安康市漢濱區(qū)西部山區(qū)暴雨型泥石流頻發(fā)性研究

趙學(xué)理　李強(qiáng)　王滔　閆昱睿

摘要：通過對(duì)安康市漢濱區(qū)西部山區(qū)泥石流理論及實(shí)際治理工程的研究，以野外地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，建立以地形-結(jié)構(gòu)面-匯水面積-松散體物源為泥石流爆發(fā)頻率主要評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)體系；根據(jù)泥石流發(fā)生的有關(guān)活動(dòng)因素，建立在暴雨或其他水動(dòng)力因素作用后動(dòng)態(tài)變化的綜合模型，以研究安康市漢濱區(qū)西部山區(qū)暴雨型泥石流頻發(fā)性。

關(guān)鍵詞：安康市西部山區(qū)；暴雨型；泥石流；頻發(fā)性

引言

地質(zhì)災(zāi)害的防治及研究工作，以2009年5月國土資源部部長令44號(hào)為標(biāo)志，越來越受到國家的重視，筆者是在從事安康市漢濱區(qū)多個(gè)地質(zhì)災(zāi)害防治項(xiàng)目基礎(chǔ)上，研究此課題，將總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，積累后續(xù)在安康地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害工作的基礎(chǔ)資料。項(xiàng)目研究地域框定在漢濱區(qū)西部地區(qū)，介于東經(jīng)108°30′～109°25′，北緯32°22′～33°17′之間，面積約263km2。是由于本區(qū)地處秦巴山區(qū)腹地，南接紫陽，北靠漢江，區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造眾多，多年來本區(qū)域在暴雨型泥石流領(lǐng)域取得的成果少，研究程度低，其不可預(yù)見性大，研究的空間大，成果便于得到實(shí)踐的檢驗(yàn)。

1.泥石流目前的研究現(xiàn)狀

許多發(fā)達(dá)國家（如美國、加拿大、澳大利亞、南非、俄羅斯）和一些經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國家（如日本、德國、英國等）都高度重視泥石流的形成條件和防治技術(shù)，理論研究層面具有普遍性的指導(dǎo)意義，對(duì)某個(gè)地區(qū)的研究，一般只能在本國的基礎(chǔ)性資料中具有。對(duì)單片區(qū)域低頻泥石流的研究，很難找到一致性的意見。

一般認(rèn)為，在重力、動(dòng)水壓力、地震或其他某些力的作用下，產(chǎn)生于溝谷中或坡地上的一種飽含大量泥砂石塊和巨礫的固液兩相流體稱之為泥石流，以臨界降雨量和地形地貌要素，采用模糊數(shù)學(xué)的方法判斷泥石流頻發(fā)性和形成機(jī)制為理論上的可靠考慮，生產(chǎn)和應(yīng)用上則以要素評(píng)分法進(jìn)行判定，例如，伏列什曼夫認(rèn)為泥石流指的是固體物質(zhì)含量高，泥位劇增的暫時(shí)性山地河床型洪流，以物源條件為主；日本水土保持學(xué)會(huì)認(rèn)為泥石含量多于水體，含水的粥狀泥沙在其自重作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，以水源條件為主；英國地質(zhì)學(xué)會(huì)工程組指出泥石流是介于水流與滑坡之間的一系列過程，因而包括有重力作用下松散物質(zhì)、水體和空氣三者構(gòu)成的塊體運(yùn)動(dòng)，為綜合考慮。

經(jīng)過多年的環(huán)境影響評(píng)價(jià)實(shí)踐，我國已形成了一套較為完整的評(píng)價(jià)體系。但是，由于巖性差異、地形地貌差異，使泥石流的形成機(jī)制和頻發(fā)性評(píng)價(jià)工作還處于研究階段，還有許多需要完善的地方。

2.地質(zhì)環(huán)境背景

漢濱區(qū)西部位于秦巴山區(qū)，漢江與月河之間，山高溝深。區(qū)內(nèi)地貌按形態(tài)類型分為河谷盆地、低山、中山三大類型。

河谷盆地：盆地內(nèi)漫灘、階地、臺(tái)地、丘陵等地貌均有發(fā)育。丘陵分布于恒河以西地區(qū)，絕對(duì)高程<500m，相對(duì)高差50-60m。主要由下第三系砂、礫巖、粉砂巖、泥巖組成。地形呈波狀起伏，丘頂渾圓，坡度平緩，整個(gè)地形向南西微傾，呈單面山。

