四川北川地震灾区杨家沟泥石流物源分析与防治方案确定

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四川北川地震灾区杨家沟泥石流物源分析与防治方案确定

张生祥，何 勇，何明阳

（四川省煤田地质局一三五队，四川 泸州 646000）

摘要：“5.12”汶川地震后，震灾区滑坡、崩塌等产生的大量松散固体物质为该区泥石流长期活动提供了丰

富的物源基础，部分流域地势陡峻，汇水条件较好，部分干流沟道堵塞严重，从而导致震后泥石流活动强度和

频率急剧增大，使得泥石流成为对地震区影响最为严重的灾害。通过对杨家沟泥石流形成因素及物源条件分析

计算，预测了发展趋势，结合物源的特点，提出了防治方案。

关键词：北川；杨家沟泥石流；物源分析；治理方案

杨家沟泥石流位于北川县曲山镇东溪村电站社，地理位置东经 104°22′47.56″～104°23′56.11″，

北纬 31°49′9.34″～31°52′01.31″。杨家沟为湔江支流，在大地构造部位上位于龙门山北东向多字

型构造后山褶皱变质带，沟口有“S302”临时便道通过，下游约 1.5km 为北川老县城地震遗址。地震后

两岸山体破碎，形成了大量物源点,暴雨携带大量泥砂容易形成山洪泥石流和滑坡等次生灾害，大量堆积

体淤积在北川老县城地震遗址段的河道里，致使整个河床填高、壅塞。因此，为保障北川老县城地震遗

址和当地群众的安全，对杨家沟泥石流进行研究并提出切实可靠的防治方案显得必要而紧迫。

1 杨家沟灾害史

根据现场调查及访问，杨家沟在“5.12”地震前未曾暴发过大的泥石流灾害，在暴雨季节暴发过洪水，

洪水均在沟道内漫流，未曾破坏房屋或机耕道。“5.12”地震后流域内出现多处崩塌、滑坡等不良地质灾 害

点，坡体表层产生松动，流域内松散物源量急剧增加，受 2008 年 9 月 24 日老北川县城地区 50 年一遇 暴

43

雨的影响，该沟暴发泥石流灾害，参与该次泥石流的固体物源预计近 240×10m，冲出的泥石流固体 物质

大部分停积在流域中下游、下游纵坡较缓处，使原始流域沟床整体平均抬高 20～30m，通过调查， 预计停

4343

积在流域沟道内的泥石流堆积体近 180×10m，冲出沟道的物源方量近 60×10m，本次泥石流灾 害对流域主

河湔江河造成了短暂堵塞，随后被湔江河水冲刷至河道下游区域。此后，流域虽未暴发大规 模泥石流，但

局部坡体松散的坡面仍在暴雨时形成小型的冲沟或坡面泥石流灾害。

2012 年 8 月 17 日老北川县城在 37 个小时内总的降雨量达 406mm，1 小时平均降雨 10.87mm/h，从现

场复核情况来看，沟道整体变化并不明显，沟道变化主要为流域中上游、上游沟道段（S19#滑坡段）局

部纵坡较陡处已被水流揭底并形成泥石流冲往下游沟道，沟道揭蚀深度一般在 0.50～1.0m 范围内，泥石

流体冲往下游后因下游沟道宽缓出现淤积现象，淤积厚度约 20cm～50cm，估算参与本次泥石流活动的固

443

体物源方量约 3×10～4×10m，固体物质主要以块、碎石土为主，粒径一般 5～30cm，冲出湔江的固体 物

3

质约 4000～5000m,未对湔江造成堵塞现象。

2 杨家沟泥石流引发因素及形成条件

通过对杨家沟泥石流暴发史的分析可知，杨家沟泥石流属典型暴雨型泥石流，主要的诱发因素为暴

雨。因形成区地形纵坡较陡，物源丰富，在暴雨作用下，凭借良好的汇水条件和地形条件，完全能够形

成泥石流灾害，并将形成流通区内的沟道松散堆积物转化为形成泥石流的物源，冲往下游堆积区。

2.1 地形地貌及沟道条件

2

杨家沟泥石流流域面积约 9.8km，整体呈北—南向展布，纵向沟长约 4.51km，纵向坡降 213.31‰，

