辽宁省义县大榆树堡乡黄砬子和黄金贝村泥石流灾害特征及防治

辽宁省义县大榆树堡乡黄砬子和黄金贝村泥石流灾害特征及防治 辽宁省义县大榆树堡乡黄砬子和黄金贝村泥石流灾害特征 及防治 摘要:义县大榆树堡乡黄砬子和黄金贝村曾于1994年8月9日发生泥石流灾害。通过勘查，查清了泥石流沟域的物源数量及泥石流形成的各种条件、灾情和险情，了泥石流易发程度、成因机制和发展趋势、危险性和危害性，对泥石流基本特征参数进行了计算，对泥石流灾害的防治提出了建议。 关键词:义县 泥石流 防治 一、自然概况和地质环境条件 1.自然概况 1.1位置与交通 泥石流沟位于义县大榆树堡乡石匣子村的黄砬子和黄金贝两个自然村，中心点地理坐标为东经121?34′40″，北纬41?28′26.0″，距离义县中心直距35km，有公路相通，交通方便。 1.2气象条件 勘查区地处中温带，属于大陆性季风型气候。年内大多数时间受西伯利亚和蒙古的干冷气团的影响，盛行西北风，气候干寒，只在夏季受海洋气候影响，多偏南风，气候较湿润，故属于半干旱向半湿润的过渡地带。境内四季分明，雨热同季，日照充足，太阳辐射强，水分不足，温差较大。 年平均气温为8.2?，无霜期年平均157天，年平均降水量为 533.7mm，最多为946.6 mm(1994年)，最少为301.7mm(1999年)，日最大降水量318.5mm，时最大降水量74.8mm，10分钟最大降水量29.2mm。降水量季节变化明显，冬季最少仅7.7mm，春秋季在70mm,84mm。 1.3水文条件 大凌河为区内主要河流，泥石流沟谷冲出区为大凌河的二级支流，属季节性河流，只有雨季有水。沟域内没有水库、湖泊等地表水体，因此，泥石流暴发的水源主要为降雨。 2(地质环境条件 2.1地形地貌 泥石流沟沟域地形属构造侵蚀低山地形，沟域内总体上地形较陡峻，崩塌、滑坡、不稳定斜坡等不良地质现象较发育。 泥石流沟谷总体上为v型谷地貌，沟域平均纵向长度3.0km，平均宽度1.34km，沟域面积3.96km2，泥石流主沟位于沟域中间。沟域最高点位于南端，高程625.4m，最低点位于北端沟口，高程200m，相对高差425.4m。 2.2地层岩性 区内主要出露太古代晚期混合岩(m1)和第四纪地层(q)。 太古代晚期混合岩分布于沟域内，为浅灰色。全风化层厚1.0,1.5m。 第四纪地层主要为泥石流堆积物(q4sef)和冲洪积物(q4pl+al)， 主要分布于泥石流沟下沟段沟中和沟口扇形地区、各支沟扇形地区等。 2.3地质构造 勘查区所处大地构造单元为阴山东西复杂构造带中段东端与大兴安岭—太行山新华夏系构造隆起带的交接部位。区内以新华夏系构造体系为主，属于医巫闾山背斜西翼，轴向大致呈“ne向”20,25?。区内无断裂带。 2.4水文地质条件 勘查区地下水按赋存状态分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水二类。松散岩类孔隙水含水岩组主要由第四系各种堆积物组成，含水层岩性为中粗砂含砾、砂砾石、砾卵石及砂砾石含粉土。含水层不稳定，为薄层及透镜体，导水性、富水性差异较大，水质较好。 基岩裂隙水富水性较差，涌水量一般小于200m3/d,地下水化学类型多为sh-c型水，矿化度小于0.5g/l，ph值7左右。地下水主要补给来源为大气降水和冰雪融水。据水质检测，区内地下水无侵蚀性。 2.5生态环境条件 沟域生态环境类型可分为农业生态区、林地生态区和居民点等三种生态环境类型。 整个沟域总体上以林业生态区为主，且沟域上游林地覆盖率高于下游，总体上林地植被发育，生态环境良好，植被覆盖率达80%以 上;居民点主要分布于沟谷中下游两侧及沟口泥石流堆积扇区，为主沟和支沟泥石流的主要威胁对象;农业生态区主要围绕居民点周围分布，主要集中于泥石流沟中下游沟谷两侧坡地上，主要农作物为玉米和蔬菜。 3(人类工程活动 沟域内人类工程活动强度较低，区内居民主要为黄金贝和黄砬子村村民，居住于沟谷中下游及沟口泥石流堆积扇区，村民活动以农耕为主，主要种植玉米、蔬菜等作物，耕地主要沿沟两岸坡地分布，对周边植被未造成大的破坏，基本未发现不合理人类工程活动引发地质灾害的现象。 