東川大、小白泥溝泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與治理

張蓉杰　羅軍堯

摘要：東川區(qū)阿旺鎮(zhèn)的大白泥溝和小白泥溝屬于泥石流易發(fā)區(qū)，近年來，爆發(fā)的泥石流破壞了前期修建的攔擋壩工程，造成攔擋壩工程失效，新一輪的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和治理迫在眉睫。本文從與泥石流危險(xiǎn)性相關(guān)的影響因子中優(yōu)選出8個(gè)危險(xiǎn)因子，運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)法確定危險(xiǎn)因子權(quán)重，并分析大、小白泥溝泥石流危險(xiǎn)性，得出大白泥溝危險(xiǎn)性為0.899 5，小白泥溝危險(xiǎn)性為0.874 9，均處在極度危險(xiǎn)中。進(jìn)一步，從攔擋壩工程、排導(dǎo)工程和生態(tài)修復(fù)工程三個(gè)方面對(duì)大、小白泥溝的治理提供意見。

關(guān)鍵詞：東川;大白泥溝;小白泥溝;組合賦權(quán)法;危險(xiǎn)性;治理

中圖分類號(hào)：P694文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

大、小白泥溝位于東川區(qū)阿旺鎮(zhèn)大白河（小江）左岸，均為小江一級(jí)支溝。前期在大、小白泥溝堆積區(qū)進(jìn)行覆土種植綠化以改善生態(tài)環(huán)境，修建攔擋壩等措施防護(hù)泥石流。但在2012年6月發(fā)生大白泥溝上修建的攔擋措施被降雨條件下形成的泥石流沖毀[1]和2015年8月大白泥溝泥石流沖毀河堤事件[2]，表明前期治理并未形成一個(gè)完整的、系統(tǒng)的治理工程，急需開展新一輪的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和綜合治理。

前期學(xué)者曾對(duì)大、小白泥溝泥石流進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，劉希林等通過灰色關(guān)聯(lián)度法確定泥石流危險(xiǎn)性主要和次要影響因子并根據(jù)關(guān)聯(lián)度順序確定影響因子權(quán)重，計(jì)算出大白泥溝危險(xiǎn)度為0.827 4、小白泥溝危險(xiǎn)度為0.796 2[3];趙鑫等利用主次危險(xiǎn)因子之間的線性關(guān)系，通過多元線性回歸模型計(jì)算危險(xiǎn)因子權(quán)重，得出大白泥溝綜合危險(xiǎn)度為7.12，屬于極高危險(xiǎn)，小白泥溝綜合危險(xiǎn)度為6.55，屬于高度危險(xiǎn)[4];陳鵬宇等運(yùn)用散點(diǎn)圖初步篩取危險(xiǎn)因子，以Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行最終篩取并進(jìn)行權(quán)重分配，建立泥石流危險(xiǎn)度綜合評(píng)價(jià)模型，得出大、小白泥溝處于極度危險(xiǎn)[5];殷啟睿等引用計(jì)算生產(chǎn)效率的DEA模型來計(jì)算泥石流溝的危險(xiǎn)度，通過各泥石流溝的成災(zāi)效率來表示泥石流的危險(xiǎn)性，得出大、小白泥溝處于極高的成災(zāi)危險(xiǎn)[6]。

泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中危險(xiǎn)因子權(quán)重確定有多種方法，前述所提灰色關(guān)聯(lián)度法、多元線性回歸分析和Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)分析，都是通過分析數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)因子的客觀賦權(quán)，減少了主觀因素的影響，但缺少邏輯性。有學(xué)者也嘗試通過層次分析法等主觀賦權(quán)的方法確定危險(xiǎn)因子權(quán)重[7-8]，但該結(jié)果受到人為因素影響較大，缺乏科學(xué)性。因此，本文采用層次分析法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)法計(jì)算危險(xiǎn)因子權(quán)重，平衡主客觀因素對(duì)危險(xiǎn)因子權(quán)重的影響，以使權(quán)重計(jì)算更為合理。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 降雨及氣候規(guī)律

