2010年8月12-14日在汶川地震重災(zāi)區(qū)普降大暴雨，導(dǎo)致四川省都江堰市龍池鎮(zhèn)暴發(fā)群體性泥石流[2]，其中李泉太溝在下午16∶00發(fā)生大規(guī)模泥石流，對(duì)溝口民居及道路造成嚴(yán)重?fù)p壞，見圖1。

　　摘要：“5・12”汶川地震后，位于地震災(zāi)區(qū)的四川都江堰龍池鎮(zhèn)暴發(fā)了群發(fā)性泥石流，給災(zāi)后重建工作帶來(lái)很大的難度。選擇其中的李泉太溝泥石流作為研究對(duì)象，通過(guò)野外調(diào)查、室內(nèi)分析和泥石流靜動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算，如屈服應(yīng)力、流量、容重、沖出總量等計(jì)算，認(rèn)為地震產(chǎn)生的大量崩滑體為泥石流提供了直接物源，在暴雨條件下非常容易導(dǎo)致泥石流的產(chǎn)生；另外溝道陡峭、流量大、暴發(fā)隱蔽是李泉太泥石流的主要特征；李泉太泥石流的容重較大，屈服應(yīng)力較大，不僅能夠摧毀公路等基礎(chǔ)設(shè)施，還能夠造成堵江等次生災(zāi)害。根據(jù)研究結(jié)果，建議重點(diǎn)敏感地區(qū)采取相應(yīng)的工程措施，并且充分利用降雨閾值，對(duì)李泉太泥石流進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

　　關(guān)鍵詞：給排水工程師,降雨,泥石流,地震,都江堰

　　野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，李泉太泥石流沖出物總量約8×104m3，泥石流堆積體將溝口主干道路沖毀，掩埋部分房屋，部分固體顆粒沖入龍溪河，間接影響下游的紫坪鋪水庫(kù)安全。李泉太泥石流地處汶川地震重災(zāi)區(qū)，是泥石流活動(dòng)頻繁暴發(fā)的區(qū)域[1]，區(qū)內(nèi)溝壑極為發(fā)育，地震產(chǎn)生的大量崩滑體堆積在溝道兩側(cè)和溝道中，為泥石流提供了大量的松散物源。在泥石流堆積物的影響下河床整體都抬升了，直接造成了河水的堵塞和改道，從而為研究區(qū)的災(zāi)后重建、道路修復(fù)及工農(nóng)業(yè)復(fù)蘇帶來(lái)了很多不利的影響。

　　有研究表明[34]，地震過(guò)后的5～10年是泥石流高發(fā)階段，且具有群發(fā)、大規(guī)模的特點(diǎn)。本文通過(guò)李泉太溝泥石流的野外調(diào)查情況和遙感影像解譯的結(jié)果，分析李泉太泥石流的形成因素、基本特征，并詳細(xì)計(jì)算該泥石流的靜動(dòng)力學(xué)參數(shù)，例如容重、屈服應(yīng)力、流量、沖出總量等，為今后的重建工作提供依據(jù)和防治建議。圖1李泉太溝全貌

　　1研究區(qū)概況

　　李泉太溝泥石流位于龍池鎮(zhèn)南岳村，岷江一級(jí)支流龍溪河的左岸，距離龍池鎮(zhèn)約4km，溝口地理坐標(biāo)為N31°5′17″，E103°33′42″。

　　根據(jù)都江堰市1957年-2008年的降雨資料，研究區(qū)多年平均降水量約為11348mm，最少降雨量是1974年的7135mm，最多降雨量是1978年的16054mm；全年降水量的80%集中在5月-9月，其中8月為平均降水量最多的月份（平均2899mm），1月為平均降水量最少的月份（平均127mm）；李泉太溝1小時(shí)的最大降水量為839mm，10分鐘的最大降水量為283mm。因此研究區(qū)降雨總體特征表現(xiàn)為短時(shí)間、強(qiáng)度高和暴雨頻繁，非常利于泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。

