草科-田灣泥石流風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

王春山，巴仁基，周洪福，劉宇杰，鄧國(guó)仕

（成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都610081）

泥石流的發(fā)生，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的水土流失［1-3］，而且會(huì)威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)的安全。草科-田灣地區(qū)位于四川省石棉縣西北部，多年來泥石流頻發(fā)，作為泥石流危害的重點(diǎn)地區(qū)，準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是監(jiān)測(cè)、預(yù)警、減災(zāi)、防災(zāi)的基礎(chǔ)。目前對(duì)于泥石流的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成果豐富，既有區(qū)域上風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［4-8］也有單溝風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［9-11］參考。本研究在此研究基礎(chǔ)上，對(duì)石棉縣草科-田灣地區(qū)的泥石流進(jìn)行了分析，為該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形地貌

草科鄉(xiāng)區(qū)域位于大渡河西南側(cè)，地勢(shì)西高東低，海拔970～5 760m，最大高差為4 790m，切割深度大于2 500m，屬于極高山。主溝名為田灣溝，溝床全長(zhǎng)27.3km，彎度系數(shù)為1.31，總體坡降為4%～10%。區(qū)域內(nèi)支流密布，較大的一級(jí)支溝有26條，二級(jí)支溝數(shù)以百計(jì)（圖1）。草科鄉(xiāng)流域面積為401km2。

1.2 地層巖性

研究區(qū)大部分地區(qū)為二疊系的大理巖、砂巖和花崗巖，近東北部出露泥盆系的變質(zhì)砂礫巖、變質(zhì)石英砂巖、石英片巖、絹云母石英片巖、硅質(zhì)白云質(zhì)大理巖。地層產(chǎn)狀傾向NNE或SSW，傾角在50°～80°之間。第四系松散堆積物主要分布在溝道兩側(cè)邊坡表部和溝口處，主要包括泥石流堆積物、滑積物和殘坡積物等（圖1）。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

受鮮水河斷裂帶、龍門山構(gòu)造帶和安寧河構(gòu)造帶的影響，使得研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。在研究區(qū)中部有草科向斜，核部為上二疊統(tǒng)，兩翼為下二疊統(tǒng)，北端被花崗巖破壞，東翼多被磨西斷裂破壞而殘缺不全，且地層甚陡，一般60°～80°，局部直立倒轉(zhuǎn)，西翼稍緩，一般50°～60°，局部亦見倒轉(zhuǎn)，為一軸面略向東的緊密線狀褶皺。在研究區(qū)東北部有草科斷裂帶和磨西斷裂帶通過（圖1）。由于區(qū)域內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜導(dǎo)致附近巖體破碎，形成大量的松散物質(zhì)，為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物源。

1.4 降雨條件

多年平均年降水量為1 200.9mm，但分布不均，主要集中于5-9月，占全年降水量的86.4%。同時(shí)，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(dá)1 573.9mm，為降雨量的1.31倍。

圖1 草科鄉(xiāng)地質(zhì)圖Fig.1 The geologic map of Caoke Country

2 泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 泥石流風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的概念聯(lián)合國(guó)給出這樣的定義，在一定區(qū)域或給定時(shí)間段內(nèi)，由于特定災(zāi)害而引起的人們生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的期望損失值［12］。針對(duì)泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)而言，就只是指一定區(qū)域和時(shí)段內(nèi)，由于泥石流災(zāi)害而引起的生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的期望損失值。泥石流風(fēng)險(xiǎn)包括泥石流的危險(xiǎn)性和承載體的易損性兩部分。相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算公式為：

式中：R為泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性（風(fēng)險(xiǎn)度）；H 為泥石流災(zāi)害的危險(xiǎn)性；V為泥石流災(zāi)害的社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性。對(duì)于小流域多溝泥石流而言，應(yīng)先將研究區(qū)簡(jiǎn)化為由1個(gè)主溝和若干個(gè)一級(jí)支溝組成的體系，然后對(duì)各條支溝進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，在支溝的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上在對(duì)主溝進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2.2 泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

