“8·13”碱坪沟泥石流形成机理及特征研究

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５ ２・
中国水土保持 Ｓ Ｃ ０ １年第 ８期 ＷＣ ２ １
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１ ， 坪 沟 泥 石 流 形 成 机 理 及 特 征 研 究 ， ３ 碱
褚胜名 ， 余 斌 ， 丽， 李 马 煜 ， 吴雨夫 ， 亓 星
（ 成都 理工 大 学 地 质灾害 防治－ 质环境 保护 国家 重点 实验 室 ， ９地 四川 成都 ６ ０５ ） １０９
・ ３・ ５
些 半干旱半湿润 并且 泥石 流强烈 活 动地 区 的年 降水量 。② 降
雨 集 中。降雨时空分 布严 重不 均 ，—９月 降水量 占年 降水量 的 ５ ８ ％ 以上 。③降雨强度大 。月最大 降水 量为 ５ ２ ９ｍ 日最 大 ０ ９ ． ｍ，
降水量为 ２ ３ ８ｉｌ 次连续最大降水量 为 ４ ７ １ｍ 一次连续 ３ ． ｒ， ｎｌ ５ ． ｍ，
ｍ。采用 形态调查法计算泥石流流量 ｑ ， 计算 公式为 其
ｑ ＝ ｗｏｃ Ｖ （） ３
式 中： 为泥石流流量 ， ｓ 为泥 石流 洪峰 断面 面积 ， ｑ ｍ／ ； ｍ；
其余符号意 义同上。
一
次泥石流 冲出量 （ 可根据 泥石流历 时和流量 ｑ ， Ｕ） 依据
Ｕ ＝ ０２ ４ Ｑ ．６ Ｔ （） ４
最长降雨时 间为 ２ ８天 ，０年一遇 １ｈ降水量为 ７ ． ｍ，０年 ｌ １３ｍ ２
一
遇 １ｈ降水量为 ７ ． ｍ。丰沛的降雨为泥石流 的形成提供 ４ ８ｍ 了水动力条件 ， 为泥石流 的突然暴发埋下 了隐患。
１３ 物 源 条 件 ．
至
求
断裂带 贯穿 造成碱 坪沟 沟道 两侧 山体破 碎 ， 重力 、 水 在 动 压力 以及地震 的作用下滑坡 、 塌现 象普遍 ， 塌体 、 崩 崩 滑坡体 堆 积在沟床及 沟 道两 侧 山坡 上 ， 泥石 流 暴发 储 存 了 丰 富 的物 为
沟组成 。碱坪沟流域图见图 １ 。
１ １ 地 质 地 貌 ． 图 １ 碱 坪 沟 流 域
碱坪沟地质构造 复杂 ， 裂较 为发育 ， 断 出露 的地层 主要 有
震 旦系（ ａ 灰 绿色 安 山岩 、 灰 岩及 安 山玄武 岩 和第 四系地 ｚ） 凝 层 。沟 内第 四系地层有第 四系残坡积层 （ ： ） 岩性为含碎石 Ｑ ，
混杂堆积的巨石。堆 积区海拔 ９５ ｌ ７ 沟 口向西 正对龙 ９ 一 ０ｍ， ０
丰富的固体物质 ， 低 了泥石流暴 发需 要 的激发 降雨 量 ， 得 降 使
地震灾区泥石流 的活动频 率和 规模都 大大 增加 。碱 坪沟 位于 汶川地震极 重灾 区四川省都 江堰市龙 池镇 ，０ ９年 ７月 １ 日 ２０ ７ 凌晨 曾暴发 过泥石 流 ，０ ０年 ８月 １ ２１ ３日下午在 强降雨 的影 响 下再次暴发大规模 泥石流 ， 间断性堵 塞龙溪 河 ， 高河水水 位 ， 抬
