全 文 ：第 23卷 第 4期
2009年　8月
资源环境与工程
ResourcesEnvironment＆Engineering
Vol.23, No.4
Aug., 2009
收稿日期:2009-07-03;改回日期:2009-07-28
作者简介:康俊杰 (1972-), 男 , 工程师 , 水工环专业 , 从事水文 、 工程 、 环境地质工作。 E-mail:545810488@qq.com
四川省汉源县白树沟泥石流特征和危害性分析
康俊杰 , 刘益珍 , 李　广
(湖北省地质环境总站,湖北 武汉　430051)
摘　要:在 “ 5.12汶川地震” 后地质灾害应急排查的基础上 , 充分收集各类资料 , 采用工程测量 、 地质测
绘 、 山地工程和试验等综合勘查手段 , 讨论四川省汉源县白树沟泥石流发育的自然环境 、 形成条件 、 泥石
流的基本特征和危害性 , 为泥石流防治方案的选择和应急治理工程设计提供基础资料。
关键词:泥石流;特征;危害
中图分类号:P642.23;P694　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1671-1211(2009)04-0457-05
0　引言
四川省汉源县白树沟由于雅泸高速工程在建 ,在
流域上游堆积大量工程弃土 ,强降雨条件下极易诱发
泥石流灾害 ,本文分析白树沟的自然环境 ,预测泥石流
的规模 、危害性 ,为泥石流防治方案工程提供了设计参
数 。
1　泥石流发育特征
白树沟流域面积 2.41 km2 ,其中汇水面积 1.45
km2 ,沟纵长为 2.602 km,纵坡坡降平均为 206.32‰。
白树沟河谷由上至下分为 3段:雅泸高速公路高
架桥以东为 “V”型沟谷地带 ,属于构造侵蚀中山地貌 ,
海拔标高 1 330 ～ 2 100 m,相对高差 770 m,地形坡度
30°～ 40°,属陡坡 ,主沟纵坡降 25%,该区为主要物源
区 。
雅泸高速公路唐家山高架桥以西至唐家湾为 “V”
型沟谷地带 ,属于山麓斜坡堆积地貌 ,海拔标高 1 330
～ 1 270m,地形坡度较缓—陡 ,切割深度约 15 ～ 60 m,
主沟纵坡降 26%,为泥石流流通区 。
出口段为 “U”型沟谷 ,海拔标高 1 270 ～ 1 240 m,
沟谷宽一般 <20 ～ 40 m,切割深度 3 ～ 20 m,沟谷两侧
近直立 ,主沟纵坡降约 10%,为泥石流堆积区。雅泸
高速公路高架桥以东标高 1 600 m以上 ,主沟以岩质
沟床为主 ,主要发育震旦系碎裂白云岩 ,沟谷呈 “V”
型 。雅泸高速公路高架桥以西唐家湾白树沟沟口 ,沟
床以泥石流堆积为主 ,堆积厚 2 ～ 6m。
白树沟的特征数据见表 1[ 1] 。
表 1　白树沟特征表
Table1　CharacteristicstableofBaishugou
白树沟 汇水面积 /km2 沟长 /km 最高点 /m最低点 /m
平均坡
降 /‰
白树沟全长 1.45 2.602 2 100 1 276 206.32
2　泥石流形成区特征
2.1　汇水地形
白树沟泥石流流域狭长 ,松散物主要来自中游地
段 ,流通区和堆积区相对较为明显 ,属典型的沟谷型泥
石流。从地形特征上看 ,物源区呈 “漏斗状 ”,汇水区
内最高点海拔 2 100 m,区内山坡坡度多在 50°～ 70°,
构成良好的地表汇水条件 ,其汇水面积为 1.45km2。
2.2　泥石流物源
根据白树沟地表物质分布及其稳定性 、地形条件
分析 ,将区内物源分为 2种类型:潜在不稳定物源 、不
稳定物源。
潜在不稳定及不稳定物源合计 2.966 5 ×104 m3
(见表 2)。
经分析后预计进入沟底可能参加泥石流活动的方
量为 1.216×104 m3 [ 2, 3] 。
2.3　泥石流流通区特征
此区为唐家山白树沟沟口至高速公路高架桥一
