孫健,劉海,劉欽,盧玲
(1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊(duì),安徽黃山245000;2.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心,安徽合肥230040)
2013年6月30日上午7~9時(shí),黃山市徽州區(qū)北部山區(qū)突發(fā)強(qiáng)降雨,約2個(gè)小時(shí)降雨量達(dá)200mm[1],引發(fā)大面積山洪泥石流災(zāi)害,次生滑坡、崩塌、坡面泥石流、溝谷泥石流地質(zhì)災(zāi)害隨處可見,可謂千瘡百孔、滿目瘡痍,安徽省將此次災(zāi)害定為“2013.6.30”徽州區(qū)山洪災(zāi)害,簡(jiǎn)稱“2013.6.30”。呈坎鎮(zhèn)小容自然村上部半個(gè)村莊被充填掩埋(圖1),小容河流域自小容自然村至外曹家棚一線河床淤積,道路沖毀,受災(zāi)嚴(yán)重。小容泥石流為皖南較為典型的溝谷型泥石流,由于小容自然村民房阻水嚴(yán)重,造成泥石流在自然村中上部提前堆積,客觀上形成了小容泥石流較為封閉的體系,但“2013.6.30”小容自然村下部及其下游沿小容河很長(zhǎng)一段地區(qū)均受到泥石流的影響,遭受損失。因此,對(duì)小容河流域整體進(jìn)行溝谷泥石流特征研究及泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有著十分重要的意義。
小容河流域位于呈坎鎮(zhèn)容溪村北西方向約10km處,為一近南北向轉(zhuǎn)北北西向狹長(zhǎng)溝谷,流域最高點(diǎn)位于小容北側(cè)山脊海拔766.6m,溝口最低點(diǎn)位于豐樂(lè)水庫(kù)溝口海拔197m,長(zhǎng)度自766.6高地至豐樂(lè)水庫(kù)溝口約8.21km,寬度在石排尖東西向1.8km,瑤坪尖東西向約1.5km。小容自然村向上變窄,為典型的低山溝谷地貌,流域面積近6.6km2,按中科院地理所及國(guó)內(nèi)水利系統(tǒng)小流域定義[14~15]——流域面積在5~30km2的自然閉合集水區(qū),小容河流域?yàn)橐坏湫托×饔蚋拍畹募璧?。主要河流及次?jí)溝谷為小容河、里曹沖溝等,溝谷基本平直,縱坡降較大;主要自然村由里向外依次為小容、汪塢口、新安、里曹家棚、方家塢、外曹家棚、葛塢段等7個(gè)自然村,現(xiàn)有住戶186戶486人。
小容河流域總體較為平直,從溝谷演化可分為小容自然村以上為切溝,小容自然村以下—外曹為沖溝,外曹—葛塢段—溝口為坳溝;縱坡降大致可分為四段,即分水嶺—小容自然村中部為溝源區(qū),縱坡降485‰~550‰,坡角約28°~35°;小容自然村中部—范培杰段主溝總體縱坡降14°(分段350‰~133‰,見圖2~4);范培杰—新安—外曹段,縱坡降130‰~73‰;外曹—葛塢段—溝口段,縱坡降25.5‰;里曹上游至里曹自然村段,縱坡降150‰。其溝谷形態(tài)特征高度符合泥石流溝谷形態(tài),以溝谷型泥石流分區(qū),可將流域大致分為:范培杰戶以上為泥石流物源區(qū)及形成區(qū);范培杰—里曹溝口—葛塢段—外曹為泥石流流通區(qū);外曹下游為泥石流堆積區(qū)。
圖1 小容自然村泥石流村內(nèi)淤積掩埋Photo 1. Siltation and burial caused by debris flow in natural village Xiaorong
圖2 小容泥石流主溝的縱向坡度[6]Photo 2. Longitudinal slope of main gully of debris flow in Xiaorong[6]
圖3 小容泥石流狹長(zhǎng)地形及左岸坡度[6]Photo 3. Narrow landform and left bank slope of debris flow in Xiaorong[6]
集水盆地[14]固體物源主要可分為三種類型:一類為集水盆地兩側(cè)斜坡的殘坡積層松散碎石土及全、強(qiáng)風(fēng)化層;二類為溝道內(nèi)碎石及塊石的再搬運(yùn);三類為洪水對(duì)溝岸的侵蝕、剝蝕。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)小容河流域斷裂構(gòu)造對(duì)集水盆地內(nèi)工程地質(zhì)巖組及其分布有較強(qiáng)的控制作用,主要表現(xiàn)在對(duì)殘坡積碎石土厚度異常區(qū)和強(qiáng)風(fēng)化巖體分布有較強(qiáng)的控制作用,從而對(duì)流域地質(zhì)災(zāi)害也有較強(qiáng)的控制作用,在此本文重點(diǎn)分析斷裂構(gòu)造條件提供的物源和其他工程地質(zhì)巖組提供的物源。
(1)斷裂構(gòu)造提供物源 野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),小容河流域斷裂構(gòu)造形成的破碎帶極易風(fēng)化且控制著大面積松散碎石土的分布,對(duì)集水盆地固體物源儲(chǔ)量起著重要控制作用,而強(qiáng)風(fēng)化且松散的破碎帶本身也是泥石流固體物源的重要來(lái)源。因此,流域內(nèi)斷裂構(gòu)造是提供泥石流固體物源的重要條件之一。野外調(diào)查小容河流域查證3條規(guī)模較大的斷裂,斷裂特征及其對(duì)巖土體影響和提供可搬運(yùn)物源見表1。
