帕隆藏布絞東滑坡堵江風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

周學(xué)鋮，徐爭(zhēng)強(qiáng)，胡 祎，張繼宏

（1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610052；2.內(nèi)蒙古第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

0 引言

絞東滑坡位于林芝市巴宜區(qū)魯朗鎮(zhèn)老排龍地段。據(jù)歷史影像推測(cè)，絞東滑坡首次滑塌時(shí)間約在2000年5月4日至2000年8月8日，見圖1A 區(qū)。2000年6月10日易貢湖潰決[1]，隨后形成的高速大流量洪水流對(duì)下游河道造成了巨大沖擊[2]，處于洪流下游回型彎區(qū)域的絞東滑坡受洪峰沖擊，斜坡穩(wěn)定性出現(xiàn)波動(dòng)（文章認(rèn)為，絞東滑坡首滑大概率為易貢湖潰決形成的洪流沖擊所誘發(fā)），至今該滑坡仍處于活動(dòng)狀態(tài)，對(duì)其下方帕隆藏布以及雅魯藏布江河道造成威脅。

圖1 絞東滑坡區(qū)位示意圖Fig.1 Location diagram of Jiaodong landslide

易貢滑坡災(zāi)情發(fā)生后，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對(duì)災(zāi)害鏈模擬[2],滑坡機(jī)理[3-6]、動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行了研究，對(duì)易貢滑坡流域內(nèi)其它潛在的隱患區(qū)（體）輻射較少，對(duì)絞東滑坡的研究為空白，而絞東滑坡地處帕隆藏布左岸，一旦大規(guī)?；鷮⒂卸氯谅〔夭嫉娘L(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響雅魯藏布江及下游兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此對(duì)絞東滑坡進(jìn)行深入研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

鑒于絞東滑坡發(fā)生至今一直存在的活動(dòng)性以及潛在威脅對(duì)象的重要性，文中借助RS、GIS 對(duì)絞東滑坡堵江風(fēng)險(xiǎn)展開了評(píng)估，為下一步預(yù)防與治理提供思路。

1 絞東滑坡基本情況

絞東滑坡后緣高程2 030～2 092 m，前緣高程1 585～1 590 m，最大落差達(dá)515 m，主滑方向214°。滑體長260～640 m，前緣橫向?qū)捈s200～350 m，滑體厚度5～12 m，已發(fā)生兩次滑塌事件，體積共約51.5×104m3，推測(cè)仍有100×104m3以上潛在滑體。綜合判斷，絞東滑坡為大型順向淺表層滑坡。

1.1 地質(zhì)環(huán)境背景

絞東滑坡位于帕隆藏布河道北東側(cè)山坡中上部，地形起伏大、切割深?；旅婊鶐r大面積出露，后緣外側(cè)近山脊，地形稍緩。坡面整體坡向210°～280°，坡度30°～40°。已有滑面呈負(fù)地形地貌，降雨時(shí)滑坡后緣和兩側(cè)坡體形成的水流均向滑坡區(qū)匯集，為滑坡的形成提供了有利條件。

滑坡區(qū)出露的地層為一套蛇綠混雜巖構(gòu)造巖片，滑坡中上部為混雜帶基質(zhì)，下部為石英片巖巖片。區(qū)內(nèi)巖層傾向總體在220°～280°，傾角較大，在70°～82°。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線主要方向?yàn)槟蠔|向，構(gòu)造規(guī)模大小不一，斷層破碎帶發(fā)育、斷層面傾角通常大于60°、性質(zhì)為正斷兼小規(guī)模走滑。

1.2 絞東滑坡特征分析

為理清絞東滑坡的危險(xiǎn)性，必要對(duì)滑坡特征進(jìn)行進(jìn)一步分析，尤其是潛在滑體規(guī)模、分布位置等。由于研究區(qū)域位于深切割無人區(qū)內(nèi)，滑坡實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難以獲得，依據(jù)現(xiàn)有的影像資料和DEM 資料亦難以直接獲得滑坡體規(guī)模。為有效估算滑體規(guī)模，在前人研究的基礎(chǔ)上引入缺乏實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)域的高位滑坡體規(guī)模估算方法。