带 ,沟谷呈 “V”型 ,沟谷平均纵坡比降为 20% ～ 30%,
纵长 0.9 km,沟底平均宽度 5 ～ 12m。总体呈东西向展
布 ,跌水也不多 ,沟道较为通畅 ,沟谷底部为泥石流堆积
物(Qsef4 ),由松散砂 、卵(砾)石及漂砾组成 ,含少量粉质
粘土。沟两侧山坡坡度一般为 30°～ 60°,地层主要为第
DOI :10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2009.04.019
表 2　白树沟物源分布特征一览表
Table2　ListofdistributioncharacteristicsofBaishgousources
物源
编号
物源
性状 沟别
分布面积 /
m2
平均厚度 /
m
预计方量 /
m3
分布高程
范围 /m
现状
稳定性
所属
区段
1
泥石流堆积
(Qsef4 ) 5 835.04 3 17 505.12 差 Ⅰ
Ⅰ区合计方量(白树沟沟底潜在不稳定物源) 17 505.12
2
3
4
5
6
7
8
人工填土及弃土
(Qml4 )
左 280 2 560 1 486 ～ 1 490 差 Ⅱ -1
左 1 600 0.4 640 1 422 ～ 1 450 差 Ⅱ -2
右 6 000 0.3 1 800 1 438 ～ 1 509 差 Ⅱ -3
右 、沟底 2 200 2 4 400 1 392 ～ 1 427 差 Ⅱ -4
左 23 940 3 920 1 336 ～ 1 482 差 Ⅱ -5
左 170 2 340 1 475 ～ 1 479 差 Ⅱ -6
左 1 000 0.5 500 1 417 ～ 1 460 差 Ⅱ -7
Ⅱ区合计方量(工程区弃土不稳定物源) 12 160
全流域累计方量 /m3 29 665.12
四系中上更新统冰水沉积层(Qfgl2+3),岩性主要为卵石 、
砾石 、漂石土 ,底部夹砂岩及泥岩 。钙质胶结 ,较密实。
2.4　泥石流堆积区特征
泥石流堆积区为 “U”型沟谷 ,海拔标高 1 270 ～
1 240 m,沟谷宽一般 <20 ～ 40 m,切割深度 2 ～ 10 m,
沟谷两侧近直立 ,主沟纵坡降约 10%。
白树沟泥石流堆积区地层主要分布为第四系洪积
层(Qal4 )及泥石流堆积物(Qsef4 ),由散砂 、砂砾卵石及砂
质粘土 、粘质砂土组成 ,夹漂砾 。
3　泥石流活动性评判
3.1　洪水量计算
为了以后工程布置安全起见并尽可能得到最大泥
石流洪峰流量 ,在采用水文比拟法经验推算的基础上 ,
又采用推理公式 [ 4-6]计算各剖面断面和白树沟出口共
计五个断面的最大洪水流量。
通过水文比拟法和推理公式计算法进行比较 ,除 P=
10%较小外 ,明显推理公式法计算得出洪峰流量较大 ,因
此 ,此次计算是采用推理公式计算法得出的结果(表 3)。
表 3　推理公式计算各个断面设计频率下最大洪峰流量
Table3　Maximumdischargeoffloodpeakinvarioussectionsof
designfrequencybyinferenceformula
站名 各设计频率洪峰流量 /(m
3· s-1)
P=10% P=3.33% P=2%
Ⅲ -Ⅲ′ 4.140 9.624 21.573
Ⅳ-Ⅳ′ 4.500 10.469 23.467
Ⅴ -Ⅴ′ 4.628 10.776 24.153
白树沟出口 4.729 11.016 24.693
3.2　泥石流峰值流量及流速
3.2.1　计算公式选择
从泥石流堆积体现场地质调查情况看 ,白树沟属
于典型的沟谷型稀性泥石流。
按照雨洪修正法原理 ,泥石流流量计算公式(简称
东川公式)[ 7]为:
QC=QB(1+ )DC (1)
选用铁道科学研究院西南科学研究所研究东川泥
石流后推荐的流速改进公式:
VC= 1rH +1
1nR2/3I1/2 (2)
3.2.2　计算结果(见表 4)
