蒋 魁, 胡建波, 刘治宇

(湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙 410000)

泥石流作为三大常见的地质灾害之一，具有突发性强，破坏力大，危害性高等特点，尤其是坡面型泥石流，虽然规模小，但突发性更强，分布范围更广，且难以防范，因而危害巨大[1]。坡面型泥石流一般发生在覆盖层厚度小于5 m，坡度30°～50°，未形成明显沟谷的坡体上，多由强降雨引发的浅层滑坡运动发展而成。坡面型泥石流可分为溜坍型、冲蚀型和滑坡型三类[2-3]。一些学者对坡面型泥石流形成机理和演化过程进行了大量研究，虽然将坡面型泥石流形成过程分为不同的演化阶段，但大多认为其形成与地形坡度、地层岩性、降雨强度、植被等因素密切相关，特别是短时雨强对坡面型泥石流的形成起决定性作用[4]。本文以禾元组泥石流为研究对象，通过野外调查和室内试验，分析了坡面型泥石流的形成条件，并在此基础上分析了坡面型泥石流形成机理，为该泥石流治理工程设计提供了理论基础，同时也对类似坡面泥石流的预测预警具有一定的借鉴意义。

1 研究区概况

研究区位于湖南省溆浦县北部，属中亚热带季风湿润气候，四季分明，降雨量时空变化大且季节分配不均，灾害性天气频繁。多年平均气温17.1 ℃，多年平均降雨量1 124.9 mm，最大降雨量1 897.2 mm。地貌类型为构造剥蚀低中山地貌，地形陡峭，最大相对高差141 m，坡度一般25°～45°。出露地层为第四系残坡积层(Qel+dl)砂质黏性土、冲洪积层(Qal+pl)含碎石、卵石砂质黏土和燕山早期(γ5)中细粒斑状二云母花岗岩，花岗岩残积土厚度一般0.6～2.4 m。地质构造简单，无断裂发育。

禾元组泥石流由东沟和西沟组成，流域面积约0.1 km2，其中东沟于2017年暴发泥石流，西沟无泥石流灾害史。东沟整体呈树枝形，主沟纵向长度约217 m，相对高差95.58 m，沟谷平均纵坡降44.05%，主流方向约149°；西沟整体呈折线形，主沟纵向长度约194 m，相对高差76.32 m，沟谷平均纵坡降39.34%，主流方向约138°。东沟泥石流造成下方4栋居民房屋及50 m省道不同程度受损，毁坏金银花及猕猴桃作物约4 000 m3，直接经济损失约200万元。泥石流主要威胁对象为下部省道S312和居民区，威胁居民15户77人，房屋16栋、省道100 m及耕地2 600 m3，潜在经济损失约1 257万元，潜在危险性等级为中型[5]。

2 泥石流形成条件

2.1 地形条件

禾元组泥石属于坡面型泥石流，流域面积小、沟道长度小、纵坡大，具有独特的形态特征。沟道特征不明显、界线较模糊，根据其发育特征亦可大致划分出形成区、流通区和堆积区。

东沟形成区分布于高程1 247.23～1 334 m之间，高差86.77 m，平均纵坡降78.03%，沟道坡度较陡，多在30°～50°之间，局部可达60°以上；西沟形成区分布于1 273～1 315 m之间，高差42 m，平均纵坡降44.06%。区内发育6处小型滑坡，坡面侵蚀严重，沟道内残留大量的泥石流松散堆积物为泥石流的形成提供了丰富的物源。形成区沟段纵向坡度大，泥石流抛射距离和遇障碍物冲击高度大，沟道两侧树干上可见清晰泥痕，最大高度约2.8 m。

东沟流通区主要位于沟谷高程1 240～1 274 m之间，高差34 m，平均纵坡降50.75%；西沟流通区主要位于沟谷高程1 240～1 273 m之间，高差33 m，平均纵坡降45.24%。沟道宽度一般2～10 m，无明显沟道界线，多以两侧山体或陡坎为界，沟内冲蚀强烈，多形成1～5 m高陡坎，可见中等风化花岗岩风化球出露。东沟流通区沟谷内松散堆积物较厚，沟岸陡峻且稳定性较差，在泥石流形成过程中也会提供大量物源。西沟流通区沟谷内仅平缓地段有少量松散堆积物，在泥石流形成过程中可提供物源较少。

泥石流堆积区主要位于沟谷高程1 240 m以下，该区域地形较开阔，地势平缓。东沟堆积扇呈长扇形，扇形体宽约10～30 m，扇体坡度8°～15°，扩散角约20°～45°，堆积区纵长约31 m，堆积厚度约0.3～0.8 m。西沟堆积体呈近扇形，主要为冲洪积物，扇形体宽约5～20 m，扇体坡度5°～10°，扩散角约15°～30°，堆积区纵长约25m，堆积厚度约0.5～1.4 m。

2.2 物源条件

禾元组泥石流物源主要包括崩滑物源、坡面侵蚀物源和沟床堆积物源三类，主要分布于泥石流形成区和流通区。坡面侵蚀物源为禾元组泥石流主要物源，其次为沟道堆积和崩滑物源，各类物源之间存在密切的转化关系(表1)。

