四川省石棉縣安順場飛水巖溝泥石流綜合評判及風險性分析*

王春山，巴仁基，劉宇杰，鄧國仕

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川成都610081)

安順場位于四川省西南部的大渡河中游南岸，距石棉縣城11 km，是太平天國著名的軍事將領(lǐng)石達開全軍覆滅的地方，也是中國工農(nóng)紅軍強渡大渡河革命紀念地。由于紅色教育基地的建立以及當?shù)卣畬β糜问聵I(yè)的大力扶持，安順場成為中外友人旅游之地和青少年愛國主義教育的重要場所。飛水巖泥石流溝位于安順場鄉(xiāng)政府東南方向1Km左右，地理位置:29°15'47.69″N、102°17'10.41″E。該溝在1976年和2003年發(fā)生大規(guī)模的泥石流，造成了嚴重的生命及財產(chǎn)損失，近些年來每年發(fā)生小規(guī)模的泥石流，嚴重地威脅了當?shù)厝罕娂巴鶃硇腥说纳敭a(chǎn)，因此有必要對其進行綜合評價及風險性分析。

1 泥石流形成的環(huán)境背景條件

1.1 地形地貌

飛水巖泥石流溝位于石棉縣下側(cè)，屬中山地區(qū)。在大地構(gòu)造單元上位于揚子陸塊康顛斷層帶的北部。飛水巖溝海拔分布范圍為960～2 140 m，流域面積為4.62 km2，但溝口到源頭海拔高差達到1 180 m，主溝縱坡比降達236‰。流域源頭地形陡峻，坡降大，岸坡坡度30°～40°。流域內(nèi)地貌格局受受構(gòu)造和巖性的制約，地殼的強烈上升形成了深切的溝道，呈“V”字型。河谷中發(fā)育有滑坡、崩塌地貌。

1.2 水文、氣象

飛水巖所屬區(qū)域為亞熱帶季風氣候，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫10.7℃～18.0℃，最高溫度40.3℃，最低溫度零下15.0℃。多年平均年降水量為1 200.9 mm，但分布不均，主要集中于5～9月，占全年降水量的86.4%。同時，山地降雨多于河谷地帶，且多以暴雨或陣雨出現(xiàn)。年蒸發(fā)量達1 573.9 mm，為降雨量的1.31倍。相對濕度為69%，變化規(guī)律與降水一致。全年日照豐富，無霜期長，平均日照數(shù)1 237 h，夏季較多、冬季較少，平均無霜期為236 d。

1.3 地層巖性

根據(jù)區(qū)域資料和工程地質(zhì)測繪，飛水巖流域的地層較為簡單，主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積物四系沖洪與泥石流堆積四系冰水堆積四系崩坡第三系沖洪積水巖組(D2b)(圖1)。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

飛水巖泥石流溝位于磨西斷裂帶的南端，受構(gòu)造作用有麂子坪—大橋斷層和安順場—公益海斷層發(fā)育在流域周圍。其中麂子坪—大橋斷層距上游分水嶺邊界約1.0 km，安順場—公益海斷層距飛水巖分水嶺下游邊界約1.5 km。在磨西構(gòu)造帶的影響下，流域內(nèi)的巖體節(jié)理發(fā)育，崩塌現(xiàn)象普遍。

1.5 土壤及植被

流域內(nèi)以白云質(zhì)大理巖強風化形成的紅褐色壤土為主，保水能較好，土中含有5%左右的角礫和碎石，土質(zhì)較薄，含水量很少。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，地下水以弱裂隙含水層為主，地下水位普遍埋深較大，泉水出露點少見。

圖1 飛水巖溝工程地質(zhì)圖

飛水巖溝流域內(nèi)森林植被保護極好，植被覆蓋率達80%以上。植被類型有:針葉林、灌木林、草地。從流域內(nèi)整體土地利用上看，森林占40%、灌叢占50%、草地占5%，植被覆蓋率達95%。在橋白路有緩坡耕地占5%，流域的其他耕地已經(jīng)退耕還林。

