地震灾害论文：汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究

Journal of Eng ineering Geology� � 工程地质学报 � � 1004- 9665 /2010 /18( 6) �0827�10 汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调 查研究* 余 � 斌 � 马 � 煜 � 吴雨夫 (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) 摘 � 要 � 在 2008年 5月 12日汶川地震后的地震灾区暴发了许多泥石流灾害,其中以四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流最为 显著。文家沟原来不是泥石流沟,在汶川地震时由于滑坡形成的巨大的滑坡 - 碎屑流堆积体改变了文家沟的泥石流形成条 件, 在此后的 3个雨季内,文家沟先后暴发了 5次大规模和特大规模的泥石流灾害,其中以 8� 13文家沟泥石流规模和危害最 大。 8� 13文家沟泥石流暴发时的总降雨量为 227mm,泥石流持续时间约 2� 5h, 泥石流总量约 310 104m3; 泥石流造成 7人死 亡, 5人失踪, 39人受伤, 479户农房被掩埋, 直接经济损失 4�3亿元。 5次大规模和特大规模的泥石流以及洪水仅带走了 16%的可以很容易形成泥石流的滑坡 -碎屑流堆积物,文家沟如再遭遇较大降雨还会暴发泥石流。即使在今后的雨季中暴发 几次规模如 8� 13泥石流一样大的特大规模泥石流,文家沟在较大降雨下仍然可能暴发泥石流灾害,因此对文家沟泥石流的防 治工作将是一个长期的工作。 关键词 � 文家沟 � 泥石流 � 滑坡 -碎屑流 � 地震 � 降雨 中图分类号: TU457, P642. 22� � 文献标识码: A � * 收稿日期: 2010- 11- 20; 收到修改稿日期: 2010- 11- 29. 基金项目:国家自然科学基金 ( 40871054, 40772206 )和地质灾害防治地国家重点实验室自主研究基金 (DZKJ�0810) . 第一作者简介:余斌,主要从事泥石流形成,运动和堆积以及浊流沉积的研究工作. Em ai:l d rbinyu@ gm ai.l com INVESTIGATION OF SEVERE DEBRIS FLOW HAZARDS INWENJIA GUL� LY OF SICHUAN PROVINCE AFTER THEWENCHUAN EARTHQUAKE YU B in� MA Yu� WU Yufu ( S tate K ey Laboratory of Geohazard Prevention and G eoenv ironm ent P ro tection, Chengdu University of T echno logy, Chengdu� 610059) Abstract� M any debris flow hazards w ere triggered recently in the epicenter area of the 2008W enchuan Earth� quake. The severest debris flow is the debris flow inW en jia Gu lly on Aug. 13, 2010. W en jia Gully w as a simply and ord inary gu lly and had no debr is flow at all befo re theW enchuan E arthquake. The form ation condit ions of debris flow s were to tally changed by a g iant landslide caused by the earthquake. The g iant landslide form ed a landslide! debris deposit ion in the gu lly. The debris deposition had a vo lume o fmo re than 30m illion cub ic meters. The sedi� ments w ere easily eroded by flash f lood and formed debr is flow s. In the three ra in ing seasons a fter the earthquake, a tota l o f five large sca le and g iant scale debris flow w ere triggered. The largest andmost harm fu l debris flow occurred on Aug. 13, 2010. The to ta l ra infall during the debris flow w as 227mm, and the durat ion of debris flow w