四川丹巴梅龙沟“6·17”泥石流成灾机理分析

文 强，胡卸文,2，刘 波，席传杰，何 坤

（1.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031；2.高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程试验室（西南交通大学），四川 成都 610031）

0 引言

地震的强烈扰动加剧山地环境的脆弱性，极易诱发滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖等次生地质灾害。有学者研究指出汶川震后长期效应显著，地质灾害活动将持续20～25年，尤其是泥石流成灾规模和致灾程度显著增强，呈现出新的特点[1−2]。震后泥石流的易发性表现在两方面：一是地震引发的山体崩塌、滑坡，为震后降雨诱发泥石流起动创造了丰富的物源条件；二是震裂作用也致使原有松散物源的结构受扰，内部孔隙度增大，极易在降雨作用下参与到泥石流活动之中；三是震后效应诱发的地质灾害可能会与泥石流在时空内相互耦合，形成多级灾害链，进一步增强致灾能力[3−4]。

关于震后泥石流成灾机理的研究，多集中于泥石流成因机制和致灾特征上。倪化勇等[5]将文家沟泥石流成灾机理归结为两方面：震因与物源、雨因与水源。黄勋等[6]认为“8·18”银厂沟泥石流灾害是松散物源等致灾体和游客、房屋等承灾体两者之间的“致承耦合”效应引发的。胡卸文等[7]将汶川震区桃关沟2013年“7·10”泥石流成灾机理归结为崩滑物源、坡面物源、沟道物源三者的起动及相互叠加。胡涛[8]通过系统分析汶川地区大型震后泥石流的成灾特征，总结归纳三类成灾类型：堵塞溃决型、下切揭底型以及崩滑补给型。由此可见，震后泥石流的成灾不仅受控于降雨条件、地震及构造强烈程度，还受控于地震引发的物源类型及转化方式。

1952年，丹巴县半扇门镇关洲村梅龙沟在汛期爆发了一次小规模泥石流，由于沟域内物源较少，灾害较小，未造成人员伤亡。但在汶川地震和康定地震的强烈扰动作用下，沟内新增了大量崩塌、滑坡，产生了丰富的松散物源。2020年6月17日，在长达一个月的持续降雨和短历时强降雨激发的双重作用下，梅龙沟暴发了大规模泥石流，一次性冲出方量约42.7×104m3，造成沟口小金川河堵塞，形成堰塞湖，随后堰塞坝失稳溃决，引发对岸阿娘寨古滑坡复活，形成一条致灾能力极强的泥石流灾害链。造成关州村、阿娘寨一村大量房屋倒塌损坏，累计5 100 余户2.12 万余人被迫转移，直接经济损失达8 亿元。

根据对梅龙沟“6·17”泥石流灾害的野外调查，通过分析遥感解译数据和无人机航拍数据，揭示“6·17”泥石流的成因与致灾机理，阐述梅龙沟泥石流发展趋势，旨在提高对该泥石流的成灾特点认识，为今后的泥石流防治预警提供参考。

1 研究区地质环境概况

梅龙沟泥石流位于四川省丹巴县半扇门乡关洲村（图1）。研究区地形陡峻，支沟纵横，相对高差达2 640 m，属于典型的高山峡谷地貌。区内地质构造复杂，地处川滇南北向构造与小金—金汤弧形构造的复合部位[9]。境内西侧临近鲜水河断裂带，新构造运动强烈，地震活动频繁。区内地层主要为泥盆系危关群（Dwg）的花岗变质岩、板岩、千枚岩以及第四系松散堆积层（Q4）[10]。

图1 研究区概况图Fig.1 Location map of the study area

受大陆性高原季风气候影响，县内全年降雨分配不均，雨季多集中在5—9月，尤其是夏季多暴雨，占全年降雨量80%以上，多年平均降雨量为639.4 mm。

受地震及长期的地质营力影响，区内地质灾害较多，同时沟口小金川河正对岸发育阿娘寨古滑坡。

2 泥石流形成条件分析

有利的地形条件、充沛的降雨条件以及丰富的物源条件是形成泥石流的关键[11]。梅龙沟泥石流灾害的形成主要受到地形条件、物源类型、地震活动以及降雨条件的控制。

2.1 地形条件

梅龙沟流域形态近似银杏叶状，流域面积62.79 km2，区内最高点海拔4 760 m，沟口高程2 120 m（图2），沟谷纵坡降大，平均纵坡降215‰。梅龙沟沟道深切，横断面多呈“V”型，岸坡普遍陡峻，坡度多在32°～40°，个别地段高达70°～75°，流域内共发育有10 条支沟，各支沟呈树枝状展布在梅龙沟两侧，各支沟平均纵坡降达405‰，根据赵宾杰等[12]对汶川等地169 条泥石流沟研究表明，沟床平均纵坡降达250‰，极易在物源和降雨条件的耦合作用下暴发泥石流。梅龙沟区内陡峻的“漏斗状”地形，便于地表径流快速汇聚，为“6·17”泥石流的暴发提供了充足的水动力条件。