研究區(qū)位于昆明市東川區(qū)阿旺鎮(zhèn)北側(cè)約11 km，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，在氣候特征上有干濕季節(jié)分明、垂直分帶性顯著、局部暴雨強(qiáng)盛的特點(diǎn)。年平均降水量約為1 000.5 mm，充足的水源（降水）不僅是泥石流形成的必要條件，還是激發(fā)泥石流的決定因素。在前期降雨和局部強(qiáng)降水條件下，松散物質(zhì)被雨水飽和，極易形成泥石流。

1.2 區(qū)域地形地貌特征

東川處于云貴高原北部，同時(shí)還處于斷裂帶，地質(zhì)侵蝕強(qiáng)烈，形成典型的深切割高山峽谷地貌[9]。大、小白泥溝流域均位于小江左岸，受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和溝谷的侵蝕切割影響，局部上呈現(xiàn)山高谷深，地勢(shì)陡峭的地形，總體上則屬于侵蝕構(gòu)造斷塊山地貌。受到侵蝕構(gòu)造作用，河谷中上游支系沖溝相對(duì)發(fā)育，溝谷中下游多成“V”型谷，河谷切割深度為150～450 m不等，兩岸坡度一般為15～45°，局部大于60°。陡峭的山體和巨大的落差為泥石流的發(fā)育提供了有利的地形條件。

1.3 地層巖性特征

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目所在區(qū)位于滇東臺(tái)褶束附近，受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。區(qū)域內(nèi)南北向的小江斷裂由多條斷裂組成，對(duì)周邊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有控制性作用。小江斷裂從蔣家溝溝口處的泥得坪向南分為東、西兩支，東支為大白河斷裂，西支為烏龍河斷裂[10]。大、小白泥溝便位于東支大白河斷裂帶上。地質(zhì)構(gòu)造作用產(chǎn)生的松散堆積碎屑，為后續(xù)泥石流的發(fā)育提供了充足的物源條件。

1.5 地震作用

小江地震帶內(nèi)地震頻繁且強(qiáng)度大，晚更新世以來曾發(fā)生30多次強(qiáng)烈地震。大、小白泥溝泥石流所在區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)相對(duì)頻繁且較強(qiáng)烈，屬于地殼不穩(wěn)定的地區(qū)。地震發(fā)生時(shí)釋放能量，產(chǎn)生強(qiáng)烈的地震波，破壞地表結(jié)構(gòu)的整體性，造成區(qū)域內(nèi)巖體崩解，地形破碎，可為泥石流的發(fā)生提供豐富的物源和有利的地形條件。

1.6 人類活動(dòng)

東川礦產(chǎn)資源豐富，銅的儲(chǔ)量占全國(guó)第二位。歷史上，由于大量開采和冶煉銅礦，消耗了大量的森林資源。加之后期的大量砍伐，使得東川區(qū)的森林覆蓋率大量降低[11]。大、小白泥溝流域森林覆蓋率不足20%。通過人工植樹造林，生態(tài)得到一定程度恢復(fù)。但現(xiàn)有林種大多為幼林，植被郁閉度低，大量巖土體裸露，在降雨下造成水土流失并形成了嚴(yán)重的地表荒漠現(xiàn)象。

2 泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

2.1 泥石流危險(xiǎn)因子選取

泥石流形成須具備三個(gè)條件：陡峭的地形地貌、豐富的松散物質(zhì)和充足的水源條件。因此，針對(duì)泥石流的危險(xiǎn)性分析主要從泥石流形成的三個(gè)基本條件和其它影響條件中篩選相關(guān)的危險(xiǎn)因子，并基于一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算相關(guān)權(quán)重和最終危險(xiǎn)度。鑒于一些指標(biāo)具有重復(fù)意義，本文選取一次泥石流最大方量S、泥石流爆發(fā)頻率S、流域面積S、主溝長(zhǎng)度S、流域相對(duì)高差S、流域切割密度S、泥砂補(bǔ)給段長(zhǎng)度比S和24 h最大降雨量S共8個(gè)危險(xiǎn)因子來評(píng)價(jià)泥石流危險(xiǎn)性。