表1 禾元组泥石流物源统计表

2.3 水源条件

禾元组泥石流东西两沟均为常年流水沟，沟内水流主要靠大气降水以和地下水渗透补给，流量暴涨暴落特征明显；同时流域内发育多条汇水通道，为降雨快速汇集提供了有利的地形地貌条件。研究区属中亚热带季风湿润气候，雨季多大雨和暴雨，降雨为泥石流提供了充足的水源条件，强降雨是诱发禾元组泥石流的主要因素。

3 泥石流堆积物特征

禾元组泥石流仅东沟暴发泥石流，西沟无泥石流灾害史，因其在堆积物特征方面略有差异。分别统计东西两沟形成区、流通区、堆积区堆积物粒径，东沟泥石流堆积物中，堆积区粗颗粒含量明显高于形成区和流通区，形成区与流通区粗颗粒含量相近，形成区略高；西沟冲洪积堆积物中，形成区粗颗粒含量最高，其次为堆积区，流通区最低，这与禾元组泥石流沟道冲淤特征及地形特征具有较好的一致性。

东沟为泥石流沟，泥石流暴发时，速度快，能量大，裹挟大量碎块石一起前进，因而堆积区中夹有大量粗颗粒碎块石，最大直径约1.5 m；随着泥石流的减弱，流速、流量变小，泥石流中的细颗粒物质开始在形成区及流通区内沉积，而流通区沟道地形陡峻，多陡坎，粗颗粒物质沉积相对更少，因而形成了东沟粗颗粒含量堆积区>形成区>流通区的现象。

西沟主要为洪水沟，未发生过泥石流，堆积物以洪积为主，由于形成区沟道纵坡较缓且植被较发育，水流速及流量均较小，难以搬运粗颗粒物质，因而粗颗粒含量较高；而流通区地形陡峻，随着水流速度大加快，冲刷能力变强，粗颗粒物质被带走，后期细颗粒物质开始沉积，因而整体粗颗粒含量较低；堆积区由于地形平缓，水流速度逐渐变缓，粗颗粒物质最先开始沉积，粗颗粒含量相对较高，从而形成了西沟粗颗粒含量形成区>堆积区>流通区的现象。

4 泥石流形成机理分析

4.1 形成机理

禾元组泥石流为典型坡面型泥石流，近似于滑坡型，具有独特的成因机制。在连续强降雨作用下，沟谷上部多处高位滑坡冲入沟道内，与水流汇聚而形成泥石流，从而形成了现有的沟道特征和堆积物特征。

禾元组泥石流流域内地形陡峻，地形较破碎，形成区内发育多条汇水通道，为降雨快速汇集提供了有利的地形地貌条件。区内地表覆盖层为砂质黏土，厚度较大且结构松散，雨水易入土下渗，在长时间降雨的作用下，在地形陡峻地段易发生浅表层滑动。由于滑坡位置距离原有沟道有一定高差，且下部地形坡度较大，加之在滑动过程中受到雨水持续冲刷的影响，滑坡体速度快，动能大，铲刮沿途松散土层一起滑动，形成明显底蚀拉槽，冲入下部沟道中。滑坡体抛射距离和遇障碍物冲击高度大，因此在沟道两侧可见小型树木倾倒和较高的泥印位置。滑坡体冲入沟道后解体，在雨水的作用下形成泥石流，进入流通区。由于流通区常年流水沟道窄，无法容纳所有泥石流，从而出现漫流，损毁沟道两侧金银花及猕猴桃种植地；同时流通区沟道纵向坡比大，进一步加大了泥石流的流动速度及冲击力，对沟道内松散堆积物及岸坡侵蚀强烈，裹挟进入泥石流中，以滚雪球的方式向下游运动，泥石流整体规模不断扩大。随着泥石流逐渐进入尾声，流通区沟道较缓地段亦出现泥石流堆积物。泥石流冲出下部沟口后，进入堆积区流速减缓，由于堆积区沟道容量小，而出现大规模漫流，形成泥石流堆积扇。堆积区整体面积小，且下部无有效的排导和支挡工程，无法完全消减泥石流的动能，进而冲入下部居民区内，损毁房屋及道路。

4.2 发展趋势

根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》[6]附录G，禾元组泥石流东沟易发程度的综合评分为91分，综合评判等级为易发；西沟泥石流易发程度的综合评分为68分，综合评判等级为轻度易发。根据沟域内现有松散物源稳定性状况及分布特征，“零存整取”效应明显，在一定暴雨强度条件下，再次暴发泥石流的可能性大。同时，随着泥石流的发展，泥石流的规模可能进一步扩大，但限于泥石流流域面积及沟道长度较小，沟道内物源储量有限，泥石流规模将以小型为主；引发泥石流的激发雨量可能减小，发生频率可能加密。泥石流暴发的危险性将增加，如不及时治理，对沟道下方居民房屋和道路存在较大的安全隐患。

5 结论

禾元组泥石流为滑坡型坡面泥石流，由暴雨激发，沟谷上部多处高位小型滑坡冲入沟道内，与水流汇聚而形成泥石流。东沟于2017年暴发泥石流，西沟无泥石流灾害史，流域内松散物源广泛分布，可参与泥石流活动的松散固体物源仍然比较丰富，零存整取效应明显，遭到较大暴雨的情况下，再次暴发泥石流的可能性较大。同时，由于流域内沟道陡峻，泥石流流速快，冲击力较强，且下部无有效排导和拦挡工程，泥石流直接冲入下部居民区内，严重威胁着居民生命财产安全，进行工程治理刻不容缓。