二、泥石流形成条件分析 1.地形地貌及沟道条件 泥石流沟沟域内山高坡陡，平均坡度在25?以上，沟谷纵坡18?，有利于雨水的汇集，为泥石流水源的汇流集中提供了基础。同时，由于地形较陡峻，为崩塌、滑坡等不良地质现象的发育提供了有利条件，为泥石流增加了松散固体物源，且沟谷纵坡较大，也为松散固体物质的搬运和参与泥石流活动提供了有利的地形条件。根据地形地貌及沟道条件，将泥石流沟沟域划分为泥石流形成区(清水区)、形成流通区和堆积区。 2.物源条件 泥石流松散固体物源较丰富，主要分布于泥石流主沟至沟口两岸 及各支沟中下游地段。物源类型主要包括崩滑堆积物源、沟道堆积物源和坡面侵蚀物源等三类。经计算共计有松散固体物源量350.05×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为19.46×104m3。 3.水源条件 泥石流的水源主要来源于大气降水。由于泥石流均发生在雨季，春季冰雪融水一般不会成为引发泥石流的水源，此外，沟域内地下水不丰富，不构成引发泥石流的主要水源，沟域内没有水库、湖泊等集中的地表水体，因此连续降雨或暴雨形成的地表径流是引发泥石流的主要水源，连续降雨或暴雨是泥石流的主要激发因素。 三、泥石流基本特征 1(泥石流灾害史及灾情、危害性分析 1.1泥石流灾害史及灾情 勘查区泥石流沟为老泥石流沟，但有文字记载的只有一次，即1994年发生的泥石流灾害。 1994年8月9日早7时，沟域内多条支沟爆发泥石流，此次暴发的泥石流共造成2人死亡，冲走牲畜12头，摧毁房屋17间，农田全毁113亩，半毁70亩，冲毁果树3300株，村路6km，高压电线杆5根600延长米，低压线20根1000延长米，广播线5km，累计直接经济损失约139.45万元。 1.2泥石流危险区范围及险情 泥石流危险区范围主要为沿沟两岸预测最高泥位线以下区域，泥 石流危险区面积为0.39km2。泥石流威胁对象主要为黄金贝和黄砬子村的居民点、果树及农田等，据调查访问，泥石流现威胁居民住户共90余户400余人、房屋300多间。因此，该泥石流目前险情属中型，进行勘查和治理显得必要而紧迫。 2.泥石流基本特征值的计算 由于缺乏泥石流监测资料，因此，泥石流基本特征值的计算主要参照和利用野外调查和访问获取的泥位、沟道断面特征等进行，计算指标的确定主要根据拟设泥石流治理工程的需要，除对泥石流流体重度、流速、流量、一次冲出量、一次固体冲出物质总量等常规指标计算外，还结合拟建工程部位特点，对拟设拦挡工程部位泥石流整体冲压力、爬高和最大冲起高度等进行计算和校核。计算结果见表表1。 四、泥石流发展趋势分析 1.泥石流易发程度评价 根据泥石流沟域基本特征和参数，按照《泥石流灾害防治工程勘查》(dt/t0220—2006)，对泥石流易发程度数量化进行评分，泥石流主沟评分值为72，各支沟评分值为73,80分，均为轻度易发泥石流沟。 2.泥石流的发生频率 根据前述对泥石流灾害史的调查，勘查区以往泥石流的灾害记载 仅1994年一次。该沟发生较大洪水的周期约为5年，但多次洪水均未诱发泥石流，这说明泥石流的发生并非与洪水的周期直接相关。从近期泥石流灾害史看，由于沟内植被较发育，纵坡降较缓，沟内崩塌、滑坡等不良地质现象较发育，坡面侵蚀物源较少，因此，诱发大规模泥石流的可能性很小，但引发泥石流灾害的可能性仍然存在，据此估算，50年内可能发生2次泥石流灾害，泥石流的类型为低频泥石流。通过野外调查和基本特征值的计算，泥石流容重为1.50t/m3，泥石流固体物质重度γh=2.69t/m3，最大的一次泥石流冲出量为q=0.92×104m3，固体物质冲出总量约为qh=0.78×104m3，泥石流规模为小型。 3.泥石流发展阶段及发展趋势预测 根据访问和调查，勘查区泥石流的形成主要和其流域的地形地貌以及气候有关。较为丰富的松散固体物质，局域的集中降雨是泥石流形成的关键因素。按照泥石流发展的阶段划分，泥石流目前正处于发展期。 泥石流沟流域内的人类活动，主要是物源区居住的居民对物源区植被的破坏，如砍伐树木和陡坡垦荒等，导致生态环境恶化。