樂山市張村溝泥石流工程地質特征及成因機制分析

嚴映峰　何朝陽　解明禮　崔巍　王愷毅　靳帥

摘要：泥石流具有形成過程復雜、暴發性強、破壞力大等特點，查明單溝泥石流工程地質特征，分析其災害現狀，并預測其潛在發展趨勢，對泥石流防治具有重要意義。以大渡河東岸樂山市金河口區張村溝泥石流為例，通過對泥石流的地形地貌條件、溝道條件、巖土體條件、物源條件、水源條件、沖淤特征及堆積物特征調查，對地貌、物源特征、堆積區特征等因素進行了詳細分析，并結合歷史遙感影像資料綜合分析了張村溝泥石流的成因機制，預測了其發展趨勢。結果表明：① 張村溝泥石流溝谷兩岸斜坡陡峻，溝道溝床縱比降較大，匯水區面積大，降雨集中，且溝道內常年有流水，為泥石流形成提供了地形與水源條件。② 溝域中下游地段兩岸斜坡穩定性較差，多發育不穩定斜坡、滑坡等不良地質現象，為泥石流物源主要供給段。③ 張村溝泥石流溝目前還是一條“年輕”的泥石流溝，仍處于形成階段，受該區地形地貌及地質環境條件控制，未來在強降雨及暴雨作用下可能會再次暴發更強的泥石流。研究成果可為類似泥石流防治提供一定參考。

關鍵詞：泥石流; 工程地質特征; 成因機制; 樂山市; 大渡河

中圖法分類號： P642.2

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.10.023

0引 言

泥石流具有形成過程復雜、暴發性強、破壞力大等特點，是包含大量泥、沙和石塊等介于滑坡和水流的氣液固三相的流體，呈稀性紊流和黏性層流等運動狀態，是常見的山區地質災害[1-3]。關于泥石流的研究，主要集中于以下幾個方面：① 泥石流活動特征，主要通過分析地震前后一定區域范圍內泥石流溝谷數量的變化，及原有泥石流溝內物源物質的變化[4-7]。② 泥石流氣象預警，通過統計一定區域內泥石流地質災害暴發時前期有效降雨量，運用統計模型分析出指定區域內泥石流暴發的臨界雨量[8-11]。③ 泥石流運動模擬，采用數值模擬、物理模擬等技術模擬不同雨強條件下，泥石流暴發后運動特征及堆積范圍[12-14]。④ 泥石流風險評價，綜合考慮泥石流易發性、潛在威脅范圍及威脅對象等信息，評判區域或單溝泥石流的風險性[15-18]。查明單溝泥石流工程地質特征，分析其災害現狀，并預測其潛在發展趨勢，對泥石流防治具有重要意義。本文以大渡河東岸樂山市金河口區張村溝泥石流為例，對研究區地形地貌、物源特征、堆積區特征等因素進行詳細分析，結合歷史遙感影像宏觀物源變化，綜合分析張村溝泥石流的成因機制，并預測其發展趨勢。研究結果可為類似泥石流防治提供一定參考。

1張村溝泥石流概況

張村溝泥石流位于四川省樂山市金口河區張家溝（東經103°05′28.33″，北緯29°14′32.92″），位于大渡河東岸水井灣處。研究區屬四川盆地亞熱帶濕潤氣候區，多年平均年降水量在1 000 mm 左右，降水主要集中在5～10月，其中又以6～9月最多。區內山勢巍峨、河谷深切，山峰海拔高程一般在3 000～4 000 m，且由西向東漸次降低?；鶐r在沖溝上游段集中出露，地層巖性主要為前震旦系峨邊群（Pteb）、茨竹坪組（Pt2c）淺變質砂板巖，巖體中原生層理節理、構造裂隙尤其是次生卸荷裂隙較為發育。溝口與大渡河交匯處可見明顯扇形坡積裙。張村溝泥石流溝主溝方向為270°，長度約為4 km，匯水區面積約3 km2，其后緣高程為2 210 m，而泥石流的溝口處高程約為600 m，泥石流流域較廣，匯水面積大，崩滑物源充足，對下游居民、交通及工廠威脅嚴重。溝口南北兩側與和平彝族鄉政府、樂山市金口區人民醫院臨近，建筑物密集，人口眾多。若發生泥石流災害，將對溝口下方的居民帶來生命威脅，會對建筑群造成破壞、阻塞道路交通，對下方車輛行人帶來危害，將造成較大的生命財產損失。

