第44卷 第3期2009年6月 西 南 交 通 大 學 學 報JOURNAL OF S OUT HW EST J I A OT ONG UN I V ERSI TY
Vol .44 No .3
Jun .2009收稿日期:2009204213
基金項目：國家自然科學基金資助項目(40772175;40841025)；地質災害防治與地質災害保護國家重點實驗室“科技減災、重建家園”
開放基金資助項目(DZKJ 208012
)作者簡介：胡卸文(1963-)，男，教授，博士，博士生導師，主要從事工程地質、環境地質方面的研究,E 2mail:huxie
文章編號:025822724(2009)0320312210 DO I:10.3969/j .issn .025822724.2009.03.002
唐家山堰塞壩“9?24”泥石流
堵江及潰決模式
胡卸文
1,2
, 呂小平1, 黃潤秋2, 任曉明3, 汪雪瑞1, 劉 娟
1
(1.西南交通大學土木工程學院，四川成都610031;2.成都理工大學地質災害防治與地質災害保護國家重點
實驗室，四川成都610059;3.綿陽市水務局，四川綿陽621000)
摘 要:“5?12”汶川地震導致唐家山高速滑坡堵江，形成唐家山堰塞湖.經過6月10日正常泄流后，堰塞壩體右岸還存在唐家山殘留山體穩定性以及附近大水溝、小水溝泥石流等潛在危害.現場實地調查顯示，受地震影響，大水溝、小水溝及無名溝溝域內崩塌和滑坡發育，形成了極為豐富的松散物源，具備發生坡面和溝谷泥石流的所有條件，也成為唐家山堰塞湖成功泄水后，仍對堰塞湖正常利用起控制作用的嚴重地質災害隱患點之一,“6?14”和“9?24”2次大規模泥石流又導致通口河分別堵江斷流4和17h .在查明唐家山堰塞體右岸3條沖溝內松散物源分布及穩定性的基礎上，重點結合“9?24”泥石流發育狀況，對大水溝、小水溝和無名溝泥石流的發育特征及其動力學特性，尤其是在不同降雨頻率下一
次沖出泥石流時唐家山堰塞壩體泄水槽的堵江狀況及潰決模式進行了系統分析.分析結果表明:3條沖溝形成泥石流堵江后，一次全潰決的可能性很小，其潰決模式為“扇緣部位首先過流→水流擠壓左岸并淘刷左岸堰塞體→逐級沖開堆積扇”.這一模式對震后地震災區泥石流的研究具有指導和借鑒意義.
關鍵詞：唐家山堰塞湖；泥石流；堵江；潰決中圖分類號:P642.23 文獻標識碼:A
Ana lys of R i ver 2Block i n g and Break i n g M ode of “9?24”D ebr is Flow near Tangji a shan Barr i er Dam
HU X ie w en
1,2
, L ΒX iaoping 1, HUAN G R unqiu 2, R EN X iao m ing 3, WAN G X uerui 1, L IU Juan
1
(1.School of Civil Engineering,South west J iaot ong University,Chengdu 610031,China;2.State Key Laborat ory of Geohazard Preventi on and Geoenvir on ment Pr otecti on,Chengdu University of Technol ogy,Chengdu 610059,China;3.M ianyang W ater Authority,M ianyang 621000,China )
Abstract :“5?12”W enchuan earthquake caud a high 2s peed landslide on the Tangjiashan mountain t o bl ock the T ongkou river t o f or m the Tangjiashan da mmed lake .After a nor mal discharge on June 10,2008,there were potential hazards of stability l oss of re mnant Tangjashan mountain body and debris fl ows in Dashui and Xiaoshui ditches on the right bank of Tangjashan barrier da m.Thr ough an on 2the 2s pot investigati on,due t o the effect of the earthquake collap s and landslides devel oped in Dashui,Xiaoshui and W um ing ditches t o f or m extre mely rich l oo s ources,having all conditi ons of sl ope and valley debris fl ows .That become one of the potential ri ous dangers of geol ogical disasters after the Tangjiashan da mmed lake had been successfully discharged and contr olled the nor mal u of the Tangjiashan da mmed lake .“6?14”and “9?24”debris fl ows,t w o large 2scale debris fl ows occurring res pectively on June 14and Sep te mber 24,2008,made the T ongkou river bl ocked res pectively f or 4and 17h .Bad on identifying the distributi on and stability of l oo s ources in the three ditches on the right bank of the Tangjiashan barrier da m and i m portantly by combining the devel opmental situati on of
第3期胡卸文等：唐家山堰塞壩“9?24”泥石流堵江及潰決模式
“9?24”debris fl ow,the devel opmental and dyna m ic features of the three ditches,es pecially the river 2
bl ocking situati on at discharge s pout of the Tangjiashan barrier da m and breaking mode when the three ditches break out debris fl ows at the sa me ti m e under different rain frequencies,were analyzed syste matically .The rearch result shows that the possibility that debris fans break once comp letely is very s mall after debris fl ows bl ock the river,and the breaking mode is that firstly fl ood fl ows over the edge of debris fans,condly crushes and scours the left of the barrier body,finally rushes out debris fans gradually .This mode p r ovides a guidance and reference for the rearch on debris fl ow in the disaster areas after the W enchuan earthquake .
