淺析蘭州市安寧區(qū)關山溝泥石流風險性

魯?shù)梅?，魏玉?/p>

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州730050)

關山溝位于安寧區(qū)十里店東端，北起山麓，南穿安寧東路入黃河，總流域面積3.06 km2，流域長度4.41 km，其中溝谷長3.6 km，階地長 0.81 km，共有支溝 5條，最高點海拔1 857.8 m，最低點海拔1 550 m，相對高差307.8 m。關山溝溝道和溝口處有大量城建設施，溝谷泥石流通過溝道排洪道自居民區(qū)穿過而匯于黃河。

圖1 蘭州市安寧區(qū)關山溝泥石流流域示意圖

關山溝泥石流形成區(qū)總面積0.965 km2，區(qū)內(nèi)溝壑密集，地形破碎，下切侵蝕強烈，各支溝溝谷溝床平均縱比降在0.56～11.11%，谷坡坡度多大于10°，匯流面積大，溝程較短，產(chǎn)生泥石流的地形地貌條件和水動力條件優(yōu)越。表層松散土體豐富，植被覆蓋率低，面狀沖蝕強烈，區(qū)內(nèi)可補給泥石流的固體松散物質(zhì)均集中在該區(qū)，因此具備良好的松散固體物質(zhì)補給條件。

關山溝山前切割河谷三級階地的溝段為流通區(qū)，面積1.027 km2，溝道長 650～750 m，溝道縱比降 0.56% ～16.67%。各溝谷流通區(qū)下游段經(jīng)人為開挖坡體，掏窯建房，現(xiàn)成為梯形的溝槽地形，其底部總體寬8～14 m，深5～7 m之間，兩側坡度約25°左右，由于人為建房占據(jù)、擠壓溝道，目前實際過流寬度僅在3～7 m之間。

1 泥石流災害形成條件

1.1 地形條件

關山溝流域平面形態(tài)呈不規(guī)則形狀，面積3.16 km2，主支溝組合形態(tài)呈折線型。該溝支溝發(fā)育較多但是規(guī)模都較小，主溝上游呈較開闊的“V”型，兩側谷坡坡度20°～30°，溝床縱比降7.5%;中游由于兩側谷坡的重力侵蝕強烈，谷型呈囊狀，谷底寬在6～14 m之間，而溝床受兩岸滑坡堵塞溝道形成的堆土壩的回淤，其比降為9.23%;下游溝谷呈“U”型，谷底寬3～6 m，平均比降3.44%。

1.2 固體松散物質(zhì)補給條件

固體松散物質(zhì)是泥石流的重要組成部分，是泥石流形成的基本條件之一，其儲量大小及補給條件控制著泥石流的性質(zhì)和規(guī)模，根據(jù)實際調(diào)查，關山溝泥石流的固體松散物質(zhì)主要來源于崩塌、滑坡及坡面松散物質(zhì)等。

1.2.1 崩塌、滑坡

區(qū)內(nèi)共發(fā)育大小崩塌滑坡7個，總體積19.5×104m3，如表1所示。

表1 流域內(nèi)崩塌、滑坡統(tǒng)計表

圖2 關山溝流域災害體位置示意圖

1.2.2 坡面松散物質(zhì)

流域內(nèi)主要為片巖、片麻，巖體裂隙發(fā)育，加之溝谷切割強烈，地形破碎，溝坡陡峻，植被覆蓋率低，保水能力差，所以均極易被水流直接沖蝕，特別是表層坡積等次生黃土，其質(zhì)地松散，厚度較大，土體粘結力差，極易被水流直接沖蝕、搬運。加之流域內(nèi)隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人口的增加，坡面開墾指數(shù)日趨增加，不斷開墾黃土坡地作為農(nóng)耕區(qū)，同時在溝谷內(nèi)(下游及溝頭)開挖斜坡建窯，將土體直接堆積于坡面及坡腳，使區(qū)內(nèi)坡面松散物質(zhì)十分豐富，在暴雨條件下，這些物質(zhì)被面狀沖蝕匯入溝道內(nèi)，成為該區(qū)泥石流的主要物源之一。據(jù)當?shù)厮ＹY料和調(diào)查分析，侵蝕模數(shù)為每年2 000 t/hm2～5 000 t/hm2，坡面水土流失面積占到坡面總面積的60% ～70%。根據(jù)坡面松散層厚度、堆積位置、植被覆蓋率及人類作用強度等因素，估算流域內(nèi)可轉化泥石流的坡面松散物質(zhì)總量 1.4 ×104m3。

2 泥石流風險性評價

2.1 風險評價體系的建立

按照2005年溫哥華國際滑坡風險管理會議倡導的理論框架，滑坡災害風險管理包括危險性分析、危害性分析、風險分析、風險評價和風險管理五個有機組成部分。其中，風險分析是風險管理的重要組成部分，按照Fell等(2005):

1)財產(chǎn)風險按下式計算:

