九寨溝景區(qū)卓追溝泥石流特征及治理措施建議

韓 俊，陳龍飛，何宇航，蔣雨欣

（1.核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610061；2.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023）

0 引言

2017 年8 月8 日九寨溝縣7.0 級地震后，九寨溝景區(qū)內(nèi)觸發(fā)了許多崩塌、滑坡、泥石流次生地質(zhì)災害，威脅著居民的生命財產(chǎn)安全，以及景點的自然風光和道路等基礎設施的安全。本文基于九寨溝景區(qū)卓追溝泥石流實例，通過對泥石流形成條件、發(fā)育特征的現(xiàn)場調(diào)查，綜合評價了其危害性和發(fā)展趨勢，并結(jié)合施工的可行性和效益比提出了相應的治理措施，為同類型泥石流災害的防治提供一定的參考[1-5]。

1 研究區(qū)概況

卓追溝泥石流位于九寨溝則查洼溝景區(qū)內(nèi)，距景區(qū)門口約25 km，泥石流溝口位置坐標為104°14′5.9″E，33°15′38.5″N。主溝縱長約3.3 km，流域面積約4.14 km2，溝域最高點海拔高度4 492 m，溝口處高程為2 882 m，相對高差1 610 m，溝域內(nèi)物源量豐富。泥石流主要威脅景區(qū)基礎設施及游客、工作人員的生命安全等。

九寨溝景區(qū)地貌上表現(xiàn)為深切割構造侵蝕中、高山地貌。流域內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)填土（Q4ml）、崩坡積物（Q4col+dl）和泥石流堆積物（Q4sef），流域溝床兩側(cè)下覆基巖主要為石炭系下統(tǒng)岷河組一段（Cm1）的灰?guī)r、板巖和變質(zhì)砂巖。

2 泥石流形成條件

2.1 地形地貌條件

卓追溝泥石流未發(fā)育典型的形成區(qū)，根據(jù)其特征，總體可將溝域劃分為清水區(qū)、形成流通區(qū)和堆積區(qū)（圖1）。

泥石流的清水區(qū)位于溝道兩岸的山頂，山頂基巖裸露，發(fā)育的物源較少；泥石流的形成流通區(qū)（也是物源區(qū)）位于溝道中上游—中下游段，溝道兩岸的崩塌發(fā)育導致溝床上的堆積物極為豐富。該區(qū)域也是泥石流松散固體物源的主要發(fā)育區(qū)域。泥石流的堆積區(qū)位于溝口，地勢較為平坦，其前緣為景區(qū)公路。

從溝口到溝道3 015 m區(qū)段，是泥石流堆積區(qū)，該區(qū)域主溝的平均縱坡是135.9‰（圖2）；從溝道海拔3 015 m 到海拔3 925 m 的溝道范圍是形成流通區(qū)溝段，發(fā)育著1 條較大支溝，泥石流的匯流速度快，此區(qū)域主溝平均縱坡比降是408.5‰；溝道海拔3 925 m 以上是泥石流清水區(qū)，此流域清水區(qū)地形較陡，溝谷平均縱坡比降是811.5‰。

卓追溝泥石流溝谷平均縱坡降約為385.6‰，相對較大，可搬運固體物源，該地形條件有利于泥石流的發(fā)生。

卓追溝泥石流溝溝谷縱坡較大，流域內(nèi)兩側(cè)山體平均坡度大于40°，坡頂多為基巖裸露，坡腳植被多以喬木、灌木為主，降雨匯集速度快，給泥石流提供了有利的水源條件。地形陡峻，基巖裸露，為崩塌、坡面侵蝕等地質(zhì)災害提供了有利條件。