Key words :Tangjiashan da mmed lake;debris fl ow;river 2bl ocking;breaking
“5?12”汶川特大地震(以下簡稱汶川地震)在地震影響區內產生了大量崩塌、滑坡地質災害,
且造成圖1 地震后大水溝和無名溝“6?14”泥石流發育及
堵江(攝于2008年6月14日)Fig .1 “6?14”debris fl ow devel opment and bl ocking in Dashui ditch and W u m ing ditch
after the W enchuan earthquake (shot on June 14,2008)
了大量的滑坡堵江事件，其中影響最大的當屬位于北川縣通口河的唐家山大型滑坡堵江及其形成的堰塞湖.盡管唐家山堰塞湖已正常泄水，但因唐家山一帶緊靠龍門山中央斷裂(北川—映秀斷裂)帶附近，受到近10度地震烈度的影響，山體破壞極為嚴重，崩塌、滑坡隨處可見.因此，經過特大地震，又經歷了一個雨季后，北川—唐家山一帶溝谷和坡面泥石流頻繁發生，其中最典型的是位于唐家山堰塞壩體右岸的大水溝溝谷泥石流[1]
、小水溝及殘留山體表部的無名小沖溝泥石流(圖1)，而這些災害又在很大程度上控制著唐家山堰塞湖的可利用性及當地恢復重建的可行性.
現場調查顯示，唐家山右岸除分布大水
溝、小水溝外，滑坡中部還分布切割很淺的無名溝.汶川地震前，大、小水溝及無名溝均為小規模山洪沖溝，幾十年來一直未發生過泥石流，震后由于各自溝域內崩塌、滑坡發育，均形成了豐富的松散物
源，均具備泥石流發生的所有條件.因此，當2008年6月14日該地區僅發生5年一遇的暴雨時，大水溝和無名溝爆發了地震后首次泥石流，兩者累計沖出規模近
10萬m 3
，并導致唐家山堰塞壩入口部位堵江斷流近4h；當2008年9月24日遇近100年一遇的暴雨襲擊
時，兩者并帶動小水溝同時再次爆發更大規模的泥石流，沖出物質近38萬m 3
(據野外實測，堆積體順河長約500m ，橫河寬110m ，平均厚7m )，導致泄流槽堵江斷流達17h，堰塞湖水位抬升近8m ，嚴重制約堰塞湖庫尾羌族第一鄉———禹里鄉震后恢復重建最低高程線的確定.
通過實地調查測繪，在查明大水溝、小水溝和無名溝溝域松散物源分布及穩定性的基礎上，重點結合“9?24”堰塞壩體附近泥石流發育狀況，根據現場實測泥石流形成、堵江及潰決全過程資料，就堰塞體右岸各沖溝泥石流對唐家山堰塞湖泄水口堵江規模和潰決模式進行了系統分析和評價.
1 唐家山堰塞壩泥石流發育的地質背景
唐家山堰塞壩泥石流的爆發主要發生在通口河右岸，從上游到下游包含大水溝、無名溝和小水溝3條
小溝谷泥石流.已有資料顯示[2]
，唐家山部位基巖為寒武系下統清平組薄層硅質巖、砂巖、泥灰巖及泥巖，地層產狀N60°E /NW ∠55°，為順向坡.
