云南省馬鞍山溝泥石流危險度評價

崔瑞峰，竇 斌，李磊升

（中國地質(zhì)大學（武漢）工程學院，湖北武漢 430074）

云南省馬鞍山溝泥石流危險度評價

崔瑞峰，竇 斌，李磊升

（中國地質(zhì)大學（武漢）工程學院，湖北武漢 430074）

為了保證金沙江某碼頭工程的順利進行，特對馬鞍山溝泥石流做危險度評價。根據(jù)對馬鞍山溝泥石流的調(diào)查與分析，結(jié)合前人的研究成果，選取了一次泥石流最大沖出量、松散固體物質(zhì)儲量、最大漂礫粒徑、最大容重、最大12小時暴雨量、流域最大相對高差、泥石流發(fā)生頻率、流域面積等8個危險因子。采用模糊綜合評判法，建立評價因子隸屬函數(shù)與模糊矩陣；依據(jù)最大隸屬度原則得出所屬危險度；結(jié)果顯示：馬鞍山溝泥石流的危險度為中度危險，在強降雨激發(fā)下有可能發(fā)生泥石流災害。

泥石流；模糊綜合評判法；危險度評價；馬鞍山溝；防災減災

0 引言

泥石流是指在山區(qū)溝谷或地形險峻的地區(qū)，由暴雨、冰雪融化或其他自然災害引起的一種含有大量泥沙石塊的特殊洪流。它往往是受外部環(huán)境觸發(fā)的突發(fā)性事件，在很短的時間內(nèi)將大量泥沙石塊沖出溝外，在寬闊場地漫流堆積，常常給生命財產(chǎn)造成很大的危害［1］。因此在工程建設的選址階段，評定場地發(fā)生泥石流的可能性及其危害程度是十分必要的。

泥石流危險度是指遭到泥石流損害的可能性大小，它的評價結(jié)果對工程選址、山區(qū)的防災減災以及人民財產(chǎn)安全具有重要意義。為了評價結(jié)果更加客觀，前人們做了很多的探索和研究。以劉希林［2］、唐川、蘇經(jīng)宇等為首的專家們先后提出了許多從定性到定量的危險度評價方法，為泥石流危險度評價的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)［3－14］。文章采用模糊綜合評判法對馬鞍山溝泥石流進行危險度評價，考慮了在危險因子的選取以及權(quán)重確定中的模糊性，相對來講結(jié)果更加客觀。

1 馬鞍山溝概況

金沙江白鶴灘水電站集運漁碼頭位于金沙江下游河段（攀枝花至宜賓），是為魚類過壩的集放魚船提供靠泊、作業(yè)的碼頭，工程建成后利于發(fā)展庫區(qū)航運和保護魚類等綜合利用效益。集運漁下游碼頭選址位于馬鞍山溝溝口處，為了滿足初步設計工作的需要，需對馬鞍山溝泥石流進行勘察，做出危險度評價。

1.1 地形地貌

馬鞍山溝流域位于云南省昭通市巧家縣金沙江白鶴灘峽谷右岸，藥山山脈西坡。溝谷流向由東西向，流域內(nèi)地勢東高西低，流域基本地貌類型屬構(gòu)造侵蝕中高山區(qū)。地形較陡且不規(guī)則，坡度一般25°～40°，并有階狀緩坡臺地、陡坎分布，植被整體覆蓋率較低，溝谷兩側(cè)植被較茂密，馬鞍山社緩坡臺地和白鶴灘社緩坡有梯狀耕地和居民居住。

馬鞍山溝屬金沙江一級支流，全長2.28km，總流水面積約0.95km2。馬鞍山溝發(fā)源于楊家火山后緣陡坡，起點高程1960m，最低點海拔575m，相對高差1385m。溝床縱比降為445‰～680‰，平均縱比降589‰。分水嶺南側(cè)水流匯入白鶴灘溝流域，北側(cè)水流匯入麻塘灣溝流域。馬鞍山溝有兩條主要分支，從溝源流經(jīng)馬鞍山社，于白鶴灘社附近匯合后匯入金沙江。沖溝坡降及地貌特征見圖1、圖2。

