汶川地震区文家沟泥石流成因模式分析探究.pdf

地 质 论 评 G E O L O G I C A L R E V I E W V o 1 5 8 N o 4 J u l y 2 0 1 2 汶 川地震 区文家沟泥石流成 因模 式分析 刘 传正 2 1 国土资源部地质灾害应急指导 中心 北京 1 0 0 0 8 1 2 中国地质环境监测院 北京 1 0 0 0 8 1 内容提要 文家沟 2 0 0 8 2 0 1 0年期间 8次泥石流事件是在地震滑坡堆积体上因持续强降雨渗透变形溃决和后 续侵蚀产生的 不同于一般的沟谷型和坡面型泥石流 文家沟滑坡堆积体上新生的泥石流沟共冲出松散固体物质 总体积约 1 8 0 1 0 m 2 0 1 0年的 8 1 3 泥石流事件是其中规模最大的一次 冲出的松散固体物质体积约在 1 1 5 1 0 n l 文家沟泥石流的成因模式是 强降雨过程在滑坡堆积体上先期出现 渗流管涌 暂态壅水 溃决滑塌 的造沟 作用模式 后期出现 溯源侵蚀 冲刷刨蚀 侧蚀坍塌 混合奔流 搅拌机 的扩沟作用模式 2 0 0 8年的 6 2 1 和 2 0 1 o年的 7 3 1 泥石流事件主要起因于前者 其他事件主要起因于后者 松散堆积体因排泄持续降雨入渗的能力 不足而造成地下水滞留和水位升高是导致斜坡体稳定性降低的内在原因 当地下水壅高水位面达到水平时 堆积 体内渗透动水压力达到最大 堆积斜坡的稳定性最低 成为堆积体表层发生滑塌溃决的临界条件 关键词 文家沟泥石流 渗流作用 溃决滑塌 造沟作用模式 溯源侵蚀 扩沟作用模式 2 0 1 0年 8月 1 3日 四川省绵竹市清平 乡暴雨 引发文家沟特大泥石流灾害 共造成 5人死亡 1人 失踪 冲毁掩埋房屋 4 0 0余 间 公路 1 0 0 0余米 损毁 桥梁 2座 初次治理工程的谷坊坝群基本损毁 绵竹 至茂县 的公路全面中断 文家沟 8 1 3 泥石流灾 害事件引起 中国各级政府和社会各界的高度关注 学术界对文家沟 8 1 3 特 大泥石 流灾害 的特点 地质环境和形成原因也多有研究 2 0 1 1 年 5月 二 次治理工程基本竣工 并在 2 0 1 1 年汛期发挥重大防 灾减灾作用 回顾 2 0 1 0年 8 1 3 事件以后 笔者 多次赴现场考察 应邀参 与二次 防治工程方案 比选 论证 深感仍有一些 关键科学 问题 如 泥石流 的规 模 序次 成 因模式和渗流作用过程等值得深人分析 研讨 以便为强烈地震 区滑坡泥石流灾害的防治提 供借鉴 1 文家沟流域地质环境 汶川 I 5 1 2 Ms 8 0级地震在 四川绵竹清平 乡 文家沟上游韩家大坪引发泥盆纪观雾 山组 中厚层石 灰岩顺层大滑坡 滑坡体积 约 4 4 5 0 1 0 i n 滑坡碎 屑填满 了文家沟主沟段 并造成 4 8人遇难 黄河清 等 2 0 1 0 文家沟流域地处 汶川地震 X一 烈度 区 内 黄 河 清 等 2 0 1 0 许 冲 等 2 0 1 0 王 涛 等 2 0 1 0 滑坡 后 缘 沿顶 子 崖南 侧 分 布 顶 点 高 程 2 2 5 0 m 滑体剪出部位高程 1 6 3 0 m 与谷底 沟脑 相对 高 差 约 4 3 5 m 文 家 沟 汇 入 绵 远 河 处 高 程 8 9 0 m 沟 口与滑 坡源 区顶 端相 对 高差 约 1 3 6 0 m 滑坡碎屑流填充覆盖文家沟沟道长度达 3 6 k in 据 调查 文家沟流域在 5 1 2 地震前斜坡稳定 生态 环境 良好 无泥石流发生历史 文家沟位于绵远河左岸 平面形态呈 口袋型 腹 大 口小 文家沟流域面积 7 8 1 k m 主要 由一条主 沟和一 二号支沟组成 主沟源头发育多条小 冲沟 文家沟主沟沟 口海拔高程 9 1 0 m 韩家大坪以上分水 岭高程 2 4 0 0 m 相对高差 1 4 9 0 m 总长 4 9 k m 一号 支沟位于主沟右岸 长 3 1 8 k in 汇水面积 1 6 5 k