汶川震区震后大型泥石流致灾机理及防治对策研究

发布时间：2020-07-13 09:53

【摘要】：汶川特大地震后连续多次暴发的泥石流造成了巨大损失,主要原因之一就是人们对震后大型泥石流致灾机理认识不足,造成大型泥石流的防治对策针对性不强,具体防治措施不合理。因此,开展汶川地震灾区震后大型泥石流致灾机理和防治对策研究,归纳总结震区大型泥石流防治模式,对有效指导该类泥石流防治工作具有重要的现实意义,对泥石流学科的发展和完善也具有重要的理论意义。论文选择汶川特大地震极重灾区映秀镇-威州镇段岷江河谷段为主要研究区域,以大型泥石流为重点研究对象,通过对汶川震区震后大型泥石流分布特征及影响因素分析的基础上,探讨汶川震区震后大型泥石流致灾机理,分析和评价汶川震区震后大型泥石流的危险性,最后,针对研究区不同成灾模式(堵塞溃决型、下切揭底型、崩滑补给型)的大型泥石流沟提出相应的防治对策和防治模式。论文主要结论如下:(1)研究区位于汶川县境东部,自映秀镇沿岷江逆流而上至汶川县城所在地-威州镇的河谷两岸。由于岷江的快速下切,河谷两岸切割强烈,地形普遍较陡,坡地和陡坡地占研究区总面积的76.8%,具备形成泥石流的地形条件。研究区属龙门山推覆构造带的一部分,位于主中央断裂和后山断裂之间;地层主要以新元古代和早古生代的岩浆岩、震旦纪的变质岩,以及少量志留系的变质岩为主,受构造作用影响,岩浆岩和变质岩解理、裂隙发育,岩体较破碎。新构造运动表现为区域性地壳急剧上升并伴随断裂活动,在上升中有短暂间歇。研究区以银杏乡苏坡店为界,分为山地亚热带湿润季风气候和暖温带大陆性半干旱季风气候两个明显的气候区,区内降雨自北至南递增,北旱南涝特征明显,汛期强降雨过程集中,具备形成泥石流的降水条件。(2)汶川特大地震后,研究区地质灾害性质发生了根本性变化,从震前以崩塌滑坡为主,转化为震后以泥石流灾害为主;泥石流也表现出大规模和频发的特点。此次研究的大型泥石流指那些规模相对较大,危害严重的泥石流;具体可通过一次冲出总量(10万m3)、洪峰流量(100 m3/s)、死亡人数(10人)、直接经济损失(500万元)、威胁人数(500人)和可能经济损失(500万元)等指标来界定,满足其中任何一项或以上的泥石流沟均为大型泥石流沟。根据调查和评价,研究区有各类沟道54条,其中大型泥石流沟共46条,岷江左、右两岸各23条,沿主河分布的线密度达0.85条/km,分布密度很高。研究区泥石流的发育具有流域面积相对偏小,主沟长度较短,但泥石流沟床普遍较陡,泥石流流域分布范围广泛的特点。泥石流的分布在不同地层中差异较大;震旦系岩浆岩中发育的泥石流流域面积占该套地层出露面积的99.7%,紧随其后的是古元古界混合片麻岩和新元古界岩浆岩,分别占其地层出露面积的89.7%和84.9%,出露面积比最少的为中元古界片麻岩地层,为55.7%。由于研究区地震烈度普遍较高(IX度以上),地震对地表破坏普遍严重,不同烈度区内泥石流的分布差异不明显。研究区震后大型泥石流成灾特点主要表现在沟域内崩滑物源产量剧增、物源易集中规模性启动、沟道因堵塞而形成的溃点增多、泥石流的激发雨量明显降低等。震后泥石流的活动不仅数量大幅增加,而且多呈高发群发特征。(3)汶川特大地震后,研究区各泥石流沟域物源量急剧增加,流域微地形和沟道条件也发生较大改变,导致泥石流暴发所需的水力条件大幅降低,即激发形成泥石流的临界雨量较震前明显降低。震后地震灾区泥石流形成条件的变化,直接导致震后泥石流致灾机理发生明显变化。根据对震后泥石流的调查、分析和归纳,泥石流沟物源集中启动规模放大的成灾模式主要有以下三种:堵塞溃决型、下切揭底型和崩滑补给型。沟道堵溃是震后极重灾区泥石流规模明显增大的主要因素之一。堵塞溃决型泥石流就是因沟道堵塞溃决而形成;规模超常是其重要特征之一,如七盘沟“7.11”特大泥石流。地震引发的崩塌和滑坡等堆积物大量堆积在沟道内,在后期降雨作用下很容易遭受冲刷并切槽形成泥石流。下切揭底型泥石流就是因沟床物质遭受冲刷下切而形成,且易发生堵塞溃决级联效应,如高家沟“7.03”特大型泥石流。