燕穆 弗薄霉谍 九寨沟白河正沟泥石流的侵蚀淤积及其防治 龚成会，陈又麟 （核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川成都６１００６１） 【摘要】 近年来，九寨沟白河正沟由于上游泥石流的作用，泥沙淤积严重，导致下游人类生产生活面 积缩小，沟内受到一定程度的破坏。文章在实地考察及勘查的基础上，通过大比例尺的地形测量，估算泥石 流侵蚀量和淤积量，通过研究泥石流的特征，分析泥沙来源，对正沟上游泥石流危害及其发展趋势做出了科 学的分析预测，提出了防治方案。 【关键词】 泥石流；侵蚀； 淤积； 防治 【中图分类号】Ｕ４１６．１ ６５ 【文献标识码】Ｂ 白河正沟位于九寨沟县西北部，距九寨沟县城约１７ ｋｍ。 表１ 正沟上游各支沟地形地貌参数 正沟系典型的冰川侵蚀，冰碛物堆积形成的高山湖泊，池面 特征 小冬沟 大冬沟 马路沟 海拔１ ２１０ ｍ，九环线从沟口通过，是进入九寨景区的重要通 面积（ｋｍ ） １５．１ ３４．８ １８．６ 道。近年来正沟主要水源来自上游主要支沟（小冬沟、大冬 主沟道长（ＩＴＩ） ７２５０ １２９１０ ９３ｌＯ 沟、马路沟），泥石流暴发频繁，携带上游源区的大量泥沙进 入正沟，在正沟下游形成了一个泥沙淤积区，这使得正沟堆 比降（％。） ２３７．２ １３７．９ １８６．６ 积线在１ ９６４～２ ００９ ＩＩ１，降低了旅游景区的质量，而且进一步 相对高差（ＩＴＩ） １７ｌＯ １９７２ １８４７ 威胁着下游居民的财产安全。为了拯救正沟，有必要对正沟 最大长宽比 １．５８ ０．２８２ ２．３１ 泥石流的侵蚀淤积及其防治问题加以研究。 冰川覆盖面积（×１０ ｍ ） ６４．５ ｌ２９ 白河正沟的泥石流是一个典型的冰川和降雨的混合类 型，十分独特，其淤积的历史较长，淤积的结果十分清楚，并 比降为３２．８３％０，面积约为０．７４９ ｋｍ ，堆积区内最高点海拔 且有直接观测的泥石流资料，可以成为该类泥石流研究的典 １ ２８８ ｍ，池面海拔１ ２１０ ｍ，相对高差７８ ｍ，其形状为两端 范，具有一定的研究意义。本文即对正沟泥石流的特征、泥 窄，中部略鼓，顶部较扇缘比降大，宽度小。堆积区表面河床 石流导致的侵蚀与淤积的泥沙数量、泥石流可能的发展趋势 不稳定，其顶部位与大冬沟的交汇处。 和相应的防治对策进行研究。 工作区内人口密度高，在正沟内共６１５户人家，３ ０１７ 人，这些人主要从事牧业和旅游业。 １正沟上游流域概况 正沟上游区域是正沟泥沙来源的重要区域，其海拔 ２正沟上游典型的泥石流特征 １ ２００～４ ５４０ ｍ，流域地势南高北低，整个流域的水系发育， 正沟上游各支沟常年都有径流，随着雨季（５月～８月） 其走向为南北向，上游共发育３个支沟，各支沟（主要有小冬 的来临，正沟上游经常有泥石流发生。依据正沟附近水文站 沟、大冬沟、马路沟）水源主要为冰雪融水和地表降雨，地貌 资料和对当地居民调访可知，近几十年来正沟上游明显的泥 参数参见表１。 