廣東粵西地區(qū)泥石流成災(zāi)機(jī)理和防治措施
——以懷集洽水鎮(zhèn)蔡洞坑為例

何偉杰

廣東省有色金屬地質(zhì)局九三三隊(duì) 廣東 肇慶 526060

蔡洞坑溝位于懷集縣洽水鎮(zhèn)坡下村蔡洞坑組村莊北側(cè)低山丘陵地段，地理坐標(biāo)東經(jīng)：112°21′26″，北緯：24°10′02″，南面緊臨鄉(xiāng)道及河道，有常年性流水。

蔡洞坑溝泥石流在1982年曾發(fā)生一次造成重大災(zāi)害；2020年6月7日發(fā)生泥石流造成9戶村民房屋被損毀，直接損失約10萬元。發(fā)生以后，流域內(nèi)可以直接補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)增加，更加加劇了泥石流的危險(xiǎn)性。一旦發(fā)生短歷時(shí)、高強(qiáng)度降雨或連續(xù)降雨，蔡洞坑溝隨時(shí)會(huì)發(fā)生災(zāi)害性泥石流，威脅下游村莊28戶118人村民及道路過往行人安全。因此，根據(jù)對(duì)蔡洞坑溝“6·7”泥石流災(zāi)害的野外調(diào)查及無人機(jī)航拍，分析泥石流的成災(zāi)特征與危害形式，闡述蔡洞坑溝泥石流發(fā)展趨勢(shì)，提出了相應(yīng)的災(zāi)害治理措施，以提高對(duì)泥石流的形成與成災(zāi)機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

1 泥石流形成條件

蔡洞坑溝泥石流災(zāi)害的形成主要由適宜的地形、充足的水源條件以及豐富的物源。

1.1 地形條件

蔡洞坑溝位于粵西北山區(qū)，屬低山丘陵地貌，地勢(shì)呈北東高西南低，流域后緣位于分水嶺山頂處高程約654.89m，前緣為蔡洞坑村與鄉(xiāng)道交界處高程約81.89m，相對(duì)高差373.00m，流域面積約0.267km2，主溝道長(zhǎng)0.99km，平均縱坡降比199‰，坡度30°～50°。地貌分割明顯，溝道上游切割強(qiáng)烈，兩岸坡底地形陡峭，溝道呈典型深“V-U”字形組合。溝流域共發(fā)育有3條支溝，呈樹枝狀展布在蔡洞坑溝兩側(cè)，各支溝平均縱坡降達(dá)250‰，上游清水區(qū)是三面環(huán)山、一面出口的瓢狀區(qū)域，地形陡峻，有利于地表降水的徑流和匯集，這些因素為泥石流的形成提供了有利的水源條件。其中：清水形成區(qū)位于410～307m段，流通區(qū)位于300～307m段，堆積區(qū)位于300m至溝道與道路交界處，特征分布如圖1所示。

圖1 蔡洞坑位置圖

圖2 堆積扇沖毀房屋

1.2 物源條件

根據(jù)野外調(diào)查及航拍，分析統(tǒng)計(jì)蔡洞坑溝域內(nèi)共發(fā)育14處剝蝕裸露面物源。這些物源主要為開挖山體形成的邊坡發(fā)生崩滑坡堆積物源，疏松固體物源總量為41.42×104m3，可能參與泥石流運(yùn)動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量10.33×104m3。蔡洞坑溝泥石流的固體物質(zhì)來源可分為兩類：溝谷兩側(cè)的陡坡堆積物、匯水區(qū)域內(nèi)的剝蝕裸露坡面崩滑物質(zhì)。