流域最高点位于左侧后缘山顶分水岭，高程约 1770m，最低高程为杨家沟沟口与湔江河阶地交汇处，高

程约 608m，相对高差约 1162m。区内山高坡陡，主要有两条支沟，整个流域形态分布较为对称，岸坡纵

向坡度较陡一般 40 ～70 ，最大可达 80°，流域两侧岸坡自下而上坡度逐渐变陡，下游、中下游沟道

收稿日期：2014-12-24

作者简介：张生祥（1989-），男，四川达州人，本科，助理工程师，从事岩土工程工作

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多呈“U”字型，岸坡坡度一般 40～50°，流域中游以上沟道多以“V”字型沟谷为主，岸坡地貌多以峭 壁

为主，坡度多大于 50°，岸坡上植被覆盖率一般，多以乔、灌木为主。流域内陡峻的地形不但为泥石 流水

源的汇集提供了较好的地势条件，且在“5.12”地震的强烈作用下新增多处滑坡、崩塌等地质灾害点， 使流

域参与泥石流活动的松散物源积聚增加。

2.2 水源条件

通过查《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》得出杨家沟流域地区 20 年一遇暴雨洪水 10min、1h、 6h、

24h 的暴雨参数分别为：16.5mm、55mm、110mm 及 145mm。据吴积善等著的《泥石流及其综合治理》

（科学出版社，1993）中对四川山区泥石流激发雨量做了统计，一般对一次雨量 48～50mm 左右或 10min

雨量 8～12.2mm，1min 雨强 0.8～1.2mm 左右。由于“5.12”地震后，杨家沟内不良地质现象发育，松散

物源量大增，其激发雨量还可能更低。区内降雨较丰沛，且雨量集中，其雨强完全可以满足激发泥石流

的条件，暴雨是该泥石流的主要引发因素。

2.3 物源条件

参与泥石流活动的松散固体物质是泥石流发生的基本条件之一，也是估计泥石流发展趋势的主要依

据之一，泥石流中松散固体物质储量与供给方式，是确定泥石流成因、制定泥石流防治方案、分析泥石

流发展趋势的重要参数。从现场调查情况来看，杨家沟流域为暴发泥石流提供的物源类型主要分为：崩

滑堆积类物源、沟道堆积类物源及坡面侵蚀类物源三大类。其中沟道堆积类将成为今后启动泥石流活动

的物质基础，沟道内堆积的松散物源将对过流的泥石流提供丰富的物质补给。原本在“5.12”地震中发育

的崩滑堆积类物源已大多在震后的几个汛期里被洪水（或泥石流）冲刷携带至中下游沟道或堆积区内。

综上所述，今后参与杨家沟泥石流活动的松散物质将主要来自流域崩滑堆积类物源及沟道堆积类物源。

3 物源分析

3.1 崩滑堆积类物源

流域内典型的大型滑坡有 3 处，流域内崩滑堆积类物源主要为在“5.12”地震时产生的滑坡、崩塌，

43

通过现场调查，杨家沟流域内共发育有滑坡、崩塌点 26 处，总的物源储量约 1751.64×10m，预计动储

43

量约 162.64×10m，其中位于杨家沟流域后缘的 S19＃滑坡为流域内最大的物源点。该类物源目前仍存 留

于斜坡体上，但处于不稳定状态，可能在山洪的冲刷或地震作用下极有可能形成滑移，并堆积在沟道 内，

其可能参与泥石流活动的物源动储量视其坡度、所处斜坡位置及可能运动的速度、崩滑体颗粒级配 特征

及下方沟道特征的差异而定。

对该类物源的估计采用体积量测计算方法进行计算的，计算原理

是通过计算崩塌点所在地堆积剖面面积与沿沟道方向长度 L 相乘求

算，即（如图 1 示）：

V=S L

式中：V：为松散固体物质储量(m)；S：堆积体剖面面积(m)，即 图

中 ABC 的面积；

L：沿沟道方向长度(m)