性大大增加 。
公园等公共设 施以及南岳村部分村 民的安全 。通 过现场调 查 ， 碱坪沟正处在发育期 ， 备泥石 流形 成 的地形 和物源 条件 ， 具 在
持续降雨或短历时高强度暴雨的诱发下 极易再 次暴发 泥石流 。 因此 ， 研究碱坪 沟泥石流 的基本特 征 、 成条件及 动力学参 数 ， 形
提 出行之有效的防治对策 ， 于保 障下游地 区群众生命 和基础 对
设施安全有着重要的意义。
１ 流域概 况及 泥石流 形成条件 碱坪沟为岷江一级支沟龙溪河左 岸次级 支沟 ， 自东北 向西
南方 向延 伸 ， 海拔 １０４ ４ 汇水 面积 ３ ６ｋ 主沟 长 ５ —２ １３ｍ， ． ｍ ， ２８ｋ 平 均纵 比降 ３ ３ ０主要 由漆树坪沟和 黄柏 坪沟 ２条支 ． ｍ， ６％ ，
＝ —
２ ，２ ／ ／
（） ２
ｎ
式 中 ： 为泥石流断面平均 流速 ， ／ ； ． ｍ ｓｎ为 河床糙率 ； Ｒ为水力
半径 ， Ｉ 为泥石流沟纵 比降 ， 。 ｍ；ｃ ％。
选取洪峰断 面 ， 参数特征 分别 为断 面宽 （ ７ ８ｍ、 （ Ｂ） ． 高 Ｈ）
２１ ０ ０年 ８月 １ ３日龙池镇茶 关村发生强 降雨 ， ｈ最大 降水 １ 量达 ７ ５ｍｍ， 当于 当地 ２ 相 ０年 一遇 降水 量。在强 降雨 的作 用 下 ，６时左右碱坪沟暴发泥石 流 ， １ 持续时 间约 ９ ｉ， ０ｍ ｎ 沟床启 动 并带动 沟道两侧固体物质运动形成 大规模 泥石 流 ， 冲毁沟 口农 家乐 、 池 公 路 及 沟 口一处 居 民供 水 设 施 。根据 现场 调 查 ， 龙
［ 关键词 ］地震 灾区； 泥石流 ； 形成机理 ； 特征 ； 坪沟 碱
［ 摘
要 ］ ００年 ８月 １ ２１ ３日在 强降雨的作 用下 ， 四川省都江堰市龙池镇碱 坪沟沟床 启动 并带动沟道 两侧 固体物质运动 ，
形成大规模 泥石 流 ， 冲毁沟 口农 家乐、 龙池公路及 沟１一处居 民供 水设施。碱坪 沟泥石流是典 型的震 区沟谷型 泥石流 ， ： ７
通过分析泥石流的形成机理及容 重、 流速、 流量 、 出量等动 力学参数 ， 出泥石流 的危险 范围和威胁对 象 ， 冲 得 并根 据 沟道
中大量崩滑体等各类物源的堆积情 况 ， 在降雨作用下对其再次暴发泥石流 的可能性进行 了分析预测 ， 据沟 口现 场堆 还根
积 情 况提 出 了防 治 建议 。
碱坪沟所在地属 中亚热带湿润气候 区 ， 分析 １５ － ２０ ９ ７ ０ ６年 降雨资料 ， 主要有 以下特点 ： 降雨 充沛。年均 降水量 １１４ ８ ① ３ ． ｍｍ， 最大年降水量 １６５ ４ｍｍ（９ ８年 ） 已达到或超过国内一 ０ ． １７ ，
褚胜名等 ：８・ ３ 碱 坪沟泥石流形成机理及特征研究 “ １”
［ 中图分类号 ］Ｐ ４ ． ３ ６２ ２
［ 文献标 识码 ］Ａ
