刘清泉
张门扎沟泥石流特征、形成机制和防治对策分析
刘清泉
（四川省煤田地质局一四一队，四川 德阳 618000）
本文以张门扎沟泥石流为例，介绍了其形成条件，分析了其基本特征、形成机制，认为沟内泥石流固体物源丰富，具有良好的泥石流发育条件，具有较强的危险性。提出“缝隙坝+拦砂坝+排导槽+桥涵（场镇内）+盖板涵（8#支沟）+沟道整理及清淤”的防治方案，为同类型的泥石流防治工作提供借鉴与参考。
泥石流；
特征；
形成机制；
防治对策
泥石流由降雨、融冰、溃决等自然或人为因素作用下，在沟谷或坡面上形成的一种夹带大量泥砂、块石和巨砾等固体物质的特殊洪流，具有流量大、流速快、破坏力强等特点，较易造成巨大损失。2020年9月以来，米易县多地出现了极强特大暴雨过程，全县多个乡镇出现大面积山体滑坡、塌方、泥石流、山洪等自然灾害，米易县白坡彝族乡等地区受灾尤为严重，2020年9月14日，白坡彝族乡张门扎村张门扎沟爆发泥石流，造成白坡彝族乡集镇的大量房屋、一所学校被泥石流淤积，部分房屋、公路、乡政府、乡卫生院、烟站、发电厂及大量街道等掩埋或损毁，造成直接经济损失2800余万元。鉴于此，分析张门扎沟泥石流的基本特征、形成机制和防治对策，其实际意义显著，值得深入思考与探究。
1.1 地形地貌及沟道条件
张门扎沟泥石流位于白坡彝族乡场镇下后方张门扎沟域范围，张门扎沟泥石流属于普威河右岸一级支沟，沟口地理坐标：东经E101°54′34.5″，北纬N27°6′48.1″，高程约1183m。张门扎沟泥石流主沟长约4.55km，流域面积约7.7km2，流域整体呈树叶状展布，支沟较发育共发育8条支沟，整体特征详见张门扎泥石流遥感影像（图1）；
沟域最高高程分布在东侧沟源处，高程约2580m，沟口处高程约1210m，高程差1370m，平均纵坡比降约229‰。主沟中上游及两侧支沟沟谷切割较深，沟谷形态多呈“V”字型，两侧岸坡坡度多在25°～50°，局部地段陡峻达60°，沟谷宽度为2～8m不等。主沟下游即出山口盐米路以下为宽缓的泥石流堆积扇区，沟道平均纵坡比降约139.3‰。下游场镇区和主河沟道平缓排泄能力差，在中上游和出山口沟道内存在卡口，有很好拦挡条件，宜设拦挡坝。
图1 张门扎泥石流遥感影像图
2020年“9·14”泥石流后，沟道内堆积了大量的泥石流物源，出山口及以下场镇和普威河为沟石流冲出物源，呈扇形集中堆积区，厚度可达5m以上，灾后当地政府对沟道进行简单的清理疏通，现沟道两岸为自然堆积的此次沟石流冲出物源，未进行任何防护易掏蚀塌滑。
表1 泥石流崩滑物源和沟道物源估算汇总统计表
1.2 物源条件
张门扎沟域范围内植被较为发育，沟道两岸坡体中上部为天然林地，植被覆盖率40%～60%；
坡体下部为居民耕地及低矮的灌木丛，由于长年毁林种地、公路切坡及洪水冲刷，坡体植被破坏较严重，植被覆盖率较低，为25%。主沟及各支沟两侧谷坡上覆大量第四系残坡积堆积体碎石土层，厚度为2～10m，一般斜坡下部覆盖厚度大于上部；
下伏基岩为三叠系白果湾组（T32）粗砂岩-细砂岩-粉砂岩-夹薄层泥岩；
薄层—中厚层状结构，石英闪长岩斜长岩，粉砂岩较硬，强度较高，泥岩较软、易风化。受2020年9月以来连续暴雨影响，沟域内滑坡、崩塌等不良地质现象十分发育，沟道内堆积大量滑坡松散物质，堆积层最大厚度达5m以上。张门扎沟泥石流的物源类型主要为滑坡堆积物源、沟道堆积物源及坡面侵蚀物源三类。其中沟道堆积物源及崩滑堆积物源为泥石流主要物源，沟域内大部分区域植被覆盖率较高，坡面侵蚀物源相对较少，主要分布在坡体下部临近沟道区域。沟道堆积物源在主沟沟道内分布较长，堆积厚度大，以揭底冲刷的方式参与泥石流活动；
沟域内存在大量的崩滑堆积体及岸坡滑塌体，厚度大，前缘分布长度大，对沟道产生了较大的挤压，崩滑堆积体以被表层冲刷+底部切脚的方式参与泥石流活动。张门扎沟沟域内共发育物源32处，其中滑坡堆积物源10处，崩塌堆积物源4处，沟道物源10处，坡面侵蚀物源8处。附表1泥石流崩滑物源和沟道物源估算汇总统计表和表2泥石流坡面侵蚀物源估算汇总统计表。