根據(jù)調(diào)查，在卓追溝泥石流的形成流通區(qū)內(nèi)，主要有2 處地點可能形成堵潰點，這兩處堵潰點所在溝道狹且窄，溝道彎曲，縱坡較大，水流速度快，溝道下切作用強。第一處堵潰點位于流通區(qū)中下游，距溝口約890 m，該處溝道堆積物由大塊石堵住，一旦塊石松動，溝道堆積物源啟動，形成堵潰；第二處堵潰點在形成流通區(qū)距溝口約1 020 m處，該處坡體大部分土體可能發(fā)生失穩(wěn)破壞進入溝道，造成溝道堵塞，形成堵潰。

圖1 卓追溝溝域衛(wèi)星影像圖Fig.1 Satellite image of Zhuozhuigou catchment

圖2 卓追溝泥石流縱剖面圖Fig.2 Longitudinal profile of Zhuozhuigou debris flow

2.2 物源條件

卓追溝泥石流的物源類型主要是崩塌堆積和溝道堆積物源。

經(jīng)統(tǒng)計，卓追溝流域物源總量約為28.14×104m3，動儲量約為11.08×104m3。其中，崩塌堆積物源量為20.37×104m3，動儲量為7.88×104m3。溝道堆積固體物源總量為7.77×104m3，動儲量為3.20萬m3。

2.3 水源條件

大氣降水是卓追溝泥石流的水源條件主要來源。引發(fā)此泥石流的主要水源條件是暴雨形成的地表徑流，暴雨是發(fā)生泥石流的主導因素。

九寨溝地區(qū)降水量少，近15 年來年平均降雨量704.3 mm，年降水量最大值為1 066.6 mm，最小值為539.1 mm。據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》，研究區(qū)暴雨量等值線圖，1/6 h、1 h、6 h、24 h 多年最大暴雨量平均值分別為8 mm、14 mm、26 mm、40 mm，在P=5%的條件下，1/6 h、1 h、6 h 和24 h 的雨強可分別 達 到17.60 mm、28.70 mm、47.84 mm 和63.60 mm。同時，該泥石流溝域面積約4.14 km2，發(fā)育1 條支溝，溝內(nèi)地形陡，縱坡大，利于地表水徑流的匯集，降雨強度滿足引發(fā)泥石流災害的要求。

3 特征分析

根據(jù)調(diào)查訪問，結(jié)合現(xiàn)場情況，將泥石流堆積區(qū)劃分為老泥石流堆積區(qū)和新近泥石流堆積區(qū)。卓追溝每年雨季都會有固體物質(zhì)沖出淤積于新近泥石流堆積區(qū)，近年最大的一次泥石流發(fā)生于2010年，推測沖出量約為0.45×104m3，暴雨頻率約10 年一遇。最近一次較大規(guī)模的泥石流，發(fā)生于2017 年9 月份，據(jù)估計沖出固體物質(zhì)約0.35×104m3，泥石流呈稀粥狀，水流攜帶大小不一的石塊，受溝口地形及植被影響，淤積下來，未沖到棧道及公路上，泥漿則沿坡呈散流狀沖到棧道及公路上，泥石流尚未形成災害。

圖3 泥痕照片F(xiàn)ig.3 Sediment trace of Zhuozhuigou debris flow

通過調(diào)查該泥石流的災害史發(fā)現(xiàn)，自2008年汶川地震之后幾乎每年該溝域都會爆發(fā)小規(guī)模泥石流，其易發(fā)程度為易發(fā)，屬于中高頻泥石流，處于發(fā)展階段的壯年期，屬暴雨溝谷型泥石流。

對卓追溝泥石流的成因分析如下：

首先，卓追溝泥石流在暴雨的作用下，將位于坡體表面的松散堆積物源攜帶、匯流進入溝道，通過溝道揭底沖刷，裹攜溝道內(nèi)的松散堆積物，一并帶走溝岸兩側(cè)松散固體物質(zhì)，之后以滾雪球的方式逐漸擴大規(guī)模，沿溝道向下游運動，從而形成泥石流災害。