as 2�5 hours. The vo lume of debris flow w as 3�1m illion cub icmeters. The debr is flow resulted in 7 fata lities, 5 persons lis� ted asm issing, 39 persons in jured, 479 houses buried, and a d irect econom ic loss o fRMB 430m illion. About 16% sed iments of the landslide�debris deposition flew down ou t o f the gully during the f ive large sca le debris flow s. N ew debris flow s w ill be triggered by rainfall in the gu lly in the fu ture. It w ill be a long�term effort for prevention and m itigat ion of the debris flow hazards in the gu lly. Key words� W en jia Gully, Debr is flow, Landslide�debris, HazardsW enchuan E arthquake, Ra infall 1� 引 � 言 2010年 8月 13日凌晨零点 30分,在持续强降 雨作用下,位于汶川地震重灾区的四川省绵竹市清 平乡文家沟暴发特大泥石流灾害, 泥石流冲塌绵远 河上游幸福大桥后, 将大桥整体推移到下游并堵塞 老清平大桥,致使绵远河堵塞、水位抬高、河水改道。 泥石流在绵远河河道内淤积体长约 1600m,宽 200m 到 500m, 最大淤积厚度超过 15m, 平均淤积厚度为 7m,泥石流总量约 310 104m3。泥石流造成 7人死 亡, 5人失踪, 39人受伤, 479户农房被掩埋受损, 清平乡卫生院、学校等设施被严重掩埋, 农田被毁 300余亩, 水、电、通讯全部中断, 直接经济损失 4�3 亿元 (图 1)。 在 2008年 5月 12日汶川地震前清平乡文家沟 不是泥石流沟,但在汶川地震后的 3个雨季内, 文家 沟先后暴发了 5次大规模和特大规模的泥石流灾 害,文家沟在地震的影响下演变为一条高频率泥石 流沟 [ 1]。在将来还极有可能多次暴发大规模或特 大规模泥石流灾害。为了进一步查明泥石流的发生 原因和发展趋势,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组织调查组对文家沟在 汶川地震后发生的泥石流进行了现场调查, 分析了 泥石流的特征、成灾原因、成灾过程及泥石流的各重 要参数,探讨了将来文家沟泥石流的发展趋势并提 出了针对文家沟泥石流的防治建议, 为今后泥石流 的防灾减灾提供了依据。 2� 文家沟泥石流流域基本特征及泥石 流发生历史 � � 文家沟位于四川省绵竹市西北部山区的清平场 镇北, 属长江流域的沱江水系上游绵远河左岸一支 沟,沟口坐标 N31∀33#04�7∃, E104∀06#58�5∃。在地 貌上属构造侵蚀中切割陡峻低 - 中山地貌、斜坡冲 沟地形。文家沟流域总体东西向伸展, 主沟呈 % 7& 字型, 横断面呈 % V&% U&结合, 汇水面积 7�81km 2,主 沟全长 3�25km,流域内最低点位于沟口海拔 883m, 最高峰位于东部分水岭九顶山的顶子崖, 海拔 2402m, 相 对 高 差 1519m, 沟 床 平 均 纵 坡降 467�4∋。文家沟有 2条支沟,其中 1号沟流域面积 1�57km 2, 沟道长 2�23km,相对高差 1017m, 沟床平 均纵坡降 456�1∋ ; 2号支沟流域面积 0�64km 2, 沟 道长 1�21km, 相对高差 587m, 沟床平均纵坡降 485�1∋。文家沟主沟发育于流域的峡谷区, 岸坡陡 峻, 沟谷切割深, 沟道短,纵坡降大, 迭水坎多, 横断 面呈 V型, 为泥石流的暴发提供了有利的地形条件 (图 2)。 清平乡所属绵竹市地处四川盆地中亚热带湿润 气候区,气候温和, 降水充沛, 四季分明。由于地形 高差大,气候的垂直变化和差异很大, 年平均气温 15�7( 。通过对绵竹市清平乡文家沟区域 1992以 来近 20a的降雨资料统计分析, 最大日降雨量达 496�5mm,出现在 1995年 8月 15日; 最大 1h降雨 量为 49�8mm,最大 10m in降雨量 23�98mm,均出现 在 1995年 8月 11日; 5a一遇的 1h降雨量为 69�3mm。降雨主要集中在 7~ 9月, 这三个月的降 雨量占全年降雨量的 80%以上。降雨具有波动变 幅大、降水集中、雨强大和暴雨频率高的特点, 这些 特点有利于洪水灾害和泥石流等灾害的发育。绵远 河属长江流域的沱江水系上游。该段河谷宽窄相 间, 河面宽度 50 ~ 200m, 多年平均总径流量 5�12 亿 m3。 文家沟在地质构造上位于龙门山中央断裂 (映 秀 ! 北川断裂 )下盘的龙门山皱褶断束带中的太平 推覆体, 与映秀 ! 北川断裂相距约 3�6km。