2010年8月12-14日在汶川地震重災區普降大暴雨，導致四川省都江堰市龍池鎮暴發群體性泥石流[2]，其中李泉太溝在下午16∶00發生大規模泥石流，對溝口民居及道路造成嚴重損壞，見圖1。

　　摘要：“5・12”汶川地震后，位于地震災區的四川都江堰龍池鎮暴發了群發性泥石流，給災后重建工作帶來很大的難度。選擇其中的李泉太溝泥石流作為研究對象，通過野外調查、室內分析和泥石流靜動力學參數計算，如屈服應力、流量、容重、沖出總量等計算，認為地震產生的大量崩滑體為泥石流提供了直接物源，在暴雨條件下非常容易導致泥石流的產生；另外溝道陡峭、流量大、暴發隱蔽是李泉太泥石流的主要特征；李泉太泥石流的容重較大，屈服應力較大，不僅能夠摧毀公路等基礎設施，還能夠造成堵江等次生災害。根據研究結果，建議重點敏感地區采取相應的工程措施，并且充分利用降雨閾值，對李泉太泥石流進行監測預警。

　　關鍵詞：給排水工程師,降雨,泥石流,地震,都江堰

　　野外調查發現，李泉太泥石流沖出物總量約8×104m3，泥石流堆積體將溝口主干道路沖毀，掩埋部分房屋，部分固體顆粒沖入龍溪河，間接影響下游的紫坪鋪水庫安全。李泉太泥石流地處汶川地震重災區，是泥石流活動頻繁暴發的區域[1]，區內溝壑極為發育，地震產生的大量崩滑體堆積在溝道兩側和溝道中，為泥石流提供了大量的松散物源。在泥石流堆積物的影響下河床整體都抬升了，直接造成了河水的堵塞和改道，從而為研究區的災后重建、道路修復及工農業復蘇帶來了很多不利的影響。

　　有研究表明[34]，地震過后的5～10年是泥石流高發階段，且具有群發、大規模的特點。本文通過李泉太溝泥石流的野外調查情況和遙感影像解譯的結果，分析李泉太泥石流的形成因素、基本特征，并詳細計算該泥石流的靜動力學參數，例如容重、屈服應力、流量、沖出總量等，為今后的重建工作提供依據和防治建議。圖1李泉太溝全貌

　　1研究區概況

　　李泉太溝泥石流位于龍池鎮南岳村，岷江一級支流龍溪河的左岸，距離龍池鎮約4km，溝口地理坐標為N31°5′17″，E103°33′42″。

　　根據都江堰市1957年-2008年的降雨資料，研究區多年平均降水量約為11348mm，最少降雨量是1974年的7135mm，最多降雨量是1978年的16054mm；全年降水量的80%集中在5月-9月，其中8月為平均降水量最多的月份（平均2899mm），1月為平均降水量最少的月份（平均127mm）；李泉太溝1小時的最大降水量為839mm，10分鐘的最大降水量為283mm。因此研究區降雨總體特征表現為短時間、強度高和暴雨頻繁，非常利于泥石流等地質災害的發育。

　　龍池鎮在地質構造上屬于華夏構造體系龍門山構造帶的中南段，處于映秀―北川斷裂帶的西北側。研究區新構造運動強烈，地區性不均勻升降和斷裂活動頻繁，地震頻發，巖石裂隙、斷裂和褶皺構造非常發育，巖體破碎。根據《四川、甘肅、陜西部分地區地震動參數區劃圖（2008）》，該區域地震動反應譜特征周期是040s，地震烈度可以達到XI度，地震動峰值的加速度為020g。

　　圖2李泉太溝地質圖

　　李泉太溝流域內第四系松散堆積物主要包括洪積物（Q4pl）、崩滑堆積物（Q4del）、崩坡堆積物（Q4e+dl），分布在泥石流溝的堆積區和流通區；震旦系下統火山巖組（Za）由灰綠色安山巖、凝灰巖及安山玄武巖構成，主要分布在泥石流形成區。另外，以砂巖、泥巖為主的三疊系須家河組（T3x）也有少量分布[5]（圖2）。