地震形成的崩塌和滑坡松散堆积物质也容易在降雨作用下直接起动形成泥石流。崩滑补给型泥石流就是因崩滑坡体上发生溯源侵蚀而形成,一旦滑坡整体失稳转化成泥石流,往往规模很大,危害严重,如烧房沟“8.14”泥石流。(4)基于模糊物元可拓性理论,选取了沟道堵塞程度、沟床比降、流域完整系数、单位面积总动储量、单位面积崩滑动储量、单位沟道长度的沟床堆积动储量、地层岩性及年平均降水量等因子,对大型泥石流进行了危险性评价。由于不同类型泥石流形成的主导因素不同,分别对堵塞溃决型、下切揭底型、及崩滑补给型三种泥石流类型,选定相应的评价因子,构建危险性评价的标准物源模型。评价结果显示,研究区内高度危险的泥石流沟有21条,占总数的45.65%;中度危险的泥石流沟有17条,占总数的36.96%;低度危险的泥石流沟有8条,占总数的17.39%。其中,23条崩滑补给型泥石流沟中,30.44%为高度危险,34.78%为中度危险,34.78%为低度危险;12条下切揭底型泥石流沟中,58.34%为高度危险,41.66%为中度危险;11条堵塞溃决型的泥石流沟中,63.64%为高度危险,36.36%为中度危险。研究区将近83%的大型泥石流属中高危险性。评价结果显示,堵塞溃决型、下切揭底型、崩滑补给型泥石流的危险程度依次降低,这与其成灾模式直接相关。(5)震后大型泥石流防治体系研究,分别选取堵塞溃决型的七盘沟泥石流沟,下切揭底型为主的高家沟泥石流沟和崩滑补给型为主的烧房沟泥石流为典型实例,对大型泥石流防治理念和防治措施进行了深入探讨。通过研究,堵塞溃决型泥石流可采用“治堵溃为主,拦排结合”的方案进行治理;具体通过3座拦挡坝、1座桩林坝、1座缝隙坝、格宾石笼固床以及排导槽等工程的综合运用,能够消除沟道堵溃隐患,减轻泥石流的规模和危害。下切揭底型泥石流采用“拦挡为主,排泄为辅”的方案进行治理,具体在中游和下游分别各布置2座格栅坝,沟口布置排导工程和导流堤工程,能够达到控制沟道下切,减小泥石流堵塞主河的可能性。崩滑补给型大型泥石流采用“固源为主,拦排相辅”的方案进行治理,具体工程为“上游谷防群+中游桩板和肋板护脚护底+下游2座桩林坝和1座拦砂坝自然回淤固床压脚+渡槽明洞跨越G213”。(6)针对三种不同成灾模式分别构建其防治对策与模式。溃决堵塞型泥石流本身跟沟道微地貌关系密切相关,沟道堵塞是形成该类型泥石流的重要诱因。防治此类泥石流的关键在于疏浚沟道条件,防止能量积累,控制发生规模。因此,此类泥石流的防治应采用“消除堵溃,控规消能”的指导思想,“治势为主,土水合治”的治理模式;具体工程措施包括治势(消能)工程、治土工程、治水工程,且三者的优先级排序依次为治势(消能)工程治土工程治水工程。下切揭底型泥石流主要诱因在于降雨等流体冲蚀作用,根据其成因机理和致灾特点,对沟道下切型泥石流要尽可能的控制其沟道下切而进一步发展形成大规模泥石流。因此,下切揭底型泥石流可采用“源头阻水,防止下蚀”的指导思想,“水土并治,减势消能”的治理模式;具体采取沟床、坡面排水、阻水措施防止坡面冲蚀形成拉槽;实施治土稳沟固床措施,增加沟床抵抗“水”冲击的能力;采取的主要工程措施优先级排序依次为治水工程+治土工程治势(消能)工程。崩滑补给型泥石流形成的关键在于物源优势能够持续保持。解决措施主要针对崩滑体物源实行人工断链干预,防止崩滑转化成泥石流形成灾害链。因此,崩滑补给型大型泥石流可采用“稳坡固源,断供阻补”的指导思想,“治土为主,水势同治”的治理模式;即围绕治土(崩滑体物源)工程为核心,采取治水措施配合治土工程,采取的主要工程措施优先级排序依次为治土工程治水工程治势(消能)工程。根据泥石流治理工程的调查,通过对研究区震后实施的泥石流治理效果的检验和分析,发现大部分治理工程运行情况良好,治土、治水、治势工程等“主导防治、互为补充”的防治体系运转有效,基本达到了设计目的。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P642.23;P315.9
【图文】：