　　龍池鎮(zhèn)在地質(zhì)構(gòu)造上屬于華夏構(gòu)造體系龍門山構(gòu)造帶的中南段，處于映秀―北川斷裂帶的西北側(cè)。研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地區(qū)性不均勻升降和斷裂活動(dòng)頻繁，地震頻發(fā)，巖石裂隙、斷裂和褶皺構(gòu)造非常發(fā)育，巖體破碎。根據(jù)《四川、甘肅、陜西部分地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（2008）》，該區(qū)域地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期是040s，地震烈度可以達(dá)到XI度，地震動(dòng)峰值的加速度為020g。

　　圖2李泉太溝地質(zhì)圖

　　李泉太溝流域內(nèi)第四系松散堆積物主要包括洪積物（Q4pl）、崩滑堆積物（Q4del）、崩坡堆積物（Q4e+dl），分布在泥石流溝的堆積區(qū)和流通區(qū)；震旦系下統(tǒng)火山巖組（Za）由灰綠色安山巖、凝灰?guī)r及安山玄武巖構(gòu)成，主要分布在泥石流形成區(qū)。另外，以砂巖、泥巖為主的三疊系須家河組（T3x）也有少量分布[5]（圖2）。

　　2.1地形因子

　　李泉太溝泥石流區(qū)屬于中山地貌，地表遭受切割風(fēng)化嚴(yán)重。泥石流發(fā)育區(qū)溝谷基本情況見表1，堆積區(qū)呈扇狀分布，面積約032km2，相對(duì)高差660m左右；形成區(qū)長(zhǎng)約630m，高差約460m，平均坡度30°，最大約40°；流通區(qū)長(zhǎng)約220m，相對(duì)高差約120m，平均坡度19°，最大約29°。地勢(shì)相對(duì)高陡的地區(qū)既有利于降雨匯流，又有利于松散堆積固體顆粒下滑。為了詳細(xì)觀察崩滑體自身的變化特征及演變規(guī)律，利用唐川提供的強(qiáng)震區(qū)滑坡體厚度及體積的計(jì)算公式得到研究區(qū)滑坡體的體積[6]。

　　t=1.432Ln（SL）-4.985（1）

　　V=SL・t（2）

　　式中：t為滑坡體的厚度（m）；SL為滑坡體的面積（m2）；V為滑坡體的體積（m3）。

　　通過(guò)ERDAS軟件進(jìn)行分析，得到在不同高程條件下滑坡面積及體積在各個(gè)區(qū)間上所占滑坡體面積的比例（表2），發(fā)現(xiàn)在高程為1400～1600m之間崩滑體最豐富，可以為泥石流提供充足的物源。

　　2.2坡度因子

　　根據(jù)研究區(qū)的地形地貌特征，利用Arcgis進(jìn)行坡度分析，得出李泉太泥石流溝的崩滑體體在不同坡度分級(jí)區(qū)間上的分布特征，見圖4及表3。

　　從表3可以看出，滑坡體在40°～60°的區(qū)間內(nèi)大量分布，在李泉太泥石流溝治理工程中必須注意這個(gè)坡度段的崩滑體分布情況。

　　圖3李泉太溝高程圖

　　Fig.3ElevationmapofLiquantaigully

　　圖4李泉太溝坡度圖

　　Fig.4SlopemapofLiquantaigully

　　2.3降水因子

　　2010年8月13日14∶00開始，龍池鎮(zhèn)開始持續(xù)降雨，8月13日16∶00左右李泉太泥石流開始形成，持續(xù)約40min。根據(jù)都江堰紫坪埔鎮(zhèn)降雨站資料，統(tǒng)計(jì)出泥石流暴發(fā)當(dāng)日的降雨強(qiáng)度和累積降雨量，見圖5。暴發(fā)前的累積降雨量為572mm，8月13日17∶00達(dá)到最大小時(shí)降雨量，為75mm。