　　2.1地形因子

　　李泉太溝泥石流區屬于中山地貌，地表遭受切割風化嚴重。泥石流發育區溝谷基本情況見表1，堆積區呈扇狀分布，面積約032km2，相對高差660m左右；形成區長約630m，高差約460m，平均坡度30°，最大約40°；流通區長約220m，相對高差約120m，平均坡度19°，最大約29°。地勢相對高陡的地區既有利于降雨匯流，又有利于松散堆積固體顆粒下滑。為了詳細觀察崩滑體自身的變化特征及演變規律，利用唐川提供的強震區滑坡體厚度及體積的計算公式得到研究區滑坡體的體積[6]。

　　t=1.432Ln（SL）-4.985（1）

　　V=SL・t（2）

　　式中：t為滑坡體的厚度（m）；SL為滑坡體的面積（m2）；V為滑坡體的體積（m3）。

　　通過ERDAS軟件進行分析，得到在不同高程條件下滑坡面積及體積在各個區間上所占滑坡體面積的比例（表2），發現在高程為1400～1600m之間崩滑體最豐富，可以為泥石流提供充足的物源。

　　2.2坡度因子

　　根據研究區的地形地貌特征，利用Arcgis進行坡度分析，得出李泉太泥石流溝的崩滑體體在不同坡度分級區間上的分布特征，見圖4及表3。

　　從表3可以看出，滑坡體在40°～60°的區間內大量分布，在李泉太泥石流溝治理工程中必須注意這個坡度段的崩滑體分布情況。

　　圖3李泉太溝高程圖

　　Fig.3ElevationmapofLiquantaigully

　　圖4李泉太溝坡度圖

　　Fig.4SlopemapofLiquantaigully

　　2.3降水因子

　　2010年8月13日14∶00開始，龍池鎮開始持續降雨，8月13日16∶00左右李泉太泥石流開始形成，持續約40min。根據都江堰紫坪埔鎮降雨站資料，統計出泥石流暴發當日的降雨強度和累積降雨量，見圖5。暴發前的累積降雨量為572mm，8月13日17∶00達到最大小時降雨量，為75mm。

　　圖5小時降雨和累積降雨

　　Fig.5Hourlyandaccumulatedprecipitation

　　根據Caine[7]和Jibson[8]的降雨持續時間和雨強關系，見表4，確定了泥石流暴發降雨閾值。

　　李泉太泥石流“8・13”最大小時降雨強度可以達75mm，遠高于由Caine公式得出的1482mm和Jibson公式得出的3053mm，超過了泥石流暴發的臨界閾值。降雨閾值可以為李泉太泥石流災害提供預警依據。

　　2.4物源因子

　　李泉太泥石流距離“5・12”汶川地震的震中區直線距離大約為48km。地震形成許多滑坡體，使得大量的松散物質堆積于泥石流溝道、坡麓兩側，為李泉太泥石流的形成提供了直接物源，見圖6。

　　圖6溝道中的物源

　　Fig.6Thematerialsourcesinthedebrisflowgully

　　另外，在斜坡體的表面尤其是坡腳地段風化現象特別嚴重，風化層在汶川地震過程中的變得松動，極易沿溝道滑動。

　　震前、震后組織進行實地野外調查，發現地震前幾乎沒有崩滑體產生，地震后產生了大量的崩滑體，并且有很多的崩滑體隨著泥石流沖入龍溪河。具體采用震前2007年9月融合后分辨率15m的TM影像和震后2010年4月分辨率25m的Spot影像進行分析研究，具體見圖7。

　　圖7地震后流域內物源情況

　　Fig.7Thematerialsourcesinthedebrisflowgully

　　3李泉太泥石流參數特征

　　為了分析李泉太泥石流的破壞力機理，對其靜動力學參數進行了計算分析。3.1泥石流容重

　　通過對野外采集的李泉太泥石流的樣本進行在實驗室篩分實驗，得出顆粒分布曲線，重點用來計算泥石流容重，見圖8。李泉太泥石流堆積區堆積物分選性極差，溝道中最大塊石的長為10m，寬為07m，高為05m，碎塊石中充填有大量細粒砂土。

　　利用公式（1）[9]，計算得到李泉太溝泥石流容重為191g/cm3。

　　γD=γO+P2P050.35γV（1）

　　式中：γD為黏性泥石流容重（g/cm3）；γO為泥石流的最小容重，取15g/cm3；P2為大于2mm的粗顆粒含量，取0542；P05為小于005mm的細顆粒含量（小數表示），取006；γV為黏性泥石流最小容重，取20g/cm3。