(2)其他工程地質(zhì)巖組提供的物源 小容河流域?qū)δ嗍魑镌簇暙I(xiàn)較大的工程地質(zhì)巖組主要有:
松散殘坡積碎石土巖組:主要分布于小容自然村右岸北側(cè)山脊及里曹沖溝右岸,總體分布面積約50000~60000m2,厚度1~2.5m,局部3m,將地形坡度大于30°、厚度大于1.5m、橫向微凹的區(qū)域作為可搬運(yùn)物源參與估算,該破碎帶控制的碎石土巖組約可提供可搬運(yùn)物源40000m3,強(qiáng)降雨條件下,坡面侵蝕均可提供可搬運(yùn)物源。
沖洪積砂礫石巖組:分布于沖溝溝底,結(jié)構(gòu)松散,流域厚度一般0.5~1.5m,強(qiáng)降雨條件下以溝底再搬運(yùn)形式成為泥石流優(yōu)質(zhì)物源。
(3)地質(zhì)災(zāi)害及隱患分布 小容河流域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育,是徽州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布密度較高的區(qū)域,也是因?yàn)?zāi)損失較大的區(qū)域?,F(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害種類較多,對(duì)流域泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有重要影響的地質(zhì)災(zāi)害主要有:小容主溝泥石流、小容東塢泥石流、小容村內(nèi)祠堂現(xiàn)狀崩塌-滑坡隱患、老虎頭滑坡、吳飛散體碎石斜坡崩塌隱患、范小雨坡面泥石流、汪塢泥石流、新安坡面泥石流、里曹滑坡、里曹滑坡隱患、里曹崩塌碎塊巖帶等。在強(qiáng)降雨條件下,這些地質(zhì)災(zāi)害將可能進(jìn)一步活動(dòng)并發(fā)展,為其下游泥石流提供大量物源。
泥石流之所以成災(zāi),給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失,其本質(zhì)是大量固體沖洪積物堆積于溝口,超過(guò)了溝口和部分流通區(qū)允許容納的量,造成溝道堆積、抬升并對(duì)附近房屋及設(shè)施帶來(lái)破壞的現(xiàn)象。由此,本次調(diào)查引入“可搬運(yùn)物源儲(chǔ)量”和“可淤積容量”的概念,用于泥石流溝谷簡(jiǎn)易初步評(píng)判?!翱砂徇\(yùn)物源儲(chǔ)量”是指分布于泥石流集水盆地范圍內(nèi)可以搬運(yùn)成為泥石流固體物源的量,一般由溝底沖洪積物的量、溝谷兩側(cè)坡體崩塌滑坡提供的固體碎屑量、溝谷內(nèi)殘坡積碎石土可以搬運(yùn)的量組成;“可淤積容量”特指對(duì)威脅對(duì)象有影響的溝口堆積區(qū)可以容納固體碎屑堆積、淤積而不形成危害的量。
通過(guò)43 個(gè)溝谷調(diào)查的檢驗(yàn),最終確定“可搬運(yùn)物源儲(chǔ)量”與“可淤積容量”比值系數(shù)為泥石流易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)性初步評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)(表2)。
本文嘗試對(duì)小容河流域進(jìn)行分段計(jì)算泥石流初步評(píng)判系數(shù)K,泥石流初步評(píng)判系數(shù)K為上游累計(jì)可搬運(yùn)物源儲(chǔ)量除以累計(jì)可淤積容量,得到小容河流域分段易發(fā)性初步評(píng)判結(jié)果(表3),泥石流易發(fā)性初步評(píng)判,評(píng)判系數(shù)及結(jié)論符合“2013.6.30”特大降雨引發(fā)該流域泥石流客觀實(shí)際。
鑒于前文物源分析及村史調(diào)查回顧了解,本文將小容河流域分段易發(fā)性初步評(píng)判結(jié)果(表3)的高易發(fā)確定為二十年一遇,即:遇二十年一遇強(qiáng)降雨,可能形成泥石流淤積。
表2 泥石流易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)判系數(shù)表Table 2. Preliminary evaluation coefficient of debris flow risk
按照《地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求(1∶50000)》(2020年3月)及成都理工大學(xué)等最新研究成果,本文嘗試進(jìn)行小容河流域泥石流地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),按照易發(fā)性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的程序最終進(jìn)行泥石流單災(zāi)種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),其中:易損性評(píng)價(jià)分為宏觀易損性分析及易損性量化評(píng)價(jià);危