黄来源，南 赟，赵金发，林传祥，查明跃

（1.北京市地质研究所，北京 100120；2.云南地质工程勘察设计研究院，昆明 006050）

1 引言

东川区位于云南省中北部，昆明市最北端，东邻会泽县，南倚寻甸县，西与禄劝县毗邻，北连巧家县并与四川省会东县隔金沙江相望，国土面积1858.79km2（图1）。东川区区政府所在地铜都镇，国土面积366.68km2，人口11.76万人（至2009年末），下辖22个社区、25个行政村，向东依偎在乌蒙山脉西缘主峰大、小牯牛岭脚下，自牯牛山向西发育有多条冲沟，东川城区就坐落在冲沟形成的泥石流堆积扇群上。威胁东川城区安全的泥石流以深沟为主，腊利沟、田坝干沟、大桥河沟为次，另外还包括石羊沟、祝国寺沟、尼拉姑沟。总流域面积136km2，发源于牯牛岭，自东向西经过东川城区后汇入大白河（小江上游称为大白河）。

由于研究区位于乌蒙山西坡，正对着印度洋夏季暖湿气流前进方向，故属迎风坡多雨区，从不同海拔带面积来看，研究区大部分处于强烈暴雨和丰水高度带内，可为泥石流的形成提供外部水动力激发条件。

研究区的主要4条泥石流沟（图2），均有常年流水，各沟流量及流域面积分别为：大桥河沟为700l/s，流域面积57.47km2（以泥石流堆积扇顶以上流域加堆积扇面积，以下相同）；田坝干沟为200l/s，流域面积19.32 km2；深沟为450l/s，流域面积31.77km2；尼拉姑沟（深沟的支沟）流域面积3.40km2；腊利沟为305l/s，27.97km2。由于各沟均跨越了高山到盆地的不同的立体气候区，各沟在雨季或暴雨后，流量可增大数倍到属百倍，为泥石流的爆发提供了有效的水动力条件。

图1 东川区交通位置图

图2 城市后山地区泥石流沟流域分布图

图3 泥石流沟影像平面图

1 泥石流发育特征

（1）泥石流概况

东川城区东倚乌蒙山脉，东部山区向西部城区方向发育有较大规模的4条泥石流沟，由北向南分别为大桥河沟、田坝干沟（上游支沟老干沟、李子沟）、深沟（深沟的支沟祝国寺沟、尼拉姑沟、石羊沟）、腊利沟（图3），其中田坝干沟、深沟穿越主城区，大桥河沟、腊利沟位于东川城市规划区的南北两端；深沟、田坝干沟、腊利沟和大桥河沟等4条泥石流沟总流域面积达136.55 km2，是乌蒙山脉西侧山区通向大白河的主要行洪通道。上述泥石流沟历史上曾多次爆发泥石流，如1961年、1964深沟发生两次大规模泥石流，造成7人死亡，淤埋农田375hm2，经济损失1000多万元；1973年，田坝干沟发生泥石流，造成53.3hm2农田淤埋，24台抽水站被冲毁，经济损失约2200万元。

城市后山复杂的地质环境条件提供了泥石流发育的基本条件，多年的工程活动（采矿、伐薪炼铜、放牧、耕种等）使地质环境条件更加脆弱，使得上述四条主要沟谷的固体松散物质总储量达27686.96万m3，年最大可移动量171.04万m3，为泥石流的发生提供了丰富的物源基础，一旦发生持续的强降雨，更加剧了灾害发生的可能性，对东川区13320人的生命及财产安全构成严重威胁，威胁总资产达6.0亿多元(表1)。

