泥石流分布與環(huán)境因子的關(guān)系——以綿陽市北部縣區(qū)為例

葉 蕾

（云南師范大學(xué)，云南 昆明 650500）

泥石流是一種介于流水與滑坡之間的地質(zhì)作用[1]，主要發(fā)生在山區(qū)地區(qū)，是我國最常見的地質(zhì)災(zāi)害之一。其形成過程主要是由于大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì)，使其穩(wěn)定性降低，飽含水分固體堆積物質(zhì)在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就造成了泥石流[2]。泥石流災(zāi)害的發(fā)生常常具有突發(fā)性，且來勢迅猛，作為一種災(zāi)害性的地質(zhì)現(xiàn)象，由此引發(fā)的危害也十分巨大[3]，其在發(fā)生時(shí)不僅會沖毀沿線公路[4、5]、橋梁[6]、房屋等設(shè)施，還有可能淹沒農(nóng)田、掩埋村莊，造成人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失[7、8]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2005年-2015年，僅僅十一年時(shí)間，我國共發(fā)生泥石流災(zāi)害10 927起，造成人員死亡（失蹤）3 000人，直接經(jīng)濟(jì)損失約142億元[9]。國內(nèi)學(xué)者關(guān)于泥石災(zāi)害的探究主要集中于泥石流災(zāi)害的成因[10-13]，而對環(huán)境因子與泥石流災(zāi)害分布的關(guān)系的研究較少。在我國西南地區(qū)泥石流災(zāi)害尤為典型，以四川、云南、西藏為主要分布區(qū)域[9]，綿陽市北部山區(qū)位于四川省西北部，屬于泥石流高易發(fā)區(qū)域[14]。通過對該區(qū)域泥石流分布密度與環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行研究，不僅有助于我們了解環(huán)境因子對泥石流的影響，同時(shí)可以為泥石流災(zāi)害的預(yù)防與整治提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

綿陽市位于四川省西北部，居涪江的中上游地區(qū)，西北部與阿壩藏族羌族自治縣相連，東部與廣元市毗鄰，西南部靠近德陽市，東南部與南充市、遂寧市接壤。綿陽市北部區(qū)縣包括平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)。

平武縣位于綿陽市的北部地區(qū)，涪江上游地區(qū)，東連青川縣，南接北川縣，西鄰松潘縣，北靠甘肅省，東南臨江油市，西北抵九寨溝縣。

北川羌族自治縣位于綿陽市西北部地區(qū)，東鄰江油市，南接安州區(qū)，西抵茂縣，北靠松潘、平武縣，轄區(qū)面積共3 084 km2。

安州區(qū)位于綿陽市西南部，龍門山脈中段，東抵江油市，東南與涪城區(qū)接壤；南至德陽市羅江縣，西南與綿竹市相連；北靠北川縣，西北與阿壩藏族羌族自治州茂縣毗鄰，轄區(qū)面積1 189 km2。

1.2 地形地貌

綿陽市的地形大體上是自西北向東南傾斜，地貌類型也由山地逐漸向丘陵過渡。

平武縣地形主要以山地為主。其中山地主要包括南北走向的岷山山脈以及東西走向的摩天嶺山脈和近北東至南西走向的龍門山脈。地勢呈現(xiàn)西北高、東南低的趨勢，在其西北部主要分布的是極高山、高山，向東南漸次過渡為中山、低中山和低山[15]。

北川羌族自治縣地形也是以山地為主。平均海拔較高，層巒疊嶂，山峰交錯(cuò)，境內(nèi)山脈主要包括西部的岷山山脈和東部的龍門山脈。地勢呈現(xiàn)西北高，東南低的態(tài)勢，地勢的遞降較快，從其西北部到西南部每隔1 000 m海拔大概下降46 m。境內(nèi)水文條件良好，河溝縱橫，主要的水系包括湔江、平通河、安昌河和蘇寶河，皆依地形地勢從東南方向流出，最終注入涪江。

安州區(qū)西北部系龍門山脈，地勢較高，根據(jù)地貌成因和地表形態(tài)，安州區(qū)地貌可分為平壩、丘陵（臺地）、低中山三種類型。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

1）源自綿陽市國土資源局的綿陽市2017年主要泥石流災(zāi)害分布數(shù)據(jù)。

2）綿陽市1∶50萬分辨率為30 m×30 m DEM數(shù)字高程圖。

3）根據(jù)綿陽市北部縣區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）的地形和地勢，對其高程進(jìn)行分級，每500 m為一級，共分為11級；對坡度進(jìn)行分級，每10度為一級，共分為9級；根據(jù)綿陽市北部縣區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）的水文特征對與水系歐氏距離進(jìn)行分級，每0.5 km為一級，分為<0.5 km，0.5～1 km，1～1.5 km，>1.5 km；共4級。

