陕西佛坪县城泥石流灾害成因与防治方案研究

李永红，滕宏泉，康金栓

(陕西省地质环境监测总站，西安 710054)

陕西佛坪县城泥石流灾害成因与防治方案研究

李永红，滕宏泉，康金栓

(陕西省地质环境监测总站，西安 710054)

由于特殊的地质地貌条件，加之区内暴雨频发，佛坪县城常发生泥石流灾害，特别是近年来，特大型泥石流灾害导致县城的教育基地和基础设施等严重受损，恶劣的地质环境条件在一定程度上制约着当地经济的快速发展。因此，研究佛坪县城泥石流灾害成因与和防治方案对提高区内泥石流灾害防治水平、减少人员伤亡和财产损失、促进当地经济社会和谐发展，具有一定的现实意义。

陕西佛坪县城；泥石流灾害；成因；防治方案研究

佛坪县位于汉中市东北部，县城所在地袁家庄镇地处全县中部。佛坪县山大沟深，植被覆盖率高，国家一级重点保护的野生动物达11种，生态环境较好，有著名的大熊猫自然保护区和百鸟园观赏区。主要矿产资源有石墨、刚玉、云母、花岗岩及白云质大理岩等。由于区内特殊地质地貌条件，暴雨常常导致泥石流灾害发生，尤其近年来，特大型泥石流灾害频发。

2002年6月9日，佛坪县遭受特大暴雨袭击，24h累计降水量达489.2 mm[1]，其中8日21∶50至9日5∶00城区降雨量达409.7 mm，暴雨导致县城周围的泥石流沟谷全面暴发，同时伴有滑坡、崩塌等其它灾害，死亡132人，失踪105人，直接经济损失达5.2亿元；2007年8月30日，佛坪县城3h降雨量达150 mm，山洪、滑坡和泥石流灾害暴发，城区及周边两个乡镇受灾，死亡3人，伤3人，电力、供水中断，直接经济损失1.17亿元。在这次泥石流灾害中，佛坪中学受灾较为严重。佛坪中学位于椒溪河右岸黄家沟和大湾沟交汇处，黄家沟泥石流规模较大，泥石流通过学校的锅炉房边的巷道涌入校园进行淤积(图1)；大湾沟泥石流冲过学校后灌溉渠将西围墙冲倒涌入校园内(图2)。二者堆积物在校园内淤泥，厚达0.6～1.8 m，学校被迫推迟开学。

由此可见，泥石流灾害严重威胁着佛坪县城的文化教育基地、基础设施等，研究佛坪县城泥石流灾害成因与提出防治对策，对提高区内泥石流灾害防治水平、减少人员伤亡和财产损失、促进当地经济社会和谐发展，尤为重要。

图1 黄家沟泥石流从学校西南侧涌入校园Fig.1 Debris flow Huang Jia Gou from school into the campus of southwest side

图2 大湾泥石流从学校西侧冲破围墙涌入校园Fig.2 Wan debris flow from the school side break the wall into the campus

1 地质环境条件

秦岭主脊横亘县城北部[2]，山脊呈东西向展布，县城东西部为高中山和低山地貌，山体为南北走向，椒溪河河谷阶地在县城大面积分布，这些地貌特征构成了以县城为中心的“掌状”地形，遇暴雨在县城中部易形成“集水盆地”。县内的岩浆岩、变质岩受断裂构造的切割，物理力学性质指标较低，风化强烈，易破碎，常形成滑坡和崩塌，为泥石流提供丰富的物质来源。佛坪县大部属暖温带山地气候，年平均气温11.5℃，极端最高气温36.4℃，极端最低气温-12.9℃。多年平均降水量938.1 mm，连阴雨每年平均4.2次，每次降水5～15 d，降雨总量超过30 mm，集中在7月～10月，暴雨每年平均1.8次，最多年达6次，一般在5～10月发生，集中于7 月上旬～9月上旬，平均暴雨强度为66.3 mm/d，最高降水强度为169.5 mm/d，暴雨是佛坪县城泥石流的主要诱发因素。

