四川攀枝花仁和區(qū)大箐溝泥石流調(diào)查及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

1、    四川攀枝花仁和區(qū)大箐溝泥石流調(diào)查及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)    邵玉祥 計(jì)揚(yáng) 嚴(yán)步青 王嘯 毛成陽(yáng) 張坤摘要 四川攀枝花仁和區(qū)大箐溝泥石流是一條溝谷型泥石流溝，在水動(dòng)力侵蝕作用下時(shí)常發(fā)生泥石流并產(chǎn)生危害。通過(guò)野外勘察、測(cè)繪等研究方法，論述了大箐溝泥石流基本特征和形成條件，并通過(guò)選取泥石流10個(gè)特征因子，定量判定該泥石流危險(xiǎn)度。泥石流綜合判斷結(jié)果為中度危險(xiǎn)泥石流，危險(xiǎn)等級(jí)為級(jí)。在形成條件方面，溝谷型泥石流匯水面積廣且物源豐富，發(fā)生過(guò)程主要為降雨-崩滑-河道侵蝕-河道堆積，因此河道侵蝕、水動(dòng)力強(qiáng)度是泥石流發(fā)生的關(guān)鍵因素。針對(duì)成因和特征，提出了以護(hù)坡、固床和導(dǎo)流等

2、相關(guān)工程措施為主，以邊坡植被恢復(fù)為輔的防治措施。關(guān)鍵詞 大箐溝;泥石流隱患;危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中圖分類號(hào)：p642.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：20953305（2021）05014506大箐溝位于攀枝花市仁和區(qū)啊喇彝族鄉(xiāng)旺牛村，為大河流域大竹河左岸的一條支流。2000年78月，大箐溝流域內(nèi)的主要支溝“夾馬槽”爆發(fā)泥石流，造成旺牛村大箐組居民3人死亡，多處房屋被沖毀，之后也發(fā)生過(guò)多次山間洪流事件，但沒(méi)有嚴(yán)重的人員傷亡。常年泥石流沖出物堆積在流域中下游小廟處，造成河岸隆起。大箐溝流域匯水面積廣，河道坡度較大，邊坡失穩(wěn)時(shí)有發(fā)生，加上攀西地區(qū)點(diǎn)暴雨氣候特點(diǎn)，易爆發(fā)泥石流災(zāi)害，對(duì)流域居民產(chǎn)生威脅。因此，深入

3、研究該溝基本特征及形成條件，預(yù)測(cè)泥石流流量，評(píng)價(jià)潛在泥石流的危險(xiǎn)性，制訂區(qū)內(nèi)泥石流防治對(duì)策，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。1 研究區(qū)概況大箐溝溝域地形屬于剝蝕、侵蝕中山丘陵地貌類型，溝谷上游植被發(fā)育較好，覆蓋率大于60%，中游至溝口植被覆蓋率降低為25%40%。區(qū)內(nèi)中下游河岸斜坡多開(kāi)墾成耕地，破壞原始植被1。大箐溝主溝長(zhǎng)度約7 328 m，流域總面積為11.5 km2，溝口處與大竹河交匯，海拔1 370 m，分水嶺最高點(diǎn)海拔2 565 m，相對(duì)高差1 195 m。河流流向?yàn)楸蔽髦聊蠔|，在中上部有向南的轉(zhuǎn)折，在1 650 m以下至溝口段發(fā)育有幾處急彎，整體順直。流域內(nèi)出露地層較簡(jiǎn)單，從新

4、到老主要有第四系沖洪積層、殘坡積層，晉寧期石英閃長(zhǎng)巖，且流域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層通過(guò)（圖1）。區(qū)內(nèi)出露的主要巖層晉寧期石英閃長(zhǎng)巖為粗粒結(jié)構(gòu)，受物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化層厚度很大，抗沖刷能力差。2 泥石流形成條件2.1 地形特征2.1.1 流域水系特征 大箐溝主河道道平均坡降170，按縱坡度大致可分為3段：從溝口起算，02 000 m段平均縱坡60，2 0005 870 m段平均坡降125，5 8707 300 m段平均坡降358（圖2）。除主溝以外，大箐溝水系還包含5條支溝，支溝流域總面積約為6.06 km2，其余地段均以面流和小股徑流的形式直接補(bǔ)給主溝。其中，1#支溝、2#支溝、3#支溝流域面積較小

