九寨溝景區卓追溝泥石流特征及治理措施建議

韓 俊，陳龍飛，何宇航，蔣雨欣

（1.核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610061；2.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023）

0 引言

2017 年8 月8 日九寨溝縣7.0 級地震后，九寨溝景區內觸發了許多崩塌、滑坡、泥石流次生地質災害，威脅著居民的生命財產安全，以及景點的自然風光和道路等基礎設施的安全。本文基于九寨溝景區卓追溝泥石流實例，通過對泥石流形成條件、發育特征的現場調查，綜合評價了其危害性和發展趨勢，并結合施工的可行性和效益比提出了相應的治理措施，為同類型泥石流災害的防治提供一定的參考[1-5]。

1 研究區概況

卓追溝泥石流位于九寨溝則查洼溝景區內，距景區門口約25 km，泥石流溝口位置坐標為104°14′5.9″E，33°15′38.5″N。主溝縱長約3.3 km，流域面積約4.14 km2，溝域最高點海拔高度4 492 m，溝口處高程為2 882 m，相對高差1 610 m，溝域內物源量豐富。泥石流主要威脅景區基礎設施及游客、工作人員的生命安全等。

九寨溝景區地貌上表現為深切割構造侵蝕中、高山地貌。流域內地層主要為第四系全新統填土（Q4ml）、崩坡積物（Q4col+dl）和泥石流堆積物（Q4sef），流域溝床兩側下覆基巖主要為石炭系下統岷河組一段（Cm1）的灰巖、板巖和變質砂巖。

2 泥石流形成條件

2.1 地形地貌條件

卓追溝泥石流未發育典型的形成區，根據其特征，總體可將溝域劃分為清水區、形成流通區和堆積區（圖1）。

泥石流的清水區位于溝道兩岸的山頂，山頂基巖裸露，發育的物源較少；泥石流的形成流通區（也是物源區）位于溝道中上游—中下游段，溝道兩岸的崩塌發育導致溝床上的堆積物極為豐富。該區域也是泥石流松散固體物源的主要發育區域。泥石流的堆積區位于溝口，地勢較為平坦，其前緣為景區公路。

從溝口到溝道3 015 m區段，是泥石流堆積區，該區域主溝的平均縱坡是135.9‰（圖2）；從溝道海拔3 015 m 到海拔3 925 m 的溝道范圍是形成流通區溝段，發育著1 條較大支溝，泥石流的匯流速度快，此區域主溝平均縱坡比降是408.5‰；溝道海拔3 925 m 以上是泥石流清水區，此流域清水區地形較陡，溝谷平均縱坡比降是811.5‰。

卓追溝泥石流溝谷平均縱坡降約為385.6‰，相對較大，可搬運固體物源，該地形條件有利于泥石流的發生。

卓追溝泥石流溝溝谷縱坡較大，流域內兩側山體平均坡度大于40°，坡頂多為基巖裸露，坡腳植被多以喬木、灌木為主，降雨匯集速度快，給泥石流提供了有利的水源條件。地形陡峻，基巖裸露，為崩塌、坡面侵蝕等地質災害提供了有利條件。

根據調查，在卓追溝泥石流的形成流通區內，主要有2 處地點可能形成堵潰點，這兩處堵潰點所在溝道狹且窄，溝道彎曲，縱坡較大，水流速度快，溝道下切作用強。第一處堵潰點位于流通區中下游，距溝口約890 m，該處溝道堆積物由大塊石堵住，一旦塊石松動，溝道堆積物源啟動，形成堵潰；第二處堵潰點在形成流通區距溝口約1 020 m處，該處坡體大部分土體可能發生失穩破壞進入溝道，造成溝道堵塞，形成堵潰。

圖1 卓追溝溝域衛星影像圖Fig.1 Satellite image of Zhuozhuigou catchment

圖2 卓追溝泥石流縱剖面圖Fig.2 Longitudinal profile of Zhuozhuigou debris flow

2.2 物源條件

卓追溝泥石流的物源類型主要是崩塌堆積和溝道堆積物源。

經統計，卓追溝流域物源總量約為28.14×104m3，動儲量約為11.08×104m3。其中，崩塌堆積物源量為20.37×104m3，動儲量為7.88×104m3。溝道堆積固體物源總量為7.77×104m3，動儲量為3.20萬m3。