近年來，研究人員對(duì)滑坡碎屑流運(yùn)動(dòng)的距離有諸多研究[7-11]，其中鄭光等[11]首次建立了滑坡碎屑流和巖體勢(shì)能之間的基本公式，并加以驗(yàn)證，結(jié)果符合性較好。具體公式如下：

式中：L——碎屑流運(yùn)動(dòng)水平滑移距離；

d——碎屑體最大粒徑；

B——滑面寬度；

α——滑面傾角；

μ——摩擦系數(shù)；

V——滑坡體體積；

H——滑坡體最大垂直滑移距離。

由于絞東滑坡所在斜坡面已發(fā)生兩次滑坡災(zāi)害，根據(jù)遙感影像可直接獲取L和B的值，并可估測(cè)d的值，而根據(jù)DEM 則可獲取H和α 的值，μ則可依據(jù)HEIM[12]1932年提出的μ=H/L計(jì)算。

由上可知，在已知L、H、B、d、α、μ 的前提下，計(jì)算滑坡體體積V則成為可能，因此式（1）可改寫為：

將絞東滑坡已知數(shù)據(jù)代入式（2），計(jì)算結(jié)果見表1。

通過表1計(jì)算可以看到，基于式（2）計(jì)算得到的滑坡體體積與現(xiàn)場(chǎng)估算的滑坡體體積接近率超過90%。在缺乏準(zhǔn)確資料的情況下，利用式（2）進(jìn)行滑坡體規(guī)模估算是可行的。當(dāng)然，文中的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，該模型的通用性尚待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

表1 高位滑坡體體積計(jì)算模型檢驗(yàn)計(jì)算表Table 1 Check calculation table of high-level landslide volume calculation model

根據(jù)前文，在缺乏準(zhǔn)確資料的情況下，通過模型計(jì)算得到了絞東滑坡兩個(gè)滑體的體積，而滑體平均厚度則可根據(jù)h平均=V/S計(jì)算得到，其中h平均為滑體平均厚度，S為滑體表面積（表2）。

表2 高位滑坡體平均厚度計(jì)算表Table 2 Calculation table of average thickness of high-level landslide mass

1.3 潛在滑坡體分布位置及規(guī)模分析

絞東滑坡斜坡區(qū)已發(fā)生兩次滑坡事件。為進(jìn)一步分析滑坡影像特征，繪制了滑坡三維影像圖（圖2）。

圖2 絞東滑坡斜坡區(qū)三維影像圖Fig.2 3D image of Jiaodong landslide slope area

根據(jù)圖2可直觀發(fā)現(xiàn)，北側(cè)滑體（A 區(qū)）主體以崩滑為主，InSAR 監(jiān)測(cè)顯示的形變跡象較弱，實(shí)地堆積體較少，至目前尚未形成大規(guī)模崩滑現(xiàn)象；南側(cè)滑體（C 區(qū)）已發(fā)生滑動(dòng)，堆積體較多，InSAR 監(jiān)測(cè)顯示其滑面仍存在明顯形變跡象；中部區(qū)域（B 區(qū)）左側(cè)為已滑坡區(qū)，右側(cè)為溝谷帶，其形態(tài)上符合潛在滑坡形貌。

綜合A、B、C 三個(gè)區(qū)域的活動(dòng)特性，考慮其地質(zhì)環(huán)境的一致性，認(rèn)為B 區(qū)可能存在和C 區(qū)相似的地表活動(dòng)性，而C 區(qū)已發(fā)生滑坡，則本文關(guān)注的再發(fā)災(zāi)害的重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)該為B 區(qū)。

