湘鄉地區典型暴雨型泥石流形成機制及發展趨勢分析

李干龍 張聯志

（湖南省有色地質勘查局二總隊，湖南 湘潭 411102）

湘鄉地區屬于典型湘中地質災害頻發區，點多面廣，主要以崩塌和滑坡為主，泥石流發生次數較少。根據2020 年湘鄉市地質災害數據庫統計，泥石流僅9 列，占比為4.2%[1]。但泥石流的突發性、破壞強且一般規模較大，直接影響溝口和兩側居民或其他實施的安全。本文以湘鄉市壺天鎮壺天村25 組泥石流為例[2]，為湘鄉地區甚至湘中地區的泥石流的研究提供參考。

一、壺天泥石流發育背景

壺天泥石流發生于2017 年7 月1 日，因預警及時，未造成人員傷亡事故，但泥石流造成合東水庫干渠被阻斷，下游5 戶村民遭受不同程度的損失，其中2 戶居民房屋被完全損毀。

（一）地形地貌

區內屬構造侵蝕剝蝕碎屑巖和構造溶蝕碳酸鹽巖高丘陵地貌。地形起伏較大，溝谷縱坡降大，特別是坡體上部縱坡很大。溝谷形態呈“V”型，兩側坡體坡度 20°以上，對泥石流的形成提供了良好的地形條件。泥石流溝域總面積0.18km2，相對高差最大149m。植被覆蓋率60%以上，整體覆蓋率較好。

（二）地層巖性

1.第四系（Q）。碎塊石土（Qdel）：稍濕，松散，黃褐色，以粉質粘土為主，碎、塊石含量20～30%，粒徑50～100mm，部分可達500mm，棱角狀、次棱角狀為主，主要為砂巖。2.泥盆系上統佘田橋組（D3S）。砂巖（D3s）：灰黃色～黃色，砂質結構，由石英和長石組成，局部含少量泥質，產狀163°∠62°，鐵質膠結物，節理裂隙發育，見兩組節理，315°∠65°和50°∠65°。該層各鉆孔均有揭露，抗壓強度21.3-38.9Mpa，平均29.3Mpa。

（三）地質構造

據1:20萬區域地質資料，壺天及壺天以西一帶，由泥盆系至下三迭系巖層所組成。褶皺及壓極性斷裂群，呈大致平行的北東走向，伴隨有與其呈直角相交的一系列張性或張扭性斷層，斷裂面一般均傾向北西，斷面傾角一般在40°左右。從構造行跡來分析，本區主要構造應力來自近南東-北西向，同時受月山一帶及其北部劉家鋪一帶花崗巖的侵入所影響，形成比較復雜的地質構造體系。

（四）氣象

壺天鎮屬亞熱帶季風暖濕氣候區，四季分明，雨水集中，雨量豐沛，年均日照時數1584～1885 小時，無霜期273 天。年均溫16.7～18.3℃，1 月均溫在5℃左右，7 月均溫在30℃左右，極端最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-12.1℃；雨季集中在每年的4～9 月份，年平均降水日150 天，年平均降水量1308.0mm，最大月平均降雨量210.2mm，最小月平均降雨量43.3mm。全年降水集中于初夏雨季（3-8 月），歷年春夏雨季平均降水量為925.9mm，占全年總量70%；4-6 月更為集中，占全年總量45%，為易發洪澇期。根據湘鄉市氣象局統計，2017 年6 月22 日至7 月2 日湘鄉市全境遭遇持續性降雨，具有持續時間長，為有氣象記錄以來次極值（自6 月22 日晚開始，至7 月2 日結束，歷時10 天），次于1998 年（6 月18～29 日）；累計降水量大，為有氣象記錄以來的極值（6 月22 日晚至7 月2 日08 時）。其中，翻江鎮累計降雨量達320mm，24h 最大降雨量發生在6 月30 日至7 月1 日，累計達117mm，達大暴雨級別。