表 4　泥石流峰值流量(m3 /s)
Table4　Flowsofflowpeakofdebrisflow
p10 p30 p50
泥石流流量 QC/(m3· s-1) 9.693 22.536 50.513
泥石流沟的洪水流量 QB/(m3· s-1) 4.140 9.624 21.573
泥沙修正数 0.561 0.561 0.561
泥石流堵塞系数 DC 1.500 1.500 1.500
本次计算泥石流流速是依据调查访问白树沟泥石
流活动历史 ,计算 30年一遇洪水位高 1m的断面平均
流速 ,计算结果见表 5。
表 5　各断面在设计频率下的泥石流流速预测计算表
Table5　Calculationofpredictionofflowofdebrisflowinvarious
sectionsofdesignfrequency
设计概率 /% p10 p30 p50
设计流速 /(m· s-1) 3.74 3.99 5.97
458 资源环境与工程
　　
2009年　
3.3　泥石流总量及输砂量计算
3.3.1　洪水总量计算
依据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》 ,设计
洪水总量用下式计算:
WP=0.1hF (3)
式中:WP———设计洪水总量(万 m3);
h———径流深(mm);按下式计算:
h=aHTP (4)
HTP———历时为 T的设计暴雨量(mm);
a———径流系数;
F———流域面积(km2)。
按单峰暴雨考虑 ,暴雨历时 T按下式计算:
TP=12.8F0.25 (5)
当 T>24 h时 ,将其折合为天 , HTP按下式计算
HTP=H24PTmP (6)
式中:mP=a+blgP。
设计洪水过程的概化矩形历时 TP为:
TP=2.78WPQB (7)
根据上述推导公式 ,计算了白树沟的全流域各断
面设计洪水总量 ,并进行比较后现将最大流量结果列
于表 6中。
表 6　白树沟设计洪水最大总量
Table6　MaximumfloodamountofBaishugou
流域面积 /
km2
设计概
率 /%
暴雨历
时 /h
暴雨量 H24P/
(mm· 24h-1)
设计暴雨量
HTP/(mm· 24h-1)径流深 /mm
设计洪水总
量 WP/万 m3
最大流量
QB/(m3· s-1)
概化矩形历
时 TP/h
1.45
10 67.91 74.7 2.855 0.413 954 4.14 0.85
3.33 14.05 100.09 110.1 6.637 0.96 9.624 0.5
2 152.91 168.2 14.878 2.15 21.573 0.41
3.3.2　泥石流总量和输砂量
根据泥石流历时 T和最大流量 QC,按泥石流暴涨
暴落的特点 ,将其过程概化 “五角形”状 ,通过断面一
次泥石流的总量 WC由下式计算:
WC=KTQC (8)
F<5 km2时 K=0.202
一次冲出固体物质的总量 WS由下式计算:
WS=γC-γwγH-γwWC (9)
根据上述公式 ,可获得白树沟泥石流沟的一次泥
石流总量和一次冲出固体物质的总量(见表 7)。
表 7　白树沟一次泥石流总量预测及一次冲出固体
物质的总量预测(m3)
Table7　AmountpredictionofdebrisflowofBaishugouand
solidsofwashingup
白树沟 项目 设计频率 P/%
10 3.33 2
出口
泥石流总量预测 /m3 1 959.526 4 555.853 10 211.881
固体物质的总量预测 /m3 704.242 1 637.346 3 670.088
3.4　泥石流撞击力
采用中科院兰州冰川冻土研究所于 20世纪 80年
代所提出的有关整体和单块冲击力 [ 8] 。
整体冲击力计算公式为:
δ=γγCgV
2
Csinα (10)