式中:R(prop)財產(chǎn)年損失;P(L)滑坡發(fā)生概率;P(T:L)滑坡到達承災體概率;P(S:T)承災體時空概率;V(prop:S)承災體易損性;E承災體價值。

2)單人生命風險按下式計算:

式中:P(LOL)單人年死亡概率;V(D:T)人的易損性;其它定義同上。

(1)、(2)兩式是滑坡風險分析的理論基礎，在風險分析的基礎上，再進行風險評價和采取相應的風險減緩措施等，就構成了地質(zhì)災害風險管理的整體框架。

2.2 風險分級

地質(zhì)災害的風險分級可由危害可能性和引起的后果嚴重程度綜合確定，前者由地質(zhì)災害發(fā)生的概率、到達承災體的概率、以及承災體的時空概率確定，后者由承災體的經(jīng)濟價值和易損性大小確定。其中危害可能性的分級參照澳大利亞地質(zhì)力學聯(lián)合會的規(guī)定(AGS，2007a)劃分為6級(每級相當?shù)哪旮怕视幸粋€量化的范圍值)，危害程度分級根據(jù)受威脅人數(shù)和直接經(jīng)濟損失參照《滑坡崩塌泥石流災害1∶50000調(diào)查規(guī)范》的規(guī)定劃分為4級，綜合給出一個定性的地質(zhì)災害風險分級方案(表2)、或根據(jù)單人生命風險進行定量分級(表 3)。

表2 地質(zhì)災害風險分級表

(2)小型 ＜3人，＜100萬元;中型3～10人，100～500萬元;大型10～30人，500～1 000萬元;特大型 ＞30人，＞1 000萬元。

表3 各受險區(qū)單人生命風險

2.3 地質(zhì)災害風險性調(diào)查的主要內(nèi)容

泥石流風險調(diào)查的內(nèi)容設置應以能滿足獲取評價風險所需的各種參數(shù)為目的，除常規(guī)調(diào)查的地質(zhì)災害形成條件、地質(zhì)災害基本特征、影響因素、穩(wěn)定性狀況外，還應主要調(diào)查5類數(shù)據(jù):達到一定體積規(guī)模的地質(zhì)災害發(fā)生的年頻率，潛在地質(zhì)災害隱患的影響范圍，承災體及經(jīng)濟價值，承災體時空概率和承災體易損性。通過對各項調(diào)查要素的確定，通過3.1節(jié)的公式(1)、(2)確定財產(chǎn)年損失和單人年死亡概率，最終根據(jù)風險性劃分等級依據(jù)劃分調(diào)查區(qū)泥石流地質(zhì)災害風險性分區(qū)。

2.4 場地風險詳細調(diào)查

2.4.1 災源區(qū)調(diào)查

災源區(qū)，指可能發(fā)生泥石流的區(qū)域，即泥石流本身的流域，以1:10 000地形圖為底圖，對場地進行了詳細的地質(zhì)災害風險調(diào)查。關山溝流域平面形態(tài)呈不規(guī)則形狀，面積3.16 km2，主溝長度850 m，主溝上游呈較開闊的“V”型，兩側谷坡坡度20°～30°，溝床縱比降7.5%;中游由于兩側谷坡的重力侵蝕強烈，谷型呈囊狀，谷底寬在6～14 m之間，而溝床受兩岸滑坡堵塞溝道形成的堆土壩的回淤，其比降為9.23%;下游溝谷呈“U”型，谷底寬3～6 m，平均比降3.44%。溝口處城區(qū)建筑及農(nóng)田較密集，一旦發(fā)生泥石流災害，對出溝口城區(qū)建設及人類活動等將產(chǎn)生嚴重的危害。

2.4.2 風險要素調(diào)查

1)泥石流發(fā)生概率P(L)

泥石流發(fā)生概率與其誘發(fā)因素、地質(zhì)環(huán)境條件關系密切，主要取決于誘發(fā)因素如降雨、工程活動強度等。由于適合本地區(qū)的他們之間的關系很難詳細確定，所以泥石流的發(fā)生概率仍以實地調(diào)查和走訪當?shù)乩先藶橹?，根?jù)實地走訪和調(diào)查，關山溝泥石流發(fā)生的可能性為“可能”，相當于年概率10－2。

2)災害到達承災體的概率P(T:L)

災害到達承災體的概率主要由承災體距離災害源的遠近所決定。對于大溝泥石流，野外調(diào)查時根據(jù)致災體可能的體積規(guī)模和地形地貌，使用陰影角的辦法簡單確定致災體到達承災體的概率，如依據(jù)西安地研所張茂省等根據(jù)黃土地區(qū)的滑坡、泥石流的經(jīng)驗數(shù)據(jù)所確定的滑坡、泥石流陰影角與災害到達承災體的概率P(T:L)的簡單關系:泥石流陰影角α的最大值、中間值和最小值分別為25°、20°和15°，相應的概率 P(T:L)分別為 0.67、0.25 和 0.08，適用于各泥石流溝口堆積區(qū)。

