王仁超1,2，孔紀名1 ，崔云1

1．中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室/中國科學院 水利部成都山地災害與環境研究所；2．中國科學院大學

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

關鍵詞：坡面泥石流；成災特征；油氣管道；防治對策

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

圖1 西南山區管道沿線坡面泥石流災害

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

根據泥石流發育地點的不同，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環境造成威脅。坡面泥石流作為西南山區管道沿線最常見的一種災害類型，目前尚未引起管道運營管理部門的足夠重視，經常在概念上與水毀、洪水等水文災害混為一談，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、分布規律以及成災方式進行分析，并對坡面泥石流災害防治進行初步探討，以期為坡面泥石流災害發育的山區管道保護提供科學依據。

1 管道坡面泥石流災害類型與成災方式

1.1 坡面泥石流類型

山區管道沿線坡面泥石流屬于典型的斜坡地質災害，多發育于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，其形態多呈條狀，流域面積小，無明顯溝槽，管道順坡溝槽發育不完善，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總體積不超過10000 m3。坡面泥石流在發育過程中，往往具有同其他斜坡災害（崩塌、滑坡）互相促進、加速擴充的協同特點。

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：在連續降雨作用下，坡面溝谷發育不完善，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方式

侵蝕型坡面泥石流發生在山坡坡面分布有較厚的土層和破碎風化巖體的地區，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]。泥石流發生斜坡溝谷不發育，往往是新生溝谷。發生時間上跟降雨過程密切相關，其出現的地區與暴雨中心在山區出現的位置基本一致。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，坡面泥石流的發生往往伴生著淺層滑坡的發育，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于區域性斷裂破碎帶以及巖性松軟破碎的地段，發育有明顯的泥石流流通溝道，堆積物中常含有原狀結構土體和植物殘體。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。泥石流致損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 管道坡面泥石流災害防治思路與對策

2.1 斷鏈

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

（1）調控水源

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模。采取支擋和排導工程等措施對分布于溝道沿線、源頭及兩側的坍滑體進行治理，避免其轉化為泥石流物源。

（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已經成熟，適用于流域寬度小于30 m的中小型泥石流溝治理（圖7～9）。

圖7  柔性網攔擋泥石流脫水過程

圖8柔性網攔擋泥石流沖擊的數值模擬

圖9泥石流柔性防護系統結構示意

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”基礎上，還應兼顧減小坡降，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，改善生態環境，使泥石流形成條件日趨退化，應結合流域實際，分析氣候和地勢條件，利用護坡、植被綜合治理（圖11）。

圖11 格構護坡和植被復綠綜合治理

3 結論

（1）我國西南山區管道沿線具備坡面災害發生的基本條件，在管道建設期后的10年內，坡面泥石流處于較為易發時期，只要出現降雨、潰決等強誘發因素，就會出現不同規模的坡面泥石流災害。

（2）西南山區管道沿線坡面泥石流災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，是主要致災方式。

（3）綜合考慮泥石流災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）山區油氣管道坡面泥石流災害防治是項長期的工作，應該給予足夠的重視。隨著防治措施的完善，災害發生的概率將會降低。

參考文獻

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基金項目：中國石化華南管網潛在地質災害判識與風險評價示范研究。

作者簡介：王仁超，男，1989生，中國科學院大學巖土工程專業博士研究生，中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室研究助理，主要從事山區油氣管道地質災害判識與致災機理研究。

《管道保護》2018年第4期（總第41期）