青海玉树地震震后结古镇布庆隆沟泥石流发育特征分析

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　　摘要：从泥石流诱发因素进行分析，对泥石流形成及发育特征进行详细调查，确定泥石流物质来源参与泥石流动储量，综合分析计算泥石流流量及最大冲出量，最后确定合理治理方案。
　　 关键词：泥石流诱发因素 治理方案
　　
　　 2010年4月14日7时49分，青海玉树发生里氏7．1级地震，震源深度14km，震中位于县城西北16km。“4.14”地震使州、县府所在地结古镇城镇基础设施和生命线工程系统造成严重破坏，面积约8km2的范围成为重灾区，居民住房几乎全部倒塌，人民生命财产蒙受巨大损失。在地震作用下，布庆隆沟两岸坡体多处产生拉裂现象，崩塌和滑坡等现象进一步加剧，为泥石流形成提供了足够多的物质来源。本文主要从影响泥石流形成发育的因素（地形、地貌、地层岩性、形成区条件以及气象等）来分析，对泥石流进行定性和计算其各种工况下流量和最大冲出量，提出防治思路。
　　 1、地质环境概况
　　 1.1、地形地貌
　　 布庆隆沟地形地貌：主沟及两侧坡体地貌类型为构造侵蚀中高山，由三叠系板岩构成的山体近南北向展布，南高北低，最高海拔高达4771m，最低海拔为3755m，相对高差约1016m，山体较完整，山坡呈凸型，植被覆盖60%。调查区东南部布庆隆沟下游地带及沟口堆积扇地貌类型为河谷地貌，主要由河流阶地、高漫滩及泥石流堆积扇组成，呈条带状，长约4.7km，宽500～1000m，西南高东北低，海拔3761～3795m。
　　 1.2、地层岩性
　　 调查区内出露地层为三叠系板岩和第四系松散堆积物，从老到新分述如下：
　　 （1）三叠系（T3）
　　 山体由三叠系（T3）板岩构成，为隐晶质结构，扮装构造构造，节理裂隙发育，产状65°∠72°，易于风化剥蚀。受“4.14”地震影响，岩体拉张裂缝发育，崩塌较发育，浅层岩块结构松散。
　　 （2）第四系全新统冲洪积物（Q4al～pl）
　　 主要分布于扎西科河岸高漫滩和一级阶地，表层粉土厚约0.3～0.5m，含少量碎石，下部为砂卵砾石层，稍密―中密，粒径一般2～20cm，大者50cm，其中大于2cm者约占50～60%，其余为粗砂及少量泥质，磨圆度一般，多呈次圆状―次棱角状。该层层厚大于10m。
　　 （3）第四系全新统泥石流堆积物（Q4sef）
　　 分布于勘查区泥石流沟道及下游沟口堆积扇面上，上覆于扎西科河岸一级阶地。岩性主要为碎石，结构松散，稍密―中密，磨圆度差，多呈棱角―次棱角，粒径一般1～5cm，大于2cm者约占60%以上，其余为中粗砂及少量泥质充填。该层厚度3～5m。
　　 （4）第四系全新统坡积物（Q4dl）
　　 分布于勘查区内斜坡及坡脚，主要披覆于斜坡中下部表层和堆积于斜坡坡脚地带，岩性为碎石，磨圆度差，多呈棱角状，粒径一般5～60cm，约占60%以上，具架空结构，骨架颗粒之间充填不完全，一般由泥质及中粗砂充填。
　　 2、泥石流形成条件及发育特征
　　 2.1地形地貌及沟道条件
　　 布庆隆沟流域平面形态近似“芭蕉扇”状，南北长约6.57km，东西宽约5.2km，总面积19.30km2，主沟总长3.028km，最大相对高差1016m，平均比降194‰。根据布庆隆沟泥石流的形成、运移、堆积特征，将流域划分为形成区（清水区）、形成区（物源区）、流通区、堆积区等四部分。
　　 2.1.1形成区（清水区）地形地貌条件
