陕西县孔淤泥沟泥石流暴发风险分析

陕西县孔淤泥沟泥石流暴发风险分析

康定县孔玉乡孔泥沟位于拟设猴子岩水库水库上游约5.4km处，主沟长16.92公里，流域面积100.49公里。它来自4280米的高度。1730米汇入大河。平均纵梁减少142.3米，支槽呈树枝状分布（图1），属于河西岸支流。2007年6月该沟暴发可访问史上(即约百年来)最大规模的一次泥石流,此次泥石流持续时间半小时有余,将大渡河短暂堵塞并形成1km左右的回水,造成沟口公路桥及近沟床部分农田被毁。近两年来沟口受采矿(大理石)活动影响强烈,局部山体崩滑较为严重,并形成规模近万立方的堰塞湖,更加剧了未来该沟泥石流发生的风险和规模。由于猴子岩水电站工程建设拟在该沟近沟口布置炸药库与S211改线公路桥等建筑物,故需对该沟泥石流的发育特征、形成机制及动力学特性进行深入研究,以期准确评价该沟泥石流暴发对相关建筑物的影响。孔泥巴沟域地处川西高原,地形复杂,地势陡峻,相对高差达3600m,沟谷切割较深,以“V”型谷为主,沟床纵比降大,谷坡坡度整体较陡,山体表部风化卸荷强烈,浅表岩体被几组较大规模结构面切割,长期冻融影响下,易崩解、崩塌,崩坡积物质较为丰富,具有较为典型的泥石流沟特征。撒母沟汇合口以上部分为主要汇水物源区,下游约3km段为较典型的流通区,流通区下游约4km段(至耶脚沟汇合口下游侧)为沟内主要停歇堆积区,近沟口约3km段为近代泥石流的二次流通加速区。二次流通加速区沟谷以拓展“V”字形为主,沟床宽一般10～15m,局部最窄不足8m,纵坡陡,平均纵坡降约20%,局部达约30%。现代沟床绝大部分深切于老泥石流堆积扇中或堆积扇边缘,在老泥石流堆积体中形成高十余米至数十米的陡坎。该区也是早期泥石流的主要堆积区,在近沟口约3km段沿沟堆积范围长、规模大,构成拓展“V”型谷的宽缓平台;残存宽缓平台顺沟平均纵坡降8～10%,横沟方向顶面宽一般20～30m,局部可达50m。经对沟谷两侧残留平台的对比分析,早期泥石流的近沟口堆积扇总体呈带状,扇面宽度一般达80m以上。从沟床下切断面上看(图2),老泥石流堆积扇规模大,经历期次多,其多层结构显示该沟曾频繁暴发较大规模泥石流。该段近两年来受采矿(大理石)影响形成3个崩滑堆积体,总量约150万m3,其中1#采石场崩滑堆积体达100余万m3,将孔泥巴沟堵塞,形成规模万余立方的堰塞湖(图3)。2在泥石流形成条件下，形成机制和形成机制的分析2.1山地泥石流形成的外因分析孔泥巴沟谷坡坡度整体较陡,沟域内坡体的松散固体物质易于向沟道内汇聚,同时在该地形条件下坡面水流容易迅速下泄汇集于沟道,为启动泥沙提供了良好的动力条件,尤其是尾部沟谷普遍较为狭窄,纵比降较大,坡面径流时间短、汇流快、沟道水流集中迅速,为泥石流的暴发提供了有利条件。受多种气候系统的影响,沟域形成独特的山区性气候,降水丰沛,多年平均年降水量在500～1000mm之间,且降水集中,5～10月降水量占年降水量的86.5%～91.2%,夏季局部暴雨及特大暴雨时有发生,且多为历时短,强度大的局地性大暴雨,这种降水条件有利于区内泥石流的爆发,附近区域发生的几次泥石流就几乎全为特大暴雨所引发。孔泥巴沟流域谷坡及沟床第四系松散堆积物广泛分布,主要有崩积物、坡残积物、小型滑坡堆积、老泥石流及冲洪积堆积等。其中尾部汇水物源区的新老泥石流、冲洪积堆积及全沟谷底与两侧坡脚崩坡积堆积为该沟长期爆发泥石流提供了主要松散物质来源,而汇水物源区各高山支沟谷坡上分布的大量崩坡积物及风化冻融物质则长期为各支沟提供了泥石流及冲洪积松散物质来源。经调查分析,潜在不稳定松散固体物质量约500万m3,大量的潜在不稳定物源使得该沟长期具备暴发泥石流的基本条件。另外,近沟口近两年来采矿(大理石)影响形成3个崩滑堆积体,总量约150万m3,为该沟直接提供了大量易启动的不稳定松散物质,导致该沟近期暴发较大规模泥石流的可能性大大增加。2.2泥石流到达沟口规模更小孔泥巴沟天然状况下汇水物源区的松散固体物质丰富,其潜在不稳定物源主要分布在沟谷两侧及局部沟床,虽然天然状况下潜在不稳定物源启动条件较差,但能被较大暴雨、洪水部分启动携带;暴雨季节,汇水物源区内地形条件下坡面径流时间短、汇流快、沟道水流集中迅速,坡面水流携带坡面泥沙迅速下泄汇集于沟道,加之沟谷普遍较为狭窄,纵比降较大,形成洪峰对沟谷两侧冲刷淘蚀较为严重,易于启动大量固体松散物质从而形成泥石流;撒母沟汇合口附近段及主沟中下游近代泥石流停歇堆积区段沟床宽缓,对上游泥石流固体物质有较强停歇截留能力,同时一定条件触发启动也能为全沟提供大量潜在不稳定固体物质,从而使得上游较小规模泥石流到达沟口的规模更小,上游大规模泥石流到达沟口的规模更大。