內沖毀溝口交通干線、村莊、礦山等。

(4)區域性泥石流同時爆發，多種災害疊加，加大了災害損失。