　　 位于流域的最南部，呈不规则四边形形态，面积为12.68km2，主要由三条支沟组成，主沟长1.42km，高差385m，沟床平均纵比降27.1%。沟坡坡度为200～300，区内地形高差大，沟底两岸冲蚀较严重，沟岸冲刷及垮塌情况较严重。主沟沟谷宽度1.5km，切割深度250-442m，沟底基岩裸露，残存有少量巨石，块石遍布，区内发育少量的崩塌，两侧山坡植被覆盖较好。
　　 2.1.2、形成区（物源区）地形地貌条件
　　 位于流域的中部，平面形态为 “长方形”形，面积为5.74km2，占总面积的30.2%。主沟长2.13km，沟床平均纵比降194.5‰。区内沟壑密集，地形高差大，谷坡坡度多在30°以上，区内分布有52处崩塌，固体松散物质丰富。植被条件较差，人为开挖边坡脚较为严重，支沟向阳面面状侵蚀较为严重，滑坡、崩塌及小型泥石流沟发育，固体松散物质补给量占流域总补量的90.3%，具备良好的松散固体物质补给条件。
　　 2.1.3、流通堆积区地形地貌条件
　　 位于流域的北部，流通区平面形态似梯形，面积为0.523km2。占总面积的2.7%。该段沟道较狭窄，冲沟沟道深1.2～3.5m，沟道纵坡降为9.2%。
　　 2.1.4、堆积区地形地貌条件
　　 布庆隆沟（N4）：位于流域的最北部，平面形态似三角形，面积为0.365km2。占总面积的 1.89%，泥石流冲洪积扇已被开挖破坏，规划结古镇灾后恢复重建居民安置房用地，现附近居民以帐篷为临时安置，且沟口有采石场，洪积扇前缘修建的混凝土搅拌厂，建材市场等，区内目前没有排洪渠等疏导工程及治理措施。
　　 2.2、物源条件
　　 本区沟内松散固体物源量是由崩滑堆积物量，沟床堆积物量、坡面侵蚀物源河开采废石量三部分组成。
　　 2.2.1、崩滑堆积物量：由现场测出的长宽及估计的厚度，再根据各崩滑体实际堆积的几何形状，计算出该堆积物物源量。沟床堆积物量；堆积物厚可按各沟床浅井中揭露实际堆积厚度，宽取整个沟床平均宽度，长度是以现场调查长度为准。坡面侵蚀物量；由测出的长宽及估计的厚度，计算出该堆积物物源量。考虑各个坡面堆积体的侵蚀程度及与主沟道的关系，估算出可搬运的物源量开采废石量：按采石场开采年限及开采年限内计划采石方量，计算出采石场废石堆放量。崩滑堆积物源据调查，布庆隆沟崩滑主要集中在主沟两侧坡脚处，由于表层植被少，局部坡面较陡，不稳定松散层在坡面上崩滑。据调查，流域内共发育大小崩坍、滑塌52处，可搬运的体积5.30×104m3。沟床堆积物源布庆隆沟流域内早期泥石流物质在搬运过程中沿主沟道及支沟沟口堆积，为后期泥石流形成提供了物质来源。其分布于主沟的大部沟段，主要集中在中上游、中游、中下游地带，堆积厚度大部超过4m，平均厚度在2m左右，分布宽度平均在25m左右，主沟道长为3.028km，体积约15.14×104m3。隆喀隆支沟可搬运体积为14.63×104m3。俄钦陇巴支沟可搬运体积为7.46×104m3，雅西宋多支沟可搬运体积为5.098×104m3，总计42.32×104m3。
　　 2.2.2、坡面侵蚀物源：布庆隆沟坡面松散堆积物丰富，质地松散，含大量细粒物质，地形坡度陡，呈裸露状态，极易被水流冲刷、搬运。经实际调查、估算，布庆隆沟内可转化为泥石流的坡面松散物质总量达40.62×104m3。
　　 2.3、泥石流特征值
　　 2.3.1、泥石流容重
　　 泥石流重度大小是其含沙量多少的反映，其性质主要取决于含沙量，当然还与泥沙粒度和级配有关。布庆隆泥石流因无实测资料，其泥石流重度根据实际调查资料，按体积比法和固体物质储备量计算法及泥石流沟综合判别查表法综合确定，布庆隆泥石流容重分别为1.46t/m3。
　　 2.3.2、泥石流流量