1.2 地層巖性

流域范圍內(nèi)上游段坡面、中下游陡坎處基巖裸露，中下游兩岸多為殘坡積或崩坡積覆蓋層分布?；鶐r為峨眉山組（P2β）玄武巖、棲霞—茅口組（P1q+m）灰?guī)r、幺棚子組（D2y）白云巖，覆蓋層主要有第四系崩坡積（Qcol+dl）、殘坡積（Qedl）等。馬鞍山溝流域主要地層和土體分布見圖3。

（1）崩坡積（Qcol+dl）：

①混合土塊石，主要堆積于溝谷1150m以上溝段溝谷及兩側(cè)岸坡，兩側(cè)坡度40°～50°，溝底坡度30°～35°，體積約3～6萬m3，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，不會受地表水沖刷成為物源。

②碎石混合土，主要堆積于中下游溝谷、兩側(cè)岸坡、馬鞍山和白鶴灘社緩坡臺地表層粉土質(zhì)礫以下，厚度約2～4m，體積約60萬m3。中下游段

溝谷岸坡陡峭，局部見小規(guī)模坍塌，從地形條件分析，溝谷及兩側(cè)松散岸坡范圍內(nèi)淺層在強地表水徑流沖刷時，成為泥石流物源之一。

（2）殘坡積（Qedl）

主要為粉土質(zhì)礫、少量碎石混合土，主要堆積于馬鞍山和白鶴灘社緩坡臺地表層，厚約2m，體積約40萬m3。從地形條件分析在地表強降水沖刷時，淺層可成為泥石流物源之一。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)為單斜構(gòu)造，茂租斷裂在馬鞍山溝流域上部通過。巖層總體產(chǎn)狀為為NE 40°～60°，SE∠20°～30°。

1.4 水文氣象

馬鞍山溝區(qū)域地處金沙江干熱河谷區(qū)，屬西南季風氣候區(qū)，年內(nèi)干濕季節(jié)分明，氣候溫暖而略顯干燥。由于流域內(nèi)地形高差巨大，受大氣環(huán)流和地形的影響，氣候帶的垂直變化顯著。

區(qū)域降雨量隨海拔的增高而增多，通過區(qū)域降雨的觀測資料分析，該區(qū)在海拔約600m金沙江邊的白鶴灘村，年均降雨量727.2mm；在海拔1375m的巧家縣大寨鎮(zhèn)，據(jù)1995—2001年的降雨觀測資料統(tǒng)計，年平均雨量達811.7mm；而在海拔2600m地區(qū)，年平均降雨量可達1484.9mm。流域降水年內(nèi)分配不均，高度集中，降雨主要集中在5～10月，降雨量占全年降雨總量的85%以上，雨季多暴雨。

2 泥石流形成條件

2.1 地形條件

馬鞍山溝流域溝源（高程1960m）至馬鞍山臺地后緣（高程1150m）段，平均縱坡降680‰，呈“V”字溝谷，溝底寬2～3m，岸坡高6～8m為主，岸坡陡峻，坡度多60°～70°。

馬鞍山臺地后緣（高程1150m）至白鶴灘社（高程810m）段，平均縱坡降445‰，溝谷多呈“V”型，局部呈“U”型，溝底寬2～3m，岸坡高2～5m為主，左側(cè)岸坡較陡峭，60°～70°，局部近直立，右岸岸坡稍緩，35°～45°。

白鶴灘社（高程810）至炸藥庫公路（高程690m）段，平均縱坡降680‰，溝谷呈“V”型，溝底寬3～4m，岸坡高5～8m為主，兩側(cè)岸坡陡峭，50°～70°，左側(cè)較陡峭，右側(cè)稍緩。

炸藥庫公路（高程690m）以下至溝口（高程575m）段稍緩，平均縱坡降450‰，溝谷呈“V”型，溝寬2～3m，兩側(cè)岸坡稍緩30°～40°，公路將溝道截斷，通過排水渠對溝水進行改到引排；高程650～625m段右側(cè)邊坡有人工棄渣，部分掩埋溝道。

2.2 物源條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，流域內(nèi)的松散堆積物較豐富，主要為崩坡堆積、殘坡積、人工堆積，主要分布位于沖溝溝谷、兩側(cè)岸坡以及流域內(nèi)緩坡臺地、604＃公路以下。