2019年8月2～4日，樂山市金口河區遭遇50 a一遇強降雨，河道水位陡增。此后兩日持續降雨，2019年8月6日，張村溝突發泥石流地質災害，因張村溝排導槽涵洞較小被泥石流堵塞，泥石流無法順利排走，淤積蔓延后沖毀某工廠營地圍墻進入營地內部，導致設施設備受損，如圖1所示。

2張村溝泥石流特征分析

2.1泥石流主溝基本特征

張村溝泥石流是一條典型的高山溝谷型泥石流，長超約4.1 km，溝谷寬約700 m，溝域面積約4 km2。溝口海拔599 m，頂部2 210 m，相對高差1 611 m，主溝自東向西延伸，平均縱坡降為368.42‰。溝內長年流水，非汛期流量較小，其流量隨季節變化較大，年徑流量約為600萬m3，主要集中在汛期，5～10月約占全年徑流的79.90%，特別是6～9月，其徑流量占全年的61.80%，枯水期為11月至翌年4月，其徑流量僅占年徑流的20.10%，最枯期為1～3月占年徑流的7.34%?？菟诹髁繛?.5 L/s，預計最大洪流量約為25.6 m3/s（按最大日降雨量157.2 mm估算）。在雨季遭遇強降雨時易暴發山洪水，河水陡漲，流量猛增;兩岸分水嶺脊線高程在1 000～1 600 m之間，溝谷切深達500 m左右。溝谷兩岸地形坡度下游段較緩，自然坡度一般為18°～30°，上游段較陡，自然坡度一般為40°～60°，岸坡緩坡地帶多為覆蓋層，且分布有集中居民點和耕地。按張村溝溝域特征，可將溝谷分為清水區、形成區、流通區和堆積區4個部分（見圖2～3）。

2.2物源區特征

張村溝泥石流的物源主要有3類：崩滑物源、溝道物源、坡面侵蝕物源等。

崩滑物源主要集中于溝谷中下部，現場查明張村溝流域內的崩滑體分布約14處，在暴雨情況下，通過滑坡滑移、洪水或者泥石流裹挾、溝岸側蝕、坡面侵蝕等方式進入溝道，形成泥石流物源。由于張村溝處于深切河谷地段，地形坡度較大，因此溝岸多為陡坡，易形成崩塌及滑坡，長期積累便為泥石流運動提供直接的物源。由于人為開挖修筑公路，導致坡體發生嚴重崩滑，大量巖土體沿坡表一直滑動、滾落至溝底。類似的局部小型崩滑體在兩側的岸坡多達十余處，為泥石流提供了充足的物源條件（見圖4）。

溝道兩側發育有大量潛在崩滑地質災害體，在崩滑地質災害體后緣存在有大量張拉裂縫，張拉裂縫逐漸貫通將會形成大規模崩滑地質災害，多為淺表層碎裂松動巖體，一旦失穩將會為泥石流提供大量物源（見表1）。

張村溝溝道堆積物源主要形成于流通區中下游地段，分布較為集中，為松散固體物質在溝道常年流水作用下下切侵蝕并搬運至平緩溝段堆積而成。常年受地表流水徑流作用，溝床及溝道兩側洪積物遭受流水側蝕形成深“V”型峽谷，坡腳被嚴重侵蝕，在下游形成寬闊的流通通道。當發生強降雨時，強大的水動力條件帶走這些固體物質進而形成泥石流，是泥石流的主要物源補給區。物質組成為碎塊石夾粉質黏土，碎塊石含量約占40%～60%，一般粒徑15～40 cm，最大可達3.0 m，棱角至次棱角狀，弱膠結（見圖5）。