沟道中部存在大量的沟道物源及崩滑物源，物质组成中块石含量较大，因此建议在通村公路上游设计拦挡工程，采用缝隙坝的方式，拦粗排细，减缓下部防护工程的压力。沟道下部存在大量堆积物及沟口冲出物，以碎石土为主，大块石含量较少，加之上游缝隙坝对大块石进行了拦挡，建议在出山口公路内侧设计拦砂坝防止沟道物源揭底冲刷和回淤压脚稳固沟道两侧崩滑物源。
1.3 水源条件
张门扎沟泥石流的水源主要来源于大气降水。暴雨形成的地表径流是引发泥石流的主要水源，暴雨是泥石流的主要激发因素。张门扎沟汇水面积约7.7km2，降雨充沛，四季分明，主沟常年有水，虽沟内地表水流量不大，但由于沟谷比降较大，水动力强大，富含泥砂的地表水从较大落差的高处冲下易形成破坏力很强的泥石流。该泥石流沟虽然汇水面积较大，但物源较分散，两侧无单薄分水岭，因此，采用导流条件较差。
2.1 各区段冲淤特征
从清水区来看：沟床高程2100m以上部分，以及各段沟岸中上部，汇水面积大，沟道沟道平均纵坡比降约400%，岸坡坡度30°以上，地形陡峻。陡峻的地形有利于大气降水和地表水的汇流，提供充足的水源和较大的水动力条件。该区的冲淤特征为以冲为主。
从形成流通区来看：形成流通区沟床高程1235～2100m段，以及各支沟中下部。该部分沟道长度约3.11km，分布面积3.46km2，占流域面积的44.9%。沟道平均纵坡比降约280.3%。泥石流规模较小，水动力条件较差时，上部冲出物也会在该区停留，成为泥石流沟道物源。总体上，该区仍以冲为主。
从堆积区来看：沟床高程1235m至下部沟口处，该部分沟道长度约0.62km，分布面积0.24km2，占流域面积的3%。该区段高程差为790m，沟道平均纵坡比降约139.3%，沟床宽度5～40m，沟道坡度约为8°～10°。根据沟道堆积厚度，可见该区段大部分时期以淤为主，堆积区上部存在少量冲淤平衡的情形。
2.2 堆积物特征
从泥石流堆积物颗粒特征来看：对沟道泥石流堆积物进行了颗粒级配试验，试验方法是将探槽0.5m～1.5m的土样采集进行现场筛分试验，得出颗粒大小为＜0.075mm、0.075～1mm、1～2mm、2～5mm、5～20mm、20～40mm、40～60mm、60～200mm、＞200mm等粒级的颗粒重量及所占百分比。泥石流的颗粒级配关系反应了不同沟段位置的水动力条件和冲淤特征，与野外调查的情况基本相符。张门扎沟沟域总体上水动力条件较大，细小颗粒大部分被洪水带走，而将粗颗粒物质留于沟道内；
由于沟域内沟道堆积物总体上土石比较低，其颗粒级配特征表现为大部分在2mm以上，而粒径＜2mm的砂粒含量普遍较低。
表2 泥石流坡面侵蚀物源估算汇总统计表
经现场调查发现：张门扎沟泥石流堆积物主要沿着沟道堆积，在流通区内呈长条状分布。因沟道各段堆积体粒径组成不同，将沟道分为上、中、下三部分，上段与中段以沟道标高1340m处为界，中段与下段以标高1240m处通村公路涵洞为界，上、中、下三段堆积区粒径比存在明显区别。沟道物源分布从上之下大粒径块石含量逐渐减少。中部通村公路涵洞上部区段大粒径块石含量大，中部通村公路涵洞下部大粒径块石含量明显减少。越往下部区段，粒径小的含量所在比例逐渐增加。
图2 张门扎泥石流堆积物特征
（1）适宜的地形地貌及沟道条件。该泥石流沟地形地貌为侵蚀高中山地貌，沟域汇水面积约7.7km2、主沟长4.55km，相对高差较大，纵向坡降较大，为泥石流的形成提供了较好的地形条件。
（2）泥石流固体物源较丰富。张门扎沟沟域内发育崩滑堆积物源14处，物源总量约为22.5×104m3，估算动储量约为5.67×104m3；
沟道堆积物源10段，总量约为47.54×104m3，估算动储量约为13.58×104m3；
坡面侵蚀物源总量约为132×104m3，估算动储量约为9.52×104m3；
合计物源总量约为202.04×104m3，动储量约28.77×104m3。可见，该泥石流沟域内固体物源丰富，物源条件良好。