石流共有５次，其时间分别为１９６６年７月、１９８５年７月、 正沟上游源区博格达峰山地由于强烈的刨蚀、侵蚀切 １９８７年７月、１９９２年夏、１９９６年７月２０日上午。由于以前 割，形成沟壑纵横、群峰林立的山岳地貌。正沟上游（特别在 的泥石流留下的痕迹有限，难以调查，考察时所见的主要是 海拔３ ５００ ＩＴＩ以上的高山带）冰川Ｉ地貌广泛分布（有冰川、角 １９９６年泥石流留下的痕迹，故仅以１９９６年泥石流的特征进 峰、仞脊、石海、石河、倒石锥等）。整个上游地区拥有冰川 行深入的调查和研究，以便说明本区泥石流的基本特征。 ９２８．６ Ｘ １０ ＩＴＩ 。正沟上游流域的地势南高北低，各次一级 ２．１泥石流暴发的降雨激发条件 小流域的形态多为长条形。主要的水源有冰雪融水和大气 据调查，１９９６年７月２０日正沟上游泥石流的暴发是由 降水，前者形成沟道的基础径流。按泥石流形成过程划分， 降雨的作用所引起。 各流域都可明显地划分为泥石流清水区、形成流通区和堆 ２．２正沟上游１９９６年泥石流流速、流量 积区。 泥石流流速、流量是泥石流的重要特征参数值，并成为 本区地层岩性主要为二叠系、三叠系和侏罗系的辉岩、 泥石流调查研究的重点内容之一。目前其估算的方法较多， 安山岩，并含有少量的玄武岩及硅质岩。由于上游泥石流 最准确的方法是通过直接观测测量，如１９８０年美国对圣海 （也包含一些山洪）的长期堆积，在正沟形成一个大面积的堆 积扇，该堆积扇为北西一南东走向，扇长约２ ５２８ ｍ，平均纵 ［定稿日期］２０１２—１１—０６ 四ＪＩ Ｊ建筑第３３卷４期２０１３．０８ ９５ 伦火山泥石流流量的直接观测，中国滇东北蒋家沟泥石流的 观测测量。然而大部分泥石流是无法观测的，对其流速、流 量的估算可通过断面的测量，在经验的模型基础上加以计 算。目前传统经典的满宁公式应用广泛，在中国，在传统的 经典公式基础上，通过观测分析，在修正的基础上，建立了一 些流速流量计算模式，并广泛地推广应用。在引用当地水文 局的观测资料，获得了洪峰流量到来前的流量过程和流速数 据（洪峰到来时断面被毁，无法测定流速流量），对洪峰流量 的获取，主要采用断面测量，并应用我国常用的稀性泥石流 流速公式计算流速的基础上获得。 ２．２．１ 泥石流流速、流量的观测 测断面被冲毁，遂采用人工方法进行测量，但断面的冲淤变 化无法观测。从观测资料可知，当时的最大峰值流量为２１０ ｍ ／ｓ，该峰值流量出现在２０日上午９时以后，洪峰流量到来 之前的实测最大流速为３．２２ ｍ／ｓ。由于洪峰到来时的充淤 变换无法观测，依据当地的观测人员的经验和泥石流大冲大 淤的特点，结合当地气象观测资料和汇流的特征推测目估的 流量偏小。因为由于洪峰到来之前断面被冲毁的同时会造 一 成洪水的侵蚀断面增大，如果人们无法观测而沿用原来的断 年 面估算流量，真实的峰值流量过程往往偏小需要调整。 水 ２．２．２泥石流流速、流量的调查 匣 ～ 一 ％ ｍ 鉴于１９９６年泥石流峰值流量无法很好地观测，在２００２ ５－ 针对正沟山洪泥石流暴发的频繁性，当地水文局在现有 的２号断面下游约５０ ｍ处建立了一个观测断面，于１９９４～ 年的调查中，选择大冬沟和马路沟汇合以后的沟床断面进行 测量，该断面与水文局设置的断面基本重合（图１）。