3)承災體及經(jīng)濟價值E

承災體及經(jīng)濟價值是在收集場地規(guī)劃資料基礎上確定的。根據(jù)一定的房屋使用模式估算承災的人口數(shù)量，住宅樓按每戶平均5人計算，由住戶數(shù)量和建筑面積確定承災人口。根據(jù)建筑物的概算價格確定經(jīng)濟價值，在此僅考慮了直接的建筑成本，未考慮其它財產(chǎn)價值和間接損失。計算時承災體的經(jīng)濟價值參照表3。

表4 承災體分類及其時空概率和易損性一覽表

___4)承災體時空概率P(S:T)

承災體時空概率按如下辦法估計:固定承災體時空概率為1.0;居民區(qū)的人員，按人均每天有14 h呆在屋內(nèi)計為11/24=0.46;工廠、學校、醫(yī)院、辦公樓等區(qū)域的人員，按人均每天有8 h呆在屋內(nèi)計為8/24=0.33，通往它們的道路上下班按照每天有2 h的人員密集時段計為2/24=0.08;公共露天娛樂場地或其通行之路，因雨、雪、寒冷等假設每年9個月、每天12 h有人，則為9/12×12/24=0.38;由于城鎮(zhèn)是人口密集區(qū)，所以一般的公共空地區(qū)均可以劃為露天公共區(qū)，只是人員出現(xiàn)的概率因地方不同而不同;農(nóng)田地、果園地每戶按照每年有一個季度在地中從事生產(chǎn)，每天8 h計，則為8/24×1/4=0.08;城鎮(zhèn)繁華區(qū)馬路上行人時空概率為16/24=0.67;交通工具的時空概率根據(jù)進出的交通流量和速度統(tǒng)計，包括公路乘客和其它交通工具內(nèi)的流動人口。統(tǒng)計結果見表4。

圖3 承災體受險區(qū)塊劃分圖

5)易損性 V(D:T)、V(prop:S)

地質(zhì)災害易損性體現(xiàn)了災害的社會屬性，承災體的易損性主要由災害的強度和承災體的物質(zhì)結構所決定，其確定比較困難，在此給出一般分類情況下的各類承災體的易損性范圍，調(diào)查時根據(jù)現(xiàn)場情況做大致判斷，其中人員的易損性因保護程度不同而有差異，建筑物內(nèi)人員易損性為0.5～0.8，露天人員易損性為0.5～1.0。

綜上，確定承災體分類及其時空概率和易損性分類表見表4。

2.5 風險分析和區(qū)劃

2.5.1 承災體受險區(qū)劃分

地質(zhì)災害風險性指生命、健康、財產(chǎn)或環(huán)境所遭受的地質(zhì)災害的可能性和嚴重程度的大小。其區(qū)域劃分應基于地質(zhì)災害演化趨勢，采用造成損失的地質(zhì)災害點，結合地質(zhì)災害形成條件與觸發(fā)因素、演變趨勢與人類工程活動等，從而圈定不同區(qū)域地質(zhì)災害的風險程度。

本次承載體受險區(qū)劃分主要結合實地調(diào)查情況以及上述章節(jié)里所涉及的風險要素的調(diào)查結果進行，并綜合考慮到泥石流影響范圍內(nèi)到達承災體的概率及承災體不同屬性價值程度等，將受險區(qū)劃分為4個區(qū)塊(10、20、50、100年一遇洪水流量計算)，劃分結果見圖3。

表5 關山溝泥石流地質(zhì)災害風險計算表

2.5.2 風險計算

根據(jù)以上風險各要素的調(diào)查結果，分別按5.1節(jié)公式(1)、(2)計算不同區(qū)塊的財產(chǎn)風險和單人風險，計算結果如表5。

2.5.3 風險劃分

根表3－3結算結果，關山溝泥石流場地的威脅財產(chǎn)為1 550萬元，對于單人的生命風險而言，由于暴露在風險中的位置不同，其所遭受的風險源和作用強度亦不同，1號單元單人生命風險為2.4×10－3，為高風險區(qū);2號單元單人生命風險為2.1×10－3，為中風險區(qū);3號單元單人生命風險為2.1×10－4，為中風險區(qū);4號單元單人生命風險為 1.1×10－4，為中風險區(qū)。

3 結語

關山溝流域溝長谷深，山坡陡峻，溝壑密度大，滑坡、崩塌、坍塌等重力侵蝕作用及面狀侵蝕作用強烈，雨強較大，為泥石流的產(chǎn)生及發(fā)展提供了十分有利的地質(zhì)環(huán)境。關山溝泥石流場地的威脅財產(chǎn)為1 550萬元，對于單人的生命風險而言，由于暴露在風險中的位置不同，其所遭受的風險源和作用強度亦不同，1號單元單人生命風險為2.4×10－3，為高風險區(qū);2號單元單人生命風險為2.1×10－3，為中風險區(qū);3號單元單人生命風險為2.1×10－4，為中風險區(qū);4號單元單人生命風險為1.1×10－4，為中風險區(qū)。