in 并与主沟在接近出山口处相交 二号支沟位 于主沟 左岸 在 主 沟 1 3 0 0 m 高 程 处 汇 入 汇 水 面 积 0 5 7 k m 1 3 9 0 m高程至沟 口走向近东西 原沟床被 滑坡堆积物填满 降雨时坡面呈漫流 二 号支沟 的 汇流也被阻于此区域南侧 并形成水塘 2 0 0 8年汶川 5 1 2 地震 以来 文家 沟共发生 8次泥石流 分别是 2 0 0 8年 6月 2 1日 7月 2 5日 9 月 2 4日 2 0 1 0年 7月 3 1日 8月 1 3日 8月 1 9日 9 注 本文为国家地质调查 计划研 究项 目 编号 1 2 1 2 0 1 1 2 2 0 1 2 5 的成果 收稿 日期 2 0 1 1 I 1 1 8 改 回 日期 2 0 1 2 0 3 2 2 责任编辑 章雨旭 作者简介 刘传 正 男 1 9 6 1年生 博士 研究员 国土资源部地质灾害应急指导中心副主任 主要从 事灾害地质 工程 地质与环境地质 等 研究 通讯地址 1 0 0 0 8 1 北京市海淀区大慧寺路 2 0号 0 1 0 6 2 1 7 5 9 9 9 E m a i l l i u c z ma i l c i g e m g o v c n 第 4期 刘传正 汶川地震区文家沟泥石流成因模式分析 2 0 1 0年 8月 1 2日 1 8时至 1 3日4时 四川绵竹 市清平乡再次出现强降雨 1 2日 1 9时至 2 2时 雨 量较小 2 2 3 0至 1 3日 1 3 0时为持续暴雨 1 2日 2 3 4 5时清平乡绵远河流域 的文家沟开始暴发泥石 流 至 1 3日凌晨 1时规模 最大 1 3 日4时基本结 束 持续时间约 4 h 此次泥石流基本损毁 已建成的 初次防治工程 泥石流冲人绵远 河后 造成河上老 大桥堵塞 清平乡场镇的学校 加油站 安置房淹没 盐井村 6人死亡失踪 1 5 0 0多人接警撤离 泥石流 固体物主要源 于 1 3 0 0 m平 台以下新 生冲沟两侧滑 坡堆积体 并造成冲沟扩大加深 8 1 3 泥石流 后的沟床扩宽至 1 0 2 0 m 沟岸高度 4 0 7 0 m 沟坡 平 均 坡 度 4 8 冲 沟 长 度 1 1 5 0 m 前 后 缘 高 差 2 9 1 5 m 坡降 2 5 6 8 0 8 1 3 泥石流过程降雨量 为 2 2 7 5 ram 最大降雨强度 7 0 mm h 8 1 3 泥石 流后 8月 1 9日 9月 1 6日 9月 1 8日文家沟又先后发生泥石流 其 中情况 比较清楚 的是 9 1 8 泥石流 0 1 0年 9月 1 8日 1 0 0 5 1 1 4 0的泥石流主要表现为冲刷 8 1 3 泥石流形 成的冲沟 掏蚀左岸沟坡产生滑塌进一步增加物源 量 冲出固体物质约 9 1 0 I n 9 1 8 泥石流过 程降雨量5 2 O m m 3 0 分钟最大降雨强度 1 8 5 ra m 5 分钟最大降雨强度 1 2 5 ra m 2 3 二次实施防治工程及其效果检验 为了避免类似 2 0 1 0年 8 1 3 泥石流灾害 的 再次发生 2 0 1 1年实施的文家沟泥石流二次防治工 程采用 了 水砂分离 固底 护坡 拦阻停淤 的综合 防治理念 水砂分治 即把上游 1 3 0 0 m平 台以上 流域的汇水采用引水隧洞分流到一号支沟 使其不 进入滑坡堆积体 固底护坡 即在中游新 冲沟段采 用分层 回填和钢筋石笼 固底护坡 使其能够抗 冲蚀 而不提供固体物质 拦阻停淤 即在下游至沟 口段 设置拦挡工程使可能冲出的固体物停积下来 文家沟泥石流综合防治工程于 2 0 1 1年 5月底 竣工 治理工程单元包括上游的谷坊坝 集水池 和 导水隧洞 中游 的排导槽 钢筋石笼和下游 的拦挡坝 等 2 0 1 1年人汛以来 文家沟流域连续经历 了 5 9 6 1 6 6 3 0 三次暴雨天气过程 在 6月 3 0日至 7月 4日 清平场镇过程降雨量达 2 