5、，流域形態(tài)呈長(zhǎng)條帶狀，溝谷呈“v”型，兩側(cè)岸坡坡度一般35°45°，為森林植被覆蓋，整體可參與泥石流活動(dòng)的松散固體物源少。4#支溝（夾馬槽）流域呈芭蕉葉形，具有明顯上陡下緩的特點(diǎn)。上段縱坡417，為森林植被，物源量較少;下段縱坡141，岸坡表松散固體物源較多，以殘坡積形成的含角礫、碎石粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化石英閃長(zhǎng)巖為主。5#支溝溝口距離主溝溝口2.5 km，呈不規(guī)則長(zhǎng)條形，流域上陡下緩，上段縱坡387，下段縱坡138，坡岸巖性與4#支溝相同。大箐溝流域各水系具體特征（表1、圖3）。2.1.2 地形地貌分區(qū) 根據(jù)大箐溝水動(dòng)力特點(diǎn)和松散固體物源分布，將大箐溝流域分為4個(gè)區(qū)：從溝口起

6、算，02 000 m為影響區(qū)，2 0002 080 m為堆積區(qū)、2 0805 870 m為流通區(qū)、5 8707 300 m為清水區(qū)，區(qū)域各分區(qū)地形地貌條件（圖4）。2.2 物源特征2.2.1 坡面侵蝕物源 大箐溝流域坡面侵蝕物源屬于碎屑巖坡積物，一般分布在坡岸較高的位置，在降雨的作用下形成坡面滑坡，匯入溝道，不斷補(bǔ)充主溝泥石流物源（圖5）。大箐溝主溝、4#支溝和5#支溝兩側(cè)均分布有此類斜坡，這些區(qū)域很多原始植被已經(jīng)被破壞，土地開(kāi)墾程度高，水土流失嚴(yán)重，在重力和河流侵蝕下邊坡失穩(wěn)，最終匯入溝道。按照規(guī)范和野外實(shí)測(cè)工作，估算坡面侵蝕體積。坡面侵蝕模量根據(jù)規(guī)范土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表2，大箐溝流域?yàn)樗?/p>

7、川山地丘陵水力侵蝕類型，侵蝕程度強(qiáng)，平均流失厚度為3.75.9 mm/a。平均流失厚度取5.0 mm/a，工程有效期按50年來(lái)考慮，實(shí)際調(diào)查與估算坡面侵蝕面積按現(xiàn)場(chǎng)。坡面侵蝕物源因其粒度較小常年被洪水帶走，僅部分可計(jì)為泥石流的動(dòng)儲(chǔ)量，依照泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范（dt/t02202006）3，流域動(dòng)儲(chǔ)量一般為總儲(chǔ)量的20%40%。統(tǒng)計(jì)了流域內(nèi)坡面侵蝕總量及動(dòng)儲(chǔ)量，可見(jiàn)大箐溝主溝及4#支溝、5#支溝坡面侵蝕動(dòng)儲(chǔ)量較大，分別為1.75×104、0.56×104和0.35×104 m3，流域各水系坡面侵蝕動(dòng)儲(chǔ)量一共約為2.83×104 m3（表2）。2.2.