震前岸坡表層普遍分布有殘坡積碎石土，厚5～15m.大水溝緊靠唐家山滑坡上游側，流域面積
0.45k m 2
，溝長0.99km ，溝床縱坡坡降525.3‰，流域最高點1609m ，地震后溝口最低點713m；小水溝則
位于唐家山滑坡下游側，流域面積0.36k m 2
，溝長1.37km ，溝床縱坡坡降470.0‰，流域最高點1473m ,
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西 南 交 通 大 學 學 報第44卷
圖2 大、小水溝及無名溝流域松散物源分布及
與唐家山堰塞壩的位置關系(單位:m )
Fig .2 The relati onshi p bet w een l oo s ource distributi on in
Dashui ditch,Xiaoshui ditch and W u m ing ditch and l ocati on of Tangjiashan barrier dam (unit:m )
地震后溝口最低點708m；而位于唐家山中部的無
名溝震后流域面積僅0.065k m 2
，溝長0.66km ，溝床縱坡坡降570.0‰，流域最高點882m ，地震后溝口最低點713m (圖1,2).
如前所述,3條沖溝地震前均為典型的山洪沖溝，近幾十年來從未發生過泥石流，受汶川地震影響，各沖溝流域內兩側山坡崩塌、滑坡非常發育.以大水溝為例，具體表現為靠左側分水嶺附近山脊幾乎處處形成崩塌，而靠唐家山側右岸分水嶺部位滑坡又很普遍(圖2).
據2008年8月6日現場地質測繪并初步估
算，流域內松散物源總計約162萬m 3
，其中穩定物
源(主要為坡殘積)約70萬m 3
，占總物源的43%;
潛在不穩定物源(主要為滑坡體)83萬m 3
，占總物源的51%；不穩定物源(主要為崩塌、泥石流堆
積)9萬m 3
，占總物源的6%.可見，汶川地震后不穩定和潛在不穩定物源達91萬m 3
，占總物源的57%，顯示此溝發生泥石流的可能性極大.
小水溝和無名溝也有類似特點.唐家山高速滑坡后，其后壁形成高差約500m 及地形坡度近55°的殘留坡面，受地震和滑坡的雙重影響，后壁
殘留山體表部巖體松動，坍滑和崩塌頻繁發生，不
僅在坡腳形成了約30萬m 3
松散堆積物，且小水
溝和無名溝內淺表層坍滑也發育，可啟動物源分別約8和1萬m 3
，同樣具備發生泥石流的物源條件.
2 “9?24”泥石流發育特點
2.1 “6?14”泥石流概況
地震后大水溝及唐家山滑坡后壁的無名溝流域從地形、松散物源兩方面均具備了發生泥石流的充分條件，因此，當2008年6月14日在唐家山附近形成汶川地震以來的首次暴雨時，從0時～11時共累計降雨131.9mm ，唐家山堰塞壩3條沖溝均形成了泥石流，而大水溝泥石流規模最大(圖1).截止到9:20，沖出溝口的泥石流規模約9萬m 3
，并將堰塞湖泄水后的通口河河道完全堵塞，整個堵江斷流持續近4h .從
溝口堆積扇顆粒成分分析，屬過渡性偏粘性泥石流[1]
.2.2 “9?24”暴雨狀況 “6?14”泥石流發生后的近3個月內，唐家山一帶降雨量總體偏弱，未形成局部暴雨.直到2008年9月22～24日，四川盆地出現了持續性強降雨和雷暴天氣，又導致3條沖溝發生泥石流，且形成規模更大，持續堵江時間更長.
據“中國天氣網”等的相關報道,“受副熱帶高壓西側暖濕氣流和地面冷空氣的共同影響,9月22日晚開始，
四川盆地出現持續性強降雨和雷暴天氣，是入秋以來最強的一次降雨，降雨主要出現在22日和23日夜間，成都、綿陽、德陽、雅安、眉山5市出現區域性暴雨，其中江油24h 降雨量達338.7mm.而北川再次成為此次連降暴雨的最大受災地區.22日晚以來，由于連續降雨，特別是23日晚10時～24日凌晨的強降雨，致使北川境內出現山洪爆發、泥石流、山體垮塌等氣象災害，唐家山堰塞湖也因泥石流堵塞泄洪槽，水位也上升了5m (原文如此)”.“此次暴雨還伴隨著強雷暴,23日20時～24日10時，成都、綿陽、廣元、德陽、樂山、眉山等地共發生雷電66061次，其中成都市19958次，是成都市2008年發生雷電次數最多的一天”.