在文家 沟流域内出露地层主要为寒武系的清平组和泥盆系 的观山雾组。泥盆系的观山雾组出露地层主要为: 上部灰 -深灰色石灰岩夹白云质灰岩; 下部砂页岩 夹泥质灰岩夹有铁质砂岩; 底部黄褐色灰色中厚层 石英砂岩, 分布在 % 1300平台 &以上, 岩层产状 320∀) 32∀, 呈顺向坡产出。寒武系的清平组出露 岩层主要为:上部灰色薄层状长石云母石英粉砂质 板岩及钙质泥质粉砂岩; 中部暗紫 - 暗灰绿色薄层 板状钙质粉砂岩; 下部由灰绿色细粒状磷块岩、灰 色含磷泥灰岩、薄层硅质岩及深灰色钙质磷块岩与 磷质灰岩互层,统称为磷矿段, 分布在 % 1300平台 & 以下,为文家沟的主要地层, 总体倾向 N �NW。 2008 年汶川地震时产生的滑坡 -碎屑流堆积体极大地改 变了文家沟沟内泥石流的物源条件。在汶川地震过 828 Journal of Eng ineering Geology� 工程地质学报 � 2010 图 1� 8� 13文家沟泥石流在绵远河内淤积以及掩埋部分清平乡场镇 F ig. 1� The deposition in M ianyuan R iver by debris flow ofW enjia Gully on August 13 and the buried part o fQ ingping Town 程中, 汶川地震中的第 2大滑坡 - 文家沟滑坡将 2750 104m3 的观山雾组灰岩岩体从高程 1780 ~ 2340m的山顶顺层高速下滑, 在滑动过程中 %刮铲 & 沟道两侧坡体,一部分停留在韩家大坪处形成了主 堆积区 ∗,方量约 2000 104m3; 另一部分从其前缘 陡坎顶部高速抛射而出, 在与对岸山体剧烈碰撞后 随即解体转化为碎屑流,进入 % 1300m&平台并沿 SW 方向运动, 最后大部分停留在 1400~ 985m高程处 形成了主堆积区 +, 方量约 3000 104m 3 [ 2] (图 2, 3) ; 主堆积区 ∗分布高程 1599~ 1890m,与滑坡前 地势平缓 (坡度约 10∀)的韩家大坪基本重合。该区 现今滑坡堆积物 ( Q4 d el )成分为灰岩及白云质灰岩 块碎石,直径大于 1m的块石含量超过了 30%, 20 ~ 40cm的占 40%。块碎石均为棱角状, 大小混杂, 无分选, 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面结构松散,但经过一年来流水所携带的 砂性土填埋,砂土固结度程度好,密实程度为中密至 密实 [ 2]。由于该区块石粒径较大, 密实程度较好, 坡度较缓,上游汇水面积较小, 在洪水作用下被起动 形成泥石流的可能性很小。 主堆积区+分布高程 1400~ 985m, 是文家沟滑 坡的土体部分,也是地震后次生泥石流发生的主要 物源区,堆积区的最大淤积厚度约 150m。该区堆积 图 2� 文家沟流域图 F ig. 2� Ca tchm ent ofW enjia Gu lly 1.泥盆系关雾山组; 2.寒武系清平组; 3.滑坡碎屑物堆积区; � � � � � � �4.顶子崖逆掩断层; 5.滑坡滑源区边界; 6.拦挡坝 物主要为块碎石土,石质成分为灰白色棱角 -次棱 角状灰岩,土质成分为褐色黏土。堆积物表层结构 松散,向下随厚度增加而逐渐密实。堆积物中直径 小于 10mm的占 30%, 1 ~ 20cm 的占 60% , 大于 20cm的占 10% ,其中最大的超过了 160cm[ 2]。由于 该区块石粒径较小, 密实程度一般, 坡度较陡, 上游 汇水面积较大,该区滑坡 -碎屑流堆积体很容易被 洪水起动形成泥石流,且堆积体体积巨大,在持续较 82918( 6) � 余 � 斌等: 汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究 图 3� 汶川地震时文家沟滑坡及滑坡 -碎屑流堆积 F ig. 3� The g iant landslide inW en jia Gu lly trigg ered byW enchuan Earthquake and the deposition o f landslide�debr is 大降雨条件下,堆积体可以源源不断地被洪水起动 形成规模巨大的泥石流灾害。 根据查阅绵竹县志和现场访问调查, 绵远河清 平段分别于 1934、1964、1992、1995和 1998年发生 了较大的洪水, 其中 1934年暴发的洪水最大,根据 统计相当于 150! 200a一遇的洪水。在所有这些绵 远河暴发洪水时,绵远河流域都有较大降雨发生,而 紧靠清平乡场镇的文家沟都没有发生泥石流。在 1933年叠溪地震中, 清平乡为该地震的轻破坏 区 [ 3] ,但在随后的绵远河流域暴发大洪水, 绵远河 流域均有较大降雨的 1934年,文家沟也没有发生泥 石流, 因此可以判断文家沟在汶川地震前不是泥石 流沟。 3� 汶川地震后文家沟泥石流暴发过程 及成因 � � 在 2008年 5月 12日汶川地震前清平乡文家沟 不是泥石流沟,但在汶川地震后的 3个雨季内, 文家 沟先后暴发了 5次大规模和特大规模的泥石流灾害, 文家沟在地震的影响下演变为一条高频率泥石流沟。 