图2 梅龙沟流域地形坡度图Fig.2 Topographic slope map of Meilong gully

2.2 物源条件

区内构造复杂，临近鲜水河断裂带，频繁受到周边地区的地震影响，尤其是汶川、康定等地震事件诱发的大量滑坡、崩塌等地质灾害，新增大量松散物源。由于人类工程活动需求，沟内多处开挖简易土石道路，且人工切坡后未采取任何支护措施，造成多处路坡表层岩土出现滑塌。从物源分布条件分析，各物源主要沿沟道及支沟沟道两侧分布，极易在降雨冲刷下被卷入沟中，参与泥石流运动。

根据调查，区内现存松散物源总量约7.10×106m3，动储量约2.78×106m3，类型以沟道物源和崩滑物源为主，坡面物源为辅（图3）。

图3 梅龙沟典型物源照片Fig.3 Topographic slope map of Meilong gully

2.3 降雨条件

根据丹巴县气象站近十年的降雨资料统计，丹巴县6月份的多年平均降雨量为135.5 mm，而2020年6月降雨量为206.2 mm，即“6·17”泥石流暴发当月降雨量超历年降雨均值52%。同时“6·17”泥石流发生前，区内已连续降雨长达一月之久，累计降雨量达168.8 mm（图4）。长时间的降雨不但使梅龙沟流域内的松散物源一直处于饱水状态，稳定性显著降低；同时也使沟域内的地表包气带饱和[13]，在强降雨作用下形成地表径流的时间大幅缩短，为泥石流的启动提供充足的水源。

图4 “6·17”泥石流发生前丹巴县日降雨过程图Fig.4 The daily rainfall process in Danba County before the “6·17”debris flow

2020年6月16日24 时—17日3 时，丹巴境内发生一次强降水，县域内9 个监测点达到暴雨标准，半扇门乡1 h 最大降雨量达34.1 mm[14]，已远超梅龙沟区域在20年一遇频率下的1 h 最大暴雨量（20.93 mm）。暴雨作用使流域内大量雨水无法快速入渗，促使地表径流加速汇集，进而裹挟着沟内的松散物源形成泥石流。因此，累计长期降雨和短历时强降雨共同导致了“6·17”泥石流的暴发。

3 泥石流成灾机理

梅龙沟“6·17”泥石流是长期降雨以及强降雨激发的双重降雨作用下、沟道内大型滑坡级联堵溃以及沟口特殊的灾害链条件相互耦合下形成的一次致灾能力超强的泥石流灾害。“6·17”泥石流成灾机理可归结为起动机理、沟道侵蚀机理、级联堵溃机理和次生灾害链机理（图5）。

图5 “6·17”泥石流成灾机理图Fig.5 Diagram of the mechanism of the “6·17” debris flow

3.1 泥石流起动机理

根据“6·17”泥石流发生前后的遥感影像分析（图6），在泥石流形成区，只有大石堡沟内存在泥石流显著活动的沟槽痕迹，因此判定大石堡沟为梅龙沟“6·17”泥石流的起动源头。根据高精度遥感影像和现场调查结果（图7），大石堡沟中游处沟岸发生大面积滑塌，故起动类型为“沟岸滑塌-泥石流”型。在前期连续降雨和短历时强降雨的激发作用下，大石堡沟内两侧沟岸出现大面积失稳滑动，导致大量碎块石土快速堆积于沟道内。由于前期连续降雨作用，雨水入渗地面后，很快在浅表层土体中达到饱和，形成地表径流，同时大石堡沟内汇水面积大，纵坡比大（达294‰），地表径流在沟道内快速汇聚形成沟道洪流。沟道洪流裹挟着失稳的松散物源转化为最初的泥石流。

图6 梅龙沟泥石流前后遥感影像图Fig.6 Remote sensing images before and after Meilonggou debris flow