張村溝形成流通區兩側斜坡坡度一般在 30°～50°，部分坡體有 60°以上，表層多為崩坡積碎塊石土（見圖6），巖土體結構松散，厚度在 1～10 m 之間，物質組成為碎塊石夾粉質黏土，碎塊石含量約占75%～85%，一般粒徑8～16 cm，最大可達1.0 m。部分較陡地帶基巖出露。巖體結構裂隙發育，表層風化強烈。表層崩坡積碎塊石土與破碎巖體在雨水的侵蝕、沖刷下，向溝內匯集，并參與泥石流活動，坡面沖溝、滑塌較發育。

2.3堆積區特征

張村溝泥石流溝道下游的地勢相對平緩，形成“U”型峽谷地貌，泥土巖塊散落堆積在溝谷中。位于溝口下方有一處排導渠，起到一定的導流作用（見圖7）。據當地居民描述，2019年8月6日晚，突發泥石流，將排水溝渠堵塞，泥石流漫灌至附近居民家及枕頭壩水電站營地廠區內。該排水溝渠的疏導能力有限，大方量泥石流涌入，僅憑疏導溝渠難以達到防治目的。

3張村溝泥石流成因機制分析

3.1地形條件

張村溝泥石流的地形地貌特征主要表現為溝谷總體較為狹窄、兩岸斜坡陡峻;溝道溝床縱比降較大。兩岸斜坡陡峻且形成流通區植被覆蓋較差，便于水流匯集。溝域中下游地段兩岸斜坡穩定性較差，多發育不穩定斜坡、滑坡等不良地質現象，為泥石流物源主要供給段;下游寬緩地段主要為泥石流停淤堆積地段。溝床縱比降較大的溝段主要表現為泥石流的勢能向動能轉變，加劇了泥石流的沖刷下切能力，并帶走大量溝道物源，加大泥石流的規模。

3.2物源條件

崩滑物源主要分布在溝谷中下游地段，由于溝道兩側斜坡坡度較大，松散物質覆蓋層較厚，巖土體穩定性較低，再加上人工修筑道路對坡體的開挖導致的多處崩滑現象使得泥石流有良好的物源條件。在暴雨工況下，巖土體均處于飽水狀況，巖土體強度降低，極易發生不穩定斜坡的二次塌滑，巖土體滑入溝道中堆積堵塞溝道，為泥石流的發生、發展提供物質基礎。該區段分布面積較廣，固體物質儲量較大，是張村溝形成泥石流的主要物源之一。

溝道物源主要表現在張村溝溝床沿線分布的松散巖土體，該部分土體主要存在于溝床之上，局部跌水段流水沖刷能力較強，物源分布較少，而溝床平緩地段土層分布較厚。據現場調查溝床底部松散固體物質儲量較大（約1 000 m3），是張村溝形成泥石流的主要物源之一。

坡面侵蝕物源主要分布在形成流通區上、下游，以斜坡表層覆蓋土為主，在此段斜坡較為平緩地段均為農耕活動，斜坡表面種植農作物等導致斜坡土體松散，在強降雨天氣下松散物質強度降低，伴隨雨水的沖刷流入溝道形成固體物源。流通區植被覆蓋率較高，溝谷中央植被覆蓋率較低，表層土體水土流失較為嚴重，在坡面形成小沖溝，松散固體物質流入溝道中，為張村溝泥石流提供豐富的固體物源。

3.3水源條件

溝內長年流水，平時流量較小，如圖8（a）所示，其流量隨季節變化較大，在雨季遭遇強降雨時易暴發山洪，河水陡漲，流量猛增，如圖8（b）所示。張村溝臨近雨量站（距離約5 km）數據顯示，在泥石流發生的前期存在強降雨，累計降雨量達176 mm，為泥石流暴發提供了水源條件（見圖9）。