2 泥石流特征

2.1 泥石流溝谷特征

飛水巖溝主溝長5 km，流域總面積約4.62 km2，海拔范圍900～2 100 m，高差1 180 m，流域邊界周長4.64 km，主溝縱比降為236‰。主溝以“V”型谷為主，各支流與主溝呈銳角交匯，根據(jù)其地貌及泥石流物源補給特征，將飛水巖溝劃分為清水區(qū)、物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)四個區(qū)，各區(qū)的特征見表1。

表1 飛水巖溝泥石流分區(qū)特征

2.2 泥石流分區(qū)特征

(1)清水區(qū)

飛水巖溝清水區(qū)面積約3.67 km2，溝道高程范圍為1 360～2 100 m，該區(qū)植被覆蓋良好，未見基巖出露。清水區(qū)溝道總長約3 282 m，溝道比降為225‰，以“V”型谷為主，溝床平均寬度約5 m。該區(qū)域植被覆蓋良好，清水匯集方式主要為山坡型。雖然坡面殘積物分布較廣，但基本被植被根系所固定，所以匯流區(qū)地表松散物質(zhì)對飛水巖溝泥石流的貢獻不大。

(2)物源區(qū)

飛水巖溝形成區(qū)主要分布在主溝的中上游段，區(qū)域面積約0.96 km2，高程范圍為1 000～1 360 m，物源區(qū)溝道長為1 125 m，溝道比降為320‰。物源區(qū)溝道以“V”型谷為主，部分溝道兩岸坡度陡，呈“U”型谷，溝床較寬，平均寬度約15m。物源區(qū)內(nèi)主要有滑坡、崩塌，其中以滑坡為主。物質(zhì)總儲量為295 007 m3，強活動物源(一次泥石流最大可能提供的物源量)儲量達177 000 m3。

(3)流通區(qū)

流通區(qū)位于飛水巖溝的下游段，溝道高程范圍940～1 000 m，全長僅262 m，面積約0.066 km2，溝道平均寬度3～5 m，溝道縱比降為299‰，兩岸皆有基巖出露，巖石為白云質(zhì)大理巖。溝谷呈典型的“V”字形，兩岸山坡陡峭，坡度在55°～80°，大部分由植被覆蓋。流通區(qū)溝谷內(nèi)的物質(zhì)儲量較少，多為山上的崩塌的塊石。在溝口處形成一個近百米的陡巖，有流水跌落，這就是飛水巖名字的由來。

(4)堆積區(qū)

堆積區(qū)主要分布在飛水巖溝下游基巖狹窄處與大渡河之間，地勢開闊，堆積體特征明顯。堆積區(qū)總長344 m，總面積約0.18 km2，高程分布范圍900～940 m，溝道縱比降為116‰，擴散角為90°，溝道平均寬度6 m，溝內(nèi)物質(zhì)以卵礫砂組成，含泥。其中最大粒徑1.5 m，30～50 cm粒徑占20%，10～30 cm粒徑占25%，1～10 cm粒徑占50%。堆積區(qū)分布大量建筑物與農(nóng)田，左側(cè)有安順場鄉(xiāng)醫(yī)院和華能國際公司辦公樓和3棟民居2層小樓，右側(cè)為11棟2層小樓，并有電線桿16根，高壓電塔一座。飛水巖堆積區(qū)沖溝有上游至下游分別修建了4個攔擋壩，受近年來泥石流的破壞作用，下游的3個攔擋壩已經(jīng)破壞失效，上游的5 m高攔擋壩已經(jīng)被物質(zhì)淤滿，失去了防護作用。

2.3 泥石流類型及運動力學特征

飛水巖溝有明顯的分區(qū)特征，屬于溝谷型泥石流，泥石流爆發(fā)誘因為暴雨，物質(zhì)來源較多，但主要以滑坡失穩(wěn)為主。飛水巖溝有記錄的大規(guī)模泥石流最早發(fā)生在1976年，在2003年又發(fā)生一次規(guī)模大的泥石流，最近幾年小規(guī)模泥石流爆發(fā)不斷，屬于中頻泥石流。

