第44卷 第3期2009年6月 西 南 交 通 大 学 学 报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
基金项目：国家自然科学基金资助项目(40772175;40841025)；地质灾害防治与地质灾害保护国家重点实验室“科技减灾、重建家园”
开放基金资助项目(DZKJ 208012
)作者简介：胡卸文(1963-)，男，教授，博士，博士生导师，主要从事工程地质、环境地质方面的研究,E 2mail:huxie
文章编号:025822724(2009)0320312210 DO I:10.3969/j .issn .025822724.2009.03.002
唐家山堰塞坝“9・24”泥石流
堵江及溃决模式
胡卸文
1,2
, 吕小平1, 黄润秋2, 任晓明3, 汪雪瑞1, 刘 娟
1
(1.西南交通大学土木工程学院，四川成都610031;2.成都理工大学地质灾害防治与地质灾害保护国家重点
实验室，四川成都610059;3.绵阳市水务局，四川绵阳621000)
摘 要:“5・12”汶川地震导致唐家山高速滑坡堵江，形成唐家山堰塞湖.经过6月10日正常泄流后，堰塞坝体右岸还存在唐家山残留山体稳定性以及附近大水沟、小水沟泥石流等潜在危害.现场实地调查显示，受地震影响，大水沟、小水沟及无名沟沟域内崩塌和滑坡发育，形成了极为丰富的松散物源，具备发生坡面和沟谷泥石流的所有条件，也成为唐家山堰塞湖成功泄水后，仍对堰塞湖正常利用起控制作用的严重地质灾害隐患点之一,“6・14”和“9・24”2次大规模泥石流又导致通口河分别堵江断流4和17h .在查明唐家山堰塞体右岸3条冲沟内松散物源分布及稳定性的基础上，重点结合“9・24”泥石流发育状况，对大水沟、小水沟和无名沟泥石流的发育特征及其动力学特性，尤其是在不同降雨频率下一
次冲出泥石流时唐家山堰塞坝体泄水槽的堵江状况及溃决模式进行了系统分析.分析结果表明:3条冲沟形成泥石流堵江后，一次全溃决的可能性很小，其溃决模式为“扇缘部位首先过流→水流挤压左岸并淘刷左岸堰塞体→逐级冲开堆积扇”.这一模式对震后地震灾区泥石流的研究具有指导和借鉴意义.
关键词：唐家山堰塞湖；泥石流；堵江；溃决中图分类号:P642.23 文献标识码: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：唐家山堰塞坝“9・24”泥石流堵江及溃决模式
“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(以下简称汶川地震)在地震影响区内产生了大量崩塌、滑坡地质灾害,
且造成图1 地震后大水沟和无名沟“6・14”泥石流发育及
堵江(摄于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，其中影响最大的当属位于北川县通口河的唐家山大型滑坡堵江及其形成的堰塞湖.尽管唐家山堰塞湖已正常泄水，但因唐家山一带紧靠龙门山中央断裂(北川—映秀断裂)带附近，受到近10度地震烈度的影响，山体破坏极为严重，崩塌、滑坡随处可见.因此，经过特大地震，又经历了一个雨季后，北川—唐家山一带沟谷和坡面泥石流频繁发生，其中最典型的是位于唐家山堰塞坝体右岸的大水沟沟谷泥石流[1]
、小水沟及残留山体表部的无名小冲沟泥石流(图1)，而这些灾害又在很大程度上控制着唐家山堰塞湖的可利用性及当地恢复重建的可行性.
现场调查显示，唐家山右岸除分布大水
沟、小水沟外，滑坡中部还分布切割很浅的无名沟.汶川地震前，大、小水沟及无名沟均为小规模山洪冲沟，几十年来一直未发生过泥石流，震后由于各自沟域内崩塌、滑坡发育，均形成了丰富的松散物
源，均具备泥石流发生的所有条件.因此，当2008年6月14日该地区仅发生5年一遇的暴雨时，大水沟和无名沟爆发了地震后首次泥石流，两者累计冲出规模近
10万m 3
，并导致唐家山堰塞坝入口部位堵江断流近4h；当2008年9月24日遇近100年一遇的暴雨袭击
时，两者并带动小水沟同时再次爆发更大规模的泥石流，冲出物质近38万m 3
(据野外实测，堆积体顺河长约500m ，横河宽110m ，平均厚7m )，导致泄流槽堵江断流达17h，堰塞湖水位抬升近8m ，严重制约堰塞湖库尾羌族第一乡———禹里乡震后恢复重建最低高程线的确定.
