汶川县绵虒镇磨子沟泥石流灾害特征分析

时间：2024-07-06

金辉，李光耀，李园

(成都兴蜀勘察基础工程公司，成都 610072)

磨子沟位于汶川县绵虒镇羊店村，岷江左岸，为一老泥石流沟，曾于70年代发生过泥石流，泥石流淤埋了沟口的老 213国道，部分冲入岷江，但未造成严重损失。此后每隔数年，雨季时沟内均会冲出一定的固体物质，但规模很小。

2013 年7 月6日汶川县普降大雨，2013 年7 月10 日凌晨7时磨子沟暴发大规模泥石流，历时2.5h。泥石流雍塞岷江河道，淹没G213草坡4号桥及道路，冲击沟口都汶高速桥桥墩，回水淹没沟口克约村4组殷家坝安置点房屋42户，并造成G213线和都汶高速公路完全中断，260余人无家可归，直接经济损失1000万元（图1、图2）。

图1 “7.10”泥石流淹没安置点

图2 泥石流堵塞岷江

根据现场调查，本次泥石流一次性冲出固体物质达41.75×104m3，同时沟道内还堆积有大量的固体物源，还有再次暴发大型泥石流的可能[1]。本文根据对磨子沟泥石流灾害现场调查，分析了泥石流灾害特征、成灾原因，以及泥石流运动参数等。

1 概况

1.1 地形地貌

磨子沟流域地形总体上属深切割构造侵蚀低山和中山地形，流域内总体上地形陡峻，地形临空条件发育；磨子沟流域形态呈喇叭形，流域平均纵向长度4.8km，流域面积7.5km2。流域内水系呈树枝状分布，最高点位于流域北东侧山脊部位，高程 3208m，最低点位于磨子沟汇入岷江入口，高程 1173m，相对高差2035m。

流域岸坡以陡坡地貌为主，一般坡度35°～45°，局部呈陡崖，由于斜坡较陡，地形临空条件发育，崩塌、不稳定斜坡等不良地质现象发育，特别是在5.12地震后，沟内新产生了大量的崩滑不良地质现象，为泥石流的发育提供了大量松散固体物源。

1.2 地质构造

磨子沟位于汶川县绵虒镇岷江河左岸，流域范围主要发育构造为茂汶断层，沟域位于该断层的下盘，由于该断层为压扭性大断裂，绵虒一带挤压破碎带发育明显[2]，造成该区域发育花岗岩多具碎裂构造，“5.12”地震期间区域内多发育山体崩滑现象。

1.3 地层岩性

①元古代晋宁期第四期花岗岩体（γ2（4））分布于磨子沟全流域，岩性为深灰色细粒黑云花岗岩。岩石呈浅白色块状构造，中～粗粒花岗结构，结构均匀。主要矿物为钾长石（35%～45%）、斜长石（10%～30%）、石英（30%～40%），其次为黑云母。

②第四系松散堆积层（Q）：包括泥石流堆积物（Q4sef）、冲洪积物（Q4pl+al）、残坡积物（Q4el+dl）、崩坡积物（Q4col+dl）等。该层普遍含大量碎块石，含量多在75%以上，其成分以花岗岩等为主[3]。

图3 磨子沟泥石流物源分布图

2 泥石流成因条件分析

2.1 物源条件

根据现场调查，“5.12”地震后沟域内发育了大量的崩滑物源，加之历年洪水冲刷沟道内堆积有大量的沟道物源。据统计，磨子沟流域内固体物源总量约647.48×104m3，平均散布于主沟及支沟两岸（图3），其中主要以崩滑物源为主，约占总量的76%（图4）。其中主沟向阳坪处发育的B14滑坡为本次泥石流的启动点（图5），由于短时集中降雨诱发B14崩滑体垮塌堵塞沟道，之后沟道溃决，最终激发泥石流。

图4 磨子沟泥石流物源总储量饼图（×104m3/%）

图5 B14滑坡

2.2 地形条件

磨子沟沟口坐标为东经103°28′09.5″，北纬31°18′22.10″，流域形态呈喇叭形，支沟较发育。流域纵向长度4.8km，流域面积7.4km2。流域内水系呈树枝状分布，最高点位于流域北东侧山脊部位，高程3208m，最低点位于磨子沟汇入岷江入口，高程1173m，相对高差2035m，主沟平均纵坡降424‰。

磨子沟沟谷总体上呈“V”字型，具有高差大、沟道两侧岸坡陡峻、沟床高陡跌坎发育的特征（图6、图7）。沟两侧的岸坡以陡坡地貌为主，一般坡度为35°～55°，中下游岸坡50°～70°，局部呈陡崖状，地形临空条件发育。沟谷纵坡较大，主沟上游段及支沟纵坡多在400‰以上，有利于降雨的汇集，为泥石流水源的汇集提供了基础；同时也为崩塌、滑坡等不良地质现象的发育提供了有利条件，为松散固体物质的搬运和参与泥石流活动提供了有利的地形条件。

图6 主沟上游沟道特征

2.3 降雨条件

根据泥石流暴发前羊店村自动雨量监测器的记录，2013年7月6日汶川开始降雨，2013年7月9日20 时至10 日20 时的降雨量为104.0mm，据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》所附暴雨量等值线图，绵虒地区的1/6h、1h、24h多年最大暴雨量平均值分别为为9.0mm、20mm、70mm，本次降雨量远大于历年平均值。在暴雨作用下，主沟向阳坪处B14崩滑体失稳垮塌，由于该处沟道狭窄，造成沟道严重堵塞，流域上游洪水汇集后，猛烈冲刷沟道及斜坡松散固体堆积物，最终该处沟道溃决，激发泥石流。