［ 文章编号 ］１０ ０４ （０ １０ ０ ５ ０ ０ ０— ９ １ ２ １ ）８— ０ ２— ３
汶川地震诱 发 了大量崩 塌 、 滑坡 ， 为泥 石流 的形 成提供 了
的流通 ， 岸坡侵蚀严 重 ， 沟底及 岸坡分 布有 大量 松散 堆积 物 和
图 ２ 碱 坪 沟泥 石 流 颗 粒 分析
由式 （ ） １ 计算 得到碱坪沟的泥石流容重为 １９ ／ｍ 。 ．０ｇ ｅ
３２ 泥 石 流 流 速 、 量及 冲 出量 ． 流
泥石流 流速是决定 泥石 流动力 特 征和 防治设 计 中最 重要
坡面上 的固体物质及崩塌堆积物 、 滑坡堆 积物 等带入 沟道并 顺 沟而下 ， 通过揭底 冲刷卷 动沟 道底 部及 两侧 的松 散 堆积 物 ， 以
“ ｌ” ８・ ３ 碱坪沟泥石 流是从 两条支沟（ 黄柏坪 沟和漆树 坪沟 ） 同 时暴发 的 ， 在沟 口以上 ６ ０ｍ处开始堆积 ， 淤积 物宽 ３ 深 ４ ５ ２ｍ、 ． ｍ， 到达沟 口后 冲垮 挡土墙 、 塞公 路 ， 淤 然后顺 势 向龙溪 河下 游
１７ｍ、 ． 面积 （ ）３ ２ 纵 比降（ ）７ ％ 、 ｗｏ １． ６ｍ 、 ， １６ ｏ水力半径 （ ） ． ８ Ｒ １ １
滚雪球 的方 式向下 游运 动 ， 而 引发 了泥 石 流。据 调查 ， 坪 从 碱 沟泥石 流发生与否及规模大小 的主要影 响 因素 是降雨 强度 、 地 震烈度 、 人类活动强度 等。 ２ 碱坪 沟泥石流形成过程和激发暴 雨预测
的参数之一 。根据《 泥石 流灾害 防治工 程勘查 规范 》 中的黏 性泥石流流速计 算公 式 ， 用综 合西 藏古 乡 沟 、 采 云南 东川 蒋家 沟、 甘肃武都火烧沟 的通用公式 ， 计算公式为
谷纵坡 大为水源和松散 固体物质汇 聚提供 了有 利的条 件 ， 也为 泥石流 发生创造了适宜的势能条件 ； 道两岸 堆积 的大量 崩滑 沟 物质 和滑坡 堆积物 等为 泥石 流发生 提供 了丰 富 的松 散 固体 物
源 。在暴雨 的作用下 ， 量地表 水 汇集 于 沟道 ， 流过程 中将 大 汇
源 。固体物 质补给集 中 、 量 多 、 数 稳定 性较 差 以及 沟谷 时 陡时 深时狭 的地形特 点都有利于泥石流的形成 。
塞 蹙
÷
综上所述 ， 碱坪沟属暴雨一 沟谷 型泥石 流沟 ； 源 丰富 、 水 汇
粒径 （ ｍｍ ）
水面积 大 ， 为泥石流形成提供 了丰富 的水源 条件 ； 地形 陡峻 、 沟
Hale Waihona Puke Baidu
泥石流暴涨暴落 的特 点将 其过程线概化成五角形 ， 算公式为 计
流动 ， 成约长 ９ ０ｍ、 １ 深 ６ｍ的堆积体 ， 形 ３ 宽 ８ｍ、 堆积体体 积达
１ 万 ｍ 。 １
式 中： 为一次泥石流 冲出量 ， Ｔ为 泥石流 持续 的时间 ， ｍ； Ｔ＝ ５４ ０ｓ其余符号意义 同上 。 ０ ； “ １” ８・ ３ 碱坪沟泥石流特征参数 计算结果 依次 为平 均流速