　　圖5小時(shí)降雨和累積降雨

　　Fig.5Hourlyandaccumulatedprecipitation

　　根據(jù)Caine[7]和Jibson[8]的降雨持續(xù)時(shí)間和雨強(qiáng)關(guān)系，見表4，確定了泥石流暴發(fā)降雨閾值。

　　李泉太泥石流“8・13”最大小時(shí)降雨強(qiáng)度可以達(dá)75mm，遠(yuǎn)高于由Caine公式得出的1482mm和Jibson公式得出的3053mm，超過(guò)了泥石流暴發(fā)的臨界閾值。降雨閾值可以為李泉太泥石流災(zāi)害提供預(yù)警依據(jù)。

　　2.4物源因子

　　李泉太泥石流距離“5・12”汶川地震的震中區(qū)直線距離大約為48km。地震形成許多滑坡體，使得大量的松散物質(zhì)堆積于泥石流溝道、坡麓兩側(cè)，為李泉太泥石流的形成提供了直接物源，見圖6。

　　圖6溝道中的物源

　　Fig.6Thematerialsourcesinthedebrisflowgully

　　另外，在斜坡體的表面尤其是坡腳地段風(fēng)化現(xiàn)象特別嚴(yán)重，風(fēng)化層在汶川地震過(guò)程中的變得松動(dòng)，極易沿溝道滑動(dòng)。

　　震前、震后組織進(jìn)行實(shí)地野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)地震前幾乎沒(méi)有崩滑體產(chǎn)生，地震后產(chǎn)生了大量的崩滑體，并且有很多的崩滑體隨著泥石流沖入龍溪河。具體采用震前2007年9月融合后分辨率15m的TM影像和震后2010年4月分辨率25m的Spot影像進(jìn)行分析研究，具體見圖7。

　　圖7地震后流域內(nèi)物源情況

　　Fig.7Thematerialsourcesinthedebrisflowgully

　　3李泉太泥石流參數(shù)特征

　　為了分析李泉太泥石流的破壞力機(jī)理，對(duì)其靜動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。3.1泥石流容重

　　通過(guò)對(duì)野外采集的李泉太泥石流的樣本進(jìn)行在實(shí)驗(yàn)室篩分實(shí)驗(yàn)，得出顆粒分布曲線，重點(diǎn)用來(lái)計(jì)算泥石流容重，見圖8。李泉太泥石流堆積區(qū)堆積物分選性極差，溝道中最大塊石的長(zhǎng)為10m，寬為07m，高為05m，碎塊石中充填有大量細(xì)粒砂土。

　　利用公式（1）[9]，計(jì)算得到李泉太溝泥石流容重為191g/cm3。

　　γD=γO+P2P050.35γV（1）

　　式中：γD為黏性泥石流容重（g/cm3）；γO為泥石流的最小容重，取15g/cm3；P2為大于2mm的粗顆粒含量，取0542；P05為小于005mm的細(xì)顆粒含量（小數(shù)表示），取006；γV為黏性泥石流最小容重，取20g/cm3。

　　根據(jù)研究經(jīng)驗(yàn)，在不同的地方取的樣品會(huì)出現(xiàn)不同的容重值。又根據(jù)李泉太泥石流野外的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，決定將其容重修正值為20g/cm3。因此，李泉太泥石流溝屬于黏性泥石流。

　　圖8顆粒分布曲線

　　Fig.8Thecurveofgrainsizedistribution

　　3.2泥石流屈服應(yīng)力

　　反映黏性泥石流特征的一個(gè)非常重要的參數(shù)就是泥石流的屈服應(yīng)力。研究表明，泥石流容重、泥石流最大淤積厚度、淤積坡度與泥石流體屈服應(yīng)力之間有著密切的關(guān)系[10]。

　　τB=γ′ghsinθ（2）

　　式中：τB為泥石流屈服應(yīng)力（Pa）；γ′為泥石流相對(duì)容重，γ′=γC-γ0（kg/m3）；γC為泥石流容重，取2000kg/m3；γ0為環(huán)境容重，γ0≈0（陸面），γ0=1000kg/m3（水中）；g為重力加速度，取981m/s2；θ為坡度，取5°；h為泥石流的最大堆積厚度，取25m。