这 5次泥石流灾害暴发的时间和过程分别为: ( 1) 2008年 9� 24泥石流: 2008年 9月 24日四 川西北部发生强降雨, 总降雨量达到 88mm, 导致文 家沟暴发特大规模泥石流, 泥石流总量约 50 10 4 m 3 ,冲毁沟口公路并堵塞了绵远河河道, 形成堰 塞湖 [ 1, 2]。 ( 2) 2010年 7� 31泥石流: 2010年 7月 31日绵 竹市发生强降雨, 3h降雨量达到 92�6mm (距文家 沟约 6km的楠木沟降雨资料 ), 导致文家沟暴发大 规模泥石流,泥石流总量约 10 104m 3, 沟内部分谷 坊溃决失效 [ 1]。 ( 3) 2010年 8� 13泥石流: 2010年 8月 12日四 川绵竹市清平乡发生局地大暴雨,从下午 18时开始 降雨,在 22时之前雨量较小, 22: 30! 13日 1: 30 降雨演变为大到暴雨,随后逐渐减小至 3时左右降 雨停止, 总降雨量 227mm。泥石流的暴发是在 13 日 0时 30分左右,由于强大的洪水挟带大量的泥沙 冲溃文家沟最后一道拦砂坝, 形成溃决型特大规模 泥石流。泥石流冲入绵远河, 冲塌绵远河上游幸福 大桥后,将大桥整体推移到下游并堵塞老清平大桥, 致使绵远河堵塞、水位抬高、河水改道。泥石流持续 时间约 2�5h,在形成区冲刷形成新的沟道, 在文家 沟最后一道拦砂坝下游 150m处开始淤积。泥石流 进入绵远河后, 在河道内大量淤积, 淤积体长约 1600m,宽 200m到 500m, 平均宽 300m, 最大淤积厚 度超过 15m, 平均淤积厚度为 7m,泥石流总量约 310 104m3。泥石流造成 7人死亡, 5人失踪, 39人受 伤, 479户农房被掩埋受损, 清平乡卫生院、学校、场 镇、加油站、部分汶川地震安置房等设施被严重掩 埋, 农田被毁 300余亩,水、电、通讯全部中断, 直接 经济损失 4�3亿元。 ( 4) 2010年 8� 19泥石流: 2010年 8月 18日 22 时开始降雨,在 19日的 2 - 6时降雨量增大, 到 19 日上午 11时总降雨量为 172�6mm (楠木沟降雨资 料 ); 19日凌晨暴发大规模泥石流, 又有一部分民 房被泥石流掩埋,泥石流总量约 30 104m3[ 1 ] ; ( 5) 2010年 9� 18泥石流: 2010年 9月 18日上 午 9时开始降雨, 根据文家沟泥石流的清水汇流区 和泥石流形成区交界的 % 1300平台 &降雨资料,最大 5m in降雨量 5�5mm(发生时间 9: 40! 9: 45) ,最大 30m in,降雨量 16�5mm (发生时间 9: 30! 10: 00), 830 Journal of Eng ineering Geology� 工程地质学报 � 2010 总降雨量 51�5mm。在降雨过程中滑坡 -碎屑流堆 积体出现了一大块的垮塌堆积在沟道中, 形成了堵 塞坝; 在 10: 05堵塞坝溃决形成大规模泥石流,泥 石流洪峰流量约 220m3� s- 1 (图 4); 泥石流为黏性 泥石流,容重为 2�1~ 2�3 g� cm- 3; 泥石流的淤积位 置上移,在文家沟最后一道拦砂坝上游 150m处就 开始淤积,相比 8� 13泥石流的淤积起始点, 淤积起 始点位置上移了约 300m。泥石流掩埋一部分沟口 民房,淤埋了在沟道内施工的钻机 2台,泥石流总量 约 17 104m3 (四川省地质工程集团公司提供了 2010 年 9月 18日文家沟泥石流的降雨、泥石流容重、泥石 流流量和泥石流总量的泥石流现场观测资料 )。 图 4� 文家沟 9� 18泥石流龙头 F ig. 4� The head of debr is flow on Septem be r 18, 2010 inW en jia Gu lly 文家沟在 2008年汶川地震后的 3个雨季连续 暴发 5次大规模和特大规模泥石流的原因是汶川地 震为泥石流提供了非常丰富的松散固体物源。汶川 地震前文家沟沟内松散固体物质来源主要是崩塌产 生的零星块石,大多被洪水带走,很难形成具有一定 规模并可以参与泥石流的松散固体物质积累, 因此 即使在 1934年的大降雨情况下也没有泥石流发生。 汶川地震后有 3000 104m3滑坡 -碎屑流堆积体在 % 1300平台 &下游, 这些松散堆积物颗粒细小,堆积 在文家沟沟道内并淤埋了原来的水流通道, 在有小 降雨时就会被流水冲刷形成高含沙水流, 在较大降 雨作用下就会形成泥石流 (图 5), 如 2008年 9� 24 和 2010年 8� 19及 9� 18泥石流。在 2008年 9� 24 泥石流后,在文家沟泥石流形成区和堆积区修建了 多道谷坊和拦砂坝, 但强大的洪水挟带大量的泥沙 冲毁了谷坊和拦砂坝,形成了 2010年 7� 31和 8� 13 泥石流。 在具备了非常丰富且很容易被洪水起动的固体 物质和陡峻的地形条件后,降雨量就是文家沟泥石流 暴发的诱发因素。图 6为文家沟 2010年 9� 18泥石 图 5� 文家沟泥石流形成区 F ig. 5� The form ation area of debr is flow inW enjia Gully a.泥石流形成区源头; b.泥石流形成区中部 流暴发前后的文家沟 % 1300平台&和距文家沟约 6km 的楠木沟降雨量图。