8、2 溝道堆積物源 泥石流溝道堆積物源具有動(dòng)態(tài)循環(huán)特征，在水力較弱的條件下比較穩(wěn)定，但是達(dá)到一定水力強(qiáng)度時(shí)，可以被掏蝕成泥石流物源4-5。大箐溝流域溝道堆積物源主要為主溝和各支溝的原生溝道堆積物，是巖石風(fēng)化物及岸坡土質(zhì)在暴雨的作用下經(jīng)不同距離的搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移而形成的。此類物源在該流域分布較為分散，主要分布在大箐溝水系的中游河道，河床的揭底沖刷包括兩個(gè)部分，分別為溝底拉槽下切可能掏蝕部位的物質(zhì)和拉槽下切后兩側(cè)岸坡可能失穩(wěn)的物質(zhì)，這些均能參與泥石流活動(dòng)。根據(jù)路線實(shí)測(cè)、探槽等野外調(diào)查，依照規(guī)范中的推算方法，統(tǒng)計(jì)匯總流域堆積物源點(diǎn)（表3）6。從結(jié)果來(lái)看，大箐溝溝道物源總量約為23.45×104 m

9、3，其中可參與泥石流活動(dòng)的物源量為6.67×104 m3，約為坡面侵蝕動(dòng)儲(chǔ)量的2.4倍。不同溝段溝道物源厚度差異大且主溝厚度最大，可見(jiàn)在水動(dòng)力侵蝕下，支流不斷為主溝提供物源，抬升主溝河床，形成降雨-岸坡崩滑-河道侵蝕-河谷堆積狀態(tài)，導(dǎo)致河道沉積物抗沖刷能力減弱，增加洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。2.3 水源特征大箐溝流域潛在泥石流發(fā)育形成的水源條件主要是天然降雨。大箐溝地處西南內(nèi)陸地區(qū)，屬于南亞熱帶干熱河谷氣候，夏季長(zhǎng)，四季不分明，而旱季、雨季分明。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)多年總年均降水量為7801 100 mm，主要集中于59月，強(qiáng)降雨集中于68月（圖6），流域年均暴雨日（300 mm/h）大于3 d，是

10、攀西暴雨高發(fā)地區(qū)之一7-10。大箐溝流域主要發(fā)育石英閃長(zhǎng)巖風(fēng)化層和第四系地層，地表水通過(guò)地層裂隙入滲進(jìn)地下水排泄能力有限，主要在地表匯集通過(guò)地表徑流排泄。區(qū)內(nèi)山坡坡度陡，大部分溝谷溝床縱坡大，中部植被覆蓋率較低，地表水匯流時(shí)間短，因此暴雨天氣易形成河流洪峰，為形成泥石流提供水源條件。3 泥石流流量預(yù)測(cè)3.1 泥石流峰值流量泥石流峰值流量的計(jì)算主要有形態(tài)調(diào)查法和雨洪法，采用雨洪法預(yù)測(cè)泥石流峰值流量。在泥石流與暴雨同頻率，且同步發(fā)生，計(jì)算斷面的不同頻率下暴雨洪水設(shè)計(jì)流量的假設(shè)下建立計(jì)算方法。在計(jì)算過(guò)程中，先用水文學(xué)方法計(jì)算出斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量11，然后選用堵塞系數(shù)計(jì)算泥石流峰值流量

11、，具體為：qc=（1+）qp·dc=（c-w）/（h -c）公式中，qc為頻率為p的泥石流洪峰流量（m3/s）;qp為頻率為p的暴雨洪峰流量（m3/s）;dc為堵塞系數(shù)，按勘查規(guī)范，取1.45;為泥石流泥沙修正系數(shù);h為泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m3）;c為泥石流重度（t/m3）;w為清水的重度（t/m3）。根據(jù)實(shí)際情況，在現(xiàn)場(chǎng)選擇代表性堆積物進(jìn)行顆分實(shí)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算得出，該泥石流固體顆粒平均容重h=2.550 t/m3，采用水土體積比法換算泥石流流體容重，c為1.586 t/m3。為滿足泥石流勘查評(píng)價(jià)及防治工程設(shè)計(jì)的需要，在大箐溝4#支溝溝口、下游主溝段及擬設(shè)治理工程部位等典型斷面部位