2 泥石流灾害发育特征

佛坪县城泥石流灾害主要为沟谷型泥石流和坡面型泥石流[3]，以中型沟谷泥石流居多，稳定性较差，危险性大。沟谷型泥石流形成区、流通区和堆积区明显。泥石流灾害发育特征与地形地貌、地质条件、岩土体、水文地质条件等密切相关，具有明显的群发性、周期性、突发性、链生性。

群发性：主要表现在空间上，即地质条件相同，在降雨量相同的情况下，人口集中、不规范的人类工程活动强度大的地区，常常形成泥石流灾害，如易滑地层上、断裂破碎带附近、第四系沟谷堆积区(县城周围)，地质灾害点成群成带分布。

周期性：一方面在在丰水年泥石流灾害频发。如2002年和2007年为丰水年，均发生了特大型泥石流灾害，另一方面在同一年中的雨季、阴雨期、暴雨后，地质灾害发生的概率高。佛坪县境内80%的泥石流都发生在夏季、秋季汛期。

突发性：一方面泥石流灾害暴发突然，历时短暂，破坏力强，灾前预兆不明显或没有预兆。另一方面佛坪县泥石流灾害主要为暴雨型泥石流灾害，由于区内地形复杂，局部小气候变化大，暴雨发生时间和强度多难预测、预报，如2007年8月30日5时至10时，佛坪县城附近突降大雨，城区3 h持续降雨达150 mm，各条河流猛涨，袁家庄镇、长角坝乡一线受灾严重。

链生性：泥石流沟谷两侧坡体上崩塌、滑坡堆积物为泥石流的发生提供了丰富的物源，同时泥石流发生过程中对坡体的冲刷、碰撞等引发新的崩塌、滑坡等灾害。因此，在空间上地质条件恶劣、人口集中、经济活动频繁的地区，遇强降雨时，滑坡、泥石流相互诱发，相伴发生。

3 泥石流灾害成因

地貌[4-6]：秦岭主脊横亘县城北部，山体强烈上升，椒溪河及其支流急剧下切，河谷深邃，深切曲流发育，凸岸由河谷阶地和洪积扇组成，地势较平坦，是城市建设的主要用地，城市布局受深曲流限制，呈藕节分布。河谷海拔400～500 m，山坡陡峻，多大于30°，河谷两岸发育有多条沟谷，每当暴雨或特大暴雨时，形成坡面泥石流和沟谷泥石流，对城市安全威胁很大。

地质：佛坪县城位于秦岭褶皱系。县城处于短轴复背斜构造范围，轴部为震旦系地层，翼部依次为寒武、奥陶、志留系地层。出露的岩石有黑云斜长片麻岩、斜长角闪片岩、大理岩、石英岩等。由于岩性坚硬受构造运动影响，节理发育，岩体较破碎，沟谷里崩塌发育，堆积块石较多，成为沟谷内泥石流搬运的固体物质。

气候：佛坪县大部属暖温带山地气候，夏季降水量较多，约占50.4%，夏季多雷阵雨和暴雨，暴雨历时短，强度大，是泥石流产的巨大能源。2002年6月9日，椒溪河上游发生特大暴雨，椒溪河沿岸的各条支流都发生坡面泥石流和沟谷型泥石流，泥石流堆积物汇入椒溪河，洪峰流量达1 900 m3/s，容重1.3 t/m3，椒溪河最小枯水流量0.8 m3/s，其差值达2 375倍，洪水猛涨猛落十分突出。2007城区3 h降雨150.00 mm，城区发生多处坡面型泥石流并与沟谷型泥石流汇合，洪水涌进县城街道，造成严重灾害。

人类经济社会活动：人类不合理的活动也是导致泥石流发生的重要因素。城市建设因对泥石流危害认识不够，盲目建设，一是在河流凹岸河漫滩建楼，缩窄洪水断面，增强了弯道的侵蚀能力。泥石流携带巨石，冲毁许多楼房。二是在洪积扇上建房，有的为扩大建筑面积，侵占排洪渠，当泥石流暴发后，渠道排洪不畅，或被堵塞，洪水漫溢造成危害。三是房屋建在泥石流冲击范围内。四是泥石流沟毁林开荒，破坏了地表植被，使其失去天然的披覆，增强了水土流失，破坏了自然生态环境，引起滑坡、崩塌发生，促进了河谷两岸沟谷泥石流和斜坡体上坡面泥石流的形成。