低山：山勢低矮，脊峰平緩，切割深度一般100-500m，谷坡坡度多在25°-40°，剝蝕和堆積作用強(qiáng)烈，河流彎曲系數(shù)大；漢江、月河較大支流，在低山段為箱狀谷，近似南北流向。

中山：山坡陡峻，山峰突兀多齒狀和刃狀脊，物理風(fēng)化和流水下切作用十分強(qiáng)烈，切割深度500-1000m，河谷多呈“V”型，坡度多在30°-40°以上，多直型坡和凹型坡。

3.泥石流災(zāi)害特征概述

3.1泥石流的分布特征

安康漢濱區(qū)西部山區(qū)共分布泥石流（滑坡泥石流）災(zāi)害36處，據(jù)統(tǒng)計(jì)，流水鎮(zhèn)5處，大竹園鎮(zhèn)6處，洪山鎮(zhèn)4處，牛蹄鎮(zhèn)5處，新壩鎮(zhèn)6處，石轉(zhuǎn)鎮(zhèn)10處。

3.2地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育受控于地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型、斜坡結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、植被等地質(zhì)環(huán)境條件和降雨、人類工程活動(dòng)等影響。通過野外調(diào)查，經(jīng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境條件的綜合分析研究，將安康市漢濱區(qū)西部山區(qū)泥石流的發(fā)育特征歸納如下：

3.2.1群發(fā)性

群發(fā)性在漢濱區(qū)表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在雨季或多雨年份，一次連陰雨夾暴雨，或突降強(qiáng)暴雨，都可能誘發(fā)大面積的滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。二是受地質(zhì)環(huán)境影響較大，地質(zhì)環(huán)境惡劣的地段地質(zhì)災(zāi)害越集中。

3.2.2周期性

降雨是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最主要的誘發(fā)因素，降雨與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系十分密切，因此，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育周期，尤其是泥石流的發(fā)育周期，基本上與降雨周期同步。首先表現(xiàn)在豐水年，多為地質(zhì)災(zāi)害的活躍期。其次在同一年份，雨季是地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)期，尤其是7-9月降水高峰期更為集中，發(fā)生時(shí)間大多和降雨同步或短期滯后。

3.2.3突發(fā)性

是指遇到大暴雨時(shí)突然暴發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)于全區(qū)來說，這種災(zāi)害包括泥石流、崩塌及小型高速堆積層滑坡。因其致災(zāi)時(shí)間十分短暫，事前又無變形跡象，使居住于坡腳的村民猝不及防，更容易形成災(zāi)害。泥石流的形成更具流動(dòng)速度快、歷時(shí)短的特點(diǎn)，上游寬闊的匯水面積、狹窄的溝谷地形，使得泥石流的形成十分突然，更容易造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。正是由于這種突發(fā)性，不僅加重了災(zāi)情，而且難以進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)和有效的防治。

4.泥石流頻發(fā)性分析

泥石流按爆發(fā)頻率劃分為：高頻泥石流（一年多次至5年一次）、中頻泥石流（1次/5年～20年）、低頻泥石流（1次/20年～50年）和極低頻泥石流（>1次/50年）。而泥石流的爆發(fā)頻度與地形地貌、降雨條件有著緊密的聯(lián)系。本文依托已實(shí)施的項(xiàng)目為基礎(chǔ)，選取典型泥石流溝道，結(jié)合調(diào)查、勘查，從地形地貌、臨界降雨兩個(gè)方面對(duì)漢濱區(qū)西部山區(qū)泥石流頻發(fā)性進(jìn)行論述。

4.1泥石流形成的地形地貌條件分析

4.1.1設(shè)定變量

選出流域面積、溝網(wǎng)密度、流域圓狀率、形成區(qū)平均坡度、流域谷坡平均坡度、流通段溝床比降、堆積段溝床比降、流域高差這8個(gè)獨(dú)立變量。

盡管各溝谷具有不同的泥石流堆積量，同一泥石流溝的不同爆發(fā)場次中，堆積扇的沖淤特性也不盡相同。但從總體和歷史角度看，泥石流堆積模數(shù)：

M=溝口固體物質(zhì)對(duì)計(jì)量（萬立方米）流域面積（平方公里）

M能綜合反映該溝泥石流發(fā)生頻率、爆發(fā)規(guī)模和活動(dòng)歷時(shí)等泥石流本身的活動(dòng)特征（即活動(dòng)性）。在堆積條件相似的情況下，相鄰溝谷的堆積模數(shù)也可以相互比擬。再次前提下，可用M作為衡量泥石流活動(dòng)性的指標(biāo)，作為因變量。