文家沟 9� 18泥石流暴发前的 30m in降雨量达到 16�5mm, 正是这样集中的高强度 降雨引起了滑坡 -碎屑流堆积体的局部垮塌并堵塞 沟道形成堰塞坝,在后来的强大洪水冲刷下溃决并形 成泥石流。从图 6可以看出尽管文家沟和楠木沟两 个地方的降雨量有一些差别,但在没有降雨资料时楠 木沟降雨资料可以作为文家沟降雨量的参考值。 图 6� 文家沟 9� 18泥石流暴发前降雨量及日降雨量 F ig. 6� Da ily ra infa ll and Ra infa ll be fo re debr is flow o fW en jiaGu lly on Sep. 18, 2010 图 7为 2010年 7� 31, 8� 13和 8� 19泥石流暴发 前后楠木沟累积降雨量。从这三次降雨过程与泥石 流的形成条件分析这三次泥石流的暴发过程如下: ( 1) 7月 31日的降雨主要发生在 3~ 4时和 4~ 5 时, 小时降雨量分别为 39�1mm和 50�4mm, 泥石流 的暴发是在较大降雨强度形成的洪水冲溃沟内部分 谷坊后形成的,随着降雨的结束泥石流也随之结束; ( 2) 8 月 12日 19 ~ 23时最大小时降雨量为 16�6mm, 此后的 23~ 24时降雨量为 37�4mm,此时 洪水冲刷滑坡 -碎屑流堆积体并将沟内最后一道拦 砂坝淤满, 13日 0 ~ 3时的小时降雨量分别为 16�3mm, 38�7mm, 24�8mm, 此时强大的洪水冲溃 拦砂坝并形成泥石流,泥石流持续到降雨结束; ( 3) 8月 19日 1 ~ 5时降雨量增大, 小时降雨量为 16�1 ~ 21�9mm,此时因 8� 13泥石流将堆积体新冲刷出 1 83118( 6) � 余 � 斌等: 汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究 条沟道,沟道坡度变缓,沟道宽度展宽, 洪水单宽流 量变小,流速降低, 洪水冲刷能力降低, 没有达到足 够的洪水流量形成泥石流; 5 ~ 6时的降雨量达 31�9mm,洪水流量增大从而形成泥石流; 6~ 7时降 雨量为 21�7mm,泥石流流量减小直到完全停止。 图 7� 文家沟 7� 31、8� 13和 8� 19泥石流暴发前后 降雨过程 (楠木沟资料 ) F ig. 7� Rainfall before and a fter debris flow s ofW en jia Gu lly on Ju ly 31, Aug. 13and Aug. 19, 2010( Data o f Nanm u Gu lly ) , 为泥石流暴发时间; − 为泥石流结束时间, 其中 7� 31, 8� 19 � � � � � � �为推测时间; 楠木沟降雨量资料由成都高原气象所提供 从 8� 19泥石流暴发的激发降雨量是 1h降雨量 31�9mm,到 9� 18泥石流暴发的激发降雨量是 30m in 降雨量 16�5mm, 说明这两次泥石流暴发的激发降 雨条件基本一致。汶川地震后文家沟这 5次大规模 和特大规模泥石流的暴发除了 8� 13泥石流的量特 别大以外, 其他几次泥石流暴发的量不是很大, 8� 19和 9� 18泥石流的总量分别为 30 104m3和 17 104m3,相对于 3000 104m3的滑坡 -碎屑流堆积 体这两次泥石流带走的泥沙微不足道, 对文家沟现 在泥石流形成区的改变也很有限,因此 9� 18泥石流 和 8� 19泥石流的触发条件基本一致, 今后的文家 沟泥石流的诱发降雨条件也与 8� 19及 9� 18泥石流 的诱发降雨条件一样:以 h降雨量为标准, 在 20mm 时接近泥石流暴发的临界值, 30mm时泥石流暴发。 由于文家沟 5a一遇的 1h降雨量为 69�3mm,因此在 2010年文家沟多次暴发泥石流灾害, 在今后的雨季 中也可能一年多次暴发泥石流灾害。 4� 文家沟泥石流的静力学和动力学 特征 � � 泥石流的静力学和动力学特征是泥石流的重要 特征参数。四川省地质工程集团公司在 2010年 9月 18日文家沟泥石流暴发现场通过观测和取样获得了 泥石流的重要参数:泥石流为黏性泥石流,容重为 2�1 ~ 2�3 g� cm - 3。通过对文家沟的 2010年 8�13和 9� 18 泥石流在堆积区的沉积物调查得出:泥石流的沉积特 征均为混杂沉积,有明显的反粒径分布,说明两次泥 石流同样都是性质相近的黏性泥石流。根据在 8� 13 泥石流堆积区的取样 (小样 ) ,由颗粒分析曲线 (如图 8)可以计算出黏性泥石流的容重 [ 4] : �D = �0 + P 2P0�3505 �V ( 1) 式中: �D = 黏性泥石流容重 ( g� cm - 3 ); �V =黏性 泥石流最小容重 ( = 2�0 g� cm- 3 ) ; �0 =泥石流最小 容重 ( = 1�5 g� cm- 3 ) ; P 2 = > 2mm的粗颗粒百分含 量 (小数表示, = 0�663) ; P 05 = < 0�05mm的粗颗粒 百分含量 (小数表示, = 0�172 )。计算结果为 8� 13 泥石流容重为 2�22 g� cm- 3, 这与 9� 18泥石流的现 场取样结果一致,可以作为这两次泥石流的容重值, 同样 2008年 9� 24泥石流, 2010年 7� 31和 8� 19泥 石流暴发在同一小流域,形成机理也相同,因此也可 以将 2�22 g� cm - 3作为这几次泥石流的容重值。 