2.3 水源條件

大氣降水是卓追溝泥石流的水源條件主要來源。引發此泥石流的主要水源條件是暴雨形成的地表徑流，暴雨是發生泥石流的主導因素。

九寨溝地區降水量少，近15 年來年平均降雨量704.3 mm，年降水量最大值為1 066.6 mm，最小值為539.1 mm。據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》，研究區暴雨量等值線圖，1/6 h、1 h、6 h、24 h 多年最大暴雨量平均值分別為8 mm、14 mm、26 mm、40 mm，在P=5%的條件下，1/6 h、1 h、6 h 和24 h 的雨強可分別 達 到17.60 mm、28.70 mm、47.84 mm 和63.60 mm。同時，該泥石流溝域面積約4.14 km2，發育1 條支溝，溝內地形陡，縱坡大，利于地表水徑流的匯集，降雨強度滿足引發泥石流災害的要求。

3 特征分析

根據調查訪問，結合現場情況，將泥石流堆積區劃分為老泥石流堆積區和新近泥石流堆積區。卓追溝每年雨季都會有固體物質沖出淤積于新近泥石流堆積區，近年最大的一次泥石流發生于2010年，推測沖出量約為0.45×104m3，暴雨頻率約10 年一遇。最近一次較大規模的泥石流，發生于2017 年9 月份，據估計沖出固體物質約0.35×104m3，泥石流呈稀粥狀，水流攜帶大小不一的石塊，受溝口地形及植被影響，淤積下來，未沖到棧道及公路上，泥漿則沿坡呈散流狀沖到棧道及公路上，泥石流尚未形成災害。

圖3 泥痕照片Fig.3 Sediment trace of Zhuozhuigou debris flow

通過調查該泥石流的災害史發現，自2008年汶川地震之后幾乎每年該溝域都會爆發小規模泥石流，其易發程度為易發，屬于中高頻泥石流，處于發展階段的壯年期，屬暴雨溝谷型泥石流。

對卓追溝泥石流的成因分析如下：

首先，卓追溝泥石流在暴雨的作用下，將位于坡體表面的松散堆積物源攜帶、匯流進入溝道，通過溝道揭底沖刷，裹攜溝道內的松散堆積物，一并帶走溝岸兩側松散固體物質，之后以滾雪球的方式逐漸擴大規模，沿溝道向下游運動，從而形成泥石流災害。

在暴雨作用下，支溝泥石流的固體物源一部分堆積于支溝口的平緩開闊地段，另一部分則匯入主溝。主溝域內因支溝水流的匯入，水流量整體大于支溝水流量。因此，支溝泥石流在匯入主溝后，在主溝較大水流量作用下，被大大稀釋，重度降低。主溝泥石流從上游向下游流通時，不斷沖刷溝道兩側岸坡和溝道內部的松散堆積物，流量不斷增大，沖刷能力不斷增強。

卓追溝泥石流的形成受三個關鍵因素影響。一是卓追溝溝域內地形陡峭，溝谷縱坡比較大，為水源和泥沙的匯集提供了有利的地形地貌條件；二是受地震影響，主溝中上游至中下游地段崩塌和水土流失現象極為發育，加之溝道內原有大量的堆積物，這都為泥石流的發生提供了豐富的物源條件；三是溝域內降水豐富，暴雨是泥石流的主要觸發因素。

泥石流災害的發展趨勢與孕育環境密切關聯。卓追溝的自然地理和地質環境條件決定了該溝域內泥石流災害的易發性。且受到“8.8”九寨溝地震影響，溝域內地質環境嚴重破壞，生態環境持續惡化，在一定時期內，將加大泥石流災害發生的可能性。目前，卓追溝溝域內存在較多的固體物質，在大雨、特大暴雨或地震的激發下，仍有發生大規模泥石流災害的可能。

在計算卓追溝泥石流基本特征值時主要參照和利用了野外調查和現場訪問所獲取的泥位數據、溝道斷面特征等。根據擬設泥石流治理工程的需要確定了計算指標，在計算泥石流流體重度、流速、流量、一次沖出量、一次固體沖出物質總量等常規指標外，還結合擬建工程部位特點，對擬設攔擋、停淤工程部位泥石流整體沖壓力、爬高和最大沖起高度等進行了計算和校核[6-7]，表1-4列出了部分計算結果。

表1 暴雨洪峰流量計算表

表2 泥石流峰值流量計算表

表3 一次泥石流過流總量計算表

表4 一次泥石流固體沖出量

4 防治措施

4.1 防治方案建議

卓追溝泥石流溝具有如下特點：

（1）泥石流溝具有較多的物源點，單個崩塌物源點的穩定性較差，不易一一采取工程措施進行治理；部分物源點位于溝道的中上游，溝道狹窄，交通不便，不宜采用單個不穩定物源體進行治理的方案。