通过实地调查测绘，在查明大水沟、小水沟和无名沟沟域松散物源分布及稳定性的基础上，重点结合“9・24”堰塞坝体附近泥石流发育状况，根据现场实测泥石流形成、堵江及溃决全过程资料，就堰塞体右岸各冲沟泥石流对唐家山堰塞湖泄水口堵江规模和溃决模式进行了系统分析和评价.
1 唐家山堰塞坝泥石流发育的地质背景
唐家山堰塞坝泥石流的爆发主要发生在通口河右岸，从上游到下游包含大水沟、无名沟和小水沟3条
小沟谷泥石流.已有资料显示[2]
，唐家山部位基岩为寒武系下统清平组薄层硅质岩、砂岩、泥灰岩及泥岩，地层产状N60°E /NW ∠55°，为顺向坡.
震前岸坡表层普遍分布有残坡积碎石土，厚5～15m.大水沟紧靠唐家山滑坡上游侧，流域面积
0.45k m 2
，沟长0.99km ，沟床纵坡坡降525.3‰，流域最高点1609m ，地震后沟口最低点713m；小水沟则
位于唐家山滑坡下游侧，流域面积0.36k m 2
，沟长1.37km ，沟床纵坡坡降470.0‰，流域最高点1473m ,
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图2 大、小水沟及无名沟流域松散物源分布及
与唐家山堰塞坝的位置关系(单位: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 )
地震后沟口最低点708m；而位于唐家山中部的无
名沟震后流域面积仅0.065k m 2
，沟长0.66km ，沟床纵坡坡降570.0‰，流域最高点882m ，地震后沟口最低点713m (图1,2).
如前所述,3条冲沟地震前均为典型的山洪冲沟，近几十年来从未发生过泥石流，受汶川地震影响，各冲沟流域内两侧山坡崩塌、滑坡非常发育.以大水沟为例，具体表现为靠左侧分水岭附近山脊几乎处处形成崩塌，而靠唐家山侧右岸分水岭部位滑坡又很普遍(图2).
据2008年8月6日现场地质测绘并初步估
算，流域内松散物源总计约162万m 3
，其中稳定物
源(主要为坡残积)约70万m 3
，占总物源的43%;
潜在不稳定物源(主要为滑坡体)83万m 3
，占总物源的51%；不稳定物源(主要为崩塌、泥石流堆
积)9万m 3
，占总物源的6%.可见，汶川地震后不稳定和潜在不稳定物源达91万m 3
，占总物源的57%，显示此沟发生泥石流的可能性极大.
小水沟和无名沟也有类似特点.唐家山高速滑坡后，其后壁形成高差约500m 及地形坡度近55°的残留坡面，受地震和滑坡的双重影响，后壁
残留山体表部岩体松动，坍滑和崩塌频繁发生，不
仅在坡脚形成了约30万m 3
松散堆积物，且小水
沟和无名沟内浅表层坍滑也发育，可启动物源分别约8和1万m 3
，同样具备发生泥石流的物源条件.
2 “9・24”泥石流发育特点
2.1 “6・14”泥石流概况
地震后大水沟及唐家山滑坡后壁的无名沟流域从地形、松散物源两方面均具备了发生泥石流的充分条件，因此，当2008年6月14日在唐家山附近形成汶川地震以来的首次暴雨时，从0时～11时共累计降雨131.9mm ，唐家山堰塞坝3条冲沟均形成了泥石流，而大水沟泥石流规模最大(图1).截止到9:20，冲出沟口的泥石流规模约9万m 3
，并将堰塞湖泄水后的通口河河道完全堵塞，整个堵江断流持续近4h .从
沟口堆积扇颗粒成分分析，属过渡性偏粘性泥石流[1]
.2.2 “9・24”暴雨状况 “6・14”泥石流发生后的近3个月内，唐家山一带降雨量总体偏弱，未形成局部暴雨.直到2008年9月22～24日，四川盆地出现了持续性强降雨和雷暴天气，又导致3条冲沟发生泥石流，且形成规模更大，持续堵江时间更长.