3.4成因機制綜合分析

張村溝泥石流是一條典型的高山溝谷型泥石流，沖溝上游天然狀態下溝底有少量崩坡積物分布，物質組成主要為大塊石、塊石、碎石夾黏土等，粒徑混雜，結構較松散，多見架空現象，為兩岸岸坡崩塌堆積物。根據2018～2019年Sentinel-2影像（見圖10）綜合分析，該區域2019年開展了大量工程建設活動，例如山地區域開發山茶種植活動，修建大量便道，便道的棄渣均丟棄在溝道中;中下游部位，自2019年開始修建一條村道，開挖活動不僅產生大量碎石，更造成了大量局部垮塌現象，溝道兩岸邊坡穩定性較差，為2019年8月份泥石流暴發提供了物源條件。對比2019年的4月5日、4月25日、6月4日影像，泥石流溝中下部修建村道處，滑塌跡象越發嚴重，溝道中可明顯見到物源增多。2019年8月2～4日，樂山市金口河遭遇50 a一遇強降雨，河道水位陡增，此后2 d持續降雨，小時最大降雨量達30 mm。張村溝泥石流溝源和兩側岸坡的松散物源體在暴雨作用下，大量匯集于溝道，匯流過程中將坡面松散物質及坡面的各類松散堆積物源攜帶入溝道，并順溝而下，通過溝道揭底沖刷卷動溝道內殘留的松散堆積物源，并將兩側溝岸松散固體物質帶走，以滾雪球的方式向下游運動，從而暴發泥石流災害。

3.5張村溝泥石流發展趨勢預測

2020年10月，再次對該泥石流進行現場復核發現，泥石流中下游的村道已經修建完成，但溝道兩處岸坡仍存在大量局部滑塌現象，溝道中存在大量堆積物（見圖11）。該泥石流物源區巖體破碎，且山體土層松散，受極端天氣影響，易成為泥石流形成區豐富物源?，F場調查表明，張村溝泥石流溝目前還是一條“年輕”的泥石流溝，仍處于形成階段，未來在強降雨及暴雨作用下，受該區地形地貌及地質環境條件控制，可能會再次暴發更強的泥石流。

4結 論

本文通過分析樂山市金河口區張村溝泥石流地貌、物源特征、堆積區特征等因素，結合歷史遙感影像特征，綜合分析張村溝泥石流的成因機制，并對其進行發展趨勢預測，得出以下結論。

（1） 張村溝泥石流溝谷兩岸斜坡陡峻，溝道溝床縱比降較大，匯水區面積大，降雨集中，且溝道內常年有流水，為泥石流形成提供了地形與水源條件。

（2） 溝域中下游地段兩岸斜坡穩定性較差，多發育不穩定斜坡、滑坡等不良地質現象，為泥石流物源主要供給段。

（3） 下游寬緩地段主要為泥石流停淤堆積地段。溝床縱比降較大的溝段主要表現為泥石流的勢能向動能轉變，加劇了泥石流的沖刷下切能力，并帶走大量溝道物源，加大泥石流的規模。

（4） 張村溝泥石流溝目前還是一條“年輕”的泥石流溝，仍處于形成階段，未來在強降雨及暴雨作用下，受該區地形地貌及地質環境條件控制，可能會再次暴發更強的泥石流。

參考文獻：

[1]唐川，梁京濤.汶川震區北川9·24暴雨泥石流特征研究[J].工程地質學報，2008，16（6）：751-758.

[2]許強.四川省“8·13”特大泥石流災害特點、成因與啟示[J].工程地質學報，2010，18（5）：596-608.

[3]劉傳正，苗天寶，陳紅旗，等.甘肅舟曲2010年8月8日特大山洪泥石流災害的基本特征及成因[J].地質通報，2011，30（1）：141-150.

[4]崔鵬，莊建琦，陳興長，等.汶川地震區震后泥石流活動特征與防治對策[J].四川大學學報（工程科學版），2010，42（5）：10-19.

[5]唐川.汶川地震區暴雨滑坡泥石流活動趨勢預測[J].山地學報，2010，28（3）：341-349.