（1）溝谷兩側(cè)的陡坡崩滑物

溝道基巖為花崗巖，兩岸地形陡峭，基巖裸露，節(jié)理裂隙發(fā)育、在風(fēng)化、卸荷的循環(huán)作用下，巖體完整性變差，表部發(fā)生崩滑，帶動(dòng)松散表層碎石土構(gòu)成泥石流的物源。崩滑主要發(fā)生于地形陡峭的前表部基巖裸露區(qū)，崩滑堆積物主要集中在溝域上段的寬緩溝谷內(nèi)，受暴雨沖刷失穩(wěn)，構(gòu)成物源。在強(qiáng)降雨作用下，可能將首先啟動(dòng)。由于溝道泥石流溝縱坡比降較大，在降雨作用下，溝道物源崩滑物易進(jìn)入溝床引發(fā)泥石流，特別是溝源崩滑區(qū)往往地形陡峻，暴雨沖刷下坡面上的松散物質(zhì)和坡腳的崩塌堆積體被水流帶入溝床，從溝頭高位傾瀉而下，沿溝沖蝕溝床，裹挾溝側(cè)松散物質(zhì)向下運(yùn)動(dòng)，形成泥石流。

（2）剝蝕裸露坡面崩滑物質(zhì)

在經(jīng)濟(jì)林地未破壞前，流域植被茂盛，水土保持良好。但近年來當(dāng)?shù)卮迕駥?duì)經(jīng)濟(jì)林地山體開挖形成邊坡，土層在降雨作用下，花崗巖土體軟化、崩解，強(qiáng)度降低，產(chǎn)生滲透變形，引起邊坡結(jié)構(gòu)土體軟化、松散，土塊受重力引起的拉力及傾覆力矩作用下，造成坡面發(fā)生中小規(guī)模的崩滑。這類崩塌物大多發(fā)生裸露的邊坡，土體結(jié)構(gòu)松散，在降雨條件下坡面水流沖蝕極易發(fā)生崩滑而進(jìn)入溝道補(bǔ)給物源。總之，在對(duì)經(jīng)濟(jì)林山體開挖樹木砍伐之后，流域內(nèi)土體在雨水沖蝕下發(fā)生崩滑更容易向下游發(fā)生運(yùn)移。

2020年6月7日在短歷時(shí)、高強(qiáng)降雨作用下，對(duì)開挖形成的邊坡沖刷，巖土體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)軟化，加之山體自然陡峭地形，在該過程由勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，泥石流的能量也增大，破壞力增強(qiáng)。造成這類崩滑物大多發(fā)生在人工開挖形成邊坡，坡面裸露，土體結(jié)構(gòu)松散，在降雨條件下坡面水流沖蝕極易發(fā)生崩塌而進(jìn)入溝道補(bǔ)給泥石流。因?yàn)檫@種剝蝕裸露坡面分布面積較大且多，所以是構(gòu)成泥石流固體物質(zhì)的主要來源。

1.3 水源條件

水源是泥石流發(fā)生的主要的引發(fā)因素，蔡洞坑溝潛在水源條件主要有：（1）降水充沛。根據(jù)懷集縣氣象局30年氣象資料顯示，多年平均降雨量1713.2mm，降雨多集中在4～9月，總雨量為1375.4mm，約占全年降雨量的78.40%。日最大降雨量188.9mm，時(shí)最大降雨量為60.90mm。據(jù)暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)，計(jì)算不同頻率降雨量（表1）。如此大的降雨量泥石流的形成提供了有利的水源條件。在2020年6月7日，該地區(qū)降雨量達(dá)到216mm，短時(shí)間內(nèi)時(shí)降雨量達(dá)50mm，完全具備引發(fā)泥石流災(zāi)害的降雨條件。短歷時(shí)、高強(qiáng)降雨是此次泥石流的誘發(fā)因素。

表1 不同頻率下流域暴雨洪水流量參數(shù)表

（2）排泄通道堵塞。溝口處發(fā)生泥石流前原簡(jiǎn)易溝道寬為1.2～2.0m，深約1.0m，發(fā)生后該溝道填埋后進(jìn)行拓寬成寬4～6m，深約3.0m，但過路段涵管直徑約0.6m；由于近年來暴雨少，雨季溝澗水量不大，若遇到極端氣候，溝道排泄不順暢，可能發(fā)生災(zāi)害。

1.4 堆積區(qū)