图 1

流域内主要的崩滑堆积类物源主要为沟道两侧的滑坡、崩塌体，

主要位于流域中游、中上游段，崩滑堆积类物源发育，密集分布在流

域沟道两岸。

3.2 坡面侵蚀物源

坡面侵蚀物源主要指因暴雨形成的坡面水流对流域岸坡坡面土壤发生侵蚀的现象。杨家沟流域内在 地

震前植被较好，坡面土壤受雨水侵蚀的可能性较小，但在地震的强烈震动作用下，岸坡坡体逐渐松散， 整

体稳定性变差，特别是在震后的几个暴雨天气作用下，坡体松散土层逐渐被洪水冲刷并形成坡面或冲 沟泥

石流冲往流域下游区域，因杨家沟流域岸坡面积较大，因此该类物源分布较为广泛。

水土流失是该类物源参与泥石流活动的主要方式，杨家沟流域可能参与泥石流活动的物源量主要受 侵

蚀强度控制，而侵蚀强度主要受降雨量、斜坡表层岩土体结构特征、斜坡坡度、植被特征、地震破坏

32

2

情况等因素控制。坡面侵蚀物源区坡体结构大多松散，面坡坡度均较大，其侵蚀深度一般在 0.5～2.0m 左

右。因杨家沟流域在“5.12”地震后流域植被逐渐恢复，大部分坡面植被覆盖率较高，根据现场调查及开

挖的探槽分析，杨家沟流域内两侧岸坡除基岩出露外，表层 0.1～0.5m 范围内的土层有被暴雨积聚的雨水

2

侵蚀搬运的可能。经现场调查及室内分析，坡面侵蚀类物源分布面积约 4.75km，预计今后可能被暴雨水

43

流揭示参与泥石流的土层平均厚度约 0.1m，因此预计该类物源量总量约为 47.5×10m。根据北川地区经 验，

243

侵蚀模数取 15000t/（km.a），预计该类物源动储量约为 3.56×10m，约占该类物源总量的 7.50%。 3.3 沟

道堆积类物源

沟道堆积类物源主要为在“5.12”地震后由崩滑点、坡面侵蚀（冲沟侵蚀）形成的松散碎屑物质堆积

在沟道内或被历次泥石流搬运转化堆积在沟道内的形成的新生沟道物源。沟道内物源主要以块碎石土为

主，块、碎石粒径一般 0.30～1.50m，最大粒径可达数米，通过钻探揭露的沟道图层厚度一般 7～15.0m，

该沟道内的物源将成为今后参与泥石流活动的主要物源。

沟道堆积物源参与泥石流活动的主要方式为沟床的揭底冲刷，可能参与泥石流活动的物源量主要为 沟

道内松散的堆积物源以及沟底被冲刷揭蚀后两侧岸坡可能失稳进而滑移至沟道内参与泥石流活动。该 类物

源的动储量主要取决于沟道堆积层的松散程度，其可参与泥石流活动的动储量主要取决于沟道冲刷 深度和

可能冲刷的宽度，而冲刷深度又由沟道形态特征、宽度、纵坡降、水力条件、堆积物颗粒级配及 结构特征

等决定。在流域沟道内开挖的山地工程来看，流域沟道底部 0～0.50m 范围内土层较松散，掘进 容易，土

层成分主要以碎石土为主，块碎石粒径一般 5～10cm，掘进至 0.50 ～1.50m 时块石含量明显增 多，但土层

密实程度一般，块、碎石含量达到 50％以上，粒径一般在 30～50cm 范围内，最大可达 1.0m， 当掘进至 1.

