牛塘沟泥石流发育特征及危险性评价

第ｌ６卷第３３期２０１６年１１月　１６７１—１８１５（２０１６）３３—０００１—０７　科学技术与工程　

Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．３３　Ｎｏｖ．２０１６　

⑥２０１６　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　

天文学、地球科学　

牛塘沟泥石流发育特征及危险性评价　

杨敏　王运生　胡　伟　曹水合。　赫子皓　杨栓成　（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室　，成都６１００５９；　四川省地矿局九一五地质队　，眉山６２００００）　

摘要牛塘沟为寿江左岸一级支流，近年来频繁发生泥石流地质灾害，尤其以２０１１年８月２０日爆发规模最大，对沟口水磨　中学及附近居民的生命财产安全构成了巨大威胁。通过现场勘查分析，总结了牛塘沟泥石流孕灾背景及泥石流发育特征，分　析了泥石流的形成条件和成因机制，并在计算泥石流动力学特征参数的基础上进行了泥石流危险性评价。研究表明：汶川地　震提供的丰富的松散物源是泥石流发育的主要条件；牛塘沟具备灾害链效应、高频、主支沟群发等典型的震后泥石流特点；危　险性评价结果表明，在暴雨频率为１０％以上，可能会堵塞寿江，属于高危险性泥石流。　关键词　牛塘沟　泥石流　发育特征　危险性评价　中图法分类号Ｐ６４２．２１；　文献标志码Ａ　

自汶川地震以来，泥石流成为灾区最活跃的地　质灾害之一。国内外研究表明，受地震影响强烈的　山区，地震过程会产生大量崩滑体，为震区泥石流提　供丰富的物源¨Ｊ，加之地震扰动，灾区微地形、人渗　条件等发生明显变化　，为震区泥石流奠定了良好　的汇水基础。据唐川先生预测，汶川灾区至少在未　来１０年内，泥石流活动趋势非常强烈Ｌ　３］。日益突出　的泥石流灾害给震区居民生命财产安全构成巨大威　胁。牛塘沟位于４Ａ级景区汶川Ｉ县水磨镇境内，是　岷江水系寿溪左岸一级支流，流域最高点位于北侧　分水岭山顶处三交界，高程２　４０５　ｍ，最低点位于牛　塘沟汇人寿溪河河口，高程８９０　ｍ，相对高差１　５１５　ｍ，主沟牛塘沟长约６．２　ｋｍ，主沟平均纵比降为　１１５％０；支沟连山坡沟长４．６９　ｋｍ，平均纵比降约　１４０％ｏ；山王庙沟长４．６　ｋｍ，平均纵比降约１８０％ｃ。　据地矿眉山工程勘察院，牛塘沟自“５．１２”汶川Ｉ地震　之后，连续发生两次泥石流，特别是２０１１年８月２０　日，水磨镇遭受大暴雨，牛塘沟爆发大规模泥石流，　沿途冲毁房屋、道路等设施，受灾群众达１３１户４３５　人，造成经济损失２　５００万元，泥石流停淤在寿溪河　处形成约２　０００　ｍ　的堆积扇，严重挤压河道，威胁水　磨镇中学２　８００名师生及下游水磨镇居民的生命安　全，因当时武警官兵及时清淤主河道，避免酿成大　祸ｌ４ｊ。作者在前人研究基础上，通过野外详细调　２０１６年７月１３日收到中国地质调查局项目（１２１２０１１３０１０１００）资助　第一作者简介：杨敏（１９９１一），广安人，女，硕士研究生。研究方　向：地质灾害评价与预测。Ｅ－ｍａｉｌ：１９３０２００８１＠ｑｑ．ｃｏｍ。　查，总结了牛塘沟泥石流形成的地形、物源及水源条　件，分析其成因机制，并计算静动力学特征参数，在　此基础上合理选取评价因子，进行泥石流危险性分　析，评价结果可为该区泥石流预警及防治工程建设　提供科学依据。　