2.2 研究方法

2.2.1 頻率比數(shù)研究法

首先對連續(xù)變量（高程、坡度、去水系距離）進(jìn)行分級，計(jì)算每個(gè)不同變量的不同等級占綿陽市典型地區(qū)的頻率。其公式為：

該公式中：Di為環(huán)境因子的第i個(gè)分級（或類型）在總面積的分布頻率（%）；di為第i個(gè)分級（或類型）的土地分面積；A為總面積。

其次，將每個(gè)因子的每個(gè)級（或類型）的泥石流災(zāi)害發(fā)生次數(shù)占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的百分比作為該分級（或類型）上泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率。其公式為：

式中：Hi為某環(huán)境因子第i個(gè)分級（或類型）上泥石流災(zāi)害的分布頻率（%）；hi為某環(huán)境因子第i個(gè)分級（或類型）上災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)；S為泥石流災(zāi)害總次數(shù)。

2.2.2 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是空間分析的一種?？臻g分析是對于地理空間現(xiàn)象的定量研究，其常規(guī)能力是操縱空間數(shù)據(jù)使之成為不同的形式，并且提取其潛在的信息[16]。緩沖區(qū)分析通過對是指以點(diǎn)、線、面實(shí)體為基礎(chǔ)，自動(dòng)建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后建立該圖層與目標(biāo)圖層的疊加，進(jìn)行分析而得到所需結(jié)果[17]。

3 結(jié)果與分析

3.1 高程與泥石流災(zāi)害的關(guān)系

根據(jù)綿陽市北部縣區(qū)平（武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）的地形，將高程以每500 m為分級，共分為11級：<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，1 500～2 000 m，2 000～2 500 m，2 500～3 000 m，3 000～3 500 m，3 500～4 000 m，4 000～4 500 m，4 500～5 000 m，5 000～5 500 m。

通過計(jì)算，綿陽市北部縣區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）不同高程分級所占的面積及泥石流發(fā)生頻數(shù)結(jié)果，如表1所示：

表1 綿陽市北部縣區(qū)不同高程分級所占的面積及泥石流分布頻數(shù)

根據(jù)公式（1）、（2）結(jié)合表（1）分別計(jì)算11個(gè)級別高程所對應(yīng)的分布頻率、泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率，其結(jié)果見表2和圖1、圖2。

表2 泥石流災(zāi)害在綿陽市北部縣區(qū)與高程的頻率比數(shù)

圖1 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害分布與高程的關(guān)系圖

圖2 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害分布與高程的關(guān)系曲線圖

根據(jù)表1、表2結(jié)合圖1、圖2可知，綿陽市北部縣區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）的泥石流災(zāi)害與高程的關(guān)系可以概括為以下幾點(diǎn)：

泥石流災(zāi)害的分布的頻率比數(shù)隨著高程的增加而逐漸增多，在高程達(dá)到1 000～1 500m時(shí)達(dá)到一個(gè)極大值；

在極大值區(qū)段內(nèi)泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率占泥石流災(zāi)害總數(shù)的50.19%；

隨著高程的增加頻率比數(shù)逐漸減小，在高程超過5 000 m后，泥石流災(zāi)害不再發(fā)生。

由此可知，泥石流災(zāi)害在綿陽市北部縣區(qū)的分布主要集中在1 000～1 500 m的高峻山體上；其次，在高程500～1 000 m的丘陵到高山的過渡帶，泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率也比較高；在海拔超過5000 m的極高山，泥石流基本不發(fā)生。

3.2 坡度與泥石流災(zāi)害的關(guān)系

根據(jù)綿陽市平武縣、北川羌族自治縣、安州的坡度圖，將坡度以每10度為一級進(jìn)行分級，共分為9級：0～10 °，10～20 °，20～30 °，30～40 °，40～50 °，50～60 °，60～70 °，70～80 °，80～90 °。

通過計(jì)算，不同坡度等級占綿陽市典型地區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）的面積及泥石流發(fā)生頻數(shù)如下：

根據(jù)公式（1）、（2）結(jié)合表3分別計(jì)算8個(gè)級別坡度所對應(yīng)的分布頻率、泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率，其結(jié)果見表4，圖2、圖3所示。

表3 綿陽市北部縣區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）不同坡度所占面積

表4 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害在不同坡度的頻率比數(shù)

根據(jù)表3、表4和圖3、圖4可以看出，綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害的分布的頻率比數(shù)與坡度的關(guān)系可以概括為以下幾點(diǎn)：

圖3 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害分布與坡度的關(guān)系圖

圖4 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害分布與坡度的關(guān)系曲線圖

隨著坡度的增加，泥石流災(zāi)害的分布頻率比數(shù)逐漸增加，在坡度到達(dá)20～30°時(shí)達(dá)到極大值；

在極大值區(qū)段內(nèi)，泥石流災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)占泥石流災(zāi)害發(fā)生總次數(shù)的頻率比數(shù)為29.81%；

隨著坡度的增加，泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率逐漸減少，在坡度超過60°后，泥石流災(zāi)害幾乎不再發(fā)生，在坡度超過70°，泥石流災(zāi)害不再發(fā)生。