图7 大石堡沟起动部位图Fig.7 Diagram of the starting part of the Dashibao ditch

3.2 沟道侵蚀机理

泥石流侵蚀作用是泥石流沿程物源补给的重要方式，将大幅增加泥石流运动的体积，致使流量、规模不断增大[15−16]。大石堡沟形成的小规模泥石流在势能的作用下不断向下游冲击，原本沟道内的堆积物逐渐被下切掏蚀，沟道不断加深，形成深切的“V”型沟谷，同时两侧岸坡坡脚也不断被冲刷侧蚀（图8），逐渐失稳垮塌，卷入泥石流，沟道不断加宽。因此泥石流在向下游运动过程中，沿途循环出现“泥石流-下切掏蚀-沟道堆积物启动-冲刷侧蚀-两岸崩滑垮塌”，泥石流裹挟的固体物质如同“滚雪球”般不断扩充，规模也逐渐增大。

图8 泥石流沟道侵蚀图Fig.8 Debris flow gully erosion

3.3 大型滑坡级联堵溃机理

根据现场调查结果，“6·17”泥石流运动过程中具有典型的堵溃放大效应，而最主要的堵溃点为东风棚子滑坡、大邑村滑坡以及梅龙沟滑坡等3 处大型滑坡。

（1）东风棚子滑坡堵沟分析

东风棚子滑坡位于梅龙沟主沟左岸斜坡地带，距离沟口3.43 km 处。平面形态呈三角状，在“6·17”梅龙沟泥石流冲刷坡脚后，东风棚子滑坡已发生明显滑动，形成明显的滑坡后壁（图9a），且滑坡前缘已局部失稳滑动，显现清晰的滑床（图9b）。

东风棚子滑坡坡脚处沟道较窄（图9c），约3～10 m 左右，而东风棚子上游沟道宽度40～80 m，平均宽度约60 m 左右（图9d）。当上游的泥石流运动到东风棚子滑坡坡脚处，由于沟道变窄，过流断面急剧减小，流速迅速增加，高速通过的泥石流强烈侧蚀滑坡坡脚。加之长时间的连续降雨入渗，东风棚子滑体在雨水长期的浸润作用下，整体稳定性大幅下降。当坡脚遭受泥石流强烈的侧蚀后，前缘局部发生次级滑塌，形成高陡临空面，产生牵引式破坏，致使大量滑体失稳堵塞沟道，形成堵溃点，堵溃期间泥石流裹挟的松散物源不断汇聚、叠加，同时伴随上游水位的不断增加，能量不断累积，堰塞体短时间内发生溃决。

图9 东风棚子滑坡堵溃点全貌图Fig.9 A full view of the Dongfeng shed landslide blocking and brust site

（2）大邑村滑坡堵沟分析

大邑村滑坡位于梅龙沟主沟右岸斜坡地带，距离沟口2.78 km 处。滑坡平面形态呈圈椅状，体积约75×104m3。由于“6·17”梅龙沟泥石流冲刷侵蚀坡脚，形成临空面，造成大邑村老滑坡局部复活，后缘明显错动（图10a），摧毁两间房屋（图10b）。

图10 大邑村滑坡堵溃点全貌图Fig.10 A full view of the Dayi village landslide blocking and brust site

大邑村滑坡处沟道段较为狭窄，沟道宽度约为3～9 m，该段沟道长约250 m，整体较为曲折，局部极为堵塞（图10c），尤其在滑坡右侧坡脚处发生较大偏转（图10d）。当上游东风棚子滑坡溃决的泥石流流经此处时，由于堵溃效应，泥石流流速和流量明显放大，对沟道的刨底掏蚀和侧岸的冲刷侵蚀作用十分强烈，侧蚀高度7～9 m，致使大邑村滑坡前缘卸荷发生滑动。同时由于泥石流的直进性，在沟道偏转处（图10d），泥石流直接冲击偏转处的侧岸岸坡，强烈的冲击作用下使得岸坡前缘出现大面积滑塌，形成高陡临空面，引起牵引式破坏，进而左右两岸大量滑塌物源堆积于此，造成二次堵沟。

（3）梅龙村滑坡堵沟分析

梅龙村滑坡位于梅龙沟主沟右岸斜坡地带，距离沟口1.65 km 处。滑坡平面形态呈圈椅状，体积约4.4×105m3。泥石流冲刷及降雨的作用造成梅龙村老滑坡局部复活，滑坡中部、后缘出现大量变形裂缝、错坎（图11a），滑体中部上的房屋也出现剪切裂缝（图11b），前缘已经发生滑塌变形（图11c）。