中下游段溝谷岸坡陡峭，局部見小規(guī)模坍塌，從地形條件分析，溝谷及兩側(cè)松散岸坡范圍內(nèi)淺層在強地表水徑流沖刷時，可成為泥石流物源之一。該處物源零星分布，單個體積小，不足200m3，整體物源體積小于1000m3。

馬鞍山社、白鶴灘社緩坡臺地表層的粉土質(zhì)礫在地表強降水沖刷下可成為泥石流物源之一。但這兩處臺地多為耕地，植被較發(fā)育，近期能參與泥石流活動的動儲量不足10萬m3。

溝口段高程650～625m段右側(cè)邊坡有人工棄渣，為炸藥庫、公路施工產(chǎn)生的混合土碎塊石為主，少量碎石混合土，結(jié)構(gòu)松散，強地表水沖刷下可成為物源之一。該部分堆渣總計約3～4萬m3，近期能參與泥石流的動儲量約1000m3。

綜上所述，在強降雨條件激發(fā)下，整條溝近期能參與一次泥石流最大沖出量約10.2萬m3，最大松散固體物質(zhì)總儲量約為14.1萬m3。

2.3 降雨條件

根據(jù)當?shù)貧庀缶痔峁┑馁Y料顯示，馬鞍山溝流域年均降雨量為727.2～1484.9mm，最大12小時降雨為 49.5mm，最大 1小時降雨量為30.5mm，水源條件充足，滿足泥石流啟動的臨界雨強條件。

2.4 泥石流發(fā)生歷史

通過對王貴忠（35歲左右，馬鞍山社村民）、龍廷營（馬鞍山社村民、40歲左右）以及白鶴灘社一戶村民的調(diào)查訪問，結(jié)合當?shù)卣峁┑馁Y料顯示，歷史上馬鞍山溝曾多次發(fā)生泥石流，最大規(guī)模泥石流深約1m，持續(xù)近10天，在退耕還林之后，流域內(nèi)植被情況得到改善，近三年未見泥石流發(fā)生。

3 泥石流危險度評價

目前泥石流危險度評價從定性到定量有很多方法，例如：灰色關(guān)聯(lián)度分析法、層次分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法等，各有其特點，但沒有考慮到泥石流評價結(jié)果的不確定性，即模糊性。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法，該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合泥石流危險度評價中非確定性問題的解決，故本文使用模糊綜合評判法對馬鞍山溝泥石流進行危險度評價。

（1）建立因子集與評價集

根據(jù)對馬鞍山泥石流的調(diào)查與分析，結(jié)合模糊數(shù)學法，本文選取了具有代表性的危險因子作為因子集，即一次泥石流最大沖出量S1、松散固體物質(zhì)儲量S2、最大漂礫粒徑S3、最大容重S4、最大12小時暴雨量S5、流域最大相對高差S6、泥石流發(fā)生頻率S7、流域面積S88個危險因子，馬鞍山溝泥石流危險因子的特征值取值見表1。

表1 馬鞍山溝泥石流各危險因子特征值Tab.1 Characteristic value of each risk factor of Maanshan

建立的因子集為U＝｛u1，u2，…，u8｝＝｛一次泥石流最大沖出量，松散固體物質(zhì)儲量，最大漂礫粒徑，最大容重，最大12小時暴雨量，流域最大相對高差，泥石流發(fā)生頻率，流域面積｝。

評價集即危險性等級，本文將評價集分為四個等級，即輕微、中等、嚴重、危險，建立的評價集為V＝｛v1，v2，v3，v4｝＝｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝。

（2）確定危險因子的權(quán)重

該泥石流危險因子的權(quán)重是參考我國西南地區(qū)部分泥石流數(shù)據(jù)，以一次泥石流最大沖出量為主要因子，其他7項為次要因子，利用關(guān)聯(lián)分析得出各因子的權(quán)重。其原理如下：