川县,分级图,概况,高程

泣川县地形地貌概况

汶川县,分级图,概况,高程

图２－１汶川县地形地貌概况逡逑ｍ邋ｍ逡逑

中央断裂,地质构造,文献,倾角

２．２．１地质构造逡逑研究区位于青藏高原东缘，松潘－甘孜地块与扬子地块的交接部位，属龙门逡逑山推覆构造带的一部分（图２－４）。构造带自ＮＷ向ＳＥ分别为龙门山后山断裂（茂逡逑县－汶川逆断裂）、主中央断裂（映秀－北川逆冲断裂）、前山断裂（安县－灌县逆断逡逑裂）和山前隐伏断裂（陈国光等，２００７；贾秋鹏等，２００７；勇等，２００６）。主中逡逑央断裂总体走向ＮＥ４０°左右，倾向ＮＷ，倾角５０°？８０°；该断裂的活动诱发了“５．１２”逡逑汉川特大地震（张培震等，２００８；邋Ｌｉ，邋ｅｈ／．邋２００９ｂ；邋Ｘｕ，扣ａ／．邋２００８）。逡逑１邋ｐ邋＇邋￣１逦１邋￣￣￣逡逑灥逡逑＾＾＿灥：．．：．．：逡逑＇邋ｗ＼＋Ｊ逦：NB暴＾．邋？逦／邋／．邋？逦沉积告（物）拆离常拆离带＾伸线９逡逑ｖ邋：邋＿邋：＿ｌ＿ｔ邋溢邋ａ邋ａ逡逑＞邋，．．．逦．邋Ｘ．邋．逦．逦．．．．．．．．邋ｉ邋ｍｓ邋断层邋Ｈａ体逦逡逑图２－４研究区域地质构造简图逡逑［陈兴长（２０１０）根据文献（Ｘｕ，邋ｅｚ邋ａ／．邋２００８）修订］逡逑研究区位于主中央断裂和后山断裂之间（图２－５）。主中央断裂总体走向ＮＥ４０°逡逑左右，倾向ＮＷ，倾角５０°？８０°。后山断裂是一条ＮＥ走向的压性大断裂，倾向逡逑ＮＷ３２０。左右，倾角４５－８０°，长１５６ｋｍ。后山断裂自古生代以来一直处于活动状逡逑态

【参考文献】