泥石流堵溃点溃决计算公式的工程运用

泥石流堵溃点溃决计算公式的工程运用

邱龙伟

四川省冶金地质勘查局水文队 四川 成都 611730

摘要：泥石流地质灾害是地质灾害类型中危害较大的一类，其致灾往往具备突发性、广泛性和后续性等特点。其中的后续性特征多表现为前次泥石流过程中可能形成新的垮塌堆积体或不稳定坡体垂直临空面为下一次泥石流的爆发提供丰富的物源条件，在这之中的沟道堵溃点对后续泥石流的影响极大。故计算出堵溃点溃决时的泥石流流量和固体冲出量，对泥石流的防治有着极为重要的作用。本文将运用相关公式计算出实际工程中的泥石流溃决流量和冲出量，并与实际情况进行对比。以此验证计算公式的准确性，为以后工作中公式运用提供支撑。

关键词：泥石流；溃决流量；计算公式

1导言

2018年7月10日至7月20日，四川省阿坝藏族羌族自治州内某泥石流沟先后爆发两次泥石流，造成沟道淤高2m～3m，淤埋下游2户居民房屋。据统计两次泥石流累计固体冲出量约为7.50×10⁴m³，其冲出量远大于之前泥石流冲出规模。经调查其物源主要来源于1处沟内崩滑堆积物源入沟堵溃点。计算出泥石流发生时的特征参数可为后续工程治理提供有效的依据，降低泥石流再次致灾风险。

2泥石流流域基本特征

2.1泥石流沟道特征

该泥石流沟流域面积约12.27km²，沟道长度约7.06km，高程介于1620～4040m之间，相对高差约2420m，平均纵坡降约342.8‰。沟谷呈“V”字型，谷底一般宽6～12m，沟道中下游两岸斜坡基岩出露，为震旦系上统灯影组(Zbdn)灰岩，坡度一般80～85°，上游沟道两侧斜坡坡度一般45～55°，局部基岩出露区60～75°。沟口上游约200m（1640m高程）处、支沟口（1880m高程）处为两处基岩跌水坎，坎宽分别为3.5m、5m，高度分别为16m、13m。根据调查，沟域内发育4处崩滑堆积体和1段沟床堆积物源。按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220--2006）附录H填写调查表并按附录G进行易发程度评分，标准得分N=118，属极易发。

2.2堵溃点发育情况

根据现场调查，泥石流沟道内堵溃点由沟道下游左岸1滑坡点失稳滑塌入沟形成（图2、图3）。其形成时间为2018年7月上旬，形成的堵溃体宽约46m，厚约15m，沿沟长约76m，整体方量约为5.24×10⁴m³（图1、图2）。

3堵溃流量计算

3.1形态调查法

（1）泥石流流速

泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一，目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。按泥石流重度及现场情况判定，本次泥石流均属黏性泥石流，黏性泥石流流速采用通用公式计算：

式中：V_c：泥石流断面平均流速（m/s）； 1/n：河床糙率系数，查水文手册； R：水力半径（m），一般可用平均水深H（m）代替； I_c：泥石流水力坡降，采用沟床坡降代替(‰)。

计算结果见表1

表1泥石流流速计算结果表

（2）泥石流流量

对已发生的泥石流流量可采用形态调查法进行计算，根据调查得到的泥石流泥位及据此求得的泥石流流速，再乘上调查求得的过流断面求取泥石流流量。

形态调查法计算公式为：

式中 —泥石流断面峰值流量（m³/s）； —泥石流过流断面面积（m²）； —泥石流断面平均流速（m/s）。

根据表1计算结果，结合沟口断面过流面积，泥石流峰值流量计算结果详见表2：

表2 泥石流流量形态调查法计算表

3.2经验公式法

溃坝流量Qm计算公式采用肖克利契经验公式计算：

式中：Qm--溃坝流量（m³/s）； B--堰塞坝全长（m）； b--溃口宽度（m）； H0--溃坝前坝上游水深（m）。

根据访问及现场调查，2018年7月沟内崩滑物源发生局部滑坡，堵溃点全长B平均约46m，溃口宽度b约13m，溃坝前坝上游水深约8.5m，故2018年7月发生溃决型泥石流流量Qm=397.67m³/s。

3.3泥石流固体冲出量

根据当地老百姓回忆，泥石流爆发时间约为1小时，故爆发时一次泥石流过流总量按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：

式中：Q—泥石流一次过流总量（m³）；当F<5km² K=0.202；F=5～10 km² K=0.113；F=10～100 km² K=0.0378；F>100 km² K<0.0252；T—泥石流历时（s），取1h=3600s。Q_c—泥石流峰值流量（m³/s）

根据上式计算可知，溃决时的泥石流一次性冲出量为54114.32m³

一次泥石流固体物质冲出量按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：

式中 —一次泥石流冲出固体物质总量（m³）； —一次泥石流过流总量（m³）；γ_C为泥石流重度，本次为溃决时的容重，故重度取1.968（t/m³）；γ_W为水的重度（t/m³），取1（t/m³）；γ_H为泥石流中固体物质的比重，取2.65（t/m³）。

按上述公式进行计算，对泥石流一次过流总量和固体物质总出量进行计算，泥石流历时时长根据调查取60分钟，即3600s，计算结果得：

该沟发生溃决性泥石流的一次冲出固体物质总量Qm=31747.07m³。

根据当地老乡了解到，2018年7月10日～20日期间，该沟一共发生过2次泥石流，故其溃决性冲出固体物质量为63494.14m³。

4结论

通过上述计算对比可知，堵溃点溃决时泥石流峰值流量形态调查法计算结果为388.64m³/s，经验公式法计算结果为397.67m³/s，其结果基本一致；固体物质冲出量为63494.14m³，对比现场调查所得的固体物质冲出量为7.5×10⁴m³，考虑松散堆积体孔隙率等因素，其方量亦基本相当。由此可见经验公式计算结果较为准确。后续防治工程可按照计算结果所得参数进行设置，以此保障防治工程的有效性，减少和降低灾害发生，确保人们的生产、生活安全。

参考文献：

[1]康志成，李焯芬，马蔼乃.《中国泥石流研究》.科学出版社.2004年10月.

[2]蒋忠信.震后泥石流工程防治的主要原则与问题.西南交通大学出版社.2014年10月.

[3]蒋忠信.震后山地地质灾害治理工程勘查设计实用技术.西南交通大学出版社.2018年5月.