图 8� 泥石流堆积物和泥石流形成区表面颗粒分布曲线 F ig. 8� Pa rtic le d istr ibu tion o f the sedim ent in debris flow and channels 堆积区曲线为泥石流堆积物小样颗分重量百分比曲线; 形成区曲线为 占形成区 60%以上颗粒中径的颗粒个数百分比; % 1300平台 &曲线 � � � � � � �为占 80%以上颗粒中径的颗粒个数百分比 泥石流中的泥沙体积浓度可以根据泥石流容重 计算得到 [ 5] : C = �D - �w �s - �w ( 2) 式中: C=泥石流的泥沙体积浓度; �s =泥石流中固 体颗粒比重 ( = 2�7 g� cm - 3 ); �w =水的比重 ( = 1�0 g� cm- 3 ); 计算结果泥石流泥沙的体积浓度为 0�72。 泥石流容重为 2�22 g� cm- 3, 表明文家沟泥石流 是高容重泥石流, 泥石流的泥沙体积浓度 C 为 0�72, 即泥石流体中 72%都是泥沙。泥石流体中的 黏粒占泥沙的 5�5%。 832 Journal of Eng ineering Geology� 工程地质学报 � 2010 泥石流的屈服应力是反映泥石流,特别是黏性 泥石流的重要参数,根据在 8� 13泥石流的堆积物调 查可以得到文家沟黏性泥石流的屈服应力 [ 6] : �B = �#ghs in ( 3) 式中, �B =泥石流体屈服应力 ( Pa) ; �#= (�C - �0 ) , 泥石流相对容重 ( kg� m- 3 ) ; �C = 泥石流容重 ( 2220kg�m - 3 ), �0 =环境容重, 在空气中 �0. 0,在 水中 �0 = 1000( kg�m - 3 ); g = 重力加速度 ( = 9�81 m� s- 2 ) ; =坡度 ( = 3�3∀), h =泥石流的最大堆积 厚度 ( = 8m )。得到 �B = 10029 Pa。文家沟泥石流 具有很大的屈服应力,有很强的抵御洪水冲刷能力, 这也是泥石流能堵塞绵远河的原因之一。此外,具 有 10029Pa的屈服应力可以使泥石流在绵远河内堆 积厚度很大,如绵远河河底坡降为 1∀, 在河道内的 堆积厚度可以达到 26m,这也是 8� 13特大泥石流能 够在绵远河河道内淤积超过 15m的原因之一。 泥石流的流量和总量是衡量泥石流的危险程度 和防治泥石流的重要参数。四川省地质工程集团公 司在 2010年 9月 18日文家沟泥石流暴发现场观测 泥石流的洪峰流量约 220m3� s- 1, 泥石流暴发持续 时间约 1h,泥石流总量约 17 104m3。文家沟泥石 流的暴发主要由于溃坝形成 (如 7� 31, 8� 13和 9� 18 均为溃坝形成泥石流 ), 因此对 8� 13泥石流可以用 瞬时溃决洪水洪峰流量计算代替泥石流洪峰流量计 算,进而用溃决泥石流洪峰流量和泥石流暴发时间 计算泥石流总量 [ 7, 8 ] : Q = 8 27 g B b 1 /4 bH 2 /3 ( 4) W = 0�2* QT ( 5) WS = WC ( 6) 式中: Q =泥石流流量 ( m3� s- 1 ); B =溃决坝体总长 度 ( m ) ; b=溃决坝溃口长度 ( m ) ; H =溃决坝溃口 深度 (m ); W = 泥石流总量 ( m3 ) ; T = 泥石流持续 时间 ( s) ; WS =泥石流中泥沙总量 ( m3 )。计算结果 见表 1。 根据四川省地质工程集团公司在 2010年 9月 18日文家沟泥石流暴发现场观测泥石流的洪峰流 量约 220m3� s- 1,泥石流暴发持续时间约 1h, 由公式 ( 5)计算的泥石流总量为 16 104m3与现场测量的 泥石流总量 17 104m3非常接近,因此,用公式 ( 5) 由洪峰流量和持续时间计算溃决型泥石流的总量比 较准确。用瞬时溃决洪水洪峰流量计算代替泥石流 洪峰流量计算,进而用溃决泥石流洪峰流量和泥石 流暴发时间计算 8� 13的泥石流总量为 275 10 4 m 3 ,与现场调查的泥石流总量为 310 104m3非 常接近,因此用公式 ( 4)计算的 8� 13泥石流洪峰流 量比较准确, 1530m 3� s- 1可以作为 8� 13文家沟泥 石流的洪峰流量。 文家沟泥石流的固体物质来源都来自汶川地震 形成的滑坡 -碎屑流堆积体, 通过调查自汶川地震 以来到 9� 18泥石流后,文家沟沟内的滑坡 -碎屑流 堆积体的减少量为 476 104m3, 因堆积体中有间 隙, 因此实际的固体物质量还应去除堆积物中的间 隙。由于堆积物的固结程度在地震后增长了很多, 颗粒组成也很广泛 [ 2] , 因此参照现行 /地基与基础 设计规范 0 ( JT J024�85)中的碎石 (砂土 )密实度, 选 取中等密实程度的上限 0�66作为现在文家沟滑坡 -碎屑流堆积体的密实度 [ 9]。因此实际固体物质 仅有 66%,实际减少固体物质总量为 314 104m 3。 