4 7 m m 文家沟一带过程降雨量最大达 3 8 7 5 ra m 1 0分钟最 大降雨强度 1 0 5 ra m 强降雨在文家沟上游形成的 山洪通过引水 隧洞顺利下泄 使其未能进入 1 3 0 0 m 平台以下的滑坡碎屑流堆积区 2 4 文家沟泥石流冲出松散 固体物的体积问题 文家沟多期泥石流事件冲出松散固体物的体积 是一个尚未解决 的重要 问题 仅仅 是 2 0 1 0年 8 1 3 事件 冲出的松散固体物就有两个差别较大的提 法 一说 4 5 0 1 0 m 许强 2 0 1 0 另一说 3 1 0 1 0 11 2 余斌等 2 0 1 0 倪化勇等 2 0 1 1 这个问题不仅 涉及对灾害事件规模 的认定 同时也是 防治工程方 案论证无法回避的问题 因为工程量的巨大差别也 就涉及工程投资的可接受程度 比较正确地核算文家沟泥石流冲出的松散 固体 物的体积是可能的 因为有关的调查研究者和公共 管理者都承认文家沟泥石流的松散 固体物主要来源 于主沟段地震崩滑碎 屑流堆积斜坡体 那 么 根据 科学哲学还原论 R e d u c t i o n i s m 的合理思想 内核 可 以认为文家沟崩滑堆积体斜坡上新生冲沟的容积就 是 8次泥石流活动冲出松散固体物的总体积 核算 堆积斜坡上多次泥石流 冲刷遗 留的新生沟道 的容 积 也就基本可以确认 8次泥石流事件 冲出的松散 固体物质体积 图 2 图 3 图2 2 0 0 8 2 0 1 0年间文家沟滑坡堆积区 沟道 塑造 纵断面 Fi g 2 Th e v e r t i c a l s e c t i o n r e s u l t e d f r o m 8 d e br i s flo w r u s h o u t e v e n t s i n t h e d e p o s i t i n g a r e a o f t h e We n j i a g o u l a n d s l i d e f r o m 20 08 t o 201 0 2 0 0 8 0 6 2 1冲出5 1 0 m 2 0 0 8 0 7 2 5冲出 1 0 1 0 m 2 0 0 8 0 9 2 4冲出 1 5 x 1 0 m 2 0 1 0 07 3 1冲出 1 0 1 0 m 2 0 1 0 0 8 1 3冲出 1 1 5 1 0 IT 1 2 0 1 0 08 1 9冲 出 1 5 1 0 In 2 0 1 0 09 1 6冲出 1 1 0 I n 2 0 1 0 09 1 8冲出 9 1 0 n l r u s h o u t 5 1 0 m o i l 2 0 0 8 06 2 l r u s h o u t 1 0 1 0 m o n 2 0 0 8 0 7 2 5 r u s h o u t 1 5 X 1 0 m o n 2 0 0 8 0 9 2 4 r u s h o u t 1 0 x1 0 I T 1 o r l 2 0 1 0 0 7 3 1 l u s h o u t 1 1 5 1 0 m o n 2 0 1 0 0 8 1 3 r U S h o u t 1 5 1 0 r n 3 O n 2 0 1 0 08 1 9 r u s h o u t 1 1 0 m o n 2 0 1 0 09 1 6 r l l S h o u t 9 1 0 m o n 2 0 1 0 09 1 8 根据多次现场考察和防治工程勘查资料 可以 采用的文家沟堆积斜坡新生沟道容积粗算数据是 上游人 口上宽 7 0 m 下宽 1 0 1 n 深 6 0 m 下游出 口上 宽 4 0 m 下宽 2 0 m 深 2 0 m 沟道总长 1 2 0 0 m 则新生 地质论评 沟道容积为 1 8 0 1 0 m 参考前述 8次泥石流活 动过程描述 可以基本核定 8次泥石流 冲出固体堆 积物的规模 分别为 2 0 0 8年 6 2 1 冲出 5 1 0。