青海玉树4?14地震灾后结古镇孟宗沟泥石流发育特征分析
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。在地震作用下，孟宗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
孟宗沟位于结古镇西杭村西南，地貌类型为构造侵蚀中高山，由三叠系灰岩构成的山体近南北
向展布，海拔高达4755m，相对高差大于1000m，山体较完整，山坡呈凸型，草被覆盖60%。沟口下游地貌类型为河谷地貌，主要由河流阶地、高漫滩及洪积扇组成，呈条带状，长约950m，宽约500m，海拔3682—3719m。
1.2、地层岩性
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）三叠系硬质岩（t3）
山体由三叠系（t3）灰岩构成，为层状结构，产状33°∠65°，易于风化剥蚀。结构松散，危石遍布，受“4.14”地震影响，拉张裂缝发育，危石遍布。
（2）第四系全新统冲洪积物（q4al～pl）
河流高漫滩及一级阶地具二元结构，表层粉土厚约0.3—0.5m，含少量碎石，下部为砂卵砾石层，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，层厚大于10m。
（3）第四系全新统泥石流堆积物（q4sef）
分布于工程区内泥石流沟的沟口，由泥石流堆积扇组成，岩性为碎石，磨圆度差，多呈棱角—次棱角，粒径一般1—5cm，约占60%以上，中粗砂充填。钻孔揭露厚度3～5m。
（4）第四系全新统坡积物（q4dl）
分布于工程区内斜坡及坡脚，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
孟宗沟流域平面形态呈瓶状，南北长约7km，东西宽约0.4～1.3km，总面积12.1km2，主沟总长4.12km，最大相对高差1070m，平均比降15.3%。
主沟上游由三条支沟组成，形态上成倒“山”字型。沟床纵比降12.6%，沟坡坡度25°～50°。
地势较为平缓、开阔,沟道呈“u”字形，两岸冲蚀不强烈，沟床宽15—50m，区内发育少量的崩塌及坡面冲沟，植被较好，主要为该沟道的清水汇集区。主沟中游沟道较上游较为狭窄，山势较陡峻，多呈 “v”形，沟槽宽8～25m，沟道较为曲折，沟床纵比降14.3%，两侧沟坡坡面侵蚀、滑塌较为发育，主要为该泥石流沟的形成区。主沟下游沟道呈 “ u”形，沟床宽30—110m不等，沟床纵比降7.1%。主要为该泥石流沟的流通区和堆积区。
2.2、物源条件
孟宗沟内松散固体物质储量十分丰富，分布广泛，主要类型有：沟道堆积、崩坍、滑塌和坡面补给以及人工弃土等五类。其中以坡面堆积物补给为主，使该沟泥石流成为典型的坡面堆积补给型泥石流。
松散固体物质统计表 表2-1
沟名 沟岸崩塌堆积物（104m3玉树地震时间） 沟床堆积物（104m3） 危岩体（104m3） 沟岸坡积物（104m3） 人工堆积物（104m3） 合计（104m3）
孟宗沟 10.98 24.75 21.27 96.36 0.09 153.46
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。孟宗沟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。
在野外调查中对孟宗沟泥石流沟填写了泥石流灾害调查表，对表中所列的15项影响因素按《泥石流灾害防治工程勘查规范》（dz/t 0220—2006）附录g中表g.2 数量化评分（n）与重度、（1+φ）关系对照表查得，孟宗沟泥石流容重为16.62 kn∕m3。经综合分析，孟宗沟泥石流重度取值为15.92kn/m3，性质属稀性。
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。按设计标准分别采用20年、50年一遇洪水。
孟宗沟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=0.80。
（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；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2.65。
计算结果见表。
泥石流流量计算表
项 目 f(km2） qp2%(m3/s) qp5%(m3/s) γc(t/m3) ф qc2%(m3/s) qc5%(m3/s)
流 域 9.14 29.5 25.40 1.592 0.560 78.29 67.44
2.3.3、泥石流流速
孟宗沟沟谷较狭窄，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，孟宗沟0.3m；
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；
计算峰值流速值为孟宗沟2.15m/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，二十年一遇孟宗沟一次泥石流总量q= 32050.25m3，五十年一遇孟宗沟一次泥石流总量q= 37205.18m3。
（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，一次泥石流冲出的固体物质总量qh=11503.15m3，一次泥石流冲出的固体物质总量qh=13353.31m3。
2.4、 泥石流危害特征及发展趋势
2.4.1、泥石流危害特征
根据对孟宗沟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。
2.4.2、泥石流发展趋势分析
孟宗沟泥石流在下游流通区及堆积区主要威胁对象是结古镇城区和西杭村居民人身安全和财产安全，据调查威胁住户731户共4829人，威胁资产达近1亿元。
3、结论及建议
（1）通过对地形、地貌，泥石流形成和发育特征调查和分析研究，孟宗沟泥石流属稀性水石流，容重值为1.592 t/m3；流速分别为：2.15m/s；二十年一遇泥石流峰值流量为67.44m3/s；五十年一遇泥石流峰值流量为78.29m3/s。
（2）孟宗沟流域面积为9.14km2，经过计算，孟宗沟沟二十年一遇一次泥石流总量q=32050.25m3，五十年一遇一次泥石流总量q=37205.18m3，经过计算，孟宗沟二十年一遇的一次泥石流冲出的固体物质总量qh= 11503.15m3；五十年一遇一次泥石流冲出的固体物质总量qh=13353.31m3。
（3）孟宗沟沟道特征总体上游纵坡较大，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。
建议：在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。
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