略陽縣泥石流災害風險評估

劉樹林,王建智,朱有祿,李 萍,強 菲

(1.中國有色金屬工業(yè)西安勘察設計研究院,陜西 西安 710054;2.長安大學地質工程系,陜西 西安 710054;3.陜西地質工程總公司,陜西 西安 710000)

0 引 言

受2008年5月12日汶川地震的影響,陜西省略陽縣由此引發(fā)的次生地質災害較為嚴重,加之該縣地形地貌、氣象水文、地質構造、地層巖性及人類活動等因素,誘發(fā)較多的泥石流災害。經2010年10月風險詳查,該縣共有12處泥石流災害隱患點,對當地人民群眾的生命和財產安全構成了嚴重威脅。對該縣泥石流風險進行評估是當前工作的重中之重。

國內有關泥石流風險評估的探討較多,如運用地理信息系統(tǒng)[1]、模糊數學法[2]、圖形疊加分析法[3]、神經網絡法[4]、數量化評分法與逐步回歸綜合法[5]、GIS和神經網絡方法[6]及單溝泥石流綜合評價方法[7]等。劉希林[8-12]提出并應用單溝泥石流風險度評價模型,對云南東川因民礦區(qū)黑山溝泥石流進行了分析討論,驗證了這一方法對溝谷泥石流風險評價的可行性。國外奧地利、瑞士等歐洲國家對泥石流災害危險性評價提出采用類似于交通信號的方式劃分泥石流危險區(qū)、潛在危險區(qū)和無危險區(qū)[13]。加拿大O.Hungr等認為泥石流危險方位的確定應以理論作基礎[14]。雖然略陽縣曾經做過地震災后詳查及汛期排查,但均未對泥石流單獨分析研究其風險性、易損性。

本文采用單溝泥石流危險度的評價方法,應用該縣泥石流影響區(qū)域的詳細調查數據,對12處泥石流隱患點進行了風險評估,希望評價結果能對泥石流的防治提供一定的參考。借助略陽縣地質災害專業(yè)監(jiān)測點建設為該縣汛期預警工作提供可靠的依據。

1 略陽泥石流發(fā)育條件

1.1 地理位置及氣象水文

略陽縣位于陜西省漢中市西北部,地理位置在東經 105°42′～ 106°31′,北緯 33°07′～33°38′之間 ,轄區(qū)面積2834 km2,轄21個鄉(xiāng)鎮(zhèn),人口20余萬,縣內礦產資源、生物資源、水力資源十分豐富。

略陽縣地處內陸腹地,受大陸性氣候和海洋性氣候影響,縣城北部為南暖溫帶氣候,南部為北亞熱帶氣候。據縣氣象站多年觀測資料,年平均氣溫13.2℃,極端最高氣溫 37.7℃,極端最低氣溫-11.2℃,年均降水量826.2mm。全年降水量分配不均勻,春冬兩季較少,夏秋兩季較多,7月～9月降水約占全年降水量的50%以上;月降水量7月達最大值187.3mm,其次為8月 162.7mm;最長連續(xù)降水日數達16 d。

1.2 地質構造及地層巖性

調查區(qū)大地構造位置跨一級構造單元昆侖秦嶺褶皺系,構造極為復雜,以東西向線狀褶皺為主。斷裂構造也很復雜,正逆斷層發(fā)育,部分有長期復活的征兆,一般斷層線隨大單元構造線的變化而轉移,但各主要斷裂也常構成不同構造單元的分界線。主要斷裂有北東東、北西西、近南北及北西、北東向等幾種類型。

調查區(qū)出露的地層主要有元古界碧口群、震旦系、古生界志留系、泥盆系、石炭系及各期火成巖與新生界第四系。出露巖性為凝灰?guī)r、安山巖、砂巖、砂礫巖、千枚巖、頁巖、灰?guī)r、風坡積黃土及粉質粘土。

1.3 地質災害發(fā)育規(guī)律

由于略陽縣的地理位置、氣象水文、地質構造、地層巖性以及人類工程活動等諸多因素,導致該縣地質災害具有以下幾種特征:

(1)多樣性。地質災害類型有滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等;

(2)鏈生性。主要體現在同一地質災害可以誘發(fā)或伴生其它地質災害,例如滑坡、崩塌為泥石流提供了充足的物源;

(3)周期性。體現在不同年份或同一年不同月份,地質災害發(fā)生的頻數明顯增多;

(4)集中性。該縣12處泥石流隱患點主要分布在城關鎮(zhèn)、橫現河鎮(zhèn)、馬蹄灣鄉(xiāng)、白水江鎮(zhèn)、白雀寺鄉(xiāng)、郭鎮(zhèn)和觀音寺鄉(xiāng)7個鄉(xiāng)鎮(zhèn),分別為城關鎮(zhèn)枝草溝泥石流、城關鎮(zhèn)后溝泥石流、馬蹄灣溝泥石流、白陽溝泥石流、龍王廟泥石流、賢草溝山坪上泥石流、紀家溝泥石流、木瓜溝泥石流、陳家山泥石流、米尖溝泥石流、碾子灣溝泥石流、喬溝泥石流。