该断面 问 如 控制集水面积１０４．７ ｋｍ ，断面控制流域主河道长１３．２ ｋｍ。 位 １９９６年对流域的流量进行了观测，观测流量的仪器采用旋浆 ｌｓ一２５１型流速仪。该系统观测到了１９９６年７月１８～２０日 的洪水过程和降雨过程，由于在峰值流量到来之前，整个观 通过断面面积、比降和洪痕等要素的测量，估算当时的流速 和流量。 图 实 王ｌ阁断向（大冬沟 八后Ｊ —～～～～～～ 测 断 面 到 ／厂一ｋ… 一 ０ 面 ２．２．２．１流速的计算 中国的泥石流研究者通过大量的泥石流野外观测与实 践提出了一系列稀性泥石流流速计算模式，常用的如从我国 泥石流最多的西南山区总结出的计算公式 。 （ ／ａ）ＲＴＩ２ １ ５－ ＝（Ｐ。一Ｐ ）／（ｐ 一Ｐ ） 式中： 为泥石流断面平均流速（ｍ／ｓ）； 为泥石流沟 和实际测量的断面面积，计算泥石流流量。 经计算，泥石流的最大峰值流量为２９０ ｍ ／ｓ。 综合分析，流量取２９０ ｍ ／ｓ作为１９９６年泥石流的峰值 流量，并确定１９９６年暴发的泥石流为百年一遇的稀性泥 蚰 石流。 ２．２．２．３泥石流的汇流过程 取泥石流的观测断面所测量的数据，以观测和目测的数 据为基础，通过形态调查法对峰值流量进行修正调整，得出 ∞ １９９６年７月１９日一２１日的泥石流经过断面１的流量过程， 参照１９９６年修正后的流量过程曲线得出其总径流量为５６２ ：２ 点 Ｘ１０ ｉｎ ，从２０日９时后，取泥石流的容重为１．４ ｔ／ｍ 计， 距 起 糙率系数；， 为泥石流水力坡度，一般可用河床纵坡代替，无 量纲； 为断面的水力半径，用泥石流的泥深代替（ｍ）；ｐ 为 泥石流流体的容重；ｐ 为水体的容重；ｐ 为泥石流固体物质 的容重。 该沟沟道平直，沟床由大量粗大卵砾石组成，河槽阻塞 轻微，河底降落均匀，泥石流的泥深约２ ｍ，依据《中国泥石 则总输沙量为６３．９ Ｘ１０ ｍ 。 加 ２．３泥石流的颗粒组成与容重 流》，此类沟床的糙率系数大于９．８，取１０。实地估算的泥石 流容重为１．４ ｇ／ｅｒａ ，固体物质的容重取２．６５ ｇ／ｃｍ ，水体容 重取１ ｇ／ｃｍ ，通过对泥深和沟床比降的实际测量可以计算 泥石流的流速（表２）。计算结果泥石流的流速为２．８７ ｍ／ｓ， 该数值小于在实际断面观测的最大值。这主要是由于当时 观测的断面的位置和笔者测量的断面位置不完全相同、比降 不同的缘故。 表２主沟１号断面流速计算结果表 在堆积扇上选取多个坑探点，通过取样分析得出泥石流 的颗粒组成特征。 通过取样（颗粒不大于１００ ｍｍ）分析可知，１９９６年泥石 流堆积扇区堆积物为灰黑色砾石土，杂有植物根系，粒径大 小较悬殊，砾石多数次磨圆，以砾石为主，砾石含量在５０％以 上，而粘粒含量极少。依据当地目击者的确认，现场取样配 置成当年的泥石流浆体，估测１９９６年泥石流的容重 为１．４ ｔ／ｍ 。 测量断面 ｌ Ｍ ｌ ｏ ｌ ， ｌ Ｒ ｌ 。 ３正沟泥石流的侵蚀与淤积 １９６４年以来正沟泥石流的淤积区域在１９６４年的池岸线 以北，这些淤积主要来源于两部分，一部分为源区的松散物 质经泥石流的搬运，另一部分为主沟老堆积扇的侵蚀并搬 主沟１号断面 ｌ １０ ｛１．３７ ｌ ０．０６１２ ｌ ２ ｌ ２．８７ ２．２．２．２最大流量的计算 主沟１９９６年发生的大型泥石流洪痕保留良好，在主沟 选择一断面测量调查典型洪痕，根据已有的模型计算的流速 运。前者的数量通过淤积总量和堆积扇侵蚀量之差获得。 后者通过地形叠加法，求平均侵蚀厚度和面积计算获得。 ９６ 四川建筑第３３卷４期２０１３．０８ 釉 釉 瓣 ３．１堆积扇侵蚀量的计算 牧进一步破坏了正沟流域的上游植被。由于草甸带生态退 以１９６４年测定的正沟堆积区地形图为基础，选取多个 化，导致松散堆积物及不良地质体裸露面积扩大，为山洪泥 基准点，将２００９年８月所测的该地区１：１ ０００的地形图叠 石流的侵蚀提供了丰富的物源。 加，计算基准点海拔高差，可分析出地形的差异，尤其是沟床 比降的差异，进而可估算这４５年来侵蚀的厚度。将堆积扇 ５正沟上游泥石流的防治 区按地形变化划为４部分，并求得各段侵蚀区的平均侵蚀厚 造成正沟上游水土流失的根本原因是上游生态环境恶 度及面积，进而分别计算各段的侵蚀量计算结果表明１９６４～ 化，涵水能力降低，使得大量松散土质裸露在暴雨之下。上 ２００９年的４５年间堆积扇的侵蚀总方量为９７．４×１０ ｒｌｆ 。 游产生的泥石流进一步侵蚀堆积扇，引起更多的泥沙侵蚀。 ３．２扇缘以北区域堆积总量的计算 由于泥石流的泥沙侵蚀，治理正沟宜采用生物措施、工程措 海拔１ ９１５ ｍ处以北为正沟１９７１～２００３年以来的泥沙 施和移民措施相结合的综合治理方法。工程措施即在正沟 上游河段上游修建拦沙坝和排导槽，拦沙坝可以拦截上游来 淤积区，以１９７１年和２００３年池岸线位置为界，将此区域划 的泥沙，而排导槽可以稳定沟床，使老堆积扇免遭进一步的 为两部分。通过对池岸地形的测量，获取２００３年正沟池底 侵蚀。生物措施即在堆积区和上游的泥沙侵蚀严重区逐步 地形纵断面，并假设１９６４年正沟池底地形与２００９年的地形 进行生态恢复，确保泥沙侵蚀量的逐年减少。生态移民则要 有相似轮廓，以此绘出１９７１年池岸地形纵剖面，再结合２００３ 年池岸地形比降测算两个区域的泥沙平均淤积厚度和面积， 解决目前存在的过度放牧问题，使生态得到良性发展，减少 流域的泥沙侵蚀。 进而分别计算各段的淤积量。计算结果表明４５年内淤积在 １９６４年和２００３年池岸线之间的泥沙总量为１３６．６×１０ ｍ ， ６结论 按照泥石流的颗粒级配，悬移质进入湖底区域，进一步估算 （１）正沟泥石流暴发频繁，其百年一遇稀性泥石流最大 出２００９年池岸线以内池底的淤积总量为４５．９×１０ ｍ。。 峰值流量为２９０ ｍ ／ｓ，容重为１．４ｔ／ｍ 。 ３．３源区的松散物质经山洪泥石流的搬运总量的计算 （２）１９６４年以来，正沟泥石流的淤积区域在１９６４年的 正沟自１９６４年池岸线以北的堆积区泥沙淤积总量减去 池岸线以北，这些淤积的泥沙和砾石主要来源于两部分，一 主沟老堆积扇的侵蚀量，即为源区的松散物质经山洪泥石流 部分为源区的松散物质经山洪泥石流的搬运，另一部分为主 的搬运总量，共计８５．