单块块石的最大撞击力按下式计算:
FS=r· VC· sinα· wc1 +c2 (11)
冲击力计算均考虑最危险情况 ,即有关参数选取
为冲击力最大的数值 ,并只考虑正面撞击 。计算结果
见表 8。
3.5　泥石流在瓶颈地带冲高计算
由于白树沟河谷成 “V”型 ,河谷断面比上游汇水
区小很多 ,泥石流从宽缓河谷进入狭窄地段 ,自然形成
了一个瓶颈地带 ,因此泥石流洪峰达到一定数量就会
形成雍高 ,计算雍高采用以下公式:
h=V2C/2g (12)
考虑今后工程布置分别预测计算了各断面的冲击
力 、冲高 ,结果见表 8、表 9。
3.6　泥石流活动危险性评估
白树沟流域虽具备发育泥石流的地形条件 、水文
气象条件 ,但由于松散物源少 ,所以 2007年以前泥石
流灾害并不发育。随着高速公路的开工 ,大量弃土不
合理地堆放在沟谷中及沟谷两侧坡体上 ,工程弃土引
发了小规模泥石流危害。一旦爆发 50年一遇的降雨 ,
上游工程区的弃土将长驱直入白树沟 ,继而威胁到下
459第 4期 康俊杰等:四川省汉源县白树沟泥石流特征和危害性分析
表 8　设计概率下的泥石流冲击力预测
Table8　Predictionofimpactforceofdebrisflowindesignprobability
计算剖面 Ⅲ -Ⅲ′ Ⅳ-Ⅳ′ Ⅴ-Ⅴ′
设计流速 /(m· s-1) 5.277 3.955 5.975
整体冲击压力 /Pa 5.66 3.24 7.25
单块最大冲击力 /kN 1 666.09 1 261.431 1 886.61
　注:设计概率为 3.33%。
表 9　经计算勘查区各设计断面冲高
Table9　Varioussectionsofdesignleapinghigh
断面 3-3′ 4-4′ 5-5′
h-冲高值 1.42 0.81 1.82
游的九襄镇枣林村 1、2、3、4组的 195户 786人 ,威胁
资产达 1 478.669万元 。
4　发展变化趋势及危害性预测
4.1　发展变化趋势
据现场调查访问 , 2007年以前 ,白树沟流域虽具
备发育泥石流的地形条件 、水文气象条件 ,但由于松散
物源少 ,泥石流灾害并不发育。随着高速公路的开工 ,
工程弃土引发了小规模泥石流危害。
随着目前正在修建的雅泸高速公路进行大规模的
开挖对山前斜坡改造强烈 ,大量弃土不合理地堆放在
沟谷中及沟谷两侧坡体上 ,且极松散 ,这些堆积物现状
条件下已表现出失稳下滑的变形迹象 ,若结合暴雨和
沟水冲刷 ,其稳定性更差 ,给泥石流的形成提供了一定
的物质来源 ,因此白树沟在强降雨条件下极有可能发
生较大规模泥石流。
4.2　危害性预测
根据现场调查资料并结合上述计算结果 ,白树沟
洪水能到达的地区 ,历史最高洪水位线及山前出口断
面下游面积 0.287 km2的范围均为极危险区 ,平均堆
积厚度为 6.728 m, 具体影响范围包括居住于泥石流
沟口的 7户居民及出口堆积扇上面积 0.287 km2范围
的唐家湾村 1、2、3组的村民 。
5　防治方案建议
5.1　防治工程设计参数建议
根据 《泥石流灾害防治工程设计规范 》 (DZ/
T0239— 2004)[ 9]的规定 , 白树沟泥石流防治工程安
全等级为三级 。白树沟泥石流治理工程设计标准按
表 10“泥石流防治工程设计标准 ”执行 ,本次白树沟
泥石流防治工程按 30年一遇(3.33%)作为设计标准 ,
30年一遇 (3.33%)+地震特殊荷载作为校核标
准 [ 10, 11] 。
根据野外调查计算值及有关水文资料推算值 ,计
算出汉源县白树沟泥石流治理工程设计有关参数
(表 11)。
5.2　防治工程方案建议
5.2.1　拦砂坝工程(方案一)
在形成流通区下游段兴建 1座拦砂坝 ,拦蓄泥石
流固体物质 ,稳固沟床 ,消能回淤 ,减少泥石流冲刷及
表 10　泥石流灾害防治主体工程设计标准