2.2 基于層次分析法的危險(xiǎn)因子權(quán)重計(jì)算

層次分析法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩蒂提出的一種層次權(quán)重決策分析方法[12]。近幾年來，該方法被普遍應(yīng)用于工藝優(yōu)化、影響因素評(píng)價(jià)、洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、泥石流危險(xiǎn)性分析等領(lǐng)域。該方法通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，通過準(zhǔn)則層因素對(duì)目標(biāo)層的影響大小建立判斷矩陣，進(jìn)一步求解矩陣最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量，以獲得不同影響因素和方案的重要性程度的權(quán)重，為最優(yōu)方案選擇提供依據(jù)。本文運(yùn)用層次分析法計(jì)算影響因子權(quán)重如表1所示：

其中，層次分析法判斷矩陣需滿足一致性檢驗(yàn)，若滿足C=C/R<0.1，則判別矩陣滿足一致性，評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分配合理。本次研究C=0.031 8<0.1，指標(biāo)權(quán)重分配合理。

2.3 基于熵權(quán)法的危險(xiǎn)因子權(quán)重計(jì)算

熵是系統(tǒng)無序程度的一種度量，可以利用熵值來判斷某一指標(biāo)的離散程度，信息熵值越小，指標(biāo)的離散程度越大，則該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響越大，即權(quán)重越大[13]。因此，可根據(jù)信息熵計(jì)算各個(gè)指標(biāo)權(quán)重，為多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

熵權(quán)法是一種客觀賦值方法，計(jì)算步驟如下：

（1） 根據(jù)M個(gè)泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，及其對(duì)應(yīng)的N個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣;

熵權(quán)法基于數(shù)據(jù)本身，通過信息熵的大小計(jì)算權(quán)重。本文基于東川區(qū)的大、小白泥溝、蔣家溝、大橋河、石羊溝、達(dá)德溝和黑水河共7條泥石流溝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過熵權(quán)法計(jì)算，各危險(xiǎn)因子權(quán)重結(jié)果如表2所示：

2.4 組合權(quán)重

層次分析法基于學(xué)者對(duì)各指標(biāo)的重要程度的理解和分析，具有較強(qiáng)的邏輯性和可靠性，但同時(shí)對(duì)指標(biāo)重要程度的判斷具有較強(qiáng)的主觀性。而熵權(quán)法本身依靠指標(biāo)熵值的大小確定權(quán)重，是一種客觀評(píng)價(jià)方法[14]。為了彌補(bǔ)單一權(quán)重計(jì)算方法的不足而采取組合賦權(quán)法，將層次分析法和熵權(quán)法得到的權(quán)重通過公式計(jì)算得到組合權(quán)重。組合權(quán)重計(jì)算公式如下：

式中，N為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重;S為層次分析法計(jì)算出來的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重;W為熵權(quán)法計(jì)算出來的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

危險(xiǎn)因子組合權(quán)重計(jì)算如表3所示：

2.5 大、小白泥溝泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

本文通過層次分析法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)法計(jì)算大、小白泥溝危險(xiǎn)因子權(quán)重，基于劉希林等提出的泥石流危險(xiǎn)因子等級(jí)及其定量賦值表進(jìn)行定量賦值和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[15]，并通過以下公式計(jì)算泥石流危險(xiǎn)度：

R=0.205G+0.294G+0.130G+0.082G+0.060G+0.104G+0.082G+0.043G

式中，G為危險(xiǎn)因子定量賦值。

計(jì)算出大白泥溝危險(xiǎn)性為0.899 5，小白泥溝危險(xiǎn)性為0.874 9。泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)見表4。結(jié)合泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)表，大、小白泥溝均處在極度危險(xiǎn)中。

3 大、小白泥溝治理

3.1 前期治理及其存在問題

東川泥石流治理已開展多年，對(duì)大、小白泥溝流域也進(jìn)行了覆土種植綠化，修建攔擋壩等治理措施。據(jù)調(diào)查，大白泥溝上存在一個(gè)規(guī)模巨大的祭龍凹滑坡，兩側(cè)分布4條活動(dòng)性沖溝。小白泥溝上則存在魯納大村滑坡，兩側(cè)分布5條活動(dòng)性沖溝?；潞突顒?dòng)性沖溝為泥石流儲(chǔ)存了大量物源，在暴雨等充足的水源條件下，爆發(fā)泥石流。由于前期未能整體規(guī)劃和受到資金限制，前期治理未能形成完整的、系統(tǒng)的治理工程，經(jīng)過勘察，大、小白泥溝現(xiàn)狀見表5。