[6]唐川，李為樂，丁軍，等.汶川震區映秀鎮“8·14”特大泥石流災害調查[J].地球科學（中國地質大學學報），2011，36（1）：172-180.

[7]李寧，唐川，卜祥航，等.“5·12”地震后汶川縣泥石流特征與演化分析[J].工程地質學報，2020，28（6）：1266-1278.

[8]譚炳炎，段愛英.山區鐵路沿線暴雨泥石流預報的研究[J].自然災害學報，1995（2）：43-52.

[9]譚萬沛，韓慶玉.四川省泥石流預報的區域臨界雨量指標研究[J].災害學，1992（2）：37-42.

[10]GIUSEPPE C，MARCO M，PIER P A，et al.Debris flows rainfall thresholds in the Apennines of Emilia-Romagna（Italy）derived by the analysis of recent severe rainstorms events and regional meteorological data[J].Geomorphology，2020，358：107097.

[11]崔鵬，劉世建，譚萬沛.中國泥石流監測預報研究現狀與展望[J].自然災害學報，2000（2）：10-15.

[12]段學良，馬鳳山，郭捷，等.基于Massflow模型的西藏仁布杰仲溝泥石流運動特征分析[J].中國地質災害與防治學報，2019，30（6）：25-33.

[13]聶銀瓶，李秀珍.基于Flow-R模型的八一溝泥石流危險性評價[J].自然災害學報，2019，28（1）：156-164.

[14]繆吉倫，張文忠，周家俞.基于SPH方法的黏性泥石流堆積形態數值模擬[J].自然災害學報，2013，22（6）：125-130.

[15]HU G S，TIAN S F，CHEN N S，et al.An effectiveness evaluation method for debris flow control engineering for cascading hydropower stations along the Jinsha River，China[J].Engineering Geology，2020，266：105472.

[16]陳駿煒，張繼權，阿魯思，等.基于PSO-AHP方法的山區泥石流災害風險評價：以吉林省蛟河市為例[J].東北師大學報（自然科學版），2019，51（3）：152-160.

[17]張茂省，薛強，賈俊，等.山區城鎮地質災害調查與風險評價方法及實踐[J].西北地質，2019，52（2）：125-135.

[18]喬建平，王萌，吳彩燕，等.汶川地震擾動區小流域滑坡泥石流風險評估：以都江堰白沙河流域為例[J].中國地質災害與防治學報，2018，29（4）：1-9.

（編輯：劉 媛）

Abstract：Debris flow has the characteristics of complicated formation process，strong outbreak and great destructive power.Finding out the engineering geological characteristics of the debris flow，analyzing its disaster status and predicting its potential development trend are of great significance to the prevention and control of debris flows.Taking the debris flow in Zhangcungou，Jinhekou District，Leshan City，on the east bank of the Dadu River as an example，the terrain and geomorphic conditions，channel conditions，rock and soil conditions，material sources conditions，water source conditions，erosion and deposition characteristics and deposit characteristics of the debris flow were investigated.The geomorphology，material sources characteristics，accumulation area characteristics and other factors were analyzed in detail.Combining with historical remote sensing image data，the cause mechanism of the debris flow in Zhangcungou was comprehensively analyzed，and its development trend was predicted.The results show that：① The steep slope banks of the valley，the large longitudinal gradient of the channel bed，the large catchment area，the concentrated rainfall，and flowing water in the channel all the year around provide topography and water source conditions for the formation of the debris flow.② The slopes on both sides of the middle and lower reaches of the ditch are of poor stability，and there are often unstable slopes，landslides and other unfavorable geological phenomena，which are the main supply sections of debris flow sources.③ The Zhangcungou debris flow ditch is still a “Young” debris flow ditch，which is still in its formation stage.Under the control of the topography and geological environment conditions in the area，in the future，a stronger debris flow may erupt again under the action of heavy rainfall and heavy rain.The research results can provide a certain reference for the prevention and control of similar debris flows.

Key words：debris flow;engineering geological condition;formation mechanism;Leshan City;Dadu River