１　泥石流形成条件及成因分析　１．１环境地质条件　牛塘沟距离“５．１２”汶川地震震中仅１６　ｋｍ，沟　口坐标３０。５６　８．７２　Ｎ，１０３。２４　４７．１５　Ｅ，流域面积为　２４　ｋｍ　左右，属深切侵蚀中低山地貌。该区地处九　顶山华夏系构造的中南段，推覆构造复杂，区内断层　排列密集，褶曲断裂繁多，对泥石流活动影响最强烈　的是映秀～三江断层，地震烈度为Ⅷ度，为地震活动　强烈区。流域出露的地层泥盆系捧达组（Ｄ　ｐ）千枚　岩、变石英砂岩，三叠系须家河组（Ｔ　Ｘ）砂、泥岩，泥　盆系甘溪组（Ｄ　ｇ）钙质泥岩，岩体破碎，广泛分布于　流域内的山地；第四系松散堆积层广泛分布在沟道　两侧岸坡及沟道中，主要为崩坡积、滑坡堆积、泥石　流堆积及坡残积成因的块碎石土。　１．２形成条件　１．２．１　地形　牛塘沟为侵蚀中低山地貌，地形北西高南东低，　流域完整系数为０．０８７　５，形状呈长条型，属于易发　性泥石流　Ｊ，沟谷形态呈Ｖ—ｕ型，相对切割密度为　０．６８１，岸坡陡峻，坡度为３０。一６０。。主沟及支沟上　游沟道狭窄深切，纵比降大，水流湍急，具陡涨陡落　的沟谷特点，流域内各支沟及次级支沟构成树枝状　状水系，雨水汇流集中，为泥石流爆发提供了有利的　２　科学技术与工程　１６卷　地形条件。流域分布如图１，主沟及支沟基本特征　见表１。　

圃｝尼盆系｝ｒ溪组　圃泥盆系捧达组　匝　叠系须家河组　［　映秀～三江断层　臣　地　界线　Ｅ蛰崩滑物源　程虽沟遭物源　固河流流向　口河流、沟道　［］汁算断面　Ｅ　泥石流流域边　回建筑物　

图１牛塘沟流域图　Ｆｉｇ．１　Ｄｒａｉｎａｇｅ　ｏｆ　Ｎｉｕｔａｎｇ　Ｇｕｌｌｙ　

表１牛塘沟流域特征…　Ｔａｂｌｅ　１　Ｄｒａｉｎａｇｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｎｉｕｔａｎｇ　ｇｕｌｌｙ　

１．２．２降雨　区域属于低纬山地季风气候，气候垂直差异大，　多年平均气温为８℃，降雨充沛，年平均降水量为　１　３００　Ｉｎｌｎ左右，最大年降水量为１　９３３．５　ｎｌｍ，降雨　

ｕ￣Ｉ＇．ＪＧＪ／臼／Ｕ，１）　图２“８．２０”泥石流爆发时降雨累计曲线　Ｆｉｇ．２　Ｒａｉｎｆａｌｌ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｅｕＤ／ｅ　ｂｅｆｏｒｅ　“８．２０”ｄｅｂｒｉｓ　ｆｌｏｗ　ｏｕｔｂｒｅａｋ　

