王仁超1,2，孔紀(jì)名1 ，崔云1

1．中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點實驗室/中國科學(xué)院 水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所；2．中國科學(xué)院大學(xué)

摘要：坡面泥石流是山區(qū)油氣管道面臨的主要斜坡地質(zhì)災(zāi)害之一，分析了我國西南山區(qū)管道沿線坡面泥石流形成條件與基本特征，其兩種成災(zāi)模式分別為“侵蝕型” 和“坍滑型”。討論了坡面泥石流對油氣管道的致災(zāi)機理，提出了相應(yīng)的防治對策，對指導(dǎo)山區(qū)油氣管道地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。

關(guān)鍵詞：坡面泥石流；成災(zāi)特征；油氣管道；防治對策

我國西南地區(qū)山地集中、地形復(fù)雜，斜坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、多發(fā)。同時，西南山區(qū)又是我國油氣管道分布較多的區(qū)域，管道沿途穿越不同的地貌單元，面臨著不同地質(zhì)災(zāi)害類型的挑戰(zhàn)[1~7]。近年來多條管道受到大面積坡面泥石流災(zāi)害的影響（圖1）。

圖1 西南山區(qū)管道沿線坡面泥石流災(zāi)害

（a.蒙自馬街坡面泥石流;b.都勻昌明坡面泥石流；c.昆明水節(jié)箐坡面泥石流;d.建水龍排沖坡面泥石流）

根據(jù)泥石流發(fā)育地點的不同，分為坡面泥石流和溝道泥石流。坡面泥石流強大的沖刷、刮鏟和撞擊能力，造成管道埋深變薄、外露、防腐層剝離甚至失效泄漏，對管道的安全運行及生態(tài)環(huán)境造成威脅。坡面泥石流作為西南山區(qū)管道沿線最常見的一種災(zāi)害類型，目前尚未引起管道運營管理部門的足夠重視，經(jīng)常在概念上與水毀、洪水等水文災(zāi)害混為一談，在治理對策上歸入水工保護因而缺少針對性防護措施。為此，筆者就坡面泥石流的類型、分布規(guī)律以及成災(zāi)方式進行分析，并對坡面泥石流災(zāi)害防治進行初步探討，以期為坡面泥石流災(zāi)害發(fā)育的山區(qū)管道保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 管道坡面泥石流災(zāi)害類型與成災(zāi)方式

1.1 坡面泥石流類型

山區(qū)管道沿線坡面泥石流屬于典型的斜坡地質(zhì)災(zāi)害，多發(fā)育于30°以上的自然山坡或塹坡上，山坡覆蓋層厚度一般為0.5～4 m，其形態(tài)多呈條狀，流域面積小，無明顯溝槽，管道順坡溝槽發(fā)育不完善，是初期的新生溝谷，縱坡與坡面基本一致，無明顯的流通段。參與泥石流活動的固體物質(zhì)總體積不超過10000 m3。坡面泥石流在發(fā)育過程中，往往具有同其他斜坡災(zāi)害（崩塌、滑坡）互相促進、加速擴充的協(xié)同特點。

坡面泥石流按固體物源補給方式劃分為以下兩類。

（1）侵蝕型：在連續(xù)降雨作用下，坡面溝谷發(fā)育不完善，斜坡強地表漫流，沖刷坡面松散土體而形成的泥石流現(xiàn)象（圖2）。

圖2 侵蝕型坡面泥石流物源補給演化模式

（2）坍滑型：在突發(fā)性水動力條件下（包括但不僅限于強降雨），自然山坡溜坍和淺層滑坡后大量巖土體順坡傾入已有斜坡槽形淺溝，與水流混合形成的泥石流現(xiàn)象（圖3）。

圖3 坍滑型坡面泥石流物源補給演化模式

1.2 坡面泥石流分布與成災(zāi)方式

侵蝕型坡面泥石流發(fā)生在山坡坡面分布有較厚的土層和破碎風(fēng)化巖體的地區(qū)，其中施工期管溝回填覆土、棄土及管道施工擾動松散土體是主要物源[8,9]。泥石流發(fā)生斜坡溝谷不發(fā)育，往往是新生溝谷。發(fā)生時間上跟降雨過程密切相關(guān)，其出現(xiàn)的地區(qū)與暴雨中心在山區(qū)出現(xiàn)的位置基本一致。大暴雨時強地表漫流沖刷陡坡松散土體形成侵蝕型坡面泥石流。云南蒙自馬街坡面泥石流（圖1 a）和貴州都勻昌明坡面泥石流（圖1 b）即屬此種類型。由于侵蝕型坡面泥石流多為槽形淺溝，一般情況下造成管道露管，排查時容易被誤認為坡面水土流失而忽視。其實不然，坡面泥石流的發(fā)生往往伴生著淺層滑坡的發(fā)育，滑坡推力對管道安全造成威脅（圖4）。

