九寨沟杨家湾矿山泥石流发育特征及启动机制研究

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近年来由于采矿、选矿活动的频繁,导致矿山泥石流发生频率及危害性逐年增大。论文以四川省九寨沟杨家湾矿山泥石流为研究对象,通过大量的现场地质调查、勘探试验工作,对九寨沟杨家湾矿山泥石流的发育条件、基本特征、动力学特征及启动机制进行了较系统地研究,并对该矿山泥石流的危险性进行了评价,在此基础上,提出了针对性的泥石流治理措施。通过研究,得出以下结论。  (1)研究区位于四川省九寨沟县草地乡,属于暴雨类沟谷型矿山泥石流,在开采金矿前从未爆发过泥石流,自2003年开始露天开采金矿后,每年均有泥石流发生,威胁沟口的交通,并可能以堵沟—形成堰塞湖—溃决等方式间接危害下游村寨。  (2)研究区以构造侵蚀高中山地貌为主,流域面积7.1km2,主沟全长3.0km,高差达1074m,平均坡降约356.8‰,沟域内共分布9条一级支沟,水系呈树枝状发育。研究区陡峭的岸坡,较大的沟谷纵坡,降雨能快速汇集,产流作用强,主沟、支沟地表径流量大,为矿山泥石流水源汇流集中提供了十分有利的条件。  (3)杨家湾矿山泥石流的物源主要为矿渣、崩滑体、沟床堆积物及水土流失等四种类型,静储量达到1322.4×104m3,其中以矿渣为主,约占物源总量的98%。根据各类型物源的物质组成、结构特征、稳定性及泥石流启动模式(沟岸崩滑、沟床揭底冲刷等),统计出动储量为453.9×104m3。受矿区地层岩性、开采及排放方式影响,矿渣以碎块石为主,该类物源具有分布集中、类型单一、孔隙度大、结构松散、粘粒含量少、透水性强、稳定性弱的特点。  (4)杨家湾矿山泥石流的水源主要来源于大气降水。沟口年降雨量为552.3mm,沟域上游降雨量大于沟口,且集中在7~9月,最大日降雨量达51.3mm,其雨强完全可以满足激发矿山泥石流的条件。由于持续的采矿、弃渣等活动,导致研究区沟域内松散物源量大增,堵塞系数加大,在采矿爆破、矿震、地震等因素影响下,激发泥石流的降雨量阀值还可能进一步降低。  (5)通过雨洪法结合形态调查法分析揭示,杨家湾沟沟口20年一遇的洪水峰值流量为29.98m3/s,泥石流峰值流量为98.75m3/s;50年一遇的洪水峰值流量为37.61m3/s,泥石流峰值流量为123.89m3/s。  (6)经过研究,杨家湾矿山泥石流的形成机制主要如下:在前期降雨饱和条件下,强降雨导致的动水压力、地表径流力、静水压力等增加,松散矿渣的基质吸力、抗剪强度下降,加之地形条件、水源条件、地震等因素的影响,矿渣堆积体逐步失稳,在初始小型泥石流的携裹下诱发大规模的泥石流,为采矿活动诱发暴雨沟谷性粘性高频泥石流。分析结果与矿区后期调查情况较吻合,对于九寨沟杨家湾矿山泥石流预报预警、防灾减灾具有重要的现实意义。  (7)针对杨家湾矿山泥石流发育特点、威胁对象,论文建议在上游主要物源分布位置设置护脚墙、控流坝+中下游拦挡坝、谷坊坝+排导槽等工程治理措施,起到固渣护坡、控流、固床稳坡、防止沟道下切等作用。  目前该防治工程已经建成,不仅增加了耕地,而且泥石流爆发频率、规模明显减小,有效保护了矿山泥石流影响区范围内居民的生命财产、公共设施的安全,对于少数民族地区社会的安定团结起到了积极的意义;此外沟域水土流失明显减少,沟域生态环境得到了改善,起到了良好的治理效果,得到业主的好评,社会效益和环保效益显著。
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