4 泥石流发展趋势

佛坪县城椒溪河两岸的沟谷历史上曾多次发生泥石流，泥石流沟都堆积有较大的块石。为研究泥石流沟谷的发展变化情况，对县城的庙垭子沟和黄家沟2007年泥石流堆积物粒度进行测量，见庙垭子沟和黄家沟泥石流块石砾径统计表1。从表中可看出，庙垭子沟2007年8月泥石流堆积的块石粒径在0.31～0.92 m，2007年以前泥石流堆积物中的块石粒在0.49～2.73 m之间。黄家沟也曾发生过泥石流，大量堆积物填充了沟谷，至今沟内水流尚未切开堆积物，即沟床内未见基岩，沿沟巨石、大的漂石随处可见,最大的漂石体积达325 m3(12.5 m×5.2 m×5 m)，重达845 t。黄家沟断面块石测量表明，2007年8月泥石流堆积的块石粒径在0.50～0.86 m，2007年8月泥石流堆积物中的块石粒在0.60～2.11 m之间。也就是说，两沟2007年泥石流堆积物中块石砾径小于历史上块石的粒径。若遇大的暴雨，佛坪县城的各条泥石流沟谷可能还会产生规模较大的泥石流，威胁佛坪县城居民安全。

表1 庙垭子沟和黄家沟泥石流块石砾径统计表

注：X-长、Y-宽、Z-厚，(XYZ)1/3-平均粒径。

5 泥石流灾害防治方案

5.1 防治原则

根据佛坪县城泥石流灾害的特征、成因、防治现状及防灾减灾要求，确定防治原则为：以防为主，防治结合、全面规划、综合治理；防灾减灾与当地经济相结合；防治措施与社会措施相结合。通过防灾工程，减轻和控制泥石流的危害，为佛坪县经济社会发展提供地质安全保障。

5.2 泥石流防治方案

根据上述原则，本文提出了3个泥石流灾害防治方案，上游植被恢复、中游拦档、下游排导综合治理(图3)。

(1) 生物措施与工程措施相结合，综合治理方案

该方案采用封山育林(退耕还林)为主的生物措施与谷坊、拦砂坝、排导渠为主的工程措施紧密结合，上、中、下游统一规划，以制止泥石流形成或控制泥石流危害。主要包括以下三个方面：

稳：在黄家沟、大湾沟、韩盘沟、梨房沟、白家沟、后沟、堰沟、庙垭子沟8条泥石流沟的上、中游进行退耕还林，植树种草，封山育林，防治水土流失，固结地表松散物；在支沟及毛沟设置谷坊，见照片4，在一条沟道内从上到下系统布设，先毛沟后支沟，形成谷坊群，目的在于增加地表植被、涵养水分、减缓暴雨径流对坡面的冲刷，增强坡体稳定性，抑制冲沟发展。

1.泥石流；2.封山育林区;3.谷坊;4.拦挡坝;5.排导渠;6.县政府所在地;7.镇政府所在地;8.行政村或自然村;9.河流;10.等高线;11.高程点图3 佛坪县城泥石流灾害防治方案示意图Fig.3 Schematic diagram of Foping County of debris flow disaster prevention plan

拦：主要是在8条泥石流沟谷中狭窄流通区地段修建挡坝(图5、图6)，用以拦截泥石流下泄的固体物质，防止沟床继续下切，抬高局部侵蚀基准面，加快淤积速度，以稳住山坡坡脚，减缓沟床纵坡降，抑制泥石流的进一步发展。

排：在下游设置排导渠，见图7，排泄泥石流，防止泥石流对下游居民区、道路和农田的危害，确保沟道两岸保护对象和基础设施。

该方案使泥石流灾害可以得到全面防治，保护下游居民点及基础设施，减少泥沙进入下游。主要缺点是拦砂坝施工条件困难，生物工程工期长，投资大。

(2) 以拦为主的防治方案

工程治理措施主要采用拦，不考虑排。该方案在8条泥石流沟流通区处设置拦挡坝，拦截泥石流中的大石块；控制泥石流灾害，减少输往下游的泥沙量。

该方案采取以拦为主的工程措施后，能将泥石流部分拦截在中游沟道中，减轻对下游居民点及基础设施等保护对象的危害，但整个堆积区仍为泥石流高危险区，沟道两岸的保护对象可能会受到泥石流灾害的威胁。本方案投资较大，未能从根本上解决沟道上游泥石流的物源。

