第32卷10期2020年10月
中国煤炭地质
COAL GEOLOGY OF CHINA
Vol.32No.10Oct.2020
doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2020.10.07文章编号:1674-1803(2020)10-0031-04
王昌强，刁建钟
(四川省煤田地质局一三五队，四川泸州㊀646000)
摘㊀要：锄头沟是一条老泥石流沟，受 5㊃12 汶川地震影响，沟内发生多次崩塌㊁滑坡等地质灾害，产生的松散崩塌堆积体汇聚于沟道内，为泥石流的爆发提供了大量固体物源，导致2013㊁2014和2019年发生了特大型流石流灾害，损毁沟口村民聚居点㊁都汶高速公路和G213线高店大桥，堵塞岷江河道㊂结合2019年 8.20 特大泥石流，调查总结了该沟泥石流孕灾背景及历次泥石流爆发特征，分析了泥石流的 形成条件㊁成因机制，并提出治理工程措施建议，通过工程措施治理达到良好的减灾防灾目的㊂关键词：泥石流；成因机制；地质灾害；工程治理中图分类号:P642.23㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A
Analysis of Chutougou Debris Flow Genesis and Engineering Governance Measures
in Miansi Township ,Wenchuan County
Wang Changqiang,Diao Jianzhong
(No.135Exploration Team,Sichuan Coalfield Geological Bureau,Luzhou,Sichuan 646000)
Abstract :The Chutougou is a traditional old debris flow ditch ,impacted by the Wenchuan earthquake May 12th ,2008,massive col-lapses,and landslide geological disasters had happened in the ditch,loose collapse accumulations gathered in the ditch have provided solid material source for debris flow burst out.In 2013,2014and 2019had burst extremely large flowstone flow disasters.The disas-ters have damaged ditch entrance villager habitation,Dujiangyan -Wenchuan expressway,national highway G213Gaodian Bridge and blocked up Minjiang River channel.The paper has taken August 20th ,2019extremely large debris flow as an example investigated and
summarized the debris flow gestation background and all previous debris flow burst features,analyze
d debris flow formation conditions,genetic mechanism and proposed suggestions on governance engineering measures;through governance has achieved goodobjectives of
disaster mitigation and prevention.
Keywords :debris flow;genetic mechanism;geological disaster;governance engineering
第一作者简介：王昌强(1970 )，男，四川乐至人，高级工程师，长期
从事地质灾害勘查㊁设计技术工作㊂