０７×１０ １ＴＩ 。 沟老堆积扇的侵蚀搬运。分析计算结果显示１９６４～２００９年 由上可知，４５年来正沟泥沙淤积的总量为１８２．５× 的４５年间正沟池岸线前进了３１６ ｍ，泥沙淤积总量达１８２．５ １０ １／１ ；正沟上游地区和老堆积扇的侵蚀之比接近１：１；且堆 ｘ １０ ｍ ；来源于正沟上游地区的泥沙占５６％，老堆积扇的 积中约３／４的堆积物停积在１９６４—２００９年池岸线之间的新 泥沙侵蚀占４４％，堆积中约３／４的泥沙停留在１９６４～２００９ 堆积扇上，这个新堆积扇的面积约有０．０７ ｋｍ （在枯水期可 年池岸线之间，形成新的堆积区，这个新堆积区的面积约有 达０．１１ ｋｍ ），占正沟水面总面积的２．８６％。 ０．０７ ｋｍ （在枯水期可达０．１１ ｋｍ ），占正沟水面总面积 ４ 山洪泥石流的成因与趋势 的２．８６％。 （３）由于全球气候变暖导致正沟上游冰川退缩，加上局 正沟上游泥石流的发生受自然和人为两方面因素的影 地降雨的作用，以及因过度方面造成的生态环境的退化，将 响，从自然因素分析可知，正沟各支流沟道比降大，且该区域 来正沟的泥石流依然会有可能暴发。 降水集中。近年来由于全球气候的变暖，冰川的退缩，更大 （４）正沟泥石流防治宜采用生物措施、工程措施和移民 面积冰碛物的裸露增大了土源的补给量，短时的高温结合集 措施相结合的综合治理方法。 中的暴雨使得流域径流量极大地增加，１９９６年７月便出现了 百年一遇的特大稀性泥石流。主沟上游有大量的松散固体 物质．其种类有残坡积物、沟床堆积的冰碛物，上游有面积达 参考文献 ９２８．６×１０ ｍ 的冰川。在全球气候变暖的情况下，冰川退 缩，较多的松散堆积物裸露，径流冲刷加强，加上地区降雨的 ［１］ 吕儒仁，高生淮．贡嗄山海螺沟冰川冰舌地段的泥石流［Ｊ］． 作用，水源丰富，在一定的条件下依然会有山洪泥石流的暴 冻土研究，１９９２，１４（１）：７３—８Ｏ 发。由于本区上游的生态环境对山洪泥石流的发生具有重 ［２］李昭淑．华山水石流的成因与防治［Ｊ］．水土保持通报，１９８９，９ 要的影响，在生态环境恶化的情况下，山洪泥石流暴发的频 （２）：５７—６４ 率会增加。如果生态能得到有效的恢复和保护，山洪泥石流 ［３］ 游勇，欧国强，唐邦兴，等．黄龙景区红岩关沟的泥石流及防治 将会得到有效的控制。 ［Ｊ］．灾害学，２００４，１９（３）：３９—４３ 从人为的因素分析，在１９７７年以前，正沟上游森林遭到 ［４］吴积善．云南蒋家沟泥石流观测与研究［Ｍ］．科学出版社， 砍伐，导致水土涵养能力急剧降低，地表径流和水土流失加 １９９０：６２—７０ 剧，这种加剧一直影响到１９７８年以后生态保护区的建设。 ［５］唐邦兴，周必凡，吴积善，等．中国泥石流［Ｍ］．北京：商务印 近年来随着正沟上游人口增长和畜牧业的发展，现有的牲畜 书馆，２０００：１６７—１６９ 量已经严重超过本区域天然牧场的承载能力，严重的过渡放 四川建筑第３３卷４期２０１３．０８