近沟口采矿(大理石)活动影响形成的崩滑堆积体规模较大、结构松散,尤其是堰塞体易加剧堵塞并产生溃决,其稳定条件差,现状条件下易被暴雨洪水或上游泥石流大量启动从而形成较大规模溃决型泥石流。3泥石流发病规模和风险增孔泥巴沟近沟口近年来受采矿(大理石)活动影响强烈,局部山体崩滑较为严重并形成规模近万立方的堰塞湖,增大了未来该沟泥石流暴发的规模和风险。对于采石场堰塞体究竟会在何种暴雨洪水或上游泥石流影响下形成溃决存在极大的不确定性,难以对其进行较为准确的定量化计算评价,故在对其进行定量化分析评价时,主要考虑最不利状况,即某频率暴雨洪水条件已激发上游相应频率泥石流,叠加采石场堰塞体溃决影响,分析计算泥石流暴发规模。3.1非采石场影响计算3.1.1改进公式计算流速:对于稀性泥石流采用《泥石流灾害防治工程勘查规范》中所推荐的西南地区铁二院公式:对于粘性泥石流采用《泥石流灾害防治工程勘查规范》所推荐的东川粘性泥石流改进公式：流量:采用雨洪修正法和泥痕调查法综合对比分析,其中雨洪修正法又采用东川公式、拉式公式与斯氏公式进行对比,最终选择了与泥痕调查法结果(07年百年一遇峰值流量约802m3/s)较为相近的东川公式计算结果(表1)。3.1.2泥石流总量及物质总量调查本次研究采用雨洪法和调查法进行综合对比分析。雨洪法在泥石流与暴雨同频率、且同步发生的假设下进行计算,计算步骤是先按水文方法计算出断面不同频率下的暴雨洪峰流量,然后根据泥石流容重适当考虑堵塞情况确定泥石流峰值流量,最后根据泥石流暴涨暴落的特点将其过程线概化成“三角形”或“五角形”状进行相应频率下泥石流总量及固体物质量的计算。设计洪水总量计算公式:Wp=0.1hF;单次泥石流总量计算公式:Q=19TQc/72;单次泥石流固体物质总量计算公式:Qs=Q(γC-γW)/(γH-γW)。调查法主要是对已暴发的留有可调查痕迹或可访问推算的单次泥石流通过泥痕或泥石流过程访问调查,在结合经验分析确定泥石流峰值流量的基础上,按相关规范进行分析计算及评价。单次泥石流总量计算公式:Q=0.264TQc=KTQc单次泥石流固体物质总量计算公式:QH=Q(γC-γW)/(γH-γW)经过对比分析(调查法获得的07年百年一遇泥石流总量与相应固体物质量分别约50.8万m3、28.2万m3),选择出认为最合理的计算结果(表2)。3.2泥石流规制条件分析采石场崩滑堆积体对孔泥巴沟泥石流的影响除了提供丰富的物源外,最主要的还是其堰塞体加剧堵塞以及堵塞溃决增大该沟泥石流暴发的规模和风险。采石场堰塞体究竟会在何种暴雨洪水或上游泥石流影响下形成溃决,定量化计算评价存在较大难度,本文考虑最不利状况进行分析评价,即某频率暴雨洪水条件已激发上游相应频率泥石流,叠加采石场堰塞体溃决影响,分析计算泥石流暴发规模。这种分析方法首先评估在采石场堰塞体溃决叠加影响下的泥石流可能最大规模,然后据此反算泥石流的流速与峰值流量。3.2.1不同品种及不同工况的堵塞系数首先进行堰塞体可能补充固体物质量估算,然后用雨洪法进行理论推导验算。在估算堰塞体可能补充固体物质量时,结合现场崩滑堆积体堆积特征,采用最不利状况的保守分析方法,将上游10年、20年、50年、100年、200年与500年一遇泥石流在堰塞体处的揭床厚度分别按3m、5m、8m、10m、12m与15m推测;在按雨洪法进行理论推导验算时,将堰塞体溃决叠加影响后的10年、20年、50年、100年、200年与500年一遇泥石流的堵塞系数分别按2.0、2.0、2.5、2.7m、3.0m与3.2m取值。最后经综合比较分析,可得出合理的取值范围,并取其中间值作为最终结果(表3)。3.2.2流量估算按上述最终取值参与推导反算,可得出设计断面位置各设计频率下泥石流的流速与峰值流量(表4)。4部沟道堵塞形成规模孔泥巴沟天然状况下是一条沟谷型泥石流沟,近两年来近沟口受采矿(大理石)影响,形成3个总量达150万m3的崩滑堆积体,并将局部沟道堵塞形成规模近万