12、計(jì)算泥石流流量，且均在未實(shí)施下一步治理工程的假定前提下進(jìn)行。大箐溝泥石流流域內(nèi)無(wú)水文觀測(cè)資料和降雨觀測(cè)資料，根據(jù)四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)12提供的暴雨資料計(jì)算流量，其中暴雨洪峰流量qp計(jì)算公式為：qp=0.278spf公式中，為洪峰徑流系數(shù)，根據(jù)手冊(cè)中的指標(biāo)取0.5;sp為最大平均暴雨強(qiáng)度（mm/h）;f為流域面積（km2）。經(jīng)計(jì)算得出，大箐溝泥石流暴雨及泥石流洪峰流量（表4）。3.2 一次泥石流過(guò)程總量一次泥石流總量是泥石流攔、穩(wěn)、排等防治工程的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，但準(zhǔn)確評(píng)估計(jì)算比較困難。有關(guān)泥石流一次總量計(jì)算方法主要分為三類，分別為直接觀測(cè)測(cè)量法、經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)模型13-14，其中，實(shí)測(cè)法

13、精度最高，但不具備測(cè)量條件。按照泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范提供的經(jīng)驗(yàn)公式和部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算大箐溝泥石流一次泥石流過(guò)程總量和固體物質(zhì)沖出量，公式分別為：q=0.264tqcqh=q（c-w）/（h -c）公式中，0.264為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);t為一泥石流歷時(shí)（s），取3 600 s;qc為泥石流峰值流量（m3/s）;c、w、h分別為泥石流重度（t/m3），清水的重度（t/m3），泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m3），其中，c、h為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別為1.586 t/m3、2.55 t/m3。大箐溝流域各斷面一次泥石流過(guò)程總量和泥石流輸砂量（表5）。4 泥石流危險(xiǎn)性分析4.1 泥石流易發(fā)程度評(píng)價(jià)有利的地形、豐富

14、的松散固體物源和充足的水動(dòng)力條件是形成泥石流的基本條件，地質(zhì)現(xiàn)象各個(gè)要素的組合在泥石流形成過(guò)程中起著提供位勢(shì)能量、固體物質(zhì)和發(fā)生場(chǎng)所的作用15。選取大箐溝流域內(nèi)坡岸水土流失嚴(yán)重程度、泥沙沿程補(bǔ)給長(zhǎng)度比、溝口泥石流堆積扇活動(dòng)程度、河溝縱坡、區(qū)域構(gòu)造影響程度、植被覆蓋率、河溝近期一次沖淤變幅、巖性因素、松散物堆積量、山坡坡度溝槽橫斷面、松散物平均厚度、流域面積、流域相對(duì)高差、河溝堵塞程度等基本特征與參數(shù)，按照規(guī)范行各項(xiàng)要素評(píng)分，最后綜合取總分進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)（表6）。按照分值，泥石流易發(fā)程度可劃分為極易發(fā)（116130）、易發(fā)（87115）、輕度易發(fā)（4486）、不發(fā)生（1543）4個(gè)等級(jí)，大箐溝泥

15、石流隱患綜合評(píng)分為85分，屬于輕度易發(fā)。4.2 泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)單溝泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)按照劉希林提出的中國(guó)山區(qū)溝谷泥石流危險(xiǎn)度定量判定法16，選取了2個(gè)主要因子和8個(gè)次要因子：一次最大沖出量l1、發(fā)生頻率l2、流域面積s1、主溝長(zhǎng)度s2、最大高差s3、切割密度s6、彎曲系數(shù)s7、泥沙補(bǔ)給段長(zhǎng)度比s9、24小時(shí)最大降雨量s10、流域人口密度s14，依據(jù)各個(gè)因子的關(guān)聯(lián)序次，給出各個(gè)因子的權(quán)重值（表7）。除了對(duì)各因子賦予權(quán)重外，還根據(jù)泥石流的實(shí)際情況評(píng)分每個(gè)因子，根據(jù)規(guī)范化處理，統(tǒng)一危險(xiǎn)因子的等級(jí)與危險(xiǎn)度的標(biāo)準(zhǔn)，大箐溝泥石流各個(gè)因子的特征及分值（表8）。單溝泥石流危險(xiǎn)度計(jì)算公式為：rd =0.2353