收稿日期:2020-05-18责任编辑：樊小舟
0㊀引言
锄头沟位于汶川县绵虒镇羌锋村，岷江右岸，由族头沟㊁小沟㊁蚂蝗沟等支沟组成，曾于1976㊁1999㊁2013㊁2014和2019年雨季暴发大规模泥石流，特别是2013年 7.10 泥石流和2019年 8.20 泥石流,
冲出的泥石流固体物质分别达38.5ˑ104m 3和75ˑ104m 3，导致沟口羌锋村1㊁2㊁3㊁4组10余户房屋受损,3人失踪，都汶高速公路淤埋达200m,G213线高店大桥被冲毁，堵断岷江河段形成堰塞体，严重威胁绵虒镇居民的生命财产安全㊂
1㊀泥石流形成条件
1.1㊀地形条件
锄头沟流域面积约21.7km 2
，主沟长8.9km，流
域内最高海拔4130m，沟口海拔1178m，平均纵坡184ɢ，其中清水区平均沟床比降606ɢ，形成流通区的平均沟床比降为210.79ɢ，沟口堆积区
91.67ɢ㊂沟谷为 V 型谷，切割深，岸坡以陡峻地形为主，地形坡度40ʎ~60ʎ，上游沟道狭窄，下游沟道较宽缓㊂总体来说，锄头沟地形总体为上陡下缓㊁上窄下宽㊁沟岸陡峻的特点，利于汇流，为泥石流的暴发提供了良好的地形地貌条件(图1)㊂1.2㊀物源条件
受汶川 5.12 地震影响，锄头沟内崩塌㊁滑坡发育，流域内物源类型主要由崩滑类物源㊁沟道堆积类物源㊁坡面侵蚀类物源组成[1-2]，物源总储量
1426.1ˑ104m 3，总动储量为293.46ˑ104m 3；其中崩滑类物源总量约419.88ˑ104m 3，动储量为154.04ˑ104m 3；沟道堆积类物源总量为870.22ˑ104m 3，动储
量为128.82ˑ104m 3；以上两类物源总量分别占总物源量的90.46%和总动储量的96.4%，是本次泥石
32㊀中㊀国㊀煤㊀炭㊀地㊀质第32卷流的主要物源㊂
1.3㊀水源条件
据有关气象资料显示，汶川县绵虒镇属大陆性
半干旱季风气候区，气候干旱，降水量少而集中，且
以暴雨为主，多年平均降雨526.3mm，最大年降水
量为648.6mm㊂据‘四川省中小流域暴雨洪水计算
手册“所附暴雨量等值线图，绵虒地区多年来1/6h㊁
1h㊁24h最大暴雨量平均值分别为8.3㊁20和60mm,
其不同频率下雨强值见表1㊂
根据锄头沟沟口附近羊店气象观测站观测资料
记录,24h降雨量达56.1mm，属暴雨㊂但据当地老
乡描述沟道上游降雨量远超过沟口降雨量，但沟道上
游未设气象观测站，据本次泥石流暴发规模推测本沟沟域范围内平均降雨量超过100a一遇降雨量㊂
图1㊀锄头沟流域示意
Figure1㊀A schematic diagram of Chutougou drainage area
表1㊀绵虒镇不同频率下降雨强度
Table1㊀Rainfall intensity under different frequencies in Miansi Township
频率P
1/6h雨强
平均值
/mm
变异
系数
模比
系数
设计雨强
/mm
1h雨强
平均值
/mm
变异
系数
模比
系数
设计雨强
/mm
24h雨强
平均值
/mm
变异
系数
模比
系数
设计雨强
/mm
1%
2% 5% 10%8.30.51
2.792
3.157
2.4520.335
2.0116.683
1.6813.944
200.35
2.1142.2
1.9238.4
1.6733.4
1.4729.4
600.48
2.65159
2.35141
1.95117
1.6498.4
2㊀爆发历史
2013年7月10日，汶川县境内发生持续性特大暴雨，锄头沟爆发大规模泥石流，泥石流冲出固体物质约为38.5ˑ104m3，阻断了都汶高速公路，公路被淤埋约200m；造成羌锋村1㊁2组10余户房屋受损,3人失踪；冲毁了沟内小型水电站蓄水坝㊁引水管道㊁电站公路；挤占岷江河道约25米，岷江主河流向
偏转㊂2014年7月中旬，锄头沟治理工程主体完工后，突降暴雨，锄头沟再次暴发泥石流，泥石流冲出固体物质约为30ˑ104m3，大部分拦截于沟道内，冲毁沟口未完工的排导工程，淤埋了部分都汶高速㊂2019年8月20日，汶川县再次发生持续性暴雨，锄头沟再次暴发特大泥石流，泥石流冲出固体物质约为75ˑ104m3，导致沟口羌锋村2㊁3和4组10余户房屋被掩埋损毁，沟口都汶高速公路被淤埋约200m，阻断岷江河道，形成堰塞体,G213线高店大桥被冲毁；已建1#㊁2#拦砂坝被填满，坝下护坦㊁单边防护堤㊁排导槽局部冲毁，沟道中下游被抬高5~10m㊂锄头沟在在汶川 5.12 地震前，曾于1976和1999年爆发过泥石流，属于低频泥石流；在汶川 5.12 地震后，大量松散堆积物逐年汇聚于沟道内，泥石流的激发雨量降低[3-4]；并于2013㊁2014和2019年三次暴发泥石流，暴发频率由低频转变成中高频，且目前由于沟道内仍分布大量的松散堆积物，泥石流仍处于发展期㊂