在暴雨作用下，支溝泥石流的固體物源一部分堆積于支溝口的平緩開闊地段，另一部分則匯入主溝。主溝域內(nèi)因支溝水流的匯入，水流量整體大于支溝水流量。因此，支溝泥石流在匯入主溝后，在主溝較大水流量作用下，被大大稀釋，重度降低。主溝泥石流從上游向下游流通時，不斷沖刷溝道兩側(cè)岸坡和溝道內(nèi)部的松散堆積物，流量不斷增大，沖刷能力不斷增強。

卓追溝泥石流的形成受三個關鍵因素影響。一是卓追溝溝域內(nèi)地形陡峭，溝谷縱坡比較大，為水源和泥沙的匯集提供了有利的地形地貌條件；二是受地震影響，主溝中上游至中下游地段崩塌和水土流失現(xiàn)象極為發(fā)育，加之溝道內(nèi)原有大量的堆積物，這都為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物源條件；三是溝域內(nèi)降水豐富，暴雨是泥石流的主要觸發(fā)因素。

泥石流災害的發(fā)展趨勢與孕育環(huán)境密切關聯(lián)。卓追溝的自然地理和地質(zhì)環(huán)境條件決定了該溝域內(nèi)泥石流災害的易發(fā)性。且受到“8.8”九寨溝地震影響，溝域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境嚴重破壞，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，在一定時期內(nèi)，將加大泥石流災害發(fā)生的可能性。目前，卓追溝溝域內(nèi)存在較多的固體物質(zhì)，在大雨、特大暴雨或地震的激發(fā)下，仍有發(fā)生大規(guī)模泥石流災害的可能。

在計算卓追溝泥石流基本特征值時主要參照和利用了野外調(diào)查和現(xiàn)場訪問所獲取的泥位數(shù)據(jù)、溝道斷面特征等。根據(jù)擬設泥石流治理工程的需要確定了計算指標，在計算泥石流流體重度、流速、流量、一次沖出量、一次固體沖出物質(zhì)總量等常規(guī)指標外，還結(jié)合擬建工程部位特點，對擬設攔擋、停淤工程部位泥石流整體沖壓力、爬高和最大沖起高度等進行了計算和校核[6-7]，表1-4列出了部分計算結(jié)果。

表1 暴雨洪峰流量計算表

表2 泥石流峰值流量計算表

表3 一次泥石流過流總量計算表

表4 一次泥石流固體沖出量

4 防治措施

4.1 防治方案建議

卓追溝泥石流溝具有如下特點：

（1）泥石流溝具有較多的物源點，單個崩塌物源點的穩(wěn)定性較差，不易一一采取工程措施進行治理；部分物源點位于溝道的中上游，溝道狹窄，交通不便，不宜采用單個不穩(wěn)定物源體進行治理的方案。

（2）泥石流溝的上游段兩側(cè)斜坡坡表植被發(fā)育，而中、下游段的兩側(cè)斜坡坡表植被一般發(fā)育。在地震、植被砍伐和雨水、溝水沖刷作用下，坡表堆積物蠕動變形形成不穩(wěn)定體。對已失穩(wěn)斜坡，植被護坡作用不大。

（3）由于溝口為人行棧道和景區(qū)公路，公路外側(cè)為林地，無河流通過，不具備泥石流排導條件。

（4）泥石流溝道縱坡較陡，泥石流流速較快，可于溝道內(nèi)設置攔擋減速措施；同時，泥石流堆積區(qū)地形寬闊，為景區(qū)公路所在地，有適合儲集泥石流物質(zhì)的空地，可采用儲淤場。

（5）由于泥石流物源的組成中以角礫、碎塊石為主，溝道中下游溝谷寬窄相間，具備泥石流攔擋條件，可以采取攔擋措施將其攔于溝內(nèi)。

因此，對該泥石流的治理采用以下方案進行比選，方案一：采用攔擋減速并結(jié)合停淤措施，在溝道下游段設置潛檻，并在溝口修建1座停淤場，讓泥石流淤積于溝口；方案二：采用攔擋措施在主溝中下游段設置3 座攔擋壩，攔儲溝道內(nèi)固體物質(zhì)[8]。