3 泥石流的成因机制分析

图7 主沟下游沟道特征

据调查，“7·10”磨子沟泥石流为暴雨沟谷堵溃型泥石流，主要为短时集中降雨及沟道堵塞溃决所激发[4]。向阳坪堵塞体以上沟道未发生泥石流。其形成机制及过程受B14崩滑体变形影响可演化三个阶段：

第一阶段：由于充足的前期降水，沟道内尤其是中上游形成区内残坡积土体饱水，坡面上细粒物质被暴雨冲刷带走至主沟道内形成高含砂水流。根据调查，B14崩滑体在“5.12”地震后即形成滑塌体，规模较小，滑塌体前缘部分进入沟道。在暴雨作用下，B14坡面上形成拉槽，表层土体发生滑塌。

第二阶段：堵塞沟道。随着降雨的继续，暴雨冲刷加剧，坡面上土体稳定性降低，拉槽进一步发育，同时坡面滑塌规模增大，形成坡面泥石流。其在坡面上继续冲刷下切，槽顶及槽壁的临空面增大，稳定性降低，从而引发更大规模的滑塌。根据调查，B14坡面上形成的拉槽深 5～20m，长约300m。大量滑塌物质从高位高速进入主沟，堵塞沟道，堵塞体高达30m。

第三阶段：溃决形成泥石流。滑塌体堵塞沟道后，主沟洪水在堵塞体上游汇聚，使堵塞土体迅速饱水，强度急剧降低。当堵塞体物质不能承受水土压力作用时，发生溃决，大量的饱水物质在溃决流体带动下迅速奔向下游冲出形成溃决型泥石流。

第四阶段：堵塞体溃决后，顺沟而下。向阳坪至攀家岩窝段沟道陡峻，平均坡降550‰，陡坎发育，陡坎最高近30m，沟道较窄，最窄处仅8m左右，沟道内多处基岩出露，且沟床顺直，这些有利条件使泥石流动力进一步提升。通过沟道揭底冲刷卷动沟道内的松散堆积物源，并将两侧沟岸松散固体物质带走，以滚雪球的方式向下游运动，侵蚀下游沟床，导致两岸崩滑现象加剧，松散固体物源进一步增多，从而暴发泥石流灾害。

4 泥石流运动参数计算

4.1 泥石流容重

①配方法：根据现场访问村民及调查，在主沟不同位置，采用现场配浆法计算泥石流容重，按式（1）计算：

式中γc为泥石流重度（t/m3）；Gc为配制泥浆重量（t）；V为配制泥浆体积（m3）。计算结果如表1。

表1 磨子沟泥石流流体重度配方法计算表

②查表法：按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220--2006）附录H填写泥石流调查表并按附录G进行易发程度评分，按表G.2查表确定磨子沟泥石流重度和泥沙修正系数，磨子沟易发程度数量化评分110分，相对应泥石流重度γc为1.759t/m3[5]。

通过分析，本次泥石流重度的综合取值采用查表法取得的结果，即泥石流容重为1.759t/m3。

4.2 泥石流流速、流量和总量

4.2.1 泥石流流速

本次泥石流流速采用粘性泥石流流速计算公式（通用公式），对主沟拟设工程位置处及沟口等4处断面计算，按式（2）[5]计算：

表2 泥石流流速计算表（通用公式）

式中Vc为泥石流断面平均流速（m/s）；Hc为泥石流平均泥深（m）；Ic为泥位纵坡率，以沟道纵坡率代替；nc为粘性泥石流沟床糙率。计算结果如表2。

4.2.2 泥石流流量

本次泥石流流量计算针对 20年，50年，100年暴雨频率，公式采用经我国学者修正后的雨洪法计算公式，也称东川公式，公式如下式（3）[6]：

式中：Qc为频率为 P的泥石流洪峰值流量(m3/s)；QB为频率为P的暴雨洪水设计流量(m3/s)；Dc为泥石流堵塞系数；φ为泥石流泥沙修正系数，采用查表法或φ=（γc-γw）/（γH-γc）计算。计算结果如表3。

表3 磨子沟泥石流峰值流量计算成果表（雨洪法）

4.2.3 泥石流总量

本次泥石流总量计算根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）中附录Ⅰ的Ⅰ.1.3条规定，按照式（4）[5]计算：

公式中Q为次泥石流的总量（m3）；T为泥石流历时（s），T为9000s；Qc为泥石流的洪峰流量（m3/s）。计算结果见表4。

表4 泥石流冲出总量计算成果表

5 防治方案建议

防治目标是通过对该泥石流的综合防治，在防治工程设防标准范围内有效减小泥石流再次暴发对沟口都汶高速、G213国道及羊店村人民生命及财产安全的危害。总体思路是“固护拦停”[7]。

针对中游堵溃点及几处较大的崩滑物源，由于该段沟道陡峻，施工难度较大，可采用格宾石笼或浆砌块石潜槛群防护，材料可就地取材，对沟道进行固源及护坡；下游及沟口位置沟道开阔，可设置 2处拦砂坝进行拦截；沟口临近岷江河且地形开阔，可设置停淤场，同时设置停淤堤，以避免泥石流直接冲击都汶高速桥桥墩及直接进入岷江河；最后在沟口拦砂坝设置翻坝路，已考虑防治工程竣工后对治理工程及泥石流堆积进行适当的清淤维护。