蔡洞坑溝口村莊為泥石流堆積，地勢(shì)較低且開闊。“6.7”泥石流形成的堆積扇，威脅28戶共118人，潛在經(jīng)濟(jì)損失1000萬元。泥石流爆發(fā)時(shí)溝道淤積變幅近1m，堆積粒徑0.5m～2m，現(xiàn)以填埋溝道拓寬。目前堆積扇進(jìn)行清理堆積在溝道兩側(cè)，以30～50cm粒徑居多，巖性主要以花崗巖，大塊有明顯撞痕，塊石呈次棱角狀至圓角，被沖毀房屋還存有泥痕。

2 泥石流成災(zāi)機(jī)理及運(yùn)動(dòng)特征研究

在短歷時(shí)、高強(qiáng)降雨作用下，6月7日蔡洞坑溝發(fā)生泥石流災(zāi)害，蔡洞坑村受災(zāi)示意（圖3），圖中紅框內(nèi)為主要受泥石流影響嚴(yán)重區(qū)域。人類活動(dòng)對(duì)蔡洞坑溝流域最明顯的是破壞生態(tài)環(huán)境及巖土體結(jié)構(gòu)，使泥石流活動(dòng)所需的物源動(dòng)儲(chǔ)量劇增，降低泥石流啟動(dòng)的降雨閥值。在持續(xù)強(qiáng)降雨，使流域內(nèi)土體飽和和水土流失程度進(jìn)一步加劇，其抗剪強(qiáng)度性能力被降低，最后在當(dāng)日的高強(qiáng)降雨中被激發(fā)，爆發(fā)了泥石流災(zāi)害。

泥石流形成與運(yùn)動(dòng)過程：在降雨較小時(shí)，水動(dòng)力尚不是很足的條件下，溝道內(nèi)少量先達(dá)到飽和的物質(zhì)及部分崩滑堆積體表層物質(zhì)被雨水沖刷攜帶出溝，形成小規(guī)模的泥石流活動(dòng)。隨著時(shí)間推移，溝內(nèi)雨水持續(xù)匯集，蔡洞坑匯水區(qū)多物源開始啟動(dòng)，且溝道內(nèi)部分崩滑堆積物隨著雨水沖刷作用下參與泥石流運(yùn)動(dòng)，此時(shí)水動(dòng)力增強(qiáng)，部分溝道堆積物已被攜帶啟動(dòng)，但泥石流流速不大，沖擊力較弱，由于連接谷口至主河道的溝道較窄小，排泄能力有限不利于泥石流持續(xù)向下游運(yùn)動(dòng)，故而絕大部分泥石流停淤堆積在溝道出口附近。與此同時(shí)，各條溝上游物質(zhì)不斷向下移動(dòng)，受到溝口下游泥石流堆積物阻攔，堆積規(guī)模逐漸增大，堵溝現(xiàn)象更加嚴(yán)重。由于人類活動(dòng)對(duì)植被及巖土體遭受嚴(yán)重破壞，且上游地形陡峭，基巖及人工邊坡裸露，降雨持續(xù)，匯水大量持續(xù)在堰塞體上游匯集，堵塞體最終迅速潰決，形成較大規(guī)模的泥石流活動(dòng)。

當(dāng)泥石流運(yùn)動(dòng)到溝口附近時(shí)，之前的堵塞點(diǎn)瞬間被沖毀，泥石流運(yùn)動(dòng)到下游村莊附近時(shí)，原有排泄溝道和過路涵管不能滿足其過流量，沖出溝口后，由于失去兩側(cè)約束邊界，地形較低、平緩及開闊，泥石流流體發(fā)生大面積漫流，致使較多的房屋和道路被沖毀掩埋。