据“中国天气网”等的相关报道,“受副热带高压西侧暖湿气流和地面冷空气的共同影响,9月22日晚开始，
四川盆地出现持续性强降雨和雷暴天气，是入秋以来最强的一次降雨，降雨主要出现在22日和23日夜间，成都、绵阳、德阳、雅安、眉山5市出现区域性暴雨，其中江油24h 降雨量达338.7mm.而北川再次成为此次连降暴雨的最大受灾地区.22日晚以来，由于连续降雨，特别是23日晚10时～24日凌晨的强降雨，致使北川境内出现山洪爆发、泥石流、山体垮塌等气象灾害，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)”.“此次暴雨还伴随着强雷暴,23日20时～24日10时，成都、绵阳、广元、德阳、乐山、眉山等地共发生雷电66061次，其中成都市19958次，是成都市2008年发生雷电次数最多的一天”.
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第3期胡卸文等：唐家山堰塞坝“9・24”
泥石流堵江及溃决模式
图3 2008年9月22日～24日唐家山一带
降雨量Q 分布直方图
Fig .3 The hist ogra m of rainfall quantity Q in Tangjiashan on Sep t .22t o 24,2008
上述报道也从唐家山现场实测资料得到了验证
(图3).实测降雨资料显示，从9月22日23:30唐家山开始下雨，截止到9月23日8点，累计降雨量101.1mm ，导致大水沟泥石流重新爆发，冲出物质在泄流槽内形成较大堆积体，缩窄过流断面，未形成阻断(图4)，但抬高了堰塞湖水位.当日12时堰塞湖入口处实测水位为714.12m ，显示9月22日晚暴雨形成的泥石流比“6・14”泥石流规模小.
从23日8时～21时约13h 内唐家山雨间停，但当晚21:30又开始新一轮暴雨.截止到9月24日8时，累计降雨量205.6mm ，尤其是23日23时～24日5时共6h 内，累计降雨量达181.7mm ，平均每小时降雨量20.3mm.查找相关资料显示，此次暴雨相当于100年一遇.随着暴雨的持续，大水沟、小水沟和无名沟泥石流同
时爆发，而大水沟泥石流更为突出.到24日5时，冲出的泥石流再一次完全阻断泄流槽，一直到当天22时
左右才开始在堆积扇扇缘溢流，堵江持续时间长达
17h .
2.3 “9・24”泥石流堵江及溃决过程
与暴雨相对应的是，发生“9・24”泥石流前通口河在唐家山堰塞体入口的库水位为713.73m (9月22日18时水位).因9月22日晚～23日5时持续暴雨引发大水沟泥石流进入河道后，导致部分堵江,12时实测库水位714.12m；而随着9月24日凌晨大暴雨再次诱发大水沟、小水沟和无名沟同时爆发泥石
流，冲出规模约38万m 3
，于当日5时左右完全堵江(图4,5),14时实测库水位716.89m ，直到当日22时
左右开始从堆积扇扇缘溢流.由于堵江规模较大，堰塞湖水位抬升滞后现象明显，最高库水位一直持续到9月26日0时，实测为721.19m (表1)，水位抬升约8m.可见,“9・24”泥石流堵江造成的库水位上升远高于“6・14”泥石流抬升的4m.
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西 南 交 通 大 学 学 报第44卷
从泥石流堆积扇的溃决模式看，因堆积扇具有扇缘低(薄)、扇顶高(厚)的特点，因此，在堰塞湖水位作用下，仍然是扇缘较低部位首先开始溢流，随流量逐渐增大，淘刷宽度逐渐加宽，并以逐渐淘刷的方式溃决，并不是一次全部溃坝，其溃决模式与“6・14”泥石流完全一致
.
表1 唐家山堰塞坝“9・24”泥石流堵江前后通口河库水位变化
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
时间
降雨量/mm 日累计降雨量/mm
泥石流堵江状况
库水位/m
9月22日
23:3023:30开始降雨
713.73
9月23日
2:004.0不详3:0036.640.6不详4:0028.569.1不详
5:0027.496.5不详
8:004.6
101.1
大水沟泥石流进入并占约2/3河道
10:00泥石流大部分堵江，约占4/5河道，缩窄过流断面，未形成阻断,
但抬高上游水位
12:00泥石流堰塞体扇缘部位逐渐被冲开，剩3/4左右714.12
21:30泥石流堰塞体逐渐被冲开，只剩1/2左右
23:00
67.867.8
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