4.1.2選取對(duì)象

本研究區(qū)內(nèi)共分布泥石流溝道共36處，10條溝道已進(jìn)行詳細(xì)工作，其他通過在五萬分之一地形圖上分別測算各溝的獨(dú)立變量。

4.1.3統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)泥石流的基本特征，參照相關(guān)資料[4]，用所選8個(gè)變量，以典型泥石流溝為基礎(chǔ)，建立判別方程，將泥石流溝分為溝谷型和山坡型，用逐步判別法[1]分別對(duì)兩種類型的泥石流溝進(jìn)行逐步分析，結(jié)果如下表：

通過以上歸類統(tǒng)計(jì)，安康漢濱區(qū)西部山區(qū)對(duì)泥石流發(fā)生貢獻(xiàn)最大的地形地貌要素為流域面積、流域圓狀率、溝床比降。對(duì)比規(guī)范中15項(xiàng)評(píng)分要素，流域面積和流域相對(duì)高差的評(píng)分比重應(yīng)大幅度增大，而泥沙沿程補(bǔ)給長度比和溝口泥石流堆積活動(dòng)程度要素在本地區(qū)不是主要控制因素。36條泥石流溝道中21條屬易發(fā)程度，比例為60%，15條屬輕度易發(fā)程度，比例為40%，說明選取的溝道具備了泥石流發(fā)生的主要地形地貌要素，且主要因素的貢獻(xiàn)率較大。

4.2臨界降雨量分析

4.2.1對(duì)象流域特性及泥石流活動(dòng)調(diào)查

泥石流的發(fā)生，有一個(gè)最低的激發(fā)雨量，這個(gè)雨量，稱為泥石流的臨界雨量。泥石流的臨界雨量，是對(duì)泥石流進(jìn)行發(fā)生可能性判斷的重要依據(jù)。因此，開展泥石流頻發(fā)性預(yù)測，首先要研究泥石流的臨界雨量。本文將以大竹園鎮(zhèn)七堰溝等為代表的泥石流溝的觀測資料進(jìn)行對(duì)比分析，研究不同泥石流臨界雨量的差別及其原因。

大竹園鎮(zhèn)七堰溝，位于大竹園鎮(zhèn)境內(nèi)，為蒿坪河支流。該溝山體較破碎，不良地質(zhì)現(xiàn)象相當(dāng)發(fā)育。溝內(nèi)崩塌、滑坡可提供的松散固體物質(zhì)約有38萬立方米。半濕潤氣候類型，年降水量970毫米左右。雨季降雨日數(shù)特多，6—8月降雨日占同期總?cè)諗?shù)的70%，植被覆蓋度達(dá)80%以上，土壤含水量較高，常處于臨界飽和狀態(tài)，雨季土壤的含水量高達(dá)11.7—10.8%。據(jù)調(diào)查，1990—2010年兩年共發(fā)生泥石流2場，活動(dòng)頻率較低。

新壩鎮(zhèn)后溝，為曉道河的一級(jí)支溝。該溝有大小崩塌、滑坡數(shù)處，較大的活動(dòng)滑坡兩個(gè)，可供給的松散物質(zhì)約70萬立方米。流域?qū)倥瘻貛О霛駶櫳降貧夂颍杲邓吭?030毫米左右。森林植被差，除少量林地外，皆為草地和農(nóng)耕地。據(jù)調(diào)查，1990—2010年兩年共發(fā)生泥石流2場，活動(dòng)頻率較低。

洪山鎮(zhèn)魏家埫溝，為五堰河的一級(jí)支溝，該溝泥石流物質(zhì)主要由溝床堆積物和溝岸坍塌物供給，流域暖溫帶半濕潤山地氣候，年降水量在1030毫米左右，植被覆蓋度為70%。據(jù)調(diào)查，該溝隔3—5年發(fā)生一場坡面泥石流，活動(dòng)頻率較低。

石轉(zhuǎn)鎮(zhèn)脂肪溝，為五堰河的一級(jí)支溝，該溝山體巖層破碎，古滑坡發(fā)育，方量達(dá)68萬立方米，現(xiàn)代滑坡活動(dòng)強(qiáng)烈。流域暖溫帶半濕潤山地氣候，年降水量在900毫米左右，據(jù)調(diào)查，1990—2010年共發(fā)生泥石流1場，活動(dòng)頻率低。