50～2.50m 时掘进较困难，块碎石含量可达 60%以上，且多以块石为主，粒径一般在 0.50～ 1.0m 范围内，

最大粒径可达 1.50m，土层密实度接近中密。上述对形成流通区揭露沟道土层的情况来看， 预计杨家沟中

游段沟道内 2. 0m 厚度的堆积类物源均有可能参与泥石流活动。

沟道堆积物源的计算方法是通过现场沟道调查，预测各沟段的断面特征，根据不同断面形态采用相 应

截面面积计算各段堆积物源的方量。其计算的方法如下：

杨家沟流域沟道主要呈图 2 两种截面

形式，其松散物源的计算公

式：V=ΣV

i

V

三角形

=S

△ABC

·l；V

梯形

=S

ABCD

·l

式中： V- 为各段沟道堆积物的体积

32

（m）；S-各段代表断面的截面面积（m）； l-

为不同截面沟道段的长度（m）；

图 2 Ⅰ类截面形式 Ⅱ类截面形式

杨家沟沟道堆积类物源主要分布在沟

道内，从现场调查情况来看，因杨家沟纵

向坡降较陡，沟道松散堆积层厚度约 20～50m，暴发泥石流时流域中上游沟道内的松散碎屑物源均有可

43

能被洪水或泥石流冲刷揭蚀参与泥石流活动，预计该类松散物源总量将达到 254.54×10m。根据探槽揭

露情况，沟道 0～2.50m 范围内土层较松散，随时可能被山洪泥石流揭示，预计该类物源动储量约 61.48

×10m，约占该类物源总量的 24.15%。

3.4 物源总量分析

通过对各物源类型的分析,杨家沟总的物源为地震后新增物源。经过统计，流域内总的物源量约为

33

2053.68×104m，其中崩滑堆积类物源量约 1751.64×104m，占物源总量的 85.29%，坡面侵蚀类物源量

33

47.50×104m，占物源总量的 2.71%，沟道堆积类物源总量 254.54×104m，占物源总量的 12.39%，各类

3

物源中可能参与泥石流活动的物源动储量约 227.68×104m，占总物源量的 11.09%。

表 1 杨家沟泥石流物源估算汇总统计表

物源类型

方量

崩滑堆积物源（×10m）

总量

1751.64

动储量

162.64

43

43

坡面侵蚀物源（×10m）

总量

47.50

动储量

3.56

43

沟道堆积物源（×10m）

总量

254.54

动储量

61.48

43

合计（×10m）

总量

2053.68

动储量

227.68

43

3

4 典型崩滑物源点分析---S19 #滑坡

杨家沟 S19＃滑坡位于流域上游右岸，形成于“5.12”地震，为一典型基岩滑坡，滑坡后壁高约 30～

50m，出露岩性为石英砂岩，岩层产状 325 ∠55 。该滑坡受地震的强烈震动后产生滑移，完全堵塞杨 家

沟沟道。在 2008 年“9.24”强降雨的作用下对该滑坡坡脚产生冲刷，形成泥石流，并在滑坡前缘堵塞 主

沟处形成一底宽约 10m，顶宽约 30～50m，高度约 15～25m 的沟槽。该滑坡体及滑坡前缘临空面处自

2008 年“9.24”以来均未出现明显的变形迹象。但若上游流域出现强降雨天气将极有可能侧蚀现有滑坡

前缘及揭蚀沟道两岸，并可能影响该滑坡体稳定。

4.1 滑坡区地貌形态及边界特征 从滑坡体现状来看，滑坡体平面上呈细长的“∩”形状，地形坡度较陡，目前