2 泥石流危險度、易損度和風險度的原理

2.1 單溝泥石流風險評價方法

風險是在一定區(qū)域和給定時段內,由于某一自然災害而引起的人們生命財產和經濟活動的期望損失值。單溝泥石流風險度指標法由危險度和易損度綜合確定。

2.2 危險度計算方法

劉希林提出的單溝泥石流風險評價模型采用7個評價因子,包括主要內在因子泥石流規(guī)模 M、發(fā)生頻率P,及次要環(huán)境因子流域面積S1、主溝長度S2、流域相對高差 S3、流域切割密度 S6、不穩(wěn)定溝床比例S9。通過對七個因子轉換并考慮每個因子的權值,得到單溝泥石流危險度,計算公式如下:

式中:M 、F 、S1、S2、S3、S6、S9分別為 m,f,s1,s2,s3,s6,s9的轉換值見表1。

2.3 易損度的計算方法

2.3.1 易損度(V)

式中:V為易損度(0～1或0%～100%);FV1為財產指標。V1為財產指標(萬元);V1的轉換函數賦值(0～1),表達式為:

FV2為人口指標。V2為人口指標(人 /km2)。V2的轉換函數賦值(0～1),表達式為:

表1 單溝泥石流危險度評價因子的轉換函數

2.3.2 財產指標(V1)

單溝泥石流易損度評價中的財產指標:

式中:I為物質易損度指標(萬元);E為經濟易損度指標(萬元);L為土地資源易損度指標(萬元)。

其中物質易損度指標

式中:I1為建筑資產(萬元);I2為交通設施資產(萬元);I3生命線工程財產(萬元)

經濟易損度指標E=(E1+E2+E3)×N,E1為人均年收入(萬元/年);E2為人均儲蓄存款余額(萬元/人);E3為人均擁有的固定資產年收入(萬元/人);N為人口數。

2.3.3 人口指標(V2)

單溝泥石流易損度評價中的人口指標:

式中:a為65歲(含)以上老人和15歲以下少年兒童的比例;b為只接受過初等教育(小學)及以下人口的比例;r為人口自然增長率(%);D為人口密度(人/km2)。

2.4 風險度計算方法

泥石流風險度的數學計算公式為:

式中:R為泥石流風險度(0～1或0%～100%);H為泥石流危險度(0～1或0%～100%);V為泥石流易損度(0～1或0%～100%)。

3 風險評價指標的確定以及危險度、易損度的計算

3.1 危險度參數確定及危險計算

通過轉換函數得到略陽縣12處單體泥石流的相關參數,并計算其危險度,見表2。

3.2 泥石流易損度計算

通過野外調查、實地走訪及地質條件分析,利用2.1節(jié)的計算方法得出每個隱患點的易損性指標。

3.2.1 財產指標

據實地調查,磚混結構房屋平均造價為650元/m2,土木結構房屋平均造價為400元/m2,公路2萬元/km,鐵路 3萬元/km,村村通水泥路4000元/km,人均年收入取0.25萬元/年,人均儲蓄存款取0.35萬元/人,人均擁有的固定資產按陜西省農村地區(qū)平均水平取 0.8萬元/人,土地基價取 90元/m2,森林基價取35元/m2。計算方法求出12處泥石流的財產易損度指標,見表2。

3.2.2 人口指標

通過實際調查,確定每一隱患點威脅的總人數、每個年齡段的人口數、接受初等教育的比例,進而求得人口密度D,其中r依地方計生部門計劃取4%。

據2.3節(jié)計算方法求得12處泥石流的人口易損度指標,見表2。

3.2.3 易損度指標

據2.3節(jié)計算方法求得12處泥石流的易損度指標,見表2。

3.3 該區(qū)泥石流風險計算

據2.2危險度及易損度計算結果,進而求得風險指標,計算結果見表2。

4 略陽縣泥石流風險分級

由R=H×V,風險度R為變量危險度H和變量易損度V的函數,風險度數值、風險度分級分別由危險度和易損度的數值及分級確定。危險度和易損度均按布拉德福定律中的區(qū)域分析方法,將0～1等分為5個數值區(qū)域,即5個風險度等級,見表3,0.00～0.04為極低風險,0.04～0.16為低風險,0.16～0.36為中等風險,0.36～0.64為高風險,0.64～1.00為極高風險。由風險等級的函數確定每一風險等級出現的概率,極低風險、低風險、中風險、高風險、極高風險出現的概率分別為 16.88%、28.44%、27.64%、19.78%、7.44%。

表2 略陽縣12處泥石流易損度、危險度、風險度及風險等級結果

表3 單溝泥石流風險度的分級標準

5 結 論

通過對略陽縣12處泥石流的調查和分析,利用單溝泥石流風險評價方法的危害度計算模型計算,對該縣12處泥石流逐一進行了危險性、易損性、風險性評價,其中中極低風險、低風險、中風險、高風險、極高風險出現的概率分別為16.88%、28.44%、27.64%、19.78%、7.44%,并定量得出該縣 12處小流域在100 a尺度內發(fā)生泥石流的概率、潛在的經濟(直接的和間接的)損失以及風險評價結果。結果表明在該小流域發(fā)生泥石流的可能性較大,要求做好泥石流防范工作和應急措施,該風險性評價結果為該縣汛期地質災害預警預報及今后治理次序提供參考依據,并為該縣預警體系建設提供良好的建議指標。

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