由上述看出，大竹園鎮(zhèn)七堰溝和新壩鎮(zhèn)后溝，洪山鎮(zhèn)魏家埫溝和石轉(zhuǎn)鎮(zhèn)脂肪溝為是中～低頻率泥石流溝。

4.2.2泥石流臨界雨量分析

（1）前期雨量

泥石流的發(fā)生，不僅僅是當(dāng)場降雨的作用，前期降雨（前期土壤含水量）也有一定影響，即泥石流的臨界雨量，與前期土壤的含水量有關(guān)。從道理上講，前期土壤的含水量多，發(fā)生泥石流的當(dāng)場降雨量偏低。反之，前期土壤的含水量少，發(fā)生泥石流的當(dāng)場降雨量偏高。因此，分析泥石流的臨界雨量，通常應(yīng)把前期土壤含水量和當(dāng)場降雨量作為整體因素來考慮。由于前期土壤含水量實(shí)際測定比較困難，一般是利用前期降雨量進(jìn)行計(jì)算，用前期降雨量的計(jì)算值，來間接表示前期土壤含水量的多少。利用降雨量計(jì)算前期土壤含水量，存在計(jì)算方法問題。這里計(jì)算前期土壤含水量的公式引用云南水利科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式，如下：

Pa=∑14t=1atpt（式一）

式中，αt=0.5/2t；t為日數(shù)，前1，2，…，14；pt為前t日的降雨量。

αt稱為雨量衰減系數(shù)，其值隨著日數(shù)的前推越來越小。即降到土壤里的雨量，通過滲漏、蒸發(fā)、植物吸收等，殘留在土壤里的雨量，隨著時(shí)間的推移就越來越少。Pt一般應(yīng)根據(jù)土壤巖性和氣候類型等有所不同，為計(jì)算方便，Pt取安康地區(qū)的日平均降水量2.73mm。Pa為前14天內(nèi)降雨殘留在土壤里的總雨量，稱為前期雨量。這樣，本文所述西部山區(qū)的前期雨量就可以迭代計(jì)算出來，數(shù)值為9.58mm。

（2）雨強(qiáng)

由以上計(jì)算的前期雨量加上連續(xù)雨量，認(rèn)為是對(duì)該場泥石流發(fā)生和全過程起作用的雨量，稱為總實(shí)效雨量。這里，雨強(qiáng)的選定是利用當(dāng)?shù)囟嗄甑臍庀筚Y料（1990～2011），在續(xù)降雨過程中，選擇出1小時(shí)最大降雨量，作為本文進(jìn)行分析的雨強(qiáng)值，其超越概率P相當(dāng)于20年一遇的降水。這樣，當(dāng)連續(xù)降雨超過一定量值，理論上將發(fā)生泥石流。

（3）泥石流臨界雨量的確定及其表達(dá)式

直線方程的一般表達(dá)方式為：

y=kx+b式中，y表示雨強(qiáng)，x表示總雨量，b為前期雨量，k是待定常數(shù)。

這條直線方程的物理意義是：當(dāng)降雨強(qiáng)度和總實(shí)效雨量的相關(guān)點(diǎn)超過這條直線時(shí)，該溝就有發(fā)生泥石流的可能性。不超過這條直線，則不會(huì)發(fā)生泥石流。因此，這條直線（方程），應(yīng)是泥石流發(fā)生的最低雨量分界線，稱為泥石流的臨界雨量線，或叫安全線。

根據(jù)計(jì)算公式模擬，本區(qū)域發(fā)生泥石流時(shí)的臨界雨量大致相當(dāng)，泥石流的發(fā)生在區(qū)域上亦具有時(shí)間上的同步性。由于最大雨強(qiáng)是參考1990～2011年來的最大雨力進(jìn)行計(jì)算的，可以考慮為20年一遇的降水，相比之下，安康漢濱區(qū)西部山區(qū)的暴雨性泥石流發(fā)生頻率較低，應(yīng)考慮為1次/5年～20年，屬中～低頻。

5.結(jié)論

針對(duì)安康漢濱區(qū)西部山區(qū)泥石流頻發(fā)性，以地質(zhì)環(huán)境背景條件為基礎(chǔ)，以配套項(xiàng)目為支撐，結(jié)合資料收集與野外調(diào)查，探索安康漢濱區(qū)西部山區(qū)泥石流及滑坡型泥石流形成的條件，合理的選擇評(píng)價(jià)因子，從地形地貌、臨界降雨兩個(gè)方面對(duì)漢濱區(qū)西部山區(qū)泥石流頻發(fā)性進(jìn)行論述，以期研究暴雨過程中泥石流地質(zhì)災(zāi)害的爆發(fā)頻率。通過分析，安康漢濱區(qū)西部山區(qū)的36條泥石流溝道具備了泥石流發(fā)生的主要地形地貌要素，由于臨界雨量數(shù)值較大，總體泥石流的頻發(fā)性偏低，屬中～低頻。

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