量　乓　

臣　世　

主要集中在６～９月，占全年降雨的７０％ｌ６｝。根据　《四川Ｉ省中小流域暴雨洪水计算手册》中暴雨量等　值线图　，查得该区２４　ｈ、６　ｈ、１　ｈ、１／６　ｈ多年最大　暴雨量平均值分别为１２０、９５、３０、１５　ｍｌ＂ｎ，当Ｐ＝２％　的频率下，该地区２４　ｈ、６　ｈ、１　ｈ、１／６　ｈ的雨强可分　别达到３３０　ｍｍ、２３０　ｍｍ、６０　ｍｍ、３０　ｍｉｌｌ。据前人研　究发现，汶川Ｉ地区爆发泥石流的前期雨量（２４　ｈ）在　６０～ｌ１０　ｍｍ，短时间雨强（１０　ｍｉｎ）１５～４５　ｍｌｎ，“５・　１２”地震之后，累计降雨和临界雨强均有所降　低　Ｊ。２０１１年８月２０日，流域累计降雨达１５７．２　ｍｍ，强降雨迅速汇集到沟道，冲刷沟道及沿岸松散　堆积体，松散堆积体快速累计、启动下滑形成泥石流　（图２）　加　。　１．２．３　物源　牛塘沟位于映秀～三江断层南支的下盘，构造　裂隙发育，岩体破碎，表层结构松散，再加上人类活　动破坏了岩土体的原生结构，稳定性差，为区内崩　塌、滑坡发育提供了物质基础。受“５・１２”汶川地　震影响，流域内诱发大量崩塌、滑坡，数量多达３６　处，其中牛塘沟占１７处，连山坡沟１１处，山王庙沟　８处，方量共计３６　Ｘ　１０　ｍ　，主要分布在主、支沟中　上游，根据震后泥石流的启动模式与物源的关　系　”Ｊ，可参与泥石流运动的量为１０．８　Ｘ　１０　ＩＩ１　，约　占动储量的１０％。沟道物源因降雨冲刷及前期泥　石流活动行成，方量为２８０　Ｘ　１０　ｍ　，广泛分布在主　沟中下游，可参与泥石流运动的量为１０３　Ｘ　１０　ｍ　，　约占动储量的７８％；坡面侵蚀物源分布流域内，方　量为５８　Ｘ　１０　Ｉｎ。，可参与泥石流运动的量为ｌ７．４　Ｘ　１０　Ｉｌｌ　，约占动储量的１２％。总的来说，牛塘沟内松　散物源丰富，极易在强降雨作用下成为泥石流爆发　的物源基础（图３）。　杨敏，等：牛塘沟泥　流发育特征及危险性　价　３　（ａ）ｉ菏水冈特征　ｃ）堆移ｌＪ）ｉ＝特征　（ｃ）泔坡物　（ｂ）流ｊ翊ｉ特征　（ｄ）Ｉ　游淘道跌水　（ｆ１崩蝴物源　图３牛塘沟沟道及物源特征　Ｆｉｇ．３　Ｃｈａｒａｔｏ￣ｆｏｌ’ｔｈＰ㈤ｕ　ｒ（｜ｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｎｉｕｔａｎｇ　Ｇｕｌｌｙ　

１．３成因分析　通过调夼分析，牛塘沟、连　坡沟和山王庙沟为　型的暴雨沟　泥　流沟，近年来均发生过泥石流，　属高频泥石流沟。造成牛塘沟高频泥石流形成的素　¨　归　Ｊ　：地震、降雨　受“５・１２”地震影响，该流域　ｌＪ、１形成多处崩塌、滑坡，据统汁，新增松散物源约２０×　ｌ０　ｎ　水磨镇降雨丰富，一方面，雨水不断软化、　泥化　体，诱发崩、滑坡；另一方　，雨水在沟道汇　流，冲　０沟　侧及沟底，加Ｊ二流域地势陡峻，泥　流形成　坡降大，且ｌ　游狭窄陡峭、下游宽缓，这种　特点Ｆ，流域？ｌ：水条件及水动力条件强大，利于泥石　流搬运、堆积，为泥　流揭底、掏蚀岸坡提供了条　什…　、经访　，牛塘沟近５０年来曾发生４次不同　规模的泥石流，前几次泥石流作用对沟底掏蚀、侵蚀　及冲删，但因规模较小、动能　足，并未冲出沟口，而　停淤在沟道内形成沟道侵蚀物源　２０ｌＪ年８』Ｊ　ｌ９　Ｆ１傍晚水磨镇普降暴雨，至次　９时，该区累计降雨　达ｌ６０　ｌｌｌｌｌｌ左右，洪水不断冲刷两岸坡体、掏蚀沟　床，使沟域内不稳定堆积体随水流沿沟　下运动，支　沟山王庙沟、连山坡沟及其次级支沟均发　泥石流，　最终全部涌入主沟，形成本次大规模泥　流　牛塘　沟泥石流具有以下特征：①灾害链效应：泥石流一地　震一崩塌、滑坡一降雨一泥石流；②循环性：泥　流　发生时，强烈掏蚀岸坡、揭底冲刷沟床，形成新的松　散堆积体，在暴雨作用下启动形成泥　流；③群发　性：主支沟岸坡及沟底含有大量松散堆积体，儿沟道　局部堵塞严重，极叮能在极端条件下，主支沟同时爆　发泥石流。据铁永波等人研究发现，群发性泥　流　具有“叠加一放大”效应。。　，结合该泥石流特点，若　牛塘沟遭遇暴雨，再次爆发泥　流可能性极大．