上述泥石流形成與運(yùn)動(dòng)過程得出泥石流的成災(zāi)機(jī)理：人類活動(dòng)形成的邊坡發(fā)生崩滑堆積物在強(qiáng)降雨作用下匯集到溝道中，并在溝口處形成堰塞體，其結(jié)構(gòu)松散、孔隙度較大、密實(shí)度及強(qiáng)度明顯下降，變?yōu)榘腼柡屯馏w。上游水土不斷向此處匯集，洪水對(duì)堆積體強(qiáng)烈沖刷，當(dāng)水土重力和洪水沖擊力共同作用下堵塞體不能承受時(shí)，最終潰決，大量飽和物質(zhì)向下游漫流，形成泥石流。綜上分析，人類活動(dòng)形成松散堆積物是主要物源，從而形成了巖土體飽和、凝聚力、強(qiáng)度降低，轉(zhuǎn)化為泥石流的重要啟動(dòng)機(jī)制；同時(shí)也表明，在蔡洞坑村莊左一側(cè)溝道及過路涵管的排泄通道滯后；在發(fā)生后雖然對(duì)原有溝道進(jìn)行拓寬，但是過路涵管仍然無法滿足現(xiàn)階段泥石流的排泄要求。

3 泥石流發(fā)展趨勢(shì)

通過蔡洞坑溝的航拍及調(diào)查分析，蔡洞坑地區(qū)泥石流具有較高的隱蔽性、突發(fā)性及較強(qiáng)的破壞性等特點(diǎn)，“6·7”高強(qiáng)降雨不僅造成該區(qū)域泥石流溝道物源量增多，同時(shí)在匯水區(qū)域人類活動(dòng)造成較多邊坡發(fā)生崩滑物質(zhì)，為泥石流補(bǔ)給較多物源，且該區(qū)茂密的植被及陡峭的溝道加大了泥石流的排查工作難度，使其具有較高的隱蔽性。該區(qū)域泥石流物源分布高程較高，分布位置較廣，且具有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力及較大泥石流沖出量體現(xiàn)出其較強(qiáng)的破壞性。“6·7”泥石流已經(jīng)對(duì)其溝口下游的房屋及道路造成毀壞，目前遺留在溝道的部分物源及流域內(nèi)分布的較多人工邊坡易發(fā)生的崩滑物質(zhì)，若再次高強(qiáng)降雨及連續(xù)降雨，蔡洞坑溝還將發(fā)生較大規(guī)模的泥石流，造成對(duì)下游村莊的嚴(yán)重破壞。

4 結(jié)論

根據(jù)航拍及現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)查確定，蔡洞坑溝泥石流的災(zāi)地質(zhì)條件遭受人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞使得發(fā)生劇烈變化的坡面泥石流災(zāi)害。本次地質(zhì)災(zāi)害是2020年6月7日在暴雨作用下誘發(fā)。由于溝谷流域面積大，地形陡峻，易于匯水，水源豐富。泥石流規(guī)模主要與溝域內(nèi)松散固體物源的累計(jì)和動(dòng)態(tài)變化情況及與引發(fā)泥石流的暴雨情況相關(guān)，當(dāng)溝域內(nèi)松散固體物源累積較多，且遇到集中暴雨時(shí)，往往就會(huì)發(fā)生較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。泥石流對(duì)蔡洞坑村莊造成的破壞，是因泥石流堵塞主要排泄溝道進(jìn)而擴(kuò)大泥石流致災(zāi)范圍。在1982年和2020年該溝暴發(fā)兩次泥石流災(zāi)害，泥石流活動(dòng)是人類在上游對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞及村莊座落的布局之間不合理的矛盾，使得泥石流規(guī)模雖然不大但均造成嚴(yán)重?fù)p失。

泥石流的治理應(yīng)兼顧固源、攔擋和排導(dǎo)措施，為減輕泥石流運(yùn)動(dòng)對(duì)建筑物及道路的破壞，使得溝口到主河之間泥石流可以順暢的排泄。固源措施主要集中在匯水區(qū)受人類工程活動(dòng)對(duì)山體開挖形成的邊坡，可以采取生態(tài)修復(fù)的方式；攔擋措施主要在上游、支沖溝及在中下游修筑攔砂壩，緩解溝道底部的溯源侵蝕，有效攔擋粒徑較大碎塊石及降低泥石流的水動(dòng)力條件；下游堆積區(qū)以排導(dǎo)為主，修建排導(dǎo)渠采用單邊防護(hù)堤對(duì)村莊一側(cè)進(jìn)行有效防護(hù)，讓泥石流順利歸槽到達(dá)安全區(qū)域，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警工程建設(shè)。