16、gl1+0.2353gl2+0.1176gs1+0.0882gs2+0.0735gs3+0.1027gs7+0.0588gs9+0.0441gs10+0.0294gs11公式中，rd為泥石流危險(xiǎn)度，g為各要素統(tǒng)一取值。當(dāng)rd0.85時(shí)，屬于極度危險(xiǎn);0.65rd<0.85時(shí)，屬于高度危險(xiǎn);0.35rd<0.6時(shí)，屬于中度危險(xiǎn);rd<0.35時(shí)，屬于輕度危險(xiǎn)。計(jì)算得到rd=0.479，根據(jù)劉希林等泥石流危險(xiǎn)區(qū)劃與泥石流防治對(duì)策，大箐溝泥石流屬于中度危險(xiǎn)泥石流，危險(xiǎn)等級(jí)為級(jí)，走訪發(fā)現(xiàn)，大箐溝易損房屋18戶，易受災(zāi)村民約48人，一旦發(fā)生泥石流，會(huì)造成一定的危害，因此要采用以治為主、

17、以防為輔的防治原則進(jìn)行治理。5 結(jié)論與建議通過(guò)調(diào)查與分析大箐溝泥石流發(fā)現(xiàn)，溝谷型泥石流物源主要為坡面侵蝕物和溝道堆積物，在形成條件上這些物源相對(duì)分散且易受水動(dòng)力作用的影響，從調(diào)查和計(jì)算的結(jié)果來(lái)看，坡面侵蝕物源和溝道堆積物源總量大，約為37.44×104 m3，但能提供的泥石流動(dòng)儲(chǔ)量?jī)H約為9.50×104 m3;其發(fā)生過(guò)程也主要為降雨-崩滑-河道侵蝕-河谷堆積，其中水動(dòng)力強(qiáng)度和河道侵蝕是泥石流發(fā)生的關(guān)鍵因素。經(jīng)量化評(píng)價(jià)，大箐溝潛在泥石流為中度危險(xiǎn)泥石流，危險(xiǎn)等級(jí)為級(jí)。近年來(lái)，隨著攀西地區(qū)降雨量增加，突發(fā)暴雨天氣增多，防洪防險(xiǎn)形勢(shì)緊迫，提出了以下防治建議。（1）加強(qiáng)大箐溝中下游

18、邊坡的植樹(shù)造林，減少開(kāi)耕開(kāi)挖，嚴(yán)防水土流失，增強(qiáng)坡體穩(wěn)定性。（2）從數(shù)據(jù)來(lái)看，流域擬支擋位置一次泥石流過(guò)程流量占整體80%左右，且該處位置上游地勢(shì)較緩適合進(jìn)行工程疏流，因此建議在4#支溝（夾馬槽）溝口上游約240 m處采取修建排洪渠，降低泥石流發(fā)生時(shí)對(duì)下游村莊的危害。（3）在溝谷中上游流通區(qū)布置攔擋工程，用以攔截泥石流下泄的固體物質(zhì)，加快淤積速度，防止溝床下切，以穩(wěn)住岸坡，或在中上游岸坡失穩(wěn)帶進(jìn)行邊坡支護(hù)，抑制泥石流的進(jìn)一步發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 攀枝花市西區(qū)水務(wù)局.西區(qū)大箐溝小流域水土流失綜合治理項(xiàng)目報(bào)告r. 2017.2 中華人民共和國(guó)水利部.土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)s.北京：中國(guó)水利水電出版社，

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22、r of china geological survey， sichuan， chengdu 610036）abstract daqinggou was a valley-type debris flow ditch， where debris flow with an incision process frequently caused serious damages. this paper discussed the basic characteristics and formation conditions of the debris flow in daqinggou on the b

23、asis of field survey， investigation and other comprehensive methods. meanwhile， the debris flow risk assessment has been given through the score analysis of 10 debris flow factors， which result was moderately dangerous as iv grade. in terms of debris flow forming condition， the valley-type debris flow had a wide catchment area and abundant proven