　　根據研究經驗，在不同的地方取的樣品會出現不同的容重值。又根據李泉太泥石流野外的現場調研，決定將其容重修正值為20g/cm3。因此，李泉太泥石流溝屬于黏性泥石流。

　　圖8顆粒分布曲線

　　Fig.8Thecurveofgrainsizedistribution

　　3.2泥石流屈服應力

　　反映黏性泥石流特征的一個非常重要的參數就是泥石流的屈服應力。研究表明，泥石流容重、泥石流最大淤積厚度、淤積坡度與泥石流體屈服應力之間有著密切的關系[10]。

　　τB=γ′ghsinθ（2）

　　式中：τB為泥石流屈服應力（Pa）；γ′為泥石流相對容重，γ′=γC-γ0（kg/m3）；γC為泥石流容重，取2000kg/m3；γ0為環境容重，γ0≈0（陸面），γ0=1000kg/m3（水中）；g為重力加速度，取981m/s2；θ為坡度，取5°；h為泥石流的最大堆積厚度，取25m。

　　利用公式（2）計算得到泥石流屈服應力為4276Pa，說明李泉太泥石流的屈服應力較大，能夠有效地抵抗河流對堆積區泥沙固體的沖刷。

　　3.3泥石流動力學參數

　　為了確定李泉太泥石流的洪峰斷面面積，泥石流的流速、流量、沖出量等參數，在泥石流流通區選擇了一個斷面進行計算，結果見表5。

　　李泉太泥石流的平均運動速度采用余斌[11]提出的公式（3）進行計算，結果見表5。

　　V=1.1（gR）1/2s1/3D50D101/4（3）

　　式中：V為黏性泥石流平均運動速度（m/s）；g為重力加速度（m/s2）；R為黏性泥石流水力半徑；s為黏性泥石流運動縱比降；D50為泥沙顆粒中百分比小于50%的顆粒直徑，取18mm；D10泥沙顆粒中百分比小于10%的顆粒直徑，取012mm。

　　利用公式（4）計算李泉太泥石流的流量，結果見表5。

　　Q=V×A（4）

　　式中：Q為李泉太泥石流的洪峰流量（m3/s）；V為李泉太泥石流平均流速（m/s）；A為李泉太泥石流洪峰斷面面積（m2）。

　　利用公式（5）[12]計算洪峰流量的泥石流沖出量。

　　W=0.264×T×Q（5）

　　式中：W為泥石流沖出量（m3）；Q為李泉太泥石流洪峰流量（m3/s）；T為李泉太泥石流的持續時間，取2400s。

　　計算得到李泉太泥石流固體沖出物與野外實際調查的數據基本符合。由此可以看出李泉太泥石流具有很高的破壞力，能夠沖出大量的松散固體顆粒，足以對溝口處的都汶公路及附近的居民造成嚴重威脅。

　　4結論與建議

　　（1）“5・12”汶川地震造成大量的崩滑體滯留在高程1400～1600m，坡度40°～60°的溝道中，直接為李泉太溝泥石流提供了豐富的物源。因此在治理李泉太泥石流時，應在敏感區范圍內重點采取相應的工程措施。

　　（2）暴雨天氣是誘發李泉太泥石流的另一主要因素。因此遭遇極端降雨時，要充分利用降雨雨強-持續時間關系確定的降雨閾值，對李泉太泥石流進行監測預警。

　　（3）計算結果表明，李泉太泥石流的容重較大，屈服應力較大，不僅能夠摧毀公路等基礎設施，還能夠造成堵江等次生災害。因此必須加強監測預警，及時提供防災避險信息，并對已經發現的地質災害點進行工程治理，最大限度的減少損失。

　　參考文獻（References）：

　　[1]謝洪，鐘敦倫，矯震，等.2008年汶川地震重災區的泥石流[J].山地學報，2009，27（4）：501509.（XIEHong，ZHONGDunlun，JIAOZhen，etal.DebrisFlowinWenchuanQuakehitAreain2008[J].JournalofMountainScience，2009，27（4）：501509.（inChinese））

　　[2]許強.四川省8・13特大泥石流災害特點、成因與啟示[J].工程地質學報，2010，18（5）：596608.（XUQiang.The13Angust2010CatastrophicDebrisFlowsinSichuanProvince：Characteristics，GeneticMechanismandSuggestions[J].JournalofEngineeringGeology，2010，18（5）：596608.（inChinese））