滑坡的最高地形约 1500m，

最低地形约 1100m，相对高差约 400m，滑坡区范围内交通条件极差，人行艰难。据地面调查与测绘，杨

家沟 S19＃滑坡边界明显，双沟同源呈圈椅状，滑坡后缘以“5.12”地震时形成的后壁错落裂缝为界；两

侧以基岩出露为界。该滑坡后壁呈弧形展布，延展长度约 1100m，错落高度约 30～50m，地形呈下缓上

陡状，下部坡度一般 20°，上部坡度一般 40～50°，滑坡体现状纵向长约 700m，横向平均宽约 280m， 滑

4243

坡面积约 19.60×10m，滑坡坡体平均厚度约 30～50m，滑坡体体积约 784.0×10m。坡体为第四系崩

坡积

块、碎石土。下伏基岩为寒武系下统清平组（∈

2

c）石英砂岩。

4.2 滑坡体变形特征

据现场调查测绘，该滑坡体平面形态呈弧形状，后缘已形成错落高度 30～50m 的滑坡后壁，滑坡右

侧边界受近几年暴雨影响形成坡面冲沟泥石流，坡体上局部松散土层受暴雨水流影响形成坡面冲沟。目

前，滑坡体后部地震时形成的裂缝并无明显发展迹象，下部及前缘未发现变形迹象或泉水出露点，滑坡

整体稳定性较好。但因该坡面汇水面积较大，坡脚处为杨家沟主沟沟道，遇暴雨天气该坡体表面可能形

成坡面或冲沟泥石流，若杨家沟主沟暴发泥石流将会冲刷该滑坡坡脚，坡脚土体被携带走，使前缘失去

支撑，影响坡体整体稳定性。

4.3 滑坡物质结构特征 该滑坡体厚度的确定主要根据工区

地球物理

特征，以瞬变成果中的低阻异常为依据，现场滑

坡地质调查、访问为基础，结合地灾知识进行综

合考虑，进而来确定滑坡体的滑动面。解释成果

如图 3 所示。通过现场物探测试资料显示该滑坡

体厚度在 20～50m 范围内，坡脚位置厚度达 60m。

据山地工程揭示，滑坡坡体结构主要以块、 碎石土

为主，其厚度约 10～30m。碎石、块石的 含量约占

50%～70%，粒径 2～16cm，局部夹块石， 磨圆度差，多呈

棱角状、次棱角状、片状等，分 选性差，粉质粘土及角

砾土充填块碎石之间，块 碎石土呈稍密～中密状。因该

滑坡是受“5.12”地 震强烈震动沿临空面滑动而形成，

故该滑坡并无 滑带土。滑坡滑床主要为下伏基岩，且滑

床已出 露于滑坡后缘及两侧边界，为深灰色粉砂岩。

4.4 滑坡发展趋势及动储量

该滑坡形成于“5.12”地震，该滑坡经历近 5 个雨季后坡体及周

围边界并未出现较大变形迹

象，因此，预测未来滑坡的发展趋势，在目前不

图 3 滑坡物探及地质解释成果图

治理的前提下，整体在各种工况条件下均处于稳

定状态，而局部在暴雨或地震条件下可能发生局部滑塌。2008 年“9.24”泥石流将该滑坡前缘揭蚀冲刷

成一条沟槽，使靠 S19 滑坡体形成一高约 10～25m 的临空面，因该段临空面坡度较陡，在坡脚位置遭受

水流冲刷后有产生局部失稳的可能，若水流对沟床持续性的进行冲刷，将使沟床越冲越陡，S19 滑坡前缘

4

临空面也将逐渐变陡变高，坡体稳定性也将变差，坡体产生失稳堵沟的可能性将增大。因该滑坡坡脚段

纵坡坡降较陡，常年有水流冲刷，从整个流域沟道现状分析，该段沟道将始终处于冲刷侵蚀阶段，若遇

大的洪水过流，沟底堆积物将随时被揭底冲刷，冲刷起动的深度也将逐渐变深，揭蚀沟底参与起动泥石