飛水巖泥石流的流速計算采用《規(guī)范》［1］中推薦的綜合西藏古鄉(xiāng)溝、東川蔣家溝、武都火燒溝的粘性泥石流通用公式:

其中，取Hc泥位為4.2 m，主溝坡度為13°，則Ic水力坡度為0.226，粘性泥石流的河床糙率取15.5。通過以上公式計算，飛水巖泥石流的平均流速為6.05 m/s。

飛水巖泥石流的流量采用了雨洪法和形態(tài)法進行計算。雨洪法假設(shè)泥石流與暴雨同頻率、且同步發(fā)生，先按水文方法計算出斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量Qp，然后選用堵塞系數(shù)和泥砂修正系數(shù)，按下式計算泥石流流量Qc:

式中:Φ為泥沙修正系數(shù);Qp為清水洪峰流量;Dc為堵塞系數(shù)。形態(tài)法在泥石流溝道中選擇測流斷面，計算出泥石流流速Vc，再與泥石流過流斷面面積Wc結(jié)合，按下式求泥石流斷面峰值流量:

相關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果見表2。通過對雨洪法計算出泥石流流量做比較，飛水巖溝泥石流形態(tài)調(diào)查法流量值與p=20%(50年一遇)基本吻合。

表2 流量計算結(jié)果

泥石流撞擊力是泥石流防治工程設(shè)計的重要參數(shù)，按照規(guī)范中的公式對飛水巖溝泥石流整體沖擊力和塊石沖擊力進行了計算，計算結(jié)果為整體沖壓力約為1.05×104Pa，石塊的沖擊力為1.17 KN。

3 泥石流綜合評判

3.1 泥石流數(shù)量化綜合評判

早在1986年譚炳炎將數(shù)量化綜合評判方法用在了泥石流的嚴重程度評價中，并取得了基本滿意的成果［2］。之后許多學者開展了泥石流的數(shù)量化綜合評判的研究。《規(guī)范》［1］中對泥石流的綜合評判是國內(nèi)諸多著名專家的經(jīng)驗和建議，選用泥砂沿程補給長度比、河溝縱坡、植被覆蓋率、區(qū)域構(gòu)造影響等15個因素，通過對每一項的評分最后取總分進行評價。按照規(guī)范中的標準對飛水巖溝泥石流進行各項評分(表3)，評分總結(jié)果為88分，嚴重等級為中等。表中數(shù)據(jù)顯示崩塌滑坡及水土流失、泥沙沿途補給長度比以及河溝縱坡度這三個因素較為活躍，對泥石流的發(fā)生起到主要的作用。

表3 飛水巖溝數(shù)量化綜合評判表

3.2 泥石流模糊數(shù)學綜合評判

控制和激發(fā)泥石流發(fā)生發(fā)展的各個因素數(shù)量多且變化復(fù)雜，數(shù)量化綜合評判雖然可以對泥石流進行定量化評價，但不能對泥石流這種變化特性進行表述，因此模糊數(shù)學綜合評判便被提出來。模糊數(shù)學是一種以模糊推理為主的定性與定量相結(jié)合、精確與非精確相統(tǒng)一的分析評判方法，它對受多種因素影響的現(xiàn)象或事物進行總的評價，很多學者在該方面進行了廣泛地研究和應(yīng)用［3－7］。模糊數(shù)學方法雖然在泥石流研究中地應(yīng)用已較為廣泛，但其影響因素的選取和權(quán)重的取值并未統(tǒng)一，因此本文將以《規(guī)范》中數(shù)值量化綜合評判中的因子為基礎(chǔ)進行模糊數(shù)學綜合評價，具體方法見相關(guān)文獻［8］。通過計算得到評判矩陣R，由于權(quán)重子集W=［0.16，0.12，0.11，0.09，0.07，0.07，0.06，0.05，0.05，0.05，0.04，0.04，0.04，0.03，0.03］，模糊數(shù)學綜合評判集為B=W·R，得到評判結(jié)果(表4)，由表4可以看出飛水巖溝泥石流更偏重于中等嚴重的泥石流。