　　 泥石流峰值流量与各沟谷清水洪峰流量有关，而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。玉树县地处偏远，水文测站布设很少，巴曲河流域仅在结古镇下游3km处设有新寨水文站（原玉树站），测站控制流域面积2298km2，有1959-1968年、1981-2000年30年的水文实测资料。根据新寨水文站实测的水文资料计算，多年平均流量26.8m3/s，其径流量多年平均年内分配见表。由于各沟谷内没有实测水文资料，邻近也没有与其面积相近的水文站，本次引用青海省江源水土保持科技开发有限公司编制的《玉树州结古镇结古沟、日吾改沟排洪渠实施方案》中采用推理公式法，利用新寨站暴雨资料推求设计洪水。本次勘察按设计标准分别采用20年、50年一遇洪水。

　　 此次布庆隆沟清水洪峰流量按部分汇流公式计算，其公式为：
　　 QP=0.278K・i・F
　　 式中：QP―清水洪峰流量（m3/s）
　　 F―流域面积（km2）；
　　 i―1h面雨量（mm），由表得；
　　 K―汇流系数，查青海省水文图集， K=0.50。
　　 （1）、 雨洪法
　　 泥石流流量采用雨洪法计算：
　　 QC= （1+φ）QP・D C
　　 式中QC―频率为P的泥石流洪峰值流量（m3/ s）；
　　 QP―频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/ s）；
　　 D C―泥石流堵塞系数，因堵塞程度中等，D C取为1.7；1.5、1.5
　　 φ―泥石流泥沙修正系数，表示为：
　　 φ=（γc―γw）/(γH―γc)
　　 其中γc―泥石流重度（t/ m3），按表建议值取
　　 γw―清水的重度（t/ m3），取值为1；
　　 γH―泥石流中固体物质比重（t/ m3），取值为2.50。
　　 计算结果见表。
　　 泥石流流量计算表
　　 项目 F
　　 (km2） QP5%
　　 (m3/s) QP2%
　　 (m3/s) γc
　　 (t/m3) γH
　　 (t/m3) φ QC5%
　　 (m3/s) QC2%
　　 (m3/s)
　　 布庆隆全流域 19.3 38.36 43.73 1.46 2.55 0.422 109.10 124.36
　　 2.3.3、泥石流流速
　　 布庆隆沟沟谷较狭窄，因各沟上游山高坡陡，沟谷短而沟床纵坡降大，泥石流被束缚于沟槽中运动，能量易聚不易散，因而泥石流具有流速快、位能高、动能积累快的特点。表现在挟沙能力强，沟壁侧蚀坍塌和沟底刨蚀痕迹明显等。
　　 选用以下泥石流流速计算公式：
　　 铁一院（西北地区）经验公式
　　 VC=(15.3/a)・HC2/3・I C3/8
　　 a=（γH・φ+1）1/2；
　　 VC―泥石流断面平均流速（m/s）；
　　 RC―水力半径（m），一般可用平均水深HC（m）代替，布庆隆0.4m；
　　 IC―泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡降代替；
　　 ФC―泥石流泥沙修正系数，取值建议值；
　　 计算峰值流速值为布庆隆4.10m/s。
　　 （1）、一次泥石流过流总量
　　 一次泥石流过程总量可通过计算法和实测法确定。实测法精度高，但往往不具备测量条件，只是一个粗略的概算。计算法根据泥石流历时和最大流量，按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按如下计算公式计算：
　　 Q=0.264TQC
　　 式中：Q―一次泥石流总量（m3）；