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第3期胡卸文等：唐家山堰塞壩“9?24”
泥石流堵江及潰決模式
圖3 2008年9月22日～24日唐家山一帶
降雨量Q 分布直方圖
Fig .3 The hist ogra m of rainfall quantity Q in Tangjiashan on Sep t .22t o 24,2008
上述報道也從唐家山現場實測資料得到了驗證
(圖3).實測降雨資料顯示，從9月22日23:30唐家山開始下雨，截止到9月23日8點，累計降雨量101.1mm ，導致大水溝泥石流重新爆發，沖出物質在泄流槽內形成較大堆積體，縮窄過流斷面，未形成阻斷(圖4)，但抬高了堰塞湖水位.當日12時堰塞湖入口處實測水位為714.12m ，顯示9月22日晚暴雨形成的泥石流比“6?14”泥石流規模小.
從23日8時～21時約13h 內唐家山雨間停，但當晚21:30又開始新一輪暴雨.截止到9月24日8時，累計降雨量205.6mm ，尤其是23日23時～24日5時共6h 內，累計降雨量達181.7mm ，平均每小時降雨量20.3mm.查找相關資料顯示，此次暴雨相當于100年一遇.隨著暴雨的持續，大水溝、小水溝和無名溝泥石流同
時爆發，而大水溝泥石流更為突出.到24日5時，沖出的泥石流再一次完全阻斷泄流槽，一直到當天22時
左右才開始在堆積扇扇緣溢流，堵江持續時間長達
17h .
2.3 “9?24”泥石流堵江及潰決過程
與暴雨相對應的是，發生“9?24”泥石流前通口河在唐家山堰塞體入口的庫水位為713.73m (9月22日18時水位).因9月22日晚～23日5時持續暴雨引發大水溝泥石流進入河道后，導致部分堵江,12時實測庫水位714.12m；而隨著9月24日凌晨大暴雨再次誘發大水溝、小水溝和無名溝同時爆發泥石
流，沖出規模約38萬m 3
，于當日5時左右完全堵江(圖4,5),14時實測庫水位716.89m ，直到當日22時
左右開始從堆積扇扇緣溢流.由于堵江規模較大，堰塞湖水位抬升滯后現象明顯，最高庫水位一直持續到9月26日0時，實測為721.19m (表1)，水位抬升約8m.可見,“9?24”泥石流堵江造成的庫水位上升遠高于“6?14”泥石流抬升的4m.
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從泥石流堆積扇的潰決模式看，因堆積扇具有扇緣低(薄)、扇頂高(厚)的特點，因此，在堰塞湖水位作用下，仍然是扇緣較低部位首先開始溢流，隨流量逐漸增大，淘刷寬度逐漸加寬，并以逐漸淘刷的方式潰決，并不是一次全部潰壩，其潰決模式與“6?14”泥石流完全一致
.
表1 唐家山堰塞壩“9?24”泥石流堵江前后通口河庫水位變化
Tab .1 The change in water level of the T ongkou river before and after “9?24”
debris fl ow bl ocked the river on Tangjiashan barrier dam
日期
時間
降雨量/mm 日累計降雨量/mm
泥石流堵江狀況
庫水位/m
9月22日
23:3023:30開始降雨
713.73
9月23日
2:004.0不詳3:0036.640.6不詳4:0028.569.1不詳
5:0027.496.5不詳
8:004.6
101.1
大水溝泥石流進入并占約2/3河道
10:00泥石流大部分堵江，約占4/5河道，縮窄過流斷面，未形成阻斷,
但抬高上游水位
12:00泥石流堰塞體扇緣部位逐漸被沖開，剩3/4左右714.12
21:30泥石流堰塞體逐漸被沖開，只剩1/2左右
23:00
67.867.8
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