湘乡地区典型暴雨型泥石流形成机制及发展趋势分析

李干龙 张联志

（湖南省有色地质勘查局二总队，湖南 湘潭 411102）

湘乡地区属于典型湘中地质灾害频发区，点多面广，主要以崩塌和滑坡为主，泥石流发生次数较少。根据2020 年湘乡市地质灾害数据库统计，泥石流仅9 列，占比为4.2%[1]。但泥石流的突发性、破坏强且一般规模较大，直接影响沟口和两侧居民或其他实施的安全。本文以湘乡市壶天镇壶天村25 组泥石流为例[2]，为湘乡地区甚至湘中地区的泥石流的研究提供参考。

一、壶天泥石流发育背景

壶天泥石流发生于2017 年7 月1 日，因预警及时，未造成人员伤亡事故，但泥石流造成合东水库干渠被阻断，下游5 户村民遭受不同程度的损失，其中2 户居民房屋被完全损毁。

（一）地形地貌

区内属构造侵蚀剥蚀碎屑岩和构造溶蚀碳酸盐岩高丘陵地貌。地形起伏较大，沟谷纵坡降大，特别是坡体上部纵坡很大。沟谷形态呈“V”型，两侧坡体坡度 20°以上，对泥石流的形成提供了良好的地形条件。泥石流沟域总面积0.18km2，相对高差最大149m。植被覆盖率60%以上，整体覆盖率较好。

（二）地层岩性

1.第四系（Q）。碎块石土（Qdel）：稍湿，松散，黄褐色，以粉质粘土为主，碎、块石含量20～30%，粒径50～100mm，部分可达500mm，棱角状、次棱角状为主，主要为砂岩。2.泥盆系上统佘田桥组（D3S）。砂岩（D3s）：灰黄色～黄色，砂质结构，由石英和长石组成，局部含少量泥质，产状163°∠62°，铁质胶结物，节理裂隙发育，见两组节理，315°∠65°和50°∠65°。该层各钻孔均有揭露，抗压强度21.3-38.9Mpa，平均29.3Mpa。

（三）地质构造

据1:20万区域地质资料，壶天及壶天以西一带，由泥盆系至下三迭系岩层所组成。褶皱及压极性断裂群，呈大致平行的北东走向，伴随有与其呈直角相交的一系列张性或张扭性断层，断裂面一般均倾向北西，断面倾角一般在40°左右。从构造行迹来分析，本区主要构造应力来自近南东-北西向，同时受月山一带及其北部刘家铺一带花岗岩的侵入所影响，形成比较复杂的地质构造体系。

（四）气象

壶天镇属亚热带季风暖湿气候区，四季分明，雨水集中，雨量丰沛，年均日照时数1584～1885 小时，无霜期273 天。年均温16.7～18.3℃，1 月均温在5℃左右，7 月均温在30℃左右，极端最高气温41.2℃，极端最低气温-12.1℃；雨季集中在每年的4～9 月份，年平均降水日150 天，年平均降水量1308.0mm，最大月平均降雨量210.2mm，最小月平均降雨量43.3mm。全年降水集中于初夏雨季（3-8 月），历年春夏雨季平均降水量为925.9mm，占全年总量70%；4-6 月更为集中，占全年总量45%，为易发洪涝期。根据湘乡市气象局统计，2017 年6 月22 日至7 月2 日湘乡市全境遭遇持续性降雨，具有持续时间长，为有气象记录以来次极值（自6 月22 日晚开始，至7 月2 日结束，历时10 天），次于1998 年（6 月18～29 日）；累计降水量大，为有气象记录以来的极值（6 月22 日晚至7 月2 日08 时）。其中，翻江镇累计降雨量达320mm，24h 最大降雨量发生在6 月30 日至7 月1 日，累计达117mm，达大暴雨级别。