表1 东川区城市后山地区泥石流沟危害现状统计表

（2）地貌特征

研究区处于金沙江流域的一级支流小江河谷的东侧部分，北部为大桥河沟，南部为腊利沟，地貌上属中切割的高、中山峡谷类型，地形上以乌蒙山脉的主峰大牯牛岭向西的小江河床倾斜，最高点为小江流域的大桥河、田坝干沟与金沙江另外的一级支流以礼河分水岭大牯牛岭，海拔4017.3m，最低点为大桥河与小江的交汇处的三江口河床，海拔1120.0m，最大高差2897.30m（图4）。研究区地形坡度一般为20°～40°，总体上大致以1600m海拔为界，以下为断陷冲洪积盆地，沿东与中、高山区形成牯牛岭的山麓缓坡，地形坡度5°～15°，以上为中、高山区，在2500m海拔以下，地形坡度15°～40°，局部形成陡坡、陡崖，在沟谷内及2500m以上的地段，形成坡度大于50°的陡坡、陡崖，总体上地形反差强烈，山高谷深，坡陡流急，研究区的四条泥石流沟横断面均呈“V”型，切割深度在10～800m。研究区4条泥石流沟由北向南依次为大桥河、田坝干沟、深沟、腊利沟，汇水面积、高差等特征见表2。

图4 城市后山地区地貌立体影像图

（3）泥石流沟流域特征

研究区由北向南的泥石流沟分别为大桥河沟、田坝干沟、深沟、腊利沟4条，流向均为由东向西，流域面积最大的是大桥河沟，达57.49km2，最小的为田坝干沟，面积19.32km2，堆积区均位于小江河床附近，在上世纪70年代到本世纪2008年，国家及当地政府先后投入资金进行部分治理，对泥石流的发生、发展起到了遏制作用，各沟特征见表3。

（4）泥石流物源特征

根据工程地质勘查成果，对物源年最大可移动量进行详细量化，对各沟可移动物源类型及规模进行统计分析，各沟年最大可移动量分别为：深沟（主沟）53.88万t，深沟支沟（尼拉姑沟）7.19万t，大桥河沟48.12万t，田坝干沟26.98万t，腊利沟34.87万t；各沟年最大可移动固体松散物类型及储量比例见表4。

表2 城市后山地区各泥石流沟地形地貌特征表

表3 研究区泥石流各沟地形特征汇总表

（5）泥石流类型及规模

依据泥石流水源和物源成因、集水区地貌特征、重度、流体性质、爆发频率对研究区的四条泥石流沟进行分类。大桥河沟为沟谷暴雨崩滑泥流型粘性高频泥石流，田坝干沟为沟谷暴雨崩滑泥流型粘性低频泥石流，深沟为沟谷暴雨崩滑泥流型粘性高频泥石流，深沟的支沟尼拉姑沟为暴雨崩滑-坡面泥石型稀性低频泥石流，腊利沟为沟谷暴雨崩滑泥流型粘性中频泥石流，见表5。

表4 城市后山各沟固体松散物源比例统计表

表5 研究区泥石流分类表

（6）泥石流危险性评价

根据对研究区各泥石流沟的分析，评价各沟的活动性特征和危害性等级，综合确定各泥石流沟潜在危险性。研究区大桥河沟危险性等级为大型，田坝干沟为特大型，深沟（包括尼拉姑支沟）为特大型，腊利沟为大型，见表6。

2 泥石流防治研究

2.1 防治原则

（1）深沟流域：穿越城区的主要泥石流沟，其影响及威胁处于四条泥石流沟之首，虽然先后在下游实施了部分工程，但中上游工程措施及植被覆盖不足，没有基本控制和减少泥石流的物源储备；深沟作为东川城区城市后山的引用水源保护区，生态环境的保护和治理与当地群众生命安全息息相关，为城市后山泥石流治理的重中之重，如爆发大规模泥石流，所产生的灾害不可估量；因此，深沟流域应作为城市后山工程治理的核心对象，防治原则为有效控制深沟泥石流灾害物源的运移，确保深沟流域生态环境的改善，基本减轻泥石流的威胁。同时建立有系统的巡查、预警预报体系。

（2）大桥河沟：位于城市规划区北侧，实施了部分工程，但对于流域范围大、固体松散物源储量巨大的大桥河沟而言，少量的拦挡工程对其物源量的改变有限。由于下游部分区域涉及规划工业区、村庄农田，上游及中游实施工程难度较大、投资大且达不到应有效果，植物措施管护困难，短期内的工程治理效果难以体现。因此，大桥河沟的防治原则应以保护下游堆积区村庄及农田安全为基本目标，尽可能减少泥石流灾害的损失，布置适当的工程，为今后的治理工程争取时间。