（2）泥石流溝的上游段兩側斜坡坡表植被發育，而中、下游段的兩側斜坡坡表植被一般發育。在地震、植被砍伐和雨水、溝水沖刷作用下，坡表堆積物蠕動變形形成不穩定體。對已失穩斜坡，植被護坡作用不大。

（3）由于溝口為人行棧道和景區公路，公路外側為林地，無河流通過，不具備泥石流排導條件。

（4）泥石流溝道縱坡較陡，泥石流流速較快，可于溝道內設置攔擋減速措施；同時，泥石流堆積區地形寬闊，為景區公路所在地，有適合儲集泥石流物質的空地，可采用儲淤場。

（5）由于泥石流物源的組成中以角礫、碎塊石為主，溝道中下游溝谷寬窄相間，具備泥石流攔擋條件，可以采取攔擋措施將其攔于溝內。

因此，對該泥石流的治理采用以下方案進行比選，方案一：采用攔擋減速并結合停淤措施，在溝道下游段設置潛檻，并在溝口修建1座停淤場，讓泥石流淤積于溝口；方案二：采用攔擋措施在主溝中下游段設置3 座攔擋壩，攔儲溝道內固體物質[8]。

4.2 防治方案比選

（1）經濟可行性對比

工程概算后，方案二略低于方案一治理工程投資費用，但總體差距不大。

（2）技術可行性對比

方案一本著“以停淤為主”的原則，采用停淤擋墻結合潛檻的措施對泥石流進行治理。這項工程措施針對泥石流的特點，根據其形成條件、運動特征和危害性等進行設計，具有較強的技術可行性。具體體現在以下幾個方面：

①工程方案采用的停淤場等具有較好的工程施工地形和場地條件；

②停淤擋墻和潛檻的治理措施充分利用堆積區寬緩的特點，可以達到較好的治理效果；

③工程方案涉及的治理措施經過我國西南地區數十年泥石流防治方面工程實踐和理論研究，已經積累了豐富的工程經驗，并形成了相應的規范，這些工程經驗和規程規范為治理工程的實施提供了一定的技術支持；

④溝道內有大量的塊石堆積，其巖性以灰巖、板巖和變質砂巖為主，巖石試驗及地區工程經驗表明其抗壓強度較高，可用于施工取材，一方面可節約施工成本，另一方面也起到減少溝道松散固體物源的作用。

方案二以“攔砂壩”攔擋固體顆粒的原則，具有以下特點：

①工程方案采用的攔擋壩條件為常見的較好的壩址區地形條件，但由于為3 道攔砂壩，與停淤擋墻相比，壩址區需深入溝道，場地條件相對較差；

②攔擋工程充分利用溝道寬窄相間，利用其中局部較為狹窄的溝段具有良好的建壩條件，但由于溝道縱坡相對較陡，平均縱坡385.6‰，形成流通區408.5‰，堆積區153.9‰，泥石流庫容量效果一般，可以達到一定的治理效果；

③④與方案一相同。

（3）施工難易程度對比

方案一治理工程大部分位于溝道下游堆積區，溝道較為寬緩，施工條件較好，而方案二部分工程位于溝道中下游形成流通區，溝道較窄且坡度較陡，材料只能靠人工二次轉運，施工難度較大，施工周期較長。

綜合而言，方案一要優于方案二。

（4）推薦設計方案

根據“安全可靠，經濟合理，技術可行，施工方便”的原則，經過綜合比選，該泥石流治理措施選擇方案一，即停淤擋墻結合潛檻作為推薦設計方案。

5 結論

（1）卓追溝泥石流屬于暴雨類-溝谷型-稀性-水石型泥石流，屬于易發型泥石流，泥石流活動性強，危害性等級為中型，危險性較大，進行治理工程是非常必要的。

（2）卓追溝泥石流具備泥石流形成的地形地貌條件、物源條件和水源條件，該溝于每年雨季都會有固體物質沖出淤積于新近泥石流堆積區；目前，該流域內存在較多的固體物質，在大雨、特大暴雨或地震的激發下，仍有發生大規模泥石流災害的可能。

（3）卓追溝流域物源總量約為28.14×104m3，動儲量約為11.08×104m3；溝口20 年一遇的泥石流固體物質沖出量約為0.6×104m3，50年一遇的泥石流固體物質沖出量為0.8×104m3。

（4）據卓追溝泥石流特點，通過經濟、技術及施工可行性對比后，建議采用攔擋減速并結合停淤措施對該泥石流進行工程治理，在溝道下游段設置潛檻，并在溝口修建1 座停淤場，讓泥石流淤積于溝口。