（3）充足的水源条件。该沟汇水面积较大，区内最大日降雨量为205.2mm（1960年7月20日），三日最大降水量为225.0mm（1960年7月19～21日），最大1小时降雨量达67.6mm（1972年和1982年），最大10分钟雨量达25.0mm（1972年和1982年）。降雨时间分布不均匀，多大到暴雨和局地暴雨，降雨量时空分布不均，主要集中在5～9月。泥石流爆发当日，特别是9月14日早上10点至11点，米易县城区出现强降雨，小时最大雨量为54.9mm。9月14日08时至15日08时降雨最大落点出现在米易县麻陇乡庄房村，雨量为206.7mm。小时降雨量达20年一遇暴雨强度，24小时降雨强度达百年一遇暴雨强度。总体上讲，改沟具备暴发泥石流的水源条件，暴雨则是泥石流形成的主要引发因素。
4.1 明确泥石流防治目标原则
根据张门扎沟泥石流的基本特征、形成机制，泥石流防治总的目标是减轻泥石流灾害对沟口白坡彝族乡集镇及盐米路县道的危害。具体目标：一是根据泥石流的危害性及危险性大小，确定本治理工程措施为永久性工程，各项治理工程必须安全可靠，通过治理，使泥石流治理工程在设计频率、规模的泥石流发生时，不再造成危害。二是治理工程措施是针对泥石流类型、活动规律等进行，各项工程包括稳拦、排导、生物工程等配合使用，综合治理，保证安全。三是应建立可行的泥石流监测网络，适时监控治理过程中和治理后的泥石流动态，以保施工安全，为今后泥石流的治理效果监测和灾害预警提供依据和基础数据。为此，治理工程措施应遵循安全可靠、技术可行、经济合理、施工方便、与环境协调的原则。
4.2 优化泥石流防治工程方案
具体方案建议如下：缝隙坝+拦砂坝+排导槽+桥涵（场镇内）+盖板涵（8#支沟）+沟道整理及清淤。沟道中部存在大量的沟道物源及崩滑物源，物质组成中块石含量较大，因此本次在通村公路上游设计拦挡工程采用缝隙坝的方式，拦粗排细，减缓下部防护工程的压力。沟道下部堆积物及沟口冲出物，以碎石土为主，大块石含量较少，加之上游缝隙坝对大块石进行了拦挡，在盐米路上游设计拦挡工程采用拦砂坝的方式。沟道过场镇段暗渠改造为排导槽。公路处设计桥涵，涵洞尺寸满足泥石流过流要求。盐米路上部长度约180m区段，“9.14”泥石流发生时堆积了大量的物源在沟道内，结构松散，未进行防护工程，修建拦砂坝后将影响坝体库容。因此在修建拦砂坝之前，先将此沟段内堆积物进行清理，以保证拦砂坝建成后有足够库容条件。
4.3 拟建工程部位工程地质条件分析
一是拟建缝隙坝工程地质条件分析。拟建缝隙坝工程，位于中部通村公路上游约45m处，坝址区地貌属河流侵蚀堆积地貌。坝址区地层分布较简单，松散堆积层分布稳定、厚度较薄。坝址区未发现全新世活动断裂及其他影响场区稳定性的地质构造。坝址区场地整体稳定性较好，基本适宜缝隙坝工程建设。左侧坝肩斜坡坡度较陡，坝肩自然坡度约35°，地表植被多杂草及灌木，零星分布少量树木，上覆为第四系残坡积含碎石粉质粘土，厚度1～3m；
下伏基岩为三叠系白果湾组（T32），节理裂隙较发育，强风化层较薄，厚度3～5m，稳定性较好。左侧坝肩置于基岩内，左坝肩稳定性较好。右侧坝肩斜坡坡度较陡，坝肩自然坡度约35°，地表植被多杂草及灌木，零星分布少量树木。因坝址区右岸为凹岸，受“9·14”泥石流切角影响，岸坡存在一定的侧蚀。上覆为第四系残坡积含碎石粉质粘土，厚度5～10m；
右侧坝肩置于第四系残坡积层内，右坝肩稳定性一般。
二是拟建拦砂坝工程地质条件分析。拟建拦砂坝工程，位于盐米路涵洞上游约70m处，坝址区地貌属河流侵蚀堆积地貌。坝址区地层分布较简单，松散堆积层分布稳定、厚度较薄。坝址区未发现全新世活动断裂及其他影响场区稳定性的地质构造。坝址区场地整体稳定性较好，基本适宜拦砂坝工程建设。坝址区沟道宽度约42m，沟道内为泥石流堆积块碎石土，堆积体厚度3～6m，粒径大于20cm块石含量约占10%，粒径6～20cm区段所占比例约占30%，2～6cm区段粒径含量约约占30%，粒径小于2cm含量约占35%；