設有i個有序數(shù)列：

其中i代表危險因子序號，k代表泥石流序號，各有序數(shù)列即各泥石流中獲取的危險因子的性狀數(shù)據(jù)，另外，再給定有序參考數(shù)列：

關(guān)聯(lián)度公式為

采用均值化變換，將原始數(shù)據(jù)初始化，去掉量綱，其原理為：若某因素（或某指標）的原始數(shù)據(jù)為：xi（b），b＝1，2，…，n，則其均值化序列為

表2 泥石流各危險因子權(quán)重Tab.2 Each risk factor＇s weight of debris flow

（3）建立評價因子隸屬函數(shù)

建立評價因子隸屬函數(shù)能夠定量的對各危險因子與危險性等級的隸屬度進行計算，本文采用服從正態(tài)型隸屬函數(shù)，其公式如下：

式中的x分別代表8種危險因子，xi+1、xi為某一危險等級相應的評價因子的上、下界限。

根據(jù)以上公式結(jié)合泥石流危險等級劃分表3（數(shù)據(jù)來源文獻［2］），求出各危險因子對某一危險等級的隸屬函數(shù)中的系數(shù)m、c，見表4。

表3 泥石流危險等級劃分Tab.3 Debris flow hazard grade classification

表4 隸屬函數(shù)中的m和c值Tab.4 m and c values of membership functions

（4）建立模糊關(guān)系

因子集與評價集之間存在一種模糊關(guān)系，可以用矩陣來表示，建立的模糊矩陣如下：

利用模糊推論可求得模糊向量B為

式中rij表示單個危險因子對某個危險等級的隸屬度，A表示危險因子權(quán)重向量。

最后選取模糊向量B中最大的元素所屬危險等級（最大隸屬度原則）即為所求泥石流危險度。

（5）馬鞍山溝泥石流危險度計算

結(jié)合表4，將表1中的數(shù)據(jù)帶入公式（1）中，求得的模糊矩陣：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式（3）得：

由以上計算結(jié)果可知，模糊向量B中最大的元素為0.563（Ⅱ），根據(jù)最大隸屬度原則，馬鞍山溝泥石流危險等級屬于Ⅱ等級，即中度危險。

4 結(jié)論

（1）利用模糊綜合評判法建立模糊矩陣，求得模糊向量，根據(jù)最大隸屬度原則，馬鞍山溝泥石流危險度屬于中度危險，在強降雨的激發(fā)下有可能發(fā)生泥石流災害，會對集運漁下游碼頭的選址、施工以及建成之后的安全運行造成一定程度的威脅，而且泥石流一旦發(fā)生，對白鶴灘社、馬鞍山社的村民人身及財產(chǎn)安全都有直接的損害。因此，建議對該泥石流進行工程防治，實時監(jiān)測，密切注意其發(fā)展動向，并且向當?shù)鼐用裥麄髂嗍鳛暮θ簻y群防政策，必要時可建立預警避難系統(tǒng)，避免一些不必要的災害損失。

（2）模糊綜合評判法具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，在泥石流危險度評價中重點考慮了危險因子選取以及權(quán)重確定方面的模糊性，從而解決了其他評價方法未考慮泥石流不確定性因素的問題，所以使得評價結(jié)果更加客觀。

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Risk Degree Evaluation of Debris Flow in Maanshan，Yunnan

Cui Ruifeng，Dou Bin，Li Leisheng
（College of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

In order to ensure the smooth progress of a pier project in Jinsha River，especially do the risk evaluation of debris flow in Maanshan.Based on investigating and analyzing the feature of debris flow in Maanshan，combined with previous research results，this paper chooses eight risk factors：the maximum amount out of a debris flow，loose solid material reserves，the largest bulk density，the maximum amount rain of 12 hours，the largest relative elevation of river basin，the frequency occurrence of debris flow and basin area.Using fuzzy comprehensive evaluation method，establish the subjection function of evaluation factors and fuzzy matrix.The results showed that the risk degree of debris flow in Maansan is moderate，debris flow may occur in heavy rainfall excitation.

debris flow；fuzzy comprehensive evaluation；risk degree evaluation；Maanshan；disaster prevention and mitigation

P642.23

A

1673－8047（2016）03－0038－07

2016－05－12

崔瑞峰（1992—），男，碩士研究生，主要研究方向為地質(zhì)災害預測與防治。