二、形成機制分析

根據勘查報告，壺天泥石流按物源成因分類屬崩滑型泥石流，按水源成因分類屬暴雨型泥石流，按集水地貌分類屬坡面型泥石流。對其形成機制分析如下：

壺天泥石流在持續性暴雨作用下，大量雨水匯集并入滲松散巖土體，導致原有松散覆蓋層中孔隙被水充填，形成較高的孔隙水壓力。溝道上部坡體隨平均有效應力降低而出現剪脹變形，導致孔隙水壓力下降和水分入滲剪切破壞土體。因此相鄰土體失穩區域進一步擴大直至形成連續的破裂面。斜坡土體受剪切形成破壞面，土體受重力作用產生拉應力，后緣逐漸出現拉張裂縫。降雨時，大量雨水沿裂縫或孔隙入滲并沿破壞面產生向下的滲透力。當剪切力和滲透力大于坡體抗剪強度時則會引起整體滑動。在有利地形條件下加速滑動，進一步對溝域范圍內的松散物質進行侵蝕和沖刷，造成泥石流融入更多的碎屑物，致使流體重度不斷提高。隨著松散物質的流動，坡體亦逐漸變緩，沿途的阻擋等因素流速減緩，最終因能力被消耗而堆積于沿途或溝口緩坡區。

三、誘發因素分析

（一）地形地貌

項目區屬華南湘贛丘陵區，切割深度大，斜坡陡峭，加上縱坡降大，為水源和碎石土的匯集及松散固體物質的搬運提供了有利的地形地貌條件。

（二）物源條件

項目區植被較發育，坡體陡峻，上覆土體松散，表層巖石風化程度高，局部山坡裸露，坡面被侵蝕，坡體中下部存在大量的殘坡積物；同時，由于強降雨沖刷坡面，導致原坡面巖土層不斷剝蝕，在坡頂處發育多處小型崩滑體。因此在強降雨期間，坡面大量雨水長時間沖刷，攜帶大量的松散固體物質，所以豐富是固體物源是泥石流重要誘發因素之一。

（三）水源條件

壺天泥石流的水源主要來自降水。暴雨是誘發泥石流的主要因素。結合前文可知，2017 年6 月22 日～7 月1 日的持續性強降雨是有氣象記錄以來最強一次降雨，大量地表水長時間的匯集和沖刷，為泥石流的爆發積累了水源條件。

（四）人類工程活動

泥石流區內的人類工程活動主要為新建房屋和水渠的切坡，一定程度改變了原始地形地貌，加速了坡面的水土流失，總體來說，人類工程活動引發泥石流災害的影響程度較小。

四、泥石流的發展趨勢

（一）泥石流的易發程度評價

根據泥石流流域特征，對壺天泥石流的易發程度綜合判別如表1：

表1

泥石流的易發程度數量化評分表

泥石流溝易發程度數量化綜合評判等級標準表 表2

泥石流發展階段的識別表 表3

根據表1 和表2 對壺天泥石流的綜合評分結果及評判等級劃分，泥石流易發程度數量化評分為分，分至值介于44～86 標準之間，因此該溝屬于輕度易發泥石流。

（二）泥石流的發生頻率和階段

根據前文可知壺天以往未曾發生過類似災害，壺天泥石流屬極低頻泥石流，依據表3 判定壺天泥石流的發生頻率和階段。

根據表3 判別結果：壺天泥石流現階段為發展期（壯年期）。

（三）泥石流的發展趨勢預測

根據前文分析與研究，壺天泥石流屬極低頻泥石流，但現處于發展期（壯年期）。隨著參與泥石流活動的松散固體物源量大增，激發泥石流的臨界雨強可能降低，因此泥石流的爆發頻率可能會加密。

五、結論

1.壺天泥石流相當于百年一遇，直接經濟損失達500 萬元，災情等級為大型。2.壺天泥石流屬極低頻暴雨型泥石流，發展階段屬發展期（壯年期）。3.壺天泥石流主要為暴雨激發，易發程度屬輕度易發，如發生集中暴雨，其形成大規模泥石流災害的危險性較大，其發生頻率可能會進一步提高。4.由于泥石流易泥石流危險性大，且危害非常嚴重，對其實施防治工程十分必要而迫切。