結(jié)合遙感影像和DEM，獲取B 區(qū)的參數(shù)，潛在滑區(qū)表面積284 648 m2，參照計(jì)算C 區(qū)的滑坡體平均厚度，則可知B 區(qū)潛在滑體體積為1 787 592 m3。

2 絞東滑坡活動(dòng)性分析

根據(jù)歷史光學(xué)影像，自首滑后，于2014年（具體時(shí)間未知）在絞東滑坡南側(cè)約500 m 處的鋼郎一帶再次發(fā)生滑塌事件，見圖3C、圖4C 區(qū)。此次滑塌雖未在絞東滑坡原址，但二者在空間上同屬一個(gè)微斜坡單元，故認(rèn)為是同一個(gè)滑坡。

圖3 絞東滑坡三處斜坡區(qū)平均形變時(shí)序曲線圖Fig.3 Time series curve of average deformation in three slope areas of Jiaodong landslide

依據(jù)光學(xué)影像獲取絞東滑坡兩次活動(dòng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，由于光學(xué)傳感器的成像特點(diǎn)，僅據(jù)此難以獲取更詳細(xì)的滑坡活動(dòng)信息。為進(jìn)一步探索絞東滑坡的活動(dòng)性，選用2019—2020年共22 景Sentinel-1A 降軌數(shù)據(jù)，22 景日期見圖3橫坐標(biāo)。基于POD 精密定軌星歷數(shù)據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，再結(jié)合ALOS 12.5m DEM 數(shù)據(jù)采用PS-InSAR 對(duì)滑坡區(qū)域進(jìn)行形變分析（圖4）。

由圖4可知，絞東滑坡存在兩處已滑塌區(qū)域，目前均存在活動(dòng)跡象，其中南側(cè)滑坡體形變速率總體較高。對(duì)南側(cè)滑坡體進(jìn)一步分析，平均形變速率-34.09 mm/a，最大形變速率為-96.13 mm/a，形變速率≥50 mm/a 的PS 點(diǎn)共10 個(gè)，其中除一個(gè)點(diǎn)位于后緣下方約180 m 處外，其余9 個(gè)點(diǎn)集中分布于滑體中下部，形變速率突出（LOS 方向即視線方向，正代表靠近LOS 方向，負(fù)代表遠(yuǎn)離LOS 方向）。為充分反映滑坡體活動(dòng)情況，文章對(duì)絞東滑坡的平均形變量進(jìn)行時(shí)序分析（圖3），發(fā)現(xiàn)，A 區(qū)與C 區(qū)自2019年10月3日 至2020年4月24日之間相對(duì)穩(wěn)定，之后出現(xiàn)形變跡象；B 區(qū)自2019年10月3日至2020年7月29日呈持續(xù)形變跡象，在2020年4月24日至2020年7月5 間有加速形變趨勢(shì)。

圖4 絞東滑坡形變速率圖（2019年 10月 3日至 2020年 7月 29日，LOS 方向）Fig.4 Deformation rate diagram of Jiaodong landslide (October 3,2019 to July 29,2020,LOS direction)

綜合分析表明，絞東滑坡所在斜坡坡體目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡再發(fā)性較高。

3 絞東滑坡堵江風(fēng)險(xiǎn)性

絞東滑坡直接威脅對(duì)象為帕隆藏布以及雅魯藏布江河道，在理清絞東滑坡斜坡區(qū)潛在高危區(qū)域后，進(jìn)一步分析其堵江風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。

3.1 絞東滑坡潛在堵江類型分析

由前文可知，B 區(qū)和C 區(qū)具有相似的地質(zhì)環(huán)境背景，假設(shè)B 區(qū)在某刻發(fā)生了滑坡災(zāi)害，認(rèn)為其滑面傾角、碎屑流最大粒徑以及摩擦系數(shù)均與C 區(qū)相同，即α=35°，d=1.5 m，μ=0.74。同時(shí)，根據(jù)遙感影像和DEM測(cè)算，再發(fā)滑坡的H=457 m，B=297 m，代入式（1），可求得L=23.45·