圖4  侵蝕型坡面泥石流演化為滑坡案例

（a.重慶綦江坡面泥石流;b.廣西田陽坡面泥石流）

坍滑型坡面泥石流集中出現(xiàn)于區(qū)域性斷裂破碎帶以及巖性松軟破碎的地段，發(fā)育有明顯的泥石流流通溝道，堆積物中常含有原狀結(jié)構(gòu)土體和植物殘體。分布地域上與易滑、易流的軟弱巖土層分布相一致，并且具有高位泥石流特征[10,11]。暴雨期間，溝道兩側(cè)崩塌、滑坡體為泥石流提供物源，順槽形淺溝下瀉，對坡面或坡腳管道形成撞擊。昆明水節(jié)箐坡面泥石流（圖1 c）和建水龍排沖坡面泥石流（圖1 d）即屬此種類型。坍滑型坡面泥石流發(fā)生時，泥石流漿以跳躍、沖撞、滾動或滑動等運動方式中的一種或幾種的組合快速向下運動。泥石流漂石對管道具有極大的破壞性，可以沖刷覆蓋層從而使管道暴露，漂石作用于管道的沖擊力造成管道變形破損。泥石流致?lián)p管道主要方式為間接撞擊和直接撞擊（圖5、6）。

圖5 漂礫―覆土―管道間接模式

（a.現(xiàn)場照片; b.漂礫撞擊覆土示意圖）

圖6 漂礫―管道直接作用模式

（a.撞擊照片;b.漂礫撞擊管道變形平面投影示意圖）

2 管道坡面泥石流災(zāi)害防治思路與對策

2.1 斷鏈

針對坡面泥石流呈現(xiàn)侵蝕―坍滑―泥石流的災(zāi)害鏈生特點，治理時優(yōu)先考慮將災(zāi)害鏈斷開，即將坡面泥石流治理的重點應(yīng)放在如何有效地控制泥石流的“物源”或“水源”上。

（1）調(diào)控水源

一是溝谷源頭或坡面中上段匯水地形條件的改善，若是“盆狀”地形則采取回填或者硬化，避免集中匯水；二是匯水的處理，可通過截排水措施（排水隧洞、管道以及排水明渠等地表截排水工程等），從源頭上攔截和排除地表水流，盡量減少地表水的入溝量，弱化甚至消除泥石流的啟動條件。

（2）減少物源

坡面侵蝕和沿程坍滑體是泥石流的主要物源。控制好 “物源”可以降低泥石流的規(guī)模。采取支擋和排導(dǎo)工程等措施對分布于溝道沿線、源頭及兩側(cè)的坍滑體進行治理，避免其轉(zhuǎn)化為泥石流物源。

（3）水石分離

由于坡面泥石流具有先洪水后泥石流的特點，一味地攔擋反而會抬升壩前靜水壓力。此時宜采取水石分離，暫時放先頭來水通過，柔性網(wǎng)在受沖擊過程中吸收漂礫的絕大部分能量，達到消能、阻止或減緩泥石流啟動的目的[12]。目前泥石流柔性防護系統(tǒng)已經(jīng)成熟，適用于流域?qū)挾刃∮?0 m的中小型泥石流溝治理（圖7～9）。

圖7  柔性網(wǎng)攔擋泥石流脫水過程

圖8柔性網(wǎng)攔擋泥石流沖擊的數(shù)值模擬

圖9泥石流柔性防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.2 降坡

坡面泥石流具有高勢能的特點，在有效地控制 “物源”或“水源”基礎(chǔ)上，還應(yīng)兼顧減小坡降，分級攔擋分級降坡（圖10）。

圖10 擋土墻分級攔擋降坡

2.3 綜合防治

生物防治較工程防治費用小、效益高，能從根本上減輕水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，使泥石流形成條件日趨退化，應(yīng)結(jié)合流域?qū)嶋H，分析氣候和地勢條件，利用護坡、植被綜合治理（圖11）。

圖11 格構(gòu)護坡和植被復(fù)綠綜合治理

3 結(jié)論

（1）我國西南山區(qū)管道沿線具備坡面災(zāi)害發(fā)生的基本條件，在管道建設(shè)期后的10年內(nèi)，坡面泥石流處于較為易發(fā)時期，只要出現(xiàn)降雨、潰決等強誘發(fā)因素，就會出現(xiàn)不同規(guī)模的坡面泥石流災(zāi)害。

（2）西南山區(qū)管道沿線坡面泥石流災(zāi)害分為侵蝕型和坍滑型兩種，其主要危害方式為沖刷露管、淘蝕下切和漂礫撞擊，其中漂礫撞擊具有速度快、破壞力強等特點，是主要致災(zāi)方式。

（3）綜合考慮泥石流災(zāi)害特點和管道防護需求，提出斷鏈、降坡和綜合防治治理方式。

（4）山區(qū)油氣管道坡面泥石流災(zāi)害防治是項長期的工作，應(yīng)該給予足夠的重視。隨著防治措施的完善，災(zāi)害發(fā)生的概率將會降低。

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基金項目：中國石化華南管網(wǎng)潛在地質(zhì)災(zāi)害判識與風(fēng)險評價示范研究。

作者簡介：王仁超，男，1989生，中國科學(xué)院大學(xué)巖土工程專業(yè)博士研究生，中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點實驗室研究助理，主要從事山區(qū)油氣管道地質(zhì)災(zāi)害判識與致災(zāi)機理研究。

《管道保護》2018年第4期（總第41期）