3㊀成因机制
根据现场调查,2019年8月20日这次泥石流主要发生于中上游的小沟㊁族头沟㊁蚂蝗沟等支沟内，具有主沟溃决和支沟泥石流发的特征[5]㊂根据卫星图像，在族头沟中上游沟槽弯曲，宽窄不均，卡口㊁陡坎多，堵塞严重，地震崩塌堆积体在2013和2014年的泥石流暴发过程中淤塞于沟道，最终形成堰塞体，堰塞体具有结构松散，大孔隙的特征，在多年的渗透潜蚀作用下，形成管涌等现象，稳定性降低，在本次强降雨过程中由于上游水位升高，导致溃决形成流石流，沟道内的松散堆积物大量启动，冲刷深度达5~15m，是本次泥石流主沟溃决性泥石流的重要判据(图2)；其次，在小沟㊁蚂蝗沟等主要
支沟的沟口，分布有大量的泥石流冲出物(图3)，且沟道中下游沟道揭底现象严重，在2013和2014年泥石流的沟道的基础上，进一步冲刷淘蚀，沟道堆积物已全部被冲刷干净，形成基岩裸露沟道,
10期
王昌强，等：汶川县绵虒镇锄头沟泥石流成因及工程治理措施分析
33
㊀是本次支沟泥石流发的重要依据㊂其各支沟及主沟的流域基本特征见表
2㊂
图2㊀沟道冲刷深度
Figure 2㊀Ditch channel scouring
depth
图3㊀支沟沟口冲出的泥石流
Figure 3㊀Debris flow rushed out from branch entrance
4㊀工程治理
4.1㊀已有治理工程
2010年1月，四川华地建设工程有限公司采用 拦挡坝+单边防护堤+排导槽 方案对该沟进行综合治理，在锄头沟中下游设置2道拦挡坝，坝体结构尺寸及设计库容量见表3，在2#坝下游设置一段长约70.0m 单边防护堤，防止冲刷坡脚，在沟口设置一段长约461.88m 的排导槽，促使泥石流顺利通过
居民聚集区㊂
该治理工程在2013年 7.10 泥石流中全部损毁，其中修建的两道拦挡坝完全被冲毁，工程完全失效；沟口段设置的防护堤及排导槽在被掏蚀㊁冲毁㊁淤积，不能继续发挥防治功效，需重新修建拦挡和排导工程(图4㊁图5)㊂
图4㊀已冲毁的2#拦挡坝
Figure 4㊀Debris flow destroyed barrage No.
2
图5㊀沟口已冲毁的排导槽
Figure 5㊀Debris flow destroyed ditch entrance drainage
guidance trench
2013年11月，重庆蜀通岩土工程有限公司对
该沟开展了泥石流应急勘查及施工图设计工作，采用 2道拦砂坝+1道归流坝+单边防护堤+排导槽
表2㊀锄头沟各沟流域基本特征
Table 2㊀Basic features of Chutougou branch ditch drainage areas
编号沟名汇水面积/km 2
沟长/km 平均比降/ɢ
物源总储量/104m 3
动储量/104m 3
8.20 泥石流冲出量/104m 3
1族头沟 2.89 3.27549114.938.3
18.52小沟
3.56 3.603714
4.2412.04
5.23
蚂蝗沟 1.46
1.55
720
23.4
4.9 1.5
表3㊀2010年设置拦挡坝坝体结构尺寸及设计库容量
Table 3㊀Year 2010established barrage structure sizes and designed reservoir capacities
名称坝长/m 坝高/m 坝顶宽/m 坝底宽/m 坝回淤库容/m 3
防沟床揭底冲刷和回淤压脚减少物源/m 3
1#拦挡坝38.677.6 1.57.6212699.633202#拦挡坝
25.62
4.5
1.5
5.15
1982.6
2020
34㊀中㊀国㊀煤㊀炭㊀地㊀质第32卷
表4㊀2013年设置拦砂坝坝体结构尺寸及设计库容量