二、形成机制分析

根据勘查报告，壶天泥石流按物源成因分类属崩滑型泥石流，按水源成因分类属暴雨型泥石流，按集水地貌分类属坡面型泥石流。对其形成机制分析如下：

壶天泥石流在持续性暴雨作用下，大量雨水汇集并入渗松散岩土体，导致原有松散覆盖层中孔隙被水充填，形成较高的孔隙水压力。沟道上部坡体随平均有效应力降低而出现剪胀变形，导致孔隙水压力下降和水分入渗剪切破坏土体。因此相邻土体失稳区域进一步扩大直至形成连续的破裂面。斜坡土体受剪切形成破坏面，土体受重力作用产生拉应力，后缘逐渐出现拉张裂缝。降雨时，大量雨水沿裂缝或孔隙入渗并沿破坏面产生向下的渗透力。当剪切力和渗透力大于坡体抗剪强度时则会引起整体滑动。在有利地形条件下加速滑动，进一步对沟域范围内的松散物质进行侵蚀和冲刷，造成泥石流融入更多的碎屑物，致使流体重度不断提高。随着松散物质的流动，坡体亦逐渐变缓，沿途的阻挡等因素流速减缓，最终因能力被消耗而堆积于沿途或沟口缓坡区。

三、诱发因素分析

（一）地形地貌

项目区属华南湘赣丘陵区，切割深度大，斜坡陡峭，加上纵坡降大，为水源和碎石土的汇集及松散固体物质的搬运提供了有利的地形地貌条件。

（二）物源条件

项目区植被较发育，坡体陡峻，上覆土体松散，表层岩石风化程度高，局部山坡裸露，坡面被侵蚀，坡体中下部存在大量的残坡积物；同时，由于强降雨冲刷坡面，导致原坡面岩土层不断剥蚀，在坡顶处发育多处小型崩滑体。因此在强降雨期间，坡面大量雨水长时间冲刷，携带大量的松散固体物质，所以丰富是固体物源是泥石流重要诱发因素之一。

（三）水源条件

壶天泥石流的水源主要来自降水。暴雨是诱发泥石流的主要因素。结合前文可知，2017 年6 月22 日～7 月1 日的持续性强降雨是有气象记录以来最强一次降雨，大量地表水长时间的汇集和冲刷，为泥石流的爆发积累了水源条件。

（四）人类工程活动

泥石流区内的人类工程活动主要为新建房屋和水渠的切坡，一定程度改变了原始地形地貌，加速了坡面的水土流失，总体来说，人类工程活动引发泥石流灾害的影响程度较小。

四、泥石流的发展趋势

（一）泥石流的易发程度评价

根据泥石流流域特征，对壶天泥石流的易发程度综合判别如表1：

表1

泥石流的易发程度数量化评分表

泥石流沟易发程度数量化综合评判等级标准表 表2

泥石流发展阶段的识别表 表3

根据表1 和表2 对壶天泥石流的综合评分结果及评判等级划分，泥石流易发程度数量化评分为分，分至值介于44～86 标准之间，因此该沟属于轻度易发泥石流。

（二）泥石流的发生频率和阶段

根据前文可知壶天以往未曾发生过类似灾害，壶天泥石流属极低频泥石流，依据表3 判定壶天泥石流的发生频率和阶段。

根据表3 判别结果：壶天泥石流现阶段为发展期（壮年期）。

（三）泥石流的发展趋势预测

根据前文分析与研究，壶天泥石流属极低频泥石流，但现处于发展期（壮年期）。随着参与泥石流活动的松散固体物源量大增，激发泥石流的临界雨强可能降低，因此泥石流的爆发频率可能会加密。

五、结论

1.壶天泥石流相当于百年一遇，直接经济损失达500 万元，灾情等级为大型。2.壶天泥石流属极低频暴雨型泥石流，发展阶段属发展期（壮年期）。3.壶天泥石流主要为暴雨激发，易发程度属轻度易发，如发生集中暴雨，其形成大规模泥石流灾害的危险性较大，其发生频率可能会进一步提高。4.由于泥石流易泥石流危险性大，且危害非常严重，对其实施防治工程十分必要而迫切。