汶川地震后 5次泥石流的总量为 417 104m3, 泥石 流体中泥沙体积浓度为 0�72, 除去泥石流中的水, 实际泥沙总量为 300 104m3 (表 2) ,与滑坡 -碎屑 流堆积体实际减少量 314 104m3非常接近, 由于没 有发生泥石流时的水流也会挟带走一部分堆积体泥 沙, 因此对文家沟 5次泥石流的总量和泥沙总量调 查比较准确。 5� 文家沟泥石流的发展趋势 文家沟在汶川地震后多次暴发大规模和特大规 模泥石流的主要原因是在沟道内有汶川地震产生的 滑坡 -碎屑流堆积体:其中可以形成泥石流的堆积 物总量在 % 1300平台 &以下的沟内约有 3000 10 4 m 3 ,经过 3个雨季和 5次大规模与特大规模的泥 83318( 6) � 余 � 斌等: 汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究 石流共消耗了 476 104m3,占这部分滑坡 -碎屑流 堆积体总量的 16%, 因此现在文家沟沟道内仍然有 大量的可以形成泥石流的滑坡 -碎屑流堆积体。 在现在的文家沟 % 1300平台 &以下到滑坡 -碎 屑流堆积体的前缘沟道中,沟道狭窄,大多都在 20m 以内, 最狭窄处仅 13m; 泥石流形成区域的沟道坡 度较大,沟道内还有多处跌坎, 沟道纵坡坡度上游较 大,约 20∀, 到下游最小约 10∀; 沟道内的堆积物表 层泥沙颗粒粒径较小, 粒径有 60% 以上在 20 ~ 85mm之间 (图 8) ; 沟道两岸边坡陡峻, 处于非常不 稳定的状态,边坡坡度达 35∀~ 50∀。在边坡上附近 的堆积体也非常松散, 在降雨的作用下极易垮塌进 入沟道,造成沟道堵塞 (图 9)。因此文家沟在将来 的雨季有较大降雨时 (如 1h降雨量达到 30mm )还 会暴发泥石流,有大暴雨发生时还会形成大规模甚 至特大规模泥石流。 由于文家沟沟内可以形成泥石流的滑坡 -碎屑 流堆积体体积巨大, 即使在今后的雨季中暴发几次 规模如 8� 13泥石流一样大的特大规模泥石流, 这些 滑坡 -碎屑流堆积体仍然会很多, 仍然需要防范泥 石流灾害,因此对文家沟泥石流的防治工作将是一 个长期的工作。 6� 结论和建议 6�1� 结 � 论 � � ( 1)汶川地震前文家沟沟内松散固体物质来源 主要是崩塌产生的零星块石,很难形成具有一定规 模并可以参与泥石流的松散固体物质积累, 文家沟 不是泥石流沟。汶川地震中的第 2大滑坡 -文家沟 滑坡将 3000 104m 3滑坡 -碎屑流堆积在文家沟沟 内,由于该堆积体很容易被洪水起动形成泥石流,且 堆积体体积巨大,在持续的较大降雨条件下,堆积体 图 9� 文家沟沟道内滑坡 -碎屑流堆积体 F ig. 9� The deposition of Landslide�debr is in the channel ofW enjia Gully 可以源源不断地被洪水起动形成规模巨大的泥石流 灾害。 ( 2)在汶川地震时的滑坡 -碎屑流堆积体改变 了文家沟的泥石流形成条件, 文家沟演变为一条高 频率泥石流沟。从汶川地震后的 2008年 9月 24日 到 2010年 9月 18日不到两年的时间内, 文家沟先 后暴发了 5次大规模和特大规模的泥石流灾害, 其 中以 8� 13文家沟泥石流规模和危害最大。 ( 3) 2010年 8月 13日持续的强降雨诱发了 8� 13文家沟泥石流,强大的洪水挟带大量的泥沙冲 溃文家沟最后一道拦砂坝, 形成溃决型特大规模泥 石流,泥石流持续时间约 2�5h, 泥石流总量约 310 10 4 m 3。泥石流造成 7人死亡, 5人失踪, 39人受 伤, 479户农房被掩埋, 直接经济损失 4�3亿元。 8� 13文家沟泥石流暴发过程前后的总降雨量为 227mm。 ( 4)文家沟泥石流为高容重黏性泥石流, 容重 为 2�22 g� cm- 3, 泥沙体积占泥石流体积的 72%, 泥 石流的屈服应力为 10029Pa; 文家沟 8� 13泥石流的 洪峰流量为 1530m3� s- 1。 ( 5)汶川地震后的 3个雨季和 5次大规模与特 大规模的泥石流共消耗了 476 104m3固体物质, 仅 占汶川地震后可以形成泥石流的滑坡 -碎屑流堆积 体总量的 16%,因此现在文家沟仍然具有再次暴发 特大规模泥石流的物源条件。现在文家沟泥石流形 成区的沟道地形条件也有利于泥石流的形成。 ( 6)文家沟如再遭遇较大降雨 (如 1h降雨量达 到 30mm )还会暴发泥石流。由于文家沟沟内依然 834 Journal of Eng ineering Geology� 工程地质学报 � 2010 有大量的可以形成泥石流的滑坡 - 碎屑流堆积体, 即使在今后的雨季中暴发几次规模如 8� 13泥石流 一样大的特大规模泥石流, 文家沟在较大降雨下仍 然可能暴发泥石流灾害, 因此对文家沟泥石流的防 治工作将是一个长期的工作。 6�2� 建议 四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流与其它受地 震影响的泥石流沟有显著的不同特点: 汶川地震产 生的巨大的滑坡 -碎屑流堆积体使文家沟沟内拥有 大量可以较容易形成泥石流的松散固体物质, 只要 遭遇较大降雨, 文家沟就可能会暴发泥石流灾害。 由于文家沟内可以形成泥石流的松散固体物质体积 非常巨大,只要能形成泥石流的降雨过程持续较长 时间, 泥石流的暴发也会有较长的持续时间,泥石流 的冲出量就会非常巨大。