Table4㊀Year2013established sand barrage structure sizes and designed reservoir capacities 名称坝长/m坝高/m坝顶宽/m坝底宽/m坝回淤库容/m3防沟床揭底冲刷和回淤压脚减少物源/m3 1#拦砂坝98.7022.0 3.020.332048460150.5
2#拦砂坝43.915.0 2.09.020774.413160
治理方案[6]㊂具体做法是在原有1#拦砂坝位置新建一座拦砂坝，采用桩基础加大坝高增大设计库容量；在原有2#坝下游300m位置新建2#拦砂坝，坝体结构尺寸及设计库容量见表4；在锄头沟下游新建单边防护堤572.3m；在居民集中区新建排导槽404.3m，过流断面采用梯形截面，底宽13m，顶宽14.8m；在排导槽端部设置一座归流坝，将泥石流导入排导槽中；增设排导槽下穿都汶高速公路的涵洞，过流断面面积约67.0m2，过流能力满足100a一遇的泥石流流量要求㊂
该治理工程自实施以来发挥了巨大的防治功效，分别经受住了2014年和2019年两次泥石流冲击考验,2座坝共拦截物源近50万m3，主体工程基本完好，仅拦砂坝的副坝㊁局部排导槽和单边防护堤和排导槽出口段的公路涵洞受损较严重㊂
4.2㊀后期治理建议
2013年11月的泥石流治理措施，主要综合以上各期物源条件㊁泥石流爆发规模㊁危害情况等因素，结合既有骨干工程发挥防治功效及损毁情况，建议后期治理仍采用 以拦固为主，排导为辅 的治理思路，采用 清库+损毁工程修复+1#拦砂坝加高+改造沟口下穿涵洞 等措施进行综合治理；后期治理措施具体建议如下:
1)在主沟中下游设置1#㊁2#拦砂坝，起到拦截主沟及各支沟泥石流物源㊁稳固沟道物源和削峰减流作用，其中1#拦砂坝坝高22m，坝长98.7m，设计库容量约38.1ˑ104m3;2#拦砂坝坝高15m，坝长43.9m，设计库容量为3.59ˑ104m3㊂在 8.20 泥石流发生后,1#㊁2#拦砂坝均已全部淤满，因此对1#拦砂坝进行清库，坝高加高5m，新增库容28.8ˑ104m3；对2#拦砂坝损毁的基础和副坝进行修复㊂2)在居民集中安置区上流设置一道归流坝，对沟道水流进行归流，导入排导槽, 8.20 泥石流未损毁，本次治理工程仅涉及坝后清淤工程㊂
3)在1#拦挡坝下游至归流坝之间设置单边防护堤，防止泥石流对沟道的侧向侵蚀和冲刷作用, 8.20 泥石流单边防护堤发生局部损毁，后期进行沟道清理和单边防护堤修复㊂
4)归流坝至沟口段修建排导槽，使泥石流顺利排导，保护沟口两岸居民安置区的安全, 8.20 泥石流仅损毁与涵洞衔接段，长度约80m，对损毁段进行拆除，重新修复㊂
5)沟口都汶高速桥梁下设置涵洞，底净宽16.4m，净高5.5m，纵坡率为128ɢ，设计过流流量为511.2m3/s㊂ 8.20 泥石流将涵洞全部堵塞，建议该涵洞改造应会同高速公路管理部门，调整高速公路跨线桥梁高度，根据几期泥石流在沟口的淤积特征，增大涵洞断面尺寸，新建涵洞㊂
5㊀结语
1)锄头沟在汶川 5.12 地震后的近10年时间内发生了3次较大规模泥石流，属于大型中高频暴雨沟谷型泥石流，正处于发展期，泥石流激发雨强减小，应加强在汛期暴雨天气的预报预测工作㊂2)锄头沟泥石流的防治标准均采用20年一遇标准设防，但2013㊁2014和2019年三次泥石流暴发后，其冲出的固体物质显示其爆发规模均超过了20年一遇设防标准，大致相当于20年一遇标准的1.5倍，因此应适当提高设防标准㊂
3)排导槽出口下穿现有都汶高速公路，由于受都汶高速公路㊁岷江河床淤高以及沟道出口段地形等因素限制，排导槽的过流能力不能完全发挥功效，泥石流冲出物常淤埋都汶高速公路，应加大对岷江河道的清淤工作，恢复岷江河道的输沙能力㊂4)锄头沟内仍有大量的松散堆积物，在有充足的降雨条件下，极有可能再次暴雨较大规模泥石流；对锄头沟再次开展治理工作，是十分必要的，既能保证汶川县人民的生命财产安全，又起到减灾防灾的作用，为促进生态环境恢复发挥积极作用㊂
参考文献:
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[5]朱永贵，王昌强，邱相涛，等.汶川县绵虒镇羌峰村2㊁3㊁4组锄头沟泥石流治理工程勘查报告[R].四川泸州：四川省一三五岩土工程有限公司.
[6]李俊飞邹永才朱文兵，等.汶川县国道G213线锄头沟泥石流应急治理工程施工图设计[R].重庆：重庆蜀通岩土工程有限公司.