Table10　Designstandardofmainprojectofcontrolofdebrisflow
防治工程安
全等级 降雨强度
拦挡坝抗滑安全系数 拦挡坝抗倾覆安全系数
基本荷载组合 特殊荷载组合 基本荷载组合 特殊荷载组合
一级 100年一遇 1.25 1.08 1.60 1.15
二级 50年一遇 1.20 1.07 1.50 1.14
三级 30年一遇 1.15 1.06 1.40 1.12
四级 10年一遇 1.10 1.05 1.30 1.10
表 11　治理工程设计参数表
Table11　Chartofparametersofdesignofregulationproject
项目 容重 /(kN· m-3)
平均流速 /
(m· s-1)
雨强 Sp/
(mm· h-1)
清水洪峰值流
量 /(m3· s-1)
泥石流洪峰值流量 /
(m-3· s-1)
P3.33%(设计标
准 30年一遇) 15.93 4.57 42.435 9.624 22.536
460 资源环境与工程
　　
2009年　
冲击力 ,控制泥石流的发育及暴发规模 。通过稳 、拦措
施 ,拦蓄泥石流固体物质 ,控制泥石流灾害对下游的危
害 ,拦截输往下游的泥砂和大块石 ,以达到防灾的目
的;同时对主要物源区高速公路指挥部南侧弃土边坡
进行种草绿化护坡 ,恢复其植被覆盖率 ,起到减轻水土
流失 、削弱泥石流活动的目的。
5.2.2　固源为主的防治方案(方案二)
方案二拟采用排水沟 +植草护坡 +小型拦砂坝综
合工程措施对该区弃土进行整治 ,加固 、稳定主要松散
物源 ,降低降雨对工程区弃土的冲刷 ,同时在下游布置
适当拦挡措施 ,防治其他地段物源引发小规模泥石流
灾害 ,从而达到根治白树沟泥石流灾害的目的 。
参考文献:
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川冻土研究所集刊.北京:科学出版社 , 1985.
[ 9] 　DZ/T0239— 2004,泥石流灾害防治工程设计规范 [ S] .
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[ 11] 　GB50007— 2002,建筑地基基础设计规范 [ S] .
HazardAnalysisandCharacteristicsofBaishugouDebrisFlowinHanyuan
County, SichuanProvince
KANGJunjie, LIUYizhen, LIGuang
(HubeiGeologicalEnvironmentStation, Wuhan, Hubei　430051)
Abstract:OnthebasisofemergentinvestigationofgeologicaldisastersafterWenchuanEarthquakeonMay, 12, 2008 ,
theauthorsfulycolectalkindsofdata, adoptintegratedexplorationmeansincludingengineeringsurvey, geologicalsur-
vey, mountainengineeringandtesting, discussnaturalenvironment, formationconditions, thebasiccharacteristicsandthe
dangerofdebrisflow.Itprovidesthebasicdatafortheselectionofcontrolschemesandthedesignofemergentregulation
project.
Keywords:debrisflow;characteristics;hazards
461第 4期 康俊杰等:四川省汉源县白树沟泥石流特征和危害性分析