流活动的物源量将增大。预计该滑坡前缘土层在山洪泥石流的冲刷作用下已被揭示，预计参与泥石流活

43

动的物源动储量约 40×10m。

5 杨家沟泥石流的发展趋势

就现阶段来看杨家沟流域内物源主要集中在主沟沟道流域，沟口堆积区地形明显，流域沟道纵向坡

降较大，两侧岸坡陡峻，流域受“5.12”地震影响土层松散，物源丰富，整个流域内总的物源储量达 2053.68

43

×10m，综合上述各因素说明杨家沟泥石流目前正处于发展期。结合杨家沟的现状，根据《泥石流灾害

防治工程勘查规范》（DT/T0220—2006）附录 G.1 泥石流沟依法程度数量化的评分，得出杨家沟泥石流易

发程度数量化评分为 110 分，认为其暴发泥石流的程度为易发型。

根据前述对泥石流成因机制和引发因素的分析，杨家沟属暴雨沟谷型泥石流，泥石流规模主要与流

域内松散固体物源的累计和动态变化情况及与引发泥石流的暴雨情况相关，当流域内松散固体物源累计

较多，且遇到集中暴雨时，往往就会发生较大规模的泥石流灾害。“5.12”地震后，杨家沟流域内松散物

源增多，可参与泥石流活动的松散固体物源量大大增加，一旦遭到大暴雨的作用，势必引发大规模的泥

石流灾害。

6 由物源特点分析防治工程方案

由于杨家沟流域内物源主要为滑坡堆积物源和沟道堆积类物源，根据泥石流防治的要求，结合流域

现有的自然、地质条件，以及杨家沟流域现状和保护对象综合考虑。为防止杨家沟流域内泥石流物源冲

出沟口抬高湔江河床，威胁北川老县城地震遗址，针对杨家沟流域以“固源为主，辅以拦挡坝”的防治

工程措施。

防治工程根据杨家沟泥石流流域物源的特点，为有效防治泥石流危害湔江河床，在流域主沟狭窄、 纵

坡宽缓处设置拦挡坝，以拦蓄泥沙，削减泥石流流量；在流域中上游区域，因沟道纵坡较陡，沟道松 散物

源较发育，采用拦挡坝工程起不到较好的拦挡效益比，因此，在该段采用防冲肋槛固床措施。对 S2#、 S3#及

S19#滑坡因该 3 个滑坡目前均处于稳定状态，发生滑动的可能性较小，为防止杨家沟暴发山洪泥石 流后对 3

个滑坡的坡脚产生冲刷侵蚀，在各滑坡现有坡脚位置修建防冲刷墙，防止山洪泥石流对坡脚的 冲刷或漫堤

后对坡体产生冲刷，因 S19#滑坡段主沟纵坡坡降较陡，为防止泥石流体揭示沟底，在沟道内 设置防冲肋槛，

以稳固该段沟床。总体方案为：“2 座拦挡坝+S2#滑坡、S3#滑坡防冲刷墙+流域中上游沟 道段防冲肋槛+

S19#滑坡防冲刷墙及防冲肋槛”。

7 结语

1）杨家沟泥石流流域受“5.12”地震影响松散物源积聚增多，较易暴发泥石流灾害，针对物源类型

及分布特点提出的治理方案，对该泥石流进行防治能有效控制泥石流灾害，防止泥石流体冲出沟道后抬

高湔江河床，进而威胁当地群众生命财产安全和北川老县城地震遗址。

2）由于“5.12”地震后，沟内不良地质现象增多，流域内松散物源储量增多，可参与泥石流活动的

松散固体物源量较多，泥石流易发程度高，泥石流危险性增大，因此，对杨家沟泥石流开展治理工程是

比较紧迫的。同时对流域内应继续开展退耕还林工作，制定好林木的砍伐制度，以防治坡面侵蚀水土流

失，进一步减少流域松散物源。

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本文标签： 泥石流沟道流域物源滑坡