由此可知，泥石流災(zāi)害的在綿陽市北部縣區(qū)的發(fā)生主要集中于坡度10～50°的山坡上，其中最主要的集中區(qū)域是坡度20～30°的較陡坡。當(dāng)坡度過高時(shí)，泥石流災(zāi)害不再發(fā)育。

3.3 水系距離與泥石流災(zāi)害分布的關(guān)系

根據(jù)綿陽市北部縣區(qū)（平武縣、北川羌族自治縣、安州區(qū)）的水系分布圖，以水系為指標(biāo)，進(jìn)行緩沖區(qū)分析，以每500 m為一級進(jìn)行分級，共分為4級：<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，>1 500 m。由于每個(gè)分級所占的面積相同，所以不需計(jì)算單位面積上泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率比數(shù)。只需根據(jù)公式（1）分別計(jì)算四個(gè)等級所對應(yīng)的分布頻率、泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率。其結(jié)果見表5。

表5 泥石流災(zāi)害與水系距離的頻率比數(shù)

根據(jù)表5和圖5、圖6可以看出，綿陽市北部縣區(qū)的泥石流災(zāi)害與水系的關(guān)系可以概括為以下幾點(diǎn)：

圖5 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害分布與水系距離的關(guān)系圖

圖6 綿陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害分布與水系距離的關(guān)系曲線圖

水系距離與泥石流災(zāi)害分布并沒有極其密切的關(guān)系；

泥石流災(zāi)害與水系距離的相關(guān)關(guān)系主要分為兩個(gè)極端，即在<500 m的范圍內(nèi)，是泥石流災(zāi)害的高發(fā)區(qū)域，可是隨著水系距離的增加，它們的頻率比數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，即當(dāng)水系距離>1 500 m后，泥石流災(zāi)害廣泛發(fā)育。

由此可知，造成該結(jié)果的原因可能是在距離水系極近的區(qū)域，有利于泥石流災(zāi)害的發(fā)育，而隨著水系距離的增加，水系不再是影響泥石流災(zāi)害發(fā)育的主導(dǎo)因子，其他因子主導(dǎo)泥石流災(zāi)害的發(fā)生。

4 泥石流災(zāi)害防治對策

泥石流災(zāi)害是我國山區(qū)發(fā)生頻率較高的一種地質(zhì)災(zāi)害，由于其往往會造成較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失和人員傷亡而受到人們的廣泛關(guān)注，而由于其發(fā)生時(shí)的突然性與驚人的破壞力又使得對其進(jìn)行預(yù)防與監(jiān)測變得困難?；趯d陽市北部縣區(qū)泥石流災(zāi)害的分布與環(huán)境因子的關(guān)系的分析，提出以下幾條泥石流災(zāi)害的防治的關(guān)鍵及對策。

泥石流主要發(fā)生的高程1 000～1 500 m的山區(qū)地區(qū)，所以該高程范圍內(nèi)的山區(qū)地區(qū)更應(yīng)該加強(qiáng)對泥石流災(zāi)害的監(jiān)測工作，注意泥石流災(zāi)害的發(fā)生動(dòng)向。此外，為了減少泥石流災(zāi)害造成的損失，也可以盡可能地減少鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等在該高程范圍內(nèi)的分布。

在坡度較大的區(qū)域泥石流災(zāi)害更易發(fā)生，所以在山地坡度較大的地區(qū)，可以采取工程措施來防治泥石流災(zāi)害。比如，在陡坡處修筑泥石流防護(hù)坡、擋墻以及采取生物措施進(jìn)行泥石流災(zāi)害的防御工作，減少山坡地區(qū)泥石流災(zāi)害的發(fā)生。

在近水系區(qū)域泥石流災(zāi)害發(fā)生頻率較高，水流為泥石流災(zāi)害的發(fā)生提供了外在能量條件。因此在近水系區(qū)域可以采取修筑攔擋壩、儲淤場等工程措施來削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以減少泥石流的沖刷、撞擊和淤埋。

5 結(jié)論

泥石流災(zāi)害的發(fā)育與高程、坡度和水系都有極其密切的關(guān)系，隨著高程、坡度、水系距離的變化，泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率也發(fā)生明顯的變化；泥石流災(zāi)害在綿陽市北部縣區(qū)的發(fā)育主要集中于高程500～1 000 m的陡峻山體之上，陡峻的山體是形成泥石流災(zāi)害的初始條件；泥石流災(zāi)害發(fā)育主要集中在坡度20～30°的區(qū)域，此坡度一方面使泥石流的松散物質(zhì)不易集中，一方面也使泥石流物質(zhì)有了向下坡滑動(dòng)的充足動(dòng)力；泥石流災(zāi)害的發(fā)育與水系距離的關(guān)系出現(xiàn)明顯兩極化變化，一方面在距離水系極近的區(qū)域發(fā)生頻率較高，水系為泥石流的發(fā)育提供了誘發(fā)條件；另一方面，隨著水系距離的增加，泥石流頻率也增大，證明水系距離增大到一定程度后，水系將不再是影響泥石流災(zāi)害發(fā)生的原因。