表4 模糊數(shù)學綜合評價結(jié)果

4 泥石流風險性分析

泥石流風險度是指一定區(qū)域和時段內(nèi)，由于泥石流災(zāi)害而引起的生命財產(chǎn)和經(jīng)濟活動的期望損失值。泥石流災(zāi)害風險度除了與承災(zāi)體的社會、經(jīng)濟和環(huán)境屬性有關(guān)以外，還與災(zāi)害發(fā)生的頻率(概率)有關(guān)，同時也與災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模有關(guān)［9］。風險度包括危險度和易損度兩個方面。危險度表示了形成災(zāi)害的自然屬性，易損度表示了承災(zāi)體的社會特征，因此風險度是自然屬性和社會特征的有機結(jié)合。許多學者利用風險性分析方法對不同泥石流溝進行了研究［10－13］，主要采用的是劉希林教授提出的泥石流風險評價模型［14］，因此本文也將采用該方法對飛水巖溝進行評價。

4.1 泥石流危險度評價

飛水巖溝泥石流的危險度評價需要發(fā)生頻率、流域面積等10個因素，表5列出了這10個因素的實際值和轉(zhuǎn)換值，將轉(zhuǎn)換值代入泥石流危險度評價公式:

得出飛水巖溝危險度為0.52，根據(jù)單溝泥石流的危險度分級標準，飛水巖溝泥石流屬于中度危險泥石流。

表5 飛水巖溝泥石流危險度評價因子

4.2 泥石流易損度評價

泥石流的易損度評價涉及到物質(zhì)易損度、經(jīng)濟易損度、環(huán)境易損度和社會易損度，而這四個方面又包含若干子項目，由于篇幅所限，各子項的說明和公式將不再累述，僅給出飛水巖溝各子項的數(shù)值(表6)及易損度評價中的指標值(表7)，計算結(jié)果顯示飛水巖溝泥石流的易損度V單=0.59，屬于中度易損泥石流溝。

表6 易損度各子項數(shù)值列表

表7 飛水巖溝易損度評價指標及結(jié)果

4.3 泥石流風險度評價

根據(jù)單溝泥石流風險度計算公式，最終得到石棉縣安順場鄉(xiāng)飛水巖溝泥石流風險度為:

根據(jù)最新單溝泥石流的風險分級標準:極低風險0＜H單＜0.04，低度風險0.04＜H單＜0.16，中度風險0.16＜H單＜0.36，高度風險0.36＜H單＜0.64，極高風險0.64＜H單＜1?？芍w水巖溝泥石流屬于具有中度風險的泥石流溝。

5 結(jié)論及防治建議

(1)該溝分區(qū)明顯，具有典型溝谷泥石流的特征，固體物質(zhì)儲量較大且流速沖擊力大，對溝口的辦公樓、醫(yī)院、住房以及公路農(nóng)田和行人等造成嚴重威脅。

(2)數(shù)量化綜合評價和模糊數(shù)學綜合評判結(jié)果顯示，飛水巖溝泥石流屬于或者說更趨向于中等嚴重泥石流。泥石流風險性分析結(jié)果顯示，飛水巖泥石流具有中度危險特征，其承災(zāi)體具有中度易損特征，該溝泥石流屬于中度風險的泥石流溝，需要對其進行密切關(guān)注。

(3)飛水巖泥石流整治工程主要是攔擋、排導(dǎo)相結(jié)合的方式進行整治，主要工程措施包括:在泥石流的流通區(qū)布置多級攔沙壩;在堆積區(qū)內(nèi)修建排洪溝，將泥石流物質(zhì)直接引入大渡河。此外，繼續(xù)退耕還林恢復(fù)植被，以減少泥石流固體物質(zhì)來源;同時要加強泥石流監(jiān)測和天氣預(yù)報工作，及時準確地做出災(zāi)前預(yù)報和預(yù)警，加強群測群防。

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