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)從地質(zhì)災(zāi)害頻率、地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度、地質(zhì)災(zāi)害影響范圍、誘發(fā)因素等四個(gè)方面進(jìn)行宏觀分析并進(jìn)行量化加權(quán)計(jì)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則根據(jù)流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)、承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)、流域危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果綜合分析形成定性分析結(jié)果。
小容自然村及新安上游為小容河源頭區(qū),面積0.87km2,中低山地貌地形切割大,相對(duì)高差200~700m,斜坡坡度在30°以上。區(qū)域巖體較破碎,強(qiáng)風(fēng)化巖體分布較廣且存在大量順向節(jié)理結(jié)構(gòu)面及卸荷裂隙等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)斜坡和散體碎石斜坡;由于切坡修路、切坡建房,造成區(qū)內(nèi)大量邊坡巖土體臨空。區(qū)內(nèi)崩塌滑坡泥石流發(fā)育,共有地質(zhì)災(zāi)害及隱患點(diǎn)10處,其中滑坡2 處、崩塌4 處、泥石流4 處,點(diǎn)密度為11.49處/km2。源頭區(qū)地質(zhì)災(zāi)害高度易發(fā)為小容河流域泥石流的高易發(fā)提供了物源基礎(chǔ)。
小容河流域之小容自然村—新安范培杰段為崩塌滑坡泥石流高易發(fā)區(qū),里曹自然村為崩塌滑坡泥石流中易發(fā)區(qū),外曹—新安范培杰段為泥石流中易發(fā)區(qū),其他地段為泥石流低易發(fā)區(qū)(表3)。
以研究區(qū)最常見的房屋、人口和道路作為易損性評(píng)價(jià)因子進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)。其中房屋根據(jù)當(dāng)?shù)卣7扛脑煺{(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查形成,磚混結(jié)構(gòu)易損性低,自然村以磚木結(jié)構(gòu)為主,易損性中等,山里村落泥坯房屋多見,易損性高的規(guī)律,分別賦值1、3、6,通過(guò)遙感技術(shù)得到房屋賦值單元;人口根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的統(tǒng)計(jì)及實(shí)際調(diào)查相結(jié)合,按年齡、文化水平確定易損性,小于14歲、大于60歲年齡段賦值為3,15~59歲賦值為1,病殘人口賦值為6,人口的分布與房屋的分布存在相關(guān)性,通過(guò)實(shí)際調(diào)查將人口與具體房屋相關(guān)聯(lián);將區(qū)內(nèi)道路分為省道縣道、一般公路、山村道路,分別賦值2、3、5[21],根據(jù)遙感影像確定道路賦值單元(15m×15m)。
(1)通過(guò)層次分析法獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為:房屋0.2,人口0.6,道路0.2。
(2)通過(guò)核密度算法得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的密度值,三個(gè)指標(biāo)歸一化密度值乘各自權(quán)重求和為易損性指數(shù)[21],易損性指數(shù)越高,表示地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí),損壞程度越高。
X1為房屋歸一化密度值,X2為人口歸一化密度值,X3為道路歸一化密度值。
本文以泥石流為災(zāi)種,威脅對(duì)象以臨溝兩排為主進(jìn)行計(jì)算,小容泥石流災(zāi)害對(duì)自然村民房進(jìn)行易損性評(píng)價(jià),村內(nèi)民房易損性存在沿溝分帶性,即臨溝房屋易損性及損毀概率大于遠(yuǎn)離沖溝房屋,各段具體易損性指數(shù)見表3。小容河流域地質(zhì)災(zāi)害易損性總體較高;由于地處深山,避險(xiǎn)困難,人口易損性較大。
根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害頻率、地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度、地質(zhì)災(zāi)害影響范圍、誘發(fā)因素等方面綜合分析,加權(quán)計(jì)算得出小容河流域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)。