图11 梅龙村滑坡堵溃点全貌图Fig.11 A full view of the Meilong village blocking and brust site

梅龙沟滑坡坡脚处沟道较为曲折（图11d、图11e），该段沟道长160 m，沟宽6～10 m，沟内巨石林立，巨石粒径10～14 m。而梅龙沟滑坡上游段（村都沟沟口至梅龙沟滑坡段）沟道略宽，沟宽15～20 m。当上游的泥石流运动到梅龙沟滑坡坡脚处，沟道变窄导致过流断面减小，流速增加，侵蚀作用增强。同时泥石流刚经历大邑村的二次堵溃，其流量、流速被数倍放大，因而泥石流在此处的冲刷侧蚀和刨底掏蚀作用也更为强烈，致使梅龙村滑坡前缘出现大面积滑塌，大量滑塌物源和巨石侵占沟道，形成堵溃点。

“6·17”泥石流在东风棚子滑坡、大邑村滑坡、梅龙村滑坡处产生的大型级联堵溃显著增强了泥石流的能量，导致大量固体物质冲出沟口，引发后续的次生灾害链。

3.4 泥石流次生灾害链形成机理

梅龙沟沟口和小金川河道近似正交，且小金川河的泄洪能力小于“6·17”泥石流的输砂能力，因此泥石流裹挟的大量固体物质冲入并堵塞小金川河，形成堰塞湖，堰塞湖不断回水造成上游大量房屋被淹。

随着堰塞湖水位逐渐升高，堰塞湖出现漫顶溢流，在阿娘寨滑坡脚下形成新的河道。由于溢流口不断被冲刷、下切，继而引发堰塞坝整体溃决，溃决洪水冲刷阿娘寨滑坡坡脚，引发前缘烂水湾区域出现大面积滑坡，大量滑体随着溃决洪水一起冲向下游，淹没了下游阿娘寨一村房屋。同时烂水湾区域的大量垮塌，导致阿娘寨古滑坡前缘卸荷，进而引发阿娘寨滑坡复活，滑体后缘明显错动，滑体内形成的大量拉裂缝也致使多处公路被错断，形成阿娘寨滑坡灾害隐患（图12）。

图12 梅龙沟泥石流生灾害链机理图Fig.12 Mechanisms of the Meilonggou debris flow disaster chain

4 发展趋势及防治建议

由于地形条件在一定时间内处于稳定状态，因此降雨和物源成为泥石流起动的主控因素[17]。梅龙沟属青藏高原型季风气候区，降雨多集中在夏季，尤其是汛期，极端性天气足以为梅龙沟泥石流的再次暴发提供充分的水源条件。相比2020年6月17日之前，区内松散物源的稳定性进一步降低，泥石流起动的临界降雨阈值更低[18]。同时自“6·17”泥石流发生后，区内不良地质现象激增，现存泥石流固体物源量丰富，梅龙村、大邑村、东风棚子等3 处大型滑坡出现蠕滑变形迹象，前缘垮塌迹象明显，一旦失稳不但为泥石流的暴发提供充足的物源，而且极易堵塞沟道，形成堰塞湖，进一步扩大泥石流的致灾能力。综上所述，梅龙沟泥石流在自身沟道环境和降雨地震等诱发因素的相互耦合之下，泥石流再次暴发可能性仍然较大，且致灾能力不断增强。

考虑到梅龙沟现阶段物源丰富、纵沟比降大、沟谷深切狭窄以及潜在堵溃点较多等特征，结合“6·17”泥石流成灾机理，建议梅龙沟泥石流可采取“固源+拦挡+排导”的综合防治措施：对沟内东风棚子、梅龙村、大邑村3 处大型滑坡采取固源处理；同时在下游地形开阔处修建一座拦砂坝，将主要固体物质拦截在沟道内，达到消峰减流的目的；此外下游应修建排导槽，将拦砂坝排出的细颗粒物质和水流进行归流排导，保护沟口关洲村居民的生命财产安全和国道G350。

5 结论

（1）地震后新增的大量松散物源和持续降雨作用以及短时强降雨激发之间的耦合作用是促使“6·17”泥石流形成的主要原因。

（2）“6·17”泥石流起动位置在大石堡沟内，起动类型为“沟岸滑塌-泥石流”型。梅龙沟主沟两侧物源的持续补给和东风棚子、梅龙村、大邑村3 处大型滑坡处产生的级联堵溃效应致使大量固体物质冲出沟口。

（3）沟口特殊的地质环境衍生的“泥石流-堰塞湖-溃决洪水-阿娘寨滑坡复活”次生灾害链进一步增强了泥石流的致灾能力，并形成阿娘寨滑坡灾害隐患。

（4）梅龙沟现存松散物源丰富且稳定性显著降低，极易在雨季再次暴发泥石流，建议尽快对其采取“以固源为主，拦挡和排导为辅”的综合治理措施。