　　利用公式（2）計(jì)算得到泥石流屈服應(yīng)力為4276Pa，說(shuō)明李泉太泥石流的屈服應(yīng)力較大，能夠有效地抵抗河流對(duì)堆積區(qū)泥沙固體的沖刷。

　　3.3泥石流動(dòng)力學(xué)參數(shù)

　　為了確定李泉太泥石流的洪峰斷面面積，泥石流的流速、流量、沖出量等參數(shù)，在泥石流流通區(qū)選擇了一個(gè)斷面進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表5。

　　李泉太泥石流的平均運(yùn)動(dòng)速度采用余斌[11]提出的公式（3）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表5。

　　V=1.1（gR）1/2s1/3D50D101/4（3）

　　式中：V為黏性泥石流平均運(yùn)動(dòng)速度（m/s）；g為重力加速度（m/s2）；R為黏性泥石流水力半徑；s為黏性泥石流運(yùn)動(dòng)縱比降；D50為泥沙顆粒中百分比小于50%的顆粒直徑，取18mm；D10泥沙顆粒中百分比小于10%的顆粒直徑，取012mm。

　　利用公式（4）計(jì)算李泉太泥石流的流量，結(jié)果見表5。

　　Q=V×A（4）

　　式中：Q為李泉太泥石流的洪峰流量（m3/s）；V為李泉太泥石流平均流速（m/s）；A為李泉太泥石流洪峰斷面面積（m2）。

　　利用公式（5）[12]計(jì)算洪峰流量的泥石流沖出量。

　　W=0.264×T×Q（5）

　　式中：W為泥石流沖出量（m3）；Q為李泉太泥石流洪峰流量（m3/s）；T為李泉太泥石流的持續(xù)時(shí)間，取2400s。

　　計(jì)算得到李泉太泥石流固體沖出物與野外實(shí)際調(diào)查的數(shù)據(jù)基本符合。由此可以看出李泉太泥石流具有很高的破壞力，能夠沖出大量的松散固體顆粒，足以對(duì)溝口處的都汶公路及附近的居民造成嚴(yán)重威脅。

　　4結(jié)論與建議

　　（1）“5・12”汶川地震造成大量的崩滑體滯留在高程1400～1600m，坡度40°～60°的溝道中，直接為李泉太溝泥石流提供了豐富的物源。因此在治理李泉太泥石流時(shí)，應(yīng)在敏感區(qū)范圍內(nèi)重點(diǎn)采取相應(yīng)的工程措施。

　　（2）暴雨天氣是誘發(fā)李泉太泥石流的另一主要因素。因此遭遇極端降雨時(shí)，要充分利用降雨雨強(qiáng)-持續(xù)時(shí)間關(guān)系確定的降雨閾值，對(duì)李泉太泥石流進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

　　（3）計(jì)算結(jié)果表明，李泉太泥石流的容重較大，屈服應(yīng)力較大，不僅能夠摧毀公路等基礎(chǔ)設(shè)施，還能夠造成堵江等次生災(zāi)害。因此必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警，及時(shí)提供防災(zāi)避險(xiǎn)信息，并對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行工程治理，最大限度的減少損失。

　　參考文獻(xiàn)（References）：

　　[1]謝洪，鐘敦倫，矯震，等.2008年汶川地震重災(zāi)區(qū)的泥石流[J].山地學(xué)報(bào)，2009，27（4）：501509.（XIEHong，ZHONGDunlun，JIAOZhen，etal.DebrisFlowinWenchuanQuakehitAreain2008[J].JournalofMountainScience，2009，27（4）：501509.（inChinese））

　　[2]許強(qiáng).四川省8・13特大泥石流災(zāi)害特點(diǎn)、成因與啟示[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18（5）：596608.（XUQiang.The13Angust2010CatastrophicDebrisFlowsinSichuanProvince：Characteristics，GeneticMechanismandSuggestions[J].JournalofEngineeringGeology，2010，18（5）：596608.（inChinese））