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分為風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)兩個(gè)階段,風(fēng)險(xiǎn)分析包括災(zāi)害(隱患)點(diǎn)識(shí)別、發(fā)生概率估計(jì)、承災(zāi)體判定、承災(zāi)體時(shí)空概率估計(jì)、易損性估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算等;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是用風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果與允許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比,以決定目前的風(fēng)險(xiǎn)是否是可以容許的,或者現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)控制措施是否可行[1~2,17~18]。
地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,疊加了承災(zāi)體的相關(guān)內(nèi)容,包括承災(zāi)體的時(shí)空概率、易損性、數(shù)量(對(duì)于人員來(lái)說(shuō))或經(jīng)濟(jì)價(jià)值(可貨幣化的物體)。風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃應(yīng)在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃圖基礎(chǔ)上進(jìn)行,在野外調(diào)查中核查每一個(gè)可能造成風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)坡段的影響范圍、威脅對(duì)象,評(píng)估其易損性,并評(píng)價(jià)其風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別,分為高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)級(jí)別。
小容自然村,面積0.200km2,巖體破碎風(fēng)化較強(qiáng),土體厚度異常,滑坡危險(xiǎn)性較大,區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害密度高。小容主溝泥石流,地形高差大,危險(xiǎn)性大,人口密度大,磚木結(jié)構(gòu)房屋為主,民房阻水嚴(yán)重,易損性較高,為滑坡泥石流高風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū);里曹自然村為滑坡泥石流中風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū),范培杰—外曹沿小容河段為泥石流中風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū);其他地段為泥石流低風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū)(圖5)。
小容河流域泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、易損性、危險(xiǎn)性、風(fēng)險(xiǎn)性存在由里到外分段遞減的現(xiàn)象或規(guī)律。
表3 小容河流域泥石流風(fēng)險(xiǎn)分段綜合評(píng)判表Table 3. Segmented comprehensive evaluation of debris flow risk in the Xiaorong River basin
根據(jù)“2013.6.30”強(qiáng)降雨氣象數(shù)據(jù),上表所列溝段及評(píng)判結(jié)果僅為直觀判斷結(jié)果,實(shí)際沖出量應(yīng)根據(jù)雨強(qiáng)和綜合降雨量大小確定,因此應(yīng)根據(jù)雨強(qiáng)及綜合降雨量數(shù)據(jù),分段進(jìn)行泥石流淤積可能預(yù)測(cè),并設(shè)置預(yù)警級(jí)別[11,17~19]。
建議根據(jù)雨強(qiáng)及降雨量分段設(shè)置氣象預(yù)警,實(shí)施分段風(fēng)險(xiǎn)管控措施,具體措施為:
設(shè)定雨強(qiáng)大于100mm、降雨量大于200mm,對(duì)應(yīng)百年一遇降雨工況,風(fēng)險(xiǎn)存在的溝段將會(huì)出現(xiàn)泥石流堆積,對(duì)沿溝靠山居民實(shí)施避讓;雨強(qiáng)大于75mm、降雨量大于170mm,對(duì)應(yīng)五十年一遇降雨工況,風(fēng)險(xiǎn)較大的溝段將會(huì)出現(xiàn)泥石流堆積,對(duì)沿溝靠山居民實(shí)施避讓;雨強(qiáng)大于50mm、降雨量大于150mm,對(duì)應(yīng)二十年一遇降雨工況,風(fēng)險(xiǎn)大的溝段將會(huì)出現(xiàn)泥石流堆積,對(duì)沿溝靠山居民實(shí)施避讓;雨強(qiáng)大于40mm、降雨量大于120mm,對(duì)應(yīng)十年一遇降雨工況風(fēng)險(xiǎn)極大的溝段將會(huì)出現(xiàn)泥石流堆積,沿溝靠山居民實(shí)施避讓。