文家沟的下游不远就是清 平乡场镇和汶川地震安置点与重建学校等, 对文家 沟的泥石流防治需要采取更加慎重而有效的措施, 对此本文提出针对文家沟泥石流的防治建议: ( 1)对文家沟的泥石流防治的重点是防止泥石 流的暴发,在泥石流形成区上游 % 1300平台 &处修建 集水区,将 % 1300平台 &及上游因降雨产生的洪水汇 集并排导到其它区域,减少形成泥石流的水源,从而 达到防止泥石流发生或减小泥石流规模的目的。 ( 2)在泥石流的形成区清理沟道, 排除边坡隐 患,降低边坡坡度, 并采取护坡和护底工程, 防止降 雨在形成区形成的洪水冲刷沟道和边坡坡脚形成泥 石流。 ( 3)尽管采取了截水和护坡护底工程后可以起 到一部分防止泥石流发生的作用, 但在泥石流形成 区的堆积物仍然可能在较大降雨时垮塌进入沟道并 堵塞沟道最终形成泥石流, 因此还需要在形成区的 下游修建拦挡工程, 拦挡工程以拦挡较大规模泥石 流及其巨石为主要目的, 使洪水或小规模泥石流暴 发时泥沙不会淤积在拦档工程内, 这样就能保证在 暴发较大的泥石流时能起到拦挡的作用。由于拦挡 工程位置处于堆积扇,地势比较开阔,对拦挡工程的 设计和施工中应考虑泥石流对拦挡工程的冲击并采 取相应措施,避免 8� 13泥石流冲毁拦砂坝的事件再 次发生。 ( 4)在采取拦挡工程措施后, 对通过拦挡工程 的泥石流或因拦挡工程失效而流出的泥石流还应该 采取排导工程的方法将泥石流排导到绵远河内,排 导工程在进入绵远河时与绵远河河道的交汇角应该 成锐角,最好成 30∀夹角,这样经排导工程排导的泥 石流就不会堵塞绵远河, 排导出的泥沙可以通过绵 远河水流冲刷自然排导到下游, 不会影响清平乡在 文家沟上下游居民的安全。 ( 5)所有防护治理工程在雨季前都必须进行检 查、维护和清淤工作,在每一次降雨后也要采取相同 的措施确保防护治理工程能起到相应的作用。同时 在雨季前和每次降雨后都要检查沟道两边的边坡的 稳定性,在发现有较大的不稳定边坡时应采取相应 措施排除险情,尽可能减小泥石流暴发的可能性。 ( 6)在泥石流形成区及上游 % 1300平台 &建立 降雨监测及泥石流预报系统, 在有较大降雨时 (如 1h降雨量为 30mm )发出泥石流警报。在截水通道 上下游,泥石流形成区, 泥石流拦挡工程及排导工程 处设立全天候摄像监控系统, 在降雨时监控各防护 治理工程的运行状态,一旦有异常情况发生,立即采 取报警措施,确保人员的安全。 ( 7)在每个雨季到来前组织文家沟沟口居民及 有可能受到文家沟泥石流威胁的清平乡居民进行泥 石流防灾演习,划分安全区域和避难场所,保证所有 有关居民在泥石流警报发出后可以迅速撤退到安全 的避难场所。 致谢 � 本文的现场调查工作得到了四川省地质工程 集团公司的大力支持,四川省地质工程集团公司,成 都高原气象所刘兴华副研究员为本文提供了许多宝 贵资料,成都理工大学黄润秋教授、唐川教授安排和 指导了本文的现场调查工作并对本文的撰写提出了 许多宝贵意见,在此一一表示感谢! 参 考 文 献 [ 1] � 许强.四川省 8� 13特大泥石流灾害、成因与启示 [ J ]. 工程地 质学报, 2010, 18 ( 5) : 596~ 608. 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B eijing: Ch ina Arch itecture and Bu ild ing Press, 2005, 41~ 42. /工程地质学报 0编委会扩大会议在福州召开 /工程地质学报0编辑委员会扩大会议于 2010年 11月 18日晚在福州怡山大厦召开。会议由主编王思 敬院士主持,参加会议的同志有:张苏民, 李广诚,胡瑞林, 许强,王清, 李文平,隋旺华, 简文彬, 叶为民,张永 双,兰恒星, 张茂省,汪稔, 彭建兵,伍法权,宋玉环, 李志清,马凤山等 19人。 会议听取了宋玉环同志作的编辑部工作报告, 与会同志对学报近年来取得的成绩给予了充分的肯定,并 就如下议题展开了热烈讨论: � � 一、学报的学术定位 与会编委一致认为, /工程地质学报0的论文应当充分体现科学性、实用性和时效性,反映本领域的最高 学术水平,学报要办出自己的学术特色。促进和引导工程地质学科基础理论研究是学报的一项基本任务。 要积极跟踪国内外相关学术会议动态,追踪国家各类重大项目好重大理论问题研究进展, 主动地有针对性地 组织稿源。 为了满足产业部门广大读者群的实用需求, 学报应适当加大重大工程实录类论文的比重,提高论文水 平。对于重大突发事件要及时组织论文, 尽快在第 1时间发表最新的研究报告。 进入 E I检索系统是 /工程地质学报 0面临的紧迫问题。要努力提高论文学术水平, 严把编辑质量。 � � 二、进一步提升学报审稿与编辑水平 与会编委提出,应以 SC I的办刊标准要求本刊。要提高评审专家工作水平,规范论文评审工作。杜绝人 情稿, 关系稿。增强编辑的判断能力,加强责任主编的作用, 每期论文稿件应由责任主编终审。 � � 三、统一论文的格式要求 编委们提出,学报应进一步规范论文投稿格式要求,对摘要长度与写作格式,参考文献的数量,结论的写 法等要有统一规定。 836 Journal of Eng ineering Geology� 工程地质学报 � 2010