目前研究的成果中關(guān)于危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法較多，在影響因子的選擇上也多有不同。黃江成［13］等運(yùn)用“3S”技術(shù)選用流域面積、縱比降和相對(duì)高差對(duì)白龍江干流的泥石流危險(xiǎn)性進(jìn)行的分析。程禮來［14］等采用單溝泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，選取泥石流規(guī)模、發(fā)生頻率、流域面積、主溝長(zhǎng)度、相對(duì)高差流域切割密度和不穩(wěn)定溝床比例這7個(gè)影響因子對(duì)大渡河左岸小河溝泥石流進(jìn)行的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。一些學(xué)者對(duì)目前應(yīng)用較多的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了分類總結(jié)，結(jié)果顯示各評(píng)價(jià)方法具有其優(yōu)缺點(diǎn)［15］。

本次研究采用劉希林［16］等提出的泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，據(jù)目前的研究情況來看該方法可以得到較好的成果［17］。該模型采用的是多因子綜合定量判定模式和計(jì)算公式，選擇了一次泥石流（可能）最大沖出量、泥石流發(fā)生的頻率和流域面積等10個(gè)主要的因子，對(duì)這10個(gè)因子的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)在相關(guān)著作中給出［18］。利用評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)可以將泥石流的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于危險(xiǎn)性是自然災(zāi)害的屬性，因此對(duì)其評(píng)價(jià)的因子中不應(yīng)包含社會(huì)屬性相關(guān)的因子，為此將劉希林教授的評(píng)估模型稍作調(diào)整，去掉了人口密度這一項(xiàng)。泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)公式：

式中：H單表示泥石流危險(xiǎn)度；L1為一次泥石流（可能）最大沖出量；L2為泥石流發(fā)生頻率；S1為流域面積；S2為流域切割密度；S3為主溝長(zhǎng)度；S4為流域最大相對(duì)高差；S5為泥沙補(bǔ)給段長(zhǎng)度比；S6為24 h最大降雨量；S7為主溝床彎曲系數(shù)。

表1 泥石流溝各因子實(shí)際值Table 1 The actual value of each factor of debris flow gully

2.3 泥石流易損性評(píng)價(jià)方法

易損性評(píng)價(jià)的因子選擇和評(píng)價(jià)角度在各文獻(xiàn)中也有所不同。劉麗［19］等首先進(jìn)行經(jīng)濟(jì)易損性與社會(huì)易損性評(píng)判，然后進(jìn)行綜合易損性評(píng)判，選擇的因子為平均生產(chǎn)總值、平均固定資產(chǎn)投資、人口密度和人口增長(zhǎng)率。陳紅旗［20］等將易損度用遭遇特征指數(shù)Li和脆弱性Fi的乘積來確定。為了更全面地反映當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)情況，本次研究將易損度評(píng)價(jià)總體上分為4個(gè)部分，即物質(zhì)易損度評(píng)價(jià)（I）、經(jīng)濟(jì)易損度評(píng)價(jià)（E）、環(huán)境易損度評(píng)價(jià)（L單）和社會(huì)易損度評(píng)價(jià)（V2單）。各項(xiàng)中還包括建筑資產(chǎn)、交通設(shè)施資產(chǎn)、生命線工程資產(chǎn)等12個(gè)子項(xiàng)［19］。根據(jù)單溝泥石流易損度評(píng)價(jià)模型，單溝泥石流的易損度計(jì)算公式為：

式中：V單為單溝泥石流易損度；FV1為財(cái)產(chǎn)指標(biāo)V1單（萬元）的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值（0～1）；FV2單為人口指標(biāo)V2單（人·km-2）的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值（0～1）。

3 泥石流風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.1 泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

在石棉縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，提取了草科-田灣地區(qū)26條泥石流溝的數(shù)據(jù)（表1），利用評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)將各因子轉(zhuǎn)換后的結(jié)果（表2）帶入式（3），便可以得到泥石流溝的危險(xiǎn)度（表3）。利用泥石流危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［18］進(jìn)行分級(jí)后，可以得到草科鄉(xiāng)泥石流溝的危險(xiǎn)度。危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示26條一級(jí)支溝中，有4條是高度危險(xiǎn)，11條是中度危險(xiǎn)，11條是低度危險(xiǎn)。其中2008年和2012年發(fā)生大型泥石流的和平村的龔家溝就在4條高度危險(xiǎn)的泥石流之中，由此可見危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的結(jié)果是可信的。