般为 ４ 。～ ０ ， ５ ６ 。 局部超过 ７ 。两条主要支沟 中黄柏坪 沟沟长 Ｏ，
０８ ｍ、 ．１ 流域面积 ０９ ｒ 、 ｋ ．９ｋ ２沟谷平均纵 比降 ５７ 漆树 坪沟 ｎ ３￣ ／ ￣，
沟长 １４ ｍ、 ．６ ｋ 流域面积 １５ ｍ 、 ． ９ｋ 沟谷平 均纵 比降 ４ ３ ０ ６ ％ 。流 通区海拔１００ ０ 沟谷长 １０ ｍ、 ４ 沟床平均纵 ７ —１４０ｍ， ．９ｋ 宽 ０ｍ、 比降 ２６ ０沟谷 较 为开 阔 、 ２％ ， 平直 ， 沟床起 伏 小 ， 有利 于 泥石 流
威胁沟 口及下游的输 电线路 、 自来水 厂 、 池景 区公 路和石 雕 龙
池公路和龙溪河 ， 沟床平均纵 比降 ６ ％ ， ５ ０坡度 ２ ５ 。在碱 坪 。一 。
沟 ， 大的高差 和汇水 面积使得 地表 水能够 大量 快速 汇 聚 ， 较 从
而侵蚀沟道和带动松散固体物质运动 ， 使得泥 石流暴发 的可 能
式中 ： 为黏性泥石 流容重 ，／ ｍ ； 为黏性泥石流最小容重 ， ｇ ｃ
ｇｃ Ｙ ／ ｍ ；。为泥石流最 小容重 ，／ｍ ； ２ ＞ ｉ ｇ ｃ Ｐ 为 ２ｌ ｎ的粗颗粒 所 ａ 占百分 比， 以小数计 ； 为 ＜ ．５ｍ Ｐ ０ ０ ｍ的细颗粒所 占百分 比， 以 小数计 。
碱坪沟所在地属 中高 山剥蚀侵蚀 地貌 ， 主沟发 育于高 山峡 谷 区， 岸坡陡峻 ， 沟谷 深切 ， 大致分 为形 成 区、 可 流通 区和堆 积 区。形成 区海拔 １ ｏ ＿２１３ ｍ， ｏ ４ 沟谷 切割 浅 ， ４ 纵坡 较 大， 度 坡
一
粉质黏 土 ； 四系崩积层（ ） 第 Ｑ 分布于沟谷两岸坡脚 地带 ， 由不 稳 定斜坡 和崩塌 物质堆 积而成 ， 构松 散 ； 四系滑坡 堆 积层 结 第
［ 目来源］教育部创新 团队发展计划项 目（Ｒ ０ １ ） 项 Ｉ Ｔ ８２
（ ：） Ｑ 分布于边坡滑坡地带 ， 土体物质成分复杂多样， 渗水性较
好 ； 四系泥石流堆积 层 （ ） 第 Ｑ 分布 于碱坪 沟沟谷 和沟 口龙溪 河河道 内， 堆积物 主要为碎块石土 ， 结构松散 。
１２ 水 文条 件 ．
坪沟暴发泥石 流需要 至少 ２ Ｏ年一遇 的降水量 。
３ 泥石 流 静 力 学 和 动 力 学 特 征
３ １ 泥 石 流 容 重 ．
为经验公式 ， 用范 围较广 ， 适 由公式 （ ） 出的平均流速 计算的 ２得 冲出量与实地测量 的堆积方 量 （ １万 ｍ ） 为接 近 ， １ 较 也证 明 了
６ １ｍ ｓ 峰值 流量 ８ ． ｓ 冲出量 １ ． ． ／ 、 Ｏ １ｍ ／ 、 １ ５万 ｍ 。公式 （ ） ２ 作
２ １ ８月 １ ０ ０年 ８日凌晨茶关 村再次发生强 降雨 ，－ 大降 １ｈ最 水量达 ６ 相 当于 当地 １ ９ｍｍ， ０年一遇 降水 量 ， 是在 同样 物源 但 充足 的情况下碱 坪沟却没有发生泥石 流 ， 由此可 以初 步推测碱