即，假定該次推測(cè)滑體碎屑流前部無地形阻擋，則碎屑流最大滑移平距為713.2 m（圖5）。

圖5為絞東滑坡潛在滑區(qū)（B 區(qū)）地形示意圖。由圖5可知，潛在滑區(qū)前部為河道區(qū)，寬約90 m，之后便是緩坡區(qū)。假設(shè)B 區(qū)全部滑坡，碎屑流傾瀉而下，必然覆蓋現(xiàn)有河道區(qū)，止于對(duì)岸斜坡1 588 m 高程點(diǎn)（無地形阻擋下碎屑流終止點(diǎn)與實(shí)際地形的交匯點(diǎn)）以下?；谠摷僭O(shè)，則B 區(qū)全部滑坡時(shí)會(huì)造成河道完全堵塞。

圖5 絞東滑坡潛在滑區(qū)（B）地形剖面示意圖Fig.5 Topographic profile of potential sliding area（B） of Jiaodong landslide

3.2 絞東滑坡潛在堵江壩體分析

前文可知，若絞東滑坡B 區(qū)全部滑坡則會(huì)造成河道完全堵塞，因此對(duì)堰塞壩體高度有必要進(jìn)一步分析。目前常見的堰塞壩高度估算方法主要為一般經(jīng)驗(yàn)公式法和離散元軟件PFC 模擬[13-14]，吳建川等[4]認(rèn)為基于PFC軟件模擬可獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。有鑒于此，本文引用梁承洋[13]基于PFC 計(jì)算得出的冰磧物滑坡堵江壩高快速評(píng)估表（表3）來快速評(píng)估絞東滑坡潛在堵江壩體的最小壩高。

絞東滑坡坡腳溝谷寬W約90 m，河谷坡度α 約35°，B 區(qū)潛在滑體體積V為1 787 592 m3，滑坡寬度B為297 m，對(duì)應(yīng)的單位寬度體積為：V單位寬度=V總/B≈6 000 m3，根據(jù)表3，絞東滑坡潛在堵江壩體最小壩高大致在32～35 m。

表3 滑坡堵河最小壩高快速評(píng)估表Table 3 Quick evaluation table for minimum dam height of landslide blocking river

綜上，絞東滑坡B 區(qū)斜坡若在同一時(shí)段全部滑坡，則存在造成帕隆藏布完全堵塞進(jìn)而威脅下游雅魯藏布江的風(fēng)險(xiǎn)。帕隆藏布是雅魯藏布江的主要支流之一，一旦引起堵塞將引起系列嚴(yán)重后果。

4 結(jié)論

（1）文中以絞東滑坡為例，利用歷史遙感影像、DEM等數(shù)據(jù)，通過滑坡碎屑流和巖體勢(shì)能之間的計(jì)算公式，估算了已滑滑坡的體積規(guī)模和平均厚度，并基于已滑滑坡預(yù)測(cè)潛在滑坡可能造成的災(zāi)情風(fēng)險(xiǎn)。本次針對(duì)絞東滑坡堵江風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究方法，可嘗試應(yīng)用于其他區(qū)域滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

（2）絞東滑坡目前存在兩個(gè)已滑滑區(qū)（A 區(qū)、C 區(qū)）和一個(gè)潛在滑區(qū)（B 區(qū)），通過對(duì)潛在滑區(qū)分析，認(rèn)為絞東滑坡B 區(qū)尚存在1 787 592 m3潛在滑體，若該部分滑體在同一時(shí)段全部滑坡則存在堵塞帕隆藏布的風(fēng)險(xiǎn)，堵江堰塞壩最小壩高在32～35 m。

（3）持續(xù)開展InSAR 監(jiān)測(cè)，掌握絞東滑坡斜坡形變趨勢(shì)，有助于絞東滑坡潛在災(zāi)情的早期識(shí)別，進(jìn)而開展預(yù)防及治理工作。