表6 泥石流危险性分级

（3）田坝干沟：穿越城区及规划区的主要泥石流沟之一，危害较大，沟内固体松散物源丰富，可在流通区实施部分工程，且可起到一定效果，排导槽严重堵塞、公路桥涵过流断面不足，堆积区排导槽短期内难以实施，因此可在流通区中下游地段实施一定的拦挡工程，可起到降低泥石流灾害损失的效果；在没有实施有效的管护措施前，不宜实施植物恢复措施。因此，田坝干沟的治理工程应在有条件的位置实施部分工程，改善泥石流沟的沟坡、物源等为目标，为今后系统的治理工程打下基础。

（4）腊利沟：穿越未来发展城区的主要泥石流沟之一，其影响较大，沟内固体松散矿渣物源丰富，堆积区段的公路桥梁等限制了治理工程的布置；同时植物措施管护极为困难，不宜实施植物措施，因此，腊利沟的治理工程应在有条件的位置实施工程，改善泥石流沟的沟坡、物源、排泄等为目标，减轻泥石流危害，为后续的治理工程奠定基础。

通过对城市后山泥石流灾害治理工程现状及地质环境进行分析，调整短期内难以实施或治理难度较大且实施效果不明显的泥石流治理工程，同时吸取当地长期在与泥石流斗争中积累的经验，对深沟这一关系东川城区1.3万人的生命财产安全的威胁，作为重点治理对象，确保治理工程实施后，基本控制深沟泥石流灾害的威胁，其他各沟以减轻泥石流灾害可能造成的损失为主。

2.2 选用的治理工程措施

目前泥石流防治工程常用的方法主要有：排导工程、拦挡工程、植物工程。结合东川市城市后山研究区各泥石流沟的实际情况，可供选用的治理工程项目主要为：排导工程、拦挡工程、植物工程等。

（1）排导工程

排导工程是防治泥石流使用最为广泛的工程措施。其特点是工程简单、效果好、施工方便等。从东川市城市后山泥石流的调查分析来看，强降雨是东川市城市后山爆发泥石流的主要诱发因素，该流域的总体坡降较小，河谷地形较开阔，但经过主城区的泥石流沟沟道过流断面受城市建设及群众无序堆放垃圾影响，大部分已垃圾阻塞，严重影响其排导能力，故应增设新的排导设施，或对城区原有排导槽底进行清淤，以满足再次爆发泥石流时的沟道排泄能力。

（2）拦挡工程

拦挡坝或谷坊坝等拦挡工程可对泥石流进行拦碴滞流，以形成泥石流物源库，减缓坝上游河床纵坡，降低泥石流的水动力条件，减小泥石流流体密度，调节泥石流下泄峰量和固体物质总量，把坝体上游的大的块石挡住，减小泥石流下泄固体物质粒径，有利于下游输砂排泄，对下游淤积起调节控制作用。

（3）植物工程

植物工程即结合各泥石流沟流域自然情况，合理利用水土资源，对农、林、牧业合理布局，改革单一的农业产业结构。主要分为农业措施和林草措施。农业措施：改变山区地形，保蓄坡地径流，增加农业生产，控制地面水土流失的主要措施。在崩坍滑坡地段应改水田为旱地；在水土流失严重地段，应固定耕地，精耕细作，选用良种以提高单位亩产；25°以上的坡地应分期退耕，还林育草，25°以下的坡地应改为梯田。林草措施：保持水土、造林育草是泥石流治理的基本措施。根据流域海拔等气候条件，在海拔1600m以下，实行“草、灌、乔”并举的原则进行植树造林，在海拔1600～3000m，结合发展乔木和经济林木。

2.3 工程设计基本参数

（1）设计暴雨：见表7。

表7 不同频率设计暴雨量

（2）清水洪峰设计流量：见表8。

（3）泥石流容重：见表9。

（4）泥石流流量及流速:见表10。

（5）泥石流冲击力: 见表11。

（6）防治级别的确定

根据《泥石流防治工程设计规范》，泥石流防治工程设计等级标准表，将各条泥石流沟划分为如下级别（见表12，同时确定泥石流防治主体工程设计安全系数（表13），详述如下：