随着人们对地质环境认识的提高，破坏地质环境、陡坡耕种、砍伐林木等现象将大大减少，植被覆盖率将与日俱增，沟谷、岸坡稳定性将增强，泥石流发生的频率与规模也将会呈现递减趋势。 目前，该泥石流沟危险性为中型，在上述环境保护措施下，泥石流危险性将向小型发展。 五、泥石流防治建议 根据泥石流的勘察成果，在深入分析该泥石流沟的沟谷特征、活动性状、危险性、发展趋势、影响因素、危害特征等的基础上，提出泥石流的治理工程方案。 1(防治工程参数建议 1.1降雨量参数 按50年一遇暴雨强度进行设计，根据计算，按p=2%计算求得的1小时设计雨强为69.77mm。 1.2泥石流固体物源参数 该沟泥石流松散固体物源量350.05×104m3，可能参与泥石流活动的动储量为19.46×104m3，按泥石流发生频率将呈现由高至低的过渡变化过程，预计其50年内可能发生泥石流2次左右，则固体物质冲出总量约为1.56×104m3左右。 1.3泥石流运动特征参数 按50年一遇暴雨强度的设计，泥石流主要运动特征参数统计见表1。 1.4工程部位岩土特征参数 泥石流治理工程部位地基土以冲洪积物或泥石流堆积的碎块石土为主，基岩埋深为0.6,8.4m，治理工程地基置于碎块石土或基岩 上，根据取样试验结果及类比相似地区工程地质参数及查表，确定其主要工程地质特征参数为:松散碎块石土地基承载力120kpa，稍密碎块石土地基承载力280kpa，中密碎块石土地基承载力450kpa，密实碎块石土地基承载力750kpa;强风化混合岩地基承载力500kpa，中等风化混合岩地基承载力1500kpa。 1.5抗震设计参数 根据辽宁省地震动力参数区划、反应谱特征周期(tg)区划图(比例尺1:4000000)，区域地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，地震基本烈度按?度设防。 2.防治工程方案建议 在综合分析该泥石流沟的形成条件、沟谷特征、活动性状、危险性、发展趋势、影响因素、危害特征以及对泥石流基本特征值的计算等的基础上，提出泥石流的治理工程方案(见图1)。 分别在泥石流主沟上、中、下游及各支沟处布置8座格栅坝，格栅坝是用于稀性泥石流和水石流的一种工程结构，它能拦蓄泥石流中粗大颗粒，排走泥沙、细砾和流体中的自由水，使进入沟谷的泥石流很快被疏干，达到水石分离的作用。因此修建格栅坝可以稳拦物源和削峰减流，减少到达主沟下段的固体物质量，降低泥石流容重，并调节下游泥石流洪峰流量，保护流通堆积区居民的生命财产安全。 六、地质灾害防治效益评估 1.经济效益评估 据前述泥石流险情的统计，泥石流危险区内现有居民共90余户400余人，房屋300多间，果树万余株及农田等，险情级别为中型。 泥石流防治工程可保护上述危险区内人民的生命财产安全，为地方带来良好的经济效益。 2.社会效益评估 通过对泥石流采用工程措施结合生物工程措施进行防治，可有效保护危险区内人民的生命财产安全，将促进区内经济和社会的稳定与发展，提高区内居民的生活质量，由此带来的社会效益将是非常显著的。 3.环境效益评估 泥石流防治工程是一项综合性措施，不仅通过工程治理，减轻灾害对危险区内人民生命财产安全的威胁，并结合采用生物工程等措施，使治理工程与环境相协调，结合地方政府实施植被恢复和水土保持工程，可有效改善当地地质环境条件，减少水土流失的危害，从而消除区内已恶化的生态环境，人为的为区内居民创造一个安居乐业的生活环境。 4.减灾效益评估 泥石流防治工程本身是针对地质灾害采取的工程防治措施，工程治理将结合泥石流的危害现状、发展趋势等进行，通过泥石流防治 工程的实施，可有效地保护当地人民的生命财产安全，其减灾效益也将是非常显著的。 总之通过对勘查区泥石流灾害的防治，能使区内的居民生产、生活得到改善，保障区内经济可持续发展，对提高人民的生产、生活质量及安定社会秩序具有重要的现实意义和长远意义。 作者简介:董桂霖，男，生于1958年1月，1987年6月毕业于长春地质学院，本科。现工作于辽宁工程勘察设计院，任副总工程师。主要从事水文地质工程地质、地质灾害的勘查与防治、工程地质勘察、岩土工程等工作。注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。