3.2 泥石流治理工程

針對(duì)大、小白泥溝的現(xiàn)狀，主要治理工程為以下三個(gè)方面：

1）攔擋壩工程

2012年6月，大白泥溝因降雨多次爆發(fā)泥石流，最終，項(xiàng)目前期治理修建2座攔擋壩被損毀，可見，流域內(nèi)缺乏骨干性攔擋壩。在已建攔擋壩工程已經(jīng)完全損毀情況下，可考慮在大白泥溝和小白泥溝主溝階梯布設(shè)兩座以上小型攔擋壩，并在中下游修建骨干攔擋壩。以控制物源下泄量，回於反壓溝床、滑坡坡腳，減少溝底沖刷，穩(wěn)定兩側(cè)岸坡。

2）排導(dǎo)工程

為了歸順河道，保護(hù)堆積區(qū)兩岸土地，加強(qiáng)堆積區(qū)內(nèi)土地的規(guī)劃利用，可在大、小白泥溝下游堆積區(qū)布置排導(dǎo)槽，增強(qiáng)溝道的排導(dǎo)能力。

3）生態(tài)修復(fù)工程

根據(jù)生態(tài)適應(yīng)性原則，選擇與當(dāng)?shù)貤l件相適應(yīng)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)可行的植物進(jìn)行種植。按照不同氣候和土壤的特點(diǎn)，宜草則草，宜林則林。種植喬木、灌木、草本等多層次物種來固土、改善生態(tài)環(huán)境、以防止水土流失。喬木可選擇種植云南松，也可結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)需求種植核桃樹、蘋果樹等經(jīng)濟(jì)樹種。灌木可選擇馬棘、杜鵑等。宜草區(qū)域可選擇白蘭草、香根草[16]等草本植物。

4 結(jié)論

1）層次分析法確定權(quán)重具有很強(qiáng)的主觀性，而熵權(quán)法則基于客觀存在的數(shù)據(jù)本身，為彌補(bǔ)單一性帶來的不足，結(jié)合兩種方法的組合賦權(quán)法能更合理的確定權(quán)重。本文所求大、小白泥溝危險(xiǎn)因子權(quán)重與泥石流危險(xiǎn)性，與前人研究所得結(jié)論相符，證明該方法的有效性。

2）通過組合賦權(quán)法求得大白泥溝危險(xiǎn)性為0.899 5，小白泥溝危險(xiǎn)性為0.874 9。表明大、小白泥溝仍處在極高的泥石流爆發(fā)危險(xiǎn)中。

3）大、小白泥溝上游都擁有大量的物源，在降雨條件下，極易爆發(fā)泥石流。大、小白泥溝主溝內(nèi)缺乏控制性骨干工程，現(xiàn)存措施對(duì)泥石流的攔擋有限，無法有效防護(hù)雨季多次爆發(fā)的泥石流。

4）大、小白泥溝的治理迫在眉睫，主要為以下方面：主溝道內(nèi)修建骨干性控制工程;物源區(qū)跟流通區(qū)種植草木固土;堆積區(qū)布置排導(dǎo)槽增加排導(dǎo)能力。參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：于慧梅）

Risk Assessment and Control of Debris Flow in

Da and Xiao Bainigou of Dongchuan

ZHANG Rongjie LUO Junyao

（1.Faculty of Land and Resources Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650093，China;

2.Faculty of Civil Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650500，China）Abstract： Dabainigou and Xiaobainigou in Awang Town， Dongchuan District are classified as debris flow prone areas. Debris flow broke out in recent years， which destroyed the retaining dam project built earlier and caused it ineffective， so a new round of debris flow risk assessment and control is needed urgently. This paper selects 8 risk factors from the influencing factors related to the risk of debris flow， determines the weight of risk factors by using the combined weighting method of analytic hierarchy process and entropy weight method， and analyzes the risk of debris flow in Dabainigou and Xiaobainigou. It is concluded that the risk coefficient of Dabainigou is 0.899 5 and that of Xiaobainigou is 0.874 9， which are both in extreme risk. Further， it provides advice on the treatment of Da and Xiao Bainigou from three aspects： retaining engineering， drainage engineering and ecological restoration engineering.

Key words： Dongchuan; Dabainigou; Xiaobainigou; combined weighting method; danger; treatment