表8 清水洪峰流量计算成果表

表9 泥石流设计容重统计表

表10 泥石流流速及流量统计表

表11 各条沟泥石流整体冲击压力计算表

表12 城市后山泥石流防治工程设计等级划分

2.4 治理工程

（1）深沟治理工程布置（拦挡、植物为主、排导为辅）

在确实加强对该沟流域的了解基础上，因地制宜布置拦挡、固床工程，稳固泥石流固体松散物源，尽可能减少泥石流的下排，确保工程实施后对下游城区及堆积区农田等的保护。工程布置为：整条沟道以拦挡、固床为主，结合适当的排导工程及植物工程，采用综合治理的方式控制泥石流物源区的松散固体物源的运动，同时、对下游的排导槽进行清淤。

（2）大桥河沟治理工程（排导为主）

根据现场实地调查，目前泥石流造成的威胁主要是下游已建排导槽右岸农田及上百户村民聚集区，在权衡工程投资及目前灾害威胁的情况下，考虑以保护对象：下游堆积区农田安全及村民聚集区的安全为主布置工程。

（3）田坝干沟治理工程

限于资金的限制以及整条沟的运动特征，考虑整条沟道以拦挡为主，以期减小下游的压力，控制泥石流物源区的松散固体物源的启动。因地制宜布置拦挡工程，减少泥石流固体松散物源，尽可能减少泥石流的下排。

（4）腊利沟治理工程（局部拦挡加排导）

下游布置拦挡坝，结合已建排导槽新建排导槽，形成完整的排导系统。因地制宜布置拦挡工程，尽可能减少泥石流的下排。

3 结论

为解决资源枯竭、城市经济转型和可持续发展，2004年4月，东川成为全国唯一的再就业特区，经济的转型面临最大的问题就是该区生态环境的严重破坏，目前东川区水土流失面积占国土面积的68.5%，在东川区1800多平方千米的土地上分布着107条大大小小的泥石流沟，尤其是东川城区城市后山泥石流灾害，已严重威胁或影响当地经济的发展和转型。因此，城市后山地区泥石流灾害的治理势在必行。

（1）深沟的治理：通过已实施部分工程结合本次防治工程的实施，深沟将形成完整、立体、流域性的综合治理体系，将基本解决深沟爆发泥石流灾害对下游的威胁问题；工程实施后，直接拦挡沟内固体松散物源8.35万m3，间接拦挡固体松散物源35万m3；提高原深沟流域覆盖率由30.82%，增加至56.94%；将基本控制泥石流固体松散物源的移动问题；工程实施后将形成完整的泥石流灾害治理体系，提升深沟流域自然生态环境。

表13 泥石流防治主体工程设计安全系数

（2）腊利沟治理：通过防治工程的实施，将直接有效拦挡固体松散物源4.7万m3；将确保原有排导槽功能提升，增加到可排导50年一遇大型泥石流灾害；将较大限度的确保近期腊利沟下游流域混凝土厂及大量农田的安全。

（3）田坝干沟治理：工程的实施将直接有效拦挡固体松散物源2.7万m3，间接拦挡固体松散物源30万m3以上；将较大限度的确保近期田坝干沟下游流域大量农田的安全。

（4）大桥河沟治理：工程的实施将有效增加泥石流排泄能力，将提升排导槽泄流能力，可确保顺利通过50年一遇泥石流灾害的侵袭；将直接确保近期内大桥河沟下游870人，6000亩农田的安全。

城市后山泥石流防治工程实施后，将充分达到预期效果，实现城市后山生态环境的重要改善，确保城市生活环境的基本安全，解决了近期对于城区安全极具威胁的深沟泥石流灾害问题，消弱并缓解了腊利沟、田坝干沟、大桥河沟等泥石流沟的泥石流灾害危害，进一步提升了这些沟内已建工程的泄流能力，并为今后持续的工程治理提供了借鉴和参考。

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