　　 T―泥石流历时（s），取值为1800；
　　 QC―泥石流洪峰值流量（m3/ s）。
　　 经过计算，布庆隆沟二十年一遇一次泥石流总量Q=51846.54m3，五十年一遇一次泥石流总量Q=59097.80m3。
　　 （2）、一次泥石流固体冲出物
　　 一次泥石流冲出的固体物质总量QH（m3）：
　　 QH=Q（γc―γw）/(γH―γw)
　　 经过计算，布庆隆二十年一遇的一次泥石流冲出的固体物质总量QH= 15899.61m3；五十年一遇一次泥石流冲出的固体物质总量QH=17538.70m3。
　　 2.4、 泥石流危害特征及发展趋势
　　 2.4.1、泥石流危害特征
　　 根据对勘查区泥石流的形成、径流及堆积特征分析，结合泥石流历史灾害的特点，总结出区内泥石流的危害特征。区内泥石流危害区主要是沟谷下游及沟口堆积区，危害方式以淤埋、冲刷为主：
　　 ① 淤埋：是区内泥石流最大的危害特点，据调查，泥石流往往来不及排泄越过排洪道后，大量的泥沙停留下来，淤埋各种目标；
　　 ② 冲刷：区内泥石流的冲刷主要表现两个方面：受暴雨作用，沟域内大量坡面土体被带走，山坡土层被冲刷减薄，造成大量的水土流失；沟岸冲刷贯穿整个沟道，泥石流沿程接受岸坡及沟床松散体的补给，重度不断增高，尤其在流通区及沟口排洪道一带冲刷增强，使得排洪渠受损及路基受掏蚀而破坏；
　　 ③ 磨蚀：受补给条件的影响，区内泥石流中的块石含量大，且粒径较大。对目标物的撞击力较大，危害、威胁十分严重；
　　 ④ 挤压主河道：由于泥石流出山口后大量的泥沙被扎西科河带走，很少部分停留下来，对主河道的影响不甚明显，但存在着泥石流与主河冲突的可能性，若泥石流携带的泥沙、块石不能被主河及时搬运，就会停淤下来挤压河道，减小沟道纵坡降，危险性增大。
　　 3、结论及建议
　　 （1）通过对布庆隆地形、地貌，泥石流形成和发育特征调查和分析研究，布庆隆沟泥石流属稀性水石流，容重值为1.46t/m3；流速分别为：4.10m/s；二十年一遇泥石流峰值流量为109.10m3/s；五十年一遇泥石流峰值流量为124.36m3/s。
　　 （2）布庆隆流域面积为19.3km2，经过计算，布庆隆沟二十年一遇一次泥石流总量Q=51846.54m3，五十年一遇一次泥石流总量Q=59097.80m3，经过计算，布庆隆二十年一遇的一次泥石流冲出的固体物质总量QH= 15899.61m3；五十年一遇一次泥石流冲出的固体物质总量QH=17538.70m3。
　　 （3）布庆隆沟道特征为总体上上游纵坡较大，下游逐渐变缓，局部地段有陡缓相间的变化特点。但上游往往为开阔的宽谷地带，修建拦挡工程其库容较大，沟道堆积物较多，对泥石流固床、拦挡效果作用明显。
　　 ・查明泥石流的形成条件、成灾方式和促发因素的基础上，提出了泥石流综合治理方案，上游根据地形和沟道等条件，合理设置拦挡措施，下游设置排导措施，即以上拦下排治理方式。
　　
　　 参考文献：
　　 1中国地质调查局《泥石流灾害防治工程设计规范》（DT/T0239－2004）；
　　 2、中华人民共和国地质矿产行业标准《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）；
　　 3、中国地质调查局《滑坡、崩塌、泥石流灾害详细调查规范》（1:50000）；
　　 4、赵家绪，李玉军，青海玉树“4.14”地震灾区地质灾害应急排查报告，2010年。
　　 5、殷跃平，田挺山，等。青海玉树地震地质灾害调查。
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