表2 各因子轉(zhuǎn)換值及評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 The transformation value of each factor and evaluation results

表3 單溝泥石流危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Grading standards of single debris flow risk

3.2 泥石流易損性評(píng)價(jià)

通過對(duì)草科鄉(xiāng)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等情況的調(diào)研研究，得到了各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)（表4），其中調(diào)查的土地等級(jí)均為高度適宜，65歲以上和15歲以下人口比例（a）為28%，初中及以下學(xué)歷人口比例（b）為80%，人口自然增長(zhǎng)率（r）為0.7%。將數(shù)據(jù)帶入式（2）～式（5），可得到各條泥石流溝的易損度，參照單溝泥石流易損度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際意義［15］，由表5可以看出，草科鄉(xiāng)各條一級(jí)支溝中有16條為高度易 損，10條為中度易損。

表4 易損度各子項(xiàng)數(shù)值Table 4 Values list of vulnerability subprojects

表5 單溝泥石流易損度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際意義Table 5 The vulnerability classification standard and practical significance of single debris flow

3.3 泥石流風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)泥石流風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算公式（1），可得最終得到各條泥石流溝風(fēng)險(xiǎn)度（表6）。根據(jù)單溝泥石流的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［18］：極低風(fēng)險(xiǎn)0＜H單＜0.04，低度風(fēng)險(xiǎn)0.04＜H單＜0.16，中度風(fēng)險(xiǎn)0.16＜H單＜0.36，高度風(fēng)險(xiǎn)0.36＜H單＜0.64，極高風(fēng)險(xiǎn)0.64＜H單＜1。26條泥石流溝中有5條溝為高風(fēng)險(xiǎn)，其他21條為中等風(fēng)險(xiǎn)。以上研究?jī)H針對(duì)各條支溝進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)于主溝風(fēng)險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)將采用相關(guān)溝谷段內(nèi)支溝的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的加權(quán)結(jié)果加以代替，具體的做法是對(duì)于主溝內(nèi)的某一點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)度為該點(diǎn)以上各支溝風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與該點(diǎn)到支溝的距離乘積的總和，然后再除以各支溝到該點(diǎn)距離之和。

式中：R主為主溝某點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，Ri為該點(diǎn)以上第i個(gè)支溝的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，Li為第i條支溝到該點(diǎn)的距離。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和衛(wèi)星遙感解譯成果，制成草科-田灣泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)圖（圖2）。受上游龔家溝高風(fēng)險(xiǎn)的影響，主溝溝谷為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，向山谷兩側(cè)逐漸過渡為中度風(fēng)險(xiǎn)和低度風(fēng)險(xiǎn)。

表6 風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 The evaluation results of hazard risk

圖2 草科鄉(xiāng)風(fēng)險(xiǎn)性分區(qū)圖Fig.2 Zonation of debris flow risk in Caoke Country

4 結(jié)論

通過對(duì)研究范圍內(nèi)26條泥石流溝的研究表明，泥石流的危險(xiǎn)性以中度危險(xiǎn)和低度危險(xiǎn)為主，有4條支溝為高度危險(xiǎn)。在高度危險(xiǎn)的泥石流溝中就包括多次發(fā)生大型泥石流并造成嚴(yán)重生命財(cái)產(chǎn)損失的龔家溝。

居住在各支溝人口較為分散，因此易損性的評(píng)估結(jié)果表明受泥石流威脅的承災(zāi)體均有3／5為高度易損，其余2／5為中度易損。

綜合分析表明，26條泥石流溝多數(shù)為中等風(fēng)險(xiǎn)，有5條泥石流溝為高風(fēng)險(xiǎn)。危險(xiǎn)性的分區(qū)顯示不同風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)的位置，其評(píng)價(jià)結(jié)果為該汛期地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)及今后治理次序提供參考依據(jù)，并為該縣預(yù)警體系建設(shè)提供良好的建議指標(biāo)。

草科-田灣范圍內(nèi)的人口主要密集的分布在主溝的兩側(cè)，受高風(fēng)險(xiǎn)支溝的影響，應(yīng)將主溝整個(gè)溝段定為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，且有由高程向低高程地區(qū)逐漸擴(kuò)大趨勢(shì)。

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