目前小容自然村地質(zhì)災(zāi)害防治工作得到了政府高度重視,實(shí)施了嚴(yán)格的網(wǎng)格化管理,增加了自動(dòng)雨量站,初步具備了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警條件,每遇強(qiáng)降雨政府均組織力量將村內(nèi)居民撤離到呈坎鎮(zhèn)政府設(shè)置的安置點(diǎn)進(jìn)行避讓,每年投入大量的政府資源實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害防治,取得了明顯的防治工作成效。除此之外,認(rèn)為應(yīng)該實(shí)施整個(gè)流域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控,做到幾個(gè)加強(qiáng):
(1)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警研究,按照從里到外分段遞減的預(yù)警模式進(jìn)行氣象預(yù)警,降低地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防成本;
(2)加強(qiáng)預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害知識(shí)的宣傳,加強(qiáng)避險(xiǎn)能力的培訓(xùn),增強(qiáng)村民自我防災(zāi)意識(shí),提高村民避險(xiǎn)能力;
(3)加強(qiáng)搬遷避讓工作力度,根本上降低防災(zāi)減災(zāi)難度;
(4)加強(qiáng)財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)工作力度轉(zhuǎn)移因?yàn)?zāi)致貧風(fēng)險(xiǎn);
圖5 小容河流域溝谷型泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)示意圖Figure 5. Schematic diagram of gully debris flow risk assessment in the Xiaorong River basin
(5)強(qiáng)化流域綜合治理意識(shí),實(shí)施流域綜合治理。
小容河流域是項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較高的區(qū)域,地質(zhì)災(zāi)害種類多,防治難度大,巖體破碎、強(qiáng)風(fēng)化,有地形切割強(qiáng)烈等,地質(zhì)環(huán)境條件脆弱;陡坡墾荒種植茶葉、陡坡燒山墾荒建設(shè)大面積香榧基地造成大量水土流失,人為對(duì)自然環(huán)境干擾大,是造成環(huán)境惡化的重要因素。因此,小容河流域的治理不能僅僅局限于河道的清淤,不能局限于單個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的治理與監(jiān)測(cè),應(yīng)該建立在人與自然和諧相處的層面上,盡可能降低人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的干擾。
建議在小容河流域?qū)嵤﹪?guó)土、水利、農(nóng)業(yè)部門多部門聯(lián)合的綜合治理,堅(jiān)決制止燒山種榧,實(shí)施退耕還林,減少水土流失;逐步搬遷避讓,以降低人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的干擾。
(1)小容河流域集水盆地流域具有良好的匯水條件,溝谷基本平直,縱坡降較大,為泥石流提供了良好的水動(dòng)力條件;斷裂構(gòu)造控制著大面積松散碎石土的分布成為泥石流潛在物源,松散沖洪積物以溝底再搬運(yùn)形式成為泥石流優(yōu)質(zhì)物源,廣泛分布的崩塌滑坡隱患及崩滑堆積體是泥石流重要物源;特殊的地形條件和物源條件決定了泥石流成災(zāi)的可能性。
(2)根據(jù)小容河流域可搬運(yùn)物源儲(chǔ)量及可淤積容量進(jìn)行分段易發(fā)性初步評(píng)判,小容河流域泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性存在由里到外分段遞減的規(guī)律;進(jìn)行分段易損性、危險(xiǎn)性、風(fēng)險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià),也存在由里到外分段遞減的規(guī)律。
(3)建議小容河流域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警設(shè)置降雨量和雨強(qiáng)雙指標(biāo),按“十年一遇—百年一遇”從里到外分段遞減的預(yù)警模式;建議加強(qiáng)小容河流域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控;建議加強(qiáng)小容河流域以防止水土流失為主要目的的綜合治理。