(3) 以排导为主的防治方案

该方案工程措施以泥石流排导槽为主。主要工程措施是在8条泥石流沟下游修建排导槽，直接把泥石流排入椒溪河，能减轻泥石流对沟口扇形地内被保护对象直接危害，但由于大石块会造成排导槽排泄不畅，阻塞排导槽，破坏排导槽的安全，更为严重时会发生堵塞，造成漫溢或溃决等次生灾情，威胁沟口保护对象安全。本方案投资少，但未能从根本上解决泥石流的物源问题。

3个方案优缺点显著，在实际治理过程中，根据泥石流沟谷的具体情况，结合保护对象和投资预算进行优选。

图4 谷坊Fig.4 Check dam

图5 浆砌石拦档Fig.5 Masonry block

图6 干砌石拦档Fig.6 Dry masonry block

图7 导流槽Fig.7 The guide groove

6 结论

(1) 近年来，佛坪县城泥石流灾害频发，导致佛坪县城教育基地和基础设施等严重受损，这在一定程度上制约着当地经济的快速发展。因此，研究佛坪县城泥石流灾害成因与和防治方案对提高区内泥石流灾害防治水平、减少人员伤亡和财产损失、促进当地经济社会和谐发展，具有一定的现实意义。

(2) 佛坪县城特殊的地质地貌条件是泥石流灾害形成的前提和基础，暴雨是泥石流灾害的主要诱发因素，人类工程活动促发了泥石流灾害的发生。

(3) 人类工程活动既能促发泥石流灾害的发生，但也能抑制泥石流灾害的发生，为此本文针对佛坪县城泥石流灾害的具体情况提出了3个防治方案，各方案的优缺点显著，因此，在实际治理过程中，根据泥石流谷的具体情况，结合保护对象和投资预算进行优选。

(4) 泥石流灾害的发生、发展往往是不以人的意志为转移的，真正做到科学有效的防治泥石流灾害，还需要我们在不断的实践中摸索，寻找一套适合当地的、行之有效的泥石流灾害防治方案。

[1] 滕宏泉，李永红，向茂西，等.陕西省秦巴山区泥石流灾害成因与防治对策研究[R].陕西省地质环境监测总站 陕西省国土资源资产利用研究中心，2009.

[2] 常宗东，刘文革，武晓迪，等.陕西省佛坪县地质灾害调查与区划报告[R].西北有色勘测工程公司，2002.

[3] 国土资源部.县市地质灾害调查与区划基本要求实施细则(修订稿)[R] .国土资源部，2006.

[4] 李昭淑.陕西省泥石流灾害与防治[M].西安：西安地图出版社，2000.

[5] 陕西省减灾协会.秦巴山区山地自然灾害[M].西安：世界图书出版西安公司，1999.

[6] 陕西省地质矿产局.陕西省区域地质志[M] .北京：地质出版社，1989.

DEBRIS FLOWS DISASTER CAUSES OF FORMATION AND PROTECTION MEASURE ABOUT FOPING COUNTY TOWNS IN SHANXI PROVINCE

LI Yong-hong ，TENG Hong-quan，KANG Jin-shuan

(Shanxi Province geologic environment monitoring general station,Shanxi,Xi’an 710054,China)

As special geological conditions, combined with the region and frequent rainstorms, debris flows disaster frequently occur in Foping county , especially in recent years , large debris flows disaster caused the county seat of education base and severely damaged infrastructure , poor conditions of geological environment a certain extent, restricts the rapid development of local economy .Therefore, studying the causes of Foping county debris flows and control programs and to improve the level of regional debris flow disaster prevention ,to reduce casualties and property losses, and promote the harmonious development of the local economy and society, has some practical significance.

Shaanxi Foping County; debris flow; causes; prevention and control research program

1006-4362(2014)01-0043-06

2013-06-08 改回日期： 2013-10-17

陕西省国土资源厅地质灾害防治项目(陕国土资发[2007]24号文)

P642.23

A

李永红(1968- )，女，山西盂县人，高级工程师，主要从事地质灾害防治工作。