4.2 防治方案比選

（1）經(jīng)濟可行性對比

工程概算后，方案二略低于方案一治理工程投資費用，但總體差距不大。

（2）技術可行性對比

方案一本著“以停淤為主”的原則，采用停淤擋墻結(jié)合潛檻的措施對泥石流進行治理。這項工程措施針對泥石流的特點，根據(jù)其形成條件、運動特征和危害性等進行設計，具有較強的技術可行性。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

①工程方案采用的停淤場等具有較好的工程施工地形和場地條件；

②停淤擋墻和潛檻的治理措施充分利用堆積區(qū)寬緩的特點，可以達到較好的治理效果；

③工程方案涉及的治理措施經(jīng)過我國西南地區(qū)數(shù)十年泥石流防治方面工程實踐和理論研究，已經(jīng)積累了豐富的工程經(jīng)驗，并形成了相應的規(guī)范，這些工程經(jīng)驗和規(guī)程規(guī)范為治理工程的實施提供了一定的技術支持；

④溝道內(nèi)有大量的塊石堆積，其巖性以灰?guī)r、板巖和變質(zhì)砂巖為主，巖石試驗及地區(qū)工程經(jīng)驗表明其抗壓強度較高，可用于施工取材，一方面可節(jié)約施工成本，另一方面也起到減少溝道松散固體物源的作用。

方案二以“攔砂壩”攔擋固體顆粒的原則，具有以下特點：

①工程方案采用的攔擋壩條件為常見的較好的壩址區(qū)地形條件，但由于為3 道攔砂壩，與停淤擋墻相比，壩址區(qū)需深入溝道，場地條件相對較差；

②攔擋工程充分利用溝道寬窄相間，利用其中局部較為狹窄的溝段具有良好的建壩條件，但由于溝道縱坡相對較陡，平均縱坡385.6‰，形成流通區(qū)408.5‰，堆積區(qū)153.9‰，泥石流庫容量效果一般，可以達到一定的治理效果；

③④與方案一相同。

（3）施工難易程度對比

方案一治理工程大部分位于溝道下游堆積區(qū)，溝道較為寬緩，施工條件較好，而方案二部分工程位于溝道中下游形成流通區(qū)，溝道較窄且坡度較陡，材料只能靠人工二次轉(zhuǎn)運，施工難度較大，施工周期較長。

綜合而言，方案一要優(yōu)于方案二。

（4）推薦設計方案

根據(jù)“安全可靠，經(jīng)濟合理，技術可行，施工方便”的原則，經(jīng)過綜合比選，該泥石流治理措施選擇方案一，即停淤擋墻結(jié)合潛檻作為推薦設計方案。

5 結(jié)論

（1）卓追溝泥石流屬于暴雨類-溝谷型-稀性-水石型泥石流，屬于易發(fā)型泥石流，泥石流活動性強，危害性等級為中型，危險性較大，進行治理工程是非常必要的。

（2）卓追溝泥石流具備泥石流形成的地形地貌條件、物源條件和水源條件，該溝于每年雨季都會有固體物質(zhì)沖出淤積于新近泥石流堆積區(qū)；目前，該流域內(nèi)存在較多的固體物質(zhì)，在大雨、特大暴雨或地震的激發(fā)下，仍有發(fā)生大規(guī)模泥石流災害的可能。

（3）卓追溝流域物源總量約為28.14×104m3，動儲量約為11.08×104m3；溝口20 年一遇的泥石流固體物質(zhì)沖出量約為0.6×104m3，50年一遇的泥石流固體物質(zhì)沖出量為0.8×104m3。

（4）據(jù)卓追溝泥石流特點，通過經(jīng)濟、技術及施工可行性對比后，建議采用攔擋減速并結(jié)合停淤措施對該泥石流進行工程治理，在溝道下游段設置潛檻，并在溝口修建1 座停淤場，讓泥石流淤積于溝口。