母岩成分为砂岩；
下覆基岩三叠系白果湾组（T32）灰黑色粉砂岩，由于堆积体厚度较厚，且为新近泥石流堆积物，属于松散状态。建坝之前，需先进行沟道整理清淤工作。将坝基置于原生土层或下覆基岩内，坝基稳定性好，可满足基础承载力需要。
（1）张门扎沟流域内具有泥石流发育的良好条件。从地形地貌上看，张门扎沟流域内相对高差大，地形陡峻，沟谷纵坡较大，有利于泥石流物质的汇集和成灾。
（2）从物源条件上看，沟内泥石流固体物源丰富，主要包括滑塌堆积物源、沟道堆积区域和坡面侵蚀物源，沟域内松散物源静储量为202.04×104m3，可参与泥石流运动的动储量为22.5×104m3。
（3）张门扎沟泥石流危险性大，危害严重，特别是2020年极强特大暴雨后，沟内新增大量松散固体物源，如果遭在强降雨条件下再次发生泥石流的可能性较大。鉴于泥石流沟口威胁重大，为确保泥石流危险区人们生命财产安全，建议尽快采取工程治理。
综上所述，张门扎沟泥石流位于凉山州米易县白坡彝族乡张门扎村境内，危险性大，对其实施应急防治尤为关键，有助于为当地居民提供一个安全良好的生活环境。
徐琳，达娃，罗绍强，胡林，肖进，赵海华，官辉．2021．堆龙德庆区比西沟泥石流特征及成因机制分析[J]．四川地质学报，41(03)：448-452．
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Analysis on Characteristics, Formation Mechanism and Prevention Measures of Debris Flow in Zhangmenzhagou
LIU Qing-quan
(No. 114 team of the Sichuan Coalfield Geology Bureau, Deyang Sichuan 618000)
Taking the debris flow of Zhangmenzhagou as an example, this paper introduces its formation conditions, analyzes its basic characteristics and formation mechanism. It is concluded that the debris flow in the gully is enriched in solid material sources, has a good condition for debris flow development and has a strong risk. The prevention and control plan of "gap dam + sand dam + drainage channel + bridge and culvert (in the field town) + cover culvert (8# branch trench) + gully finishing and dredging" is proposed, which provides reference for the prevention and control work of the same type of debris flow.
debris flow; characteristic; formation mechanism; prevention and control measures
P642.2
A
1006-0995（2022）04-0629-05
10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.017
2021-12-17
刘清泉（1979—），四川宜宾人，水工环高级工程师，研究方向：水工环地质、地质灾害
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