雙溝、灘山溝泥石流流域特征及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究

柳 軍，王梅香，成子宇，鄒轉(zhuǎn)妮

(1.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020； 2.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 天水 741020)

天水地區(qū)自古以來(lái)就是滑坡、泥石流等自然災(zāi)害多發(fā)地，歷史上曾多次暴發(fā)災(zāi)害性泥石流[1]。據(jù)調(diào)查，1965—1999年秦州區(qū)羅玉溝先后發(fā)生4次泥石流災(zāi)害[2]；1990年麥積區(qū)鍛壓機(jī)床廠暴發(fā)泥石流災(zāi)害；受2008年汶川地震和2013年7月極端天氣影響，接連暴發(fā)麥積區(qū)大溝泥石流、秦州區(qū)娘娘壩泥石流和龍王溝泥石流災(zāi)害，造成巨大損失。關(guān)于天水地區(qū)泥石流災(zāi)害的成因和特征，學(xué)者們進(jìn)行了大量研究：1988年李樹(shù)德等[3]分析了天水劉家堡泥石流的地貌特征和災(zāi)害特點(diǎn)，提出了滑坡型泥石流的概念；2003年吳瑋江[1]研究了天水地區(qū)泥石流災(zāi)害特征、分布范圍、災(zāi)害類型和成災(zāi)原因，提出了切實(shí)可行的防治措施；2017年翟張輝等[4]基于LS_RAPID模型重現(xiàn)了天水市大溝泥石流的發(fā)生、發(fā)展，模擬了致災(zāi)范圍并開(kāi)展了驗(yàn)證；2018年羅健等[5]分析了天水龍王溝泥石流的形成條件，計(jì)算了其運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行了危害分區(qū)?；谏鲜鲅芯勘尘?，本研究選取麥積區(qū)西北部歷史上曾多次發(fā)生泥石流災(zāi)害的雙溝、灘山溝，在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上分析了流域特征和流域內(nèi)泥石流孕災(zāi)條件，采用劉希林等[6]提出的單溝泥石流危險(xiǎn)性分析方法分析泥石流危險(xiǎn)性，確定了危險(xiǎn)性分區(qū)，希望能為麥積區(qū)泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 流域特征

雙溝、灘山溝地處麥積區(qū)琥珀鎮(zhèn)境內(nèi)，流域總面積1.2 km2。兩泥石流溝距離較近，且以灘山溝為主溝，故通常作為一個(gè)流域進(jìn)行分析。流域內(nèi)交通條件便利，溝口處有鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路通過(guò)，距鎮(zhèn)政府約1 km，距麥積區(qū)城區(qū)約50 km，隴海鐵路線自溝口200 m處通過(guò)，此外G310國(guó)道在流域南側(cè)的渭河右岸通過(guò)。據(jù)記載，雙溝、灘山溝流域泥石流災(zāi)害頻發(fā)，1998年以后更是平均每2年暴發(fā)1次，其中2018年7月10日發(fā)生的泥石流災(zāi)害對(duì)溝口處長(zhǎng)達(dá)350 m的排洪渠造成了嚴(yán)重破壞，造成溝口兩側(cè)民房大量倒塌，道路及果園、農(nóng)田被掩埋，損失巨大。

1.2 分區(qū)特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分區(qū)原則，將雙溝、灘山溝流域劃分為泥石流形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)(圖1)。其中，形成區(qū)包括清水匯集區(qū)和固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)。清水補(bǔ)給區(qū)為流域內(nèi)的滑坡發(fā)育區(qū)，面積0.064 km2，占流域總面積的5.33%。固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)面積0.946 km2，占流域總面積的78.83%，主要包括流域內(nèi)的滑坡發(fā)育區(qū)及主溝中游的面蝕區(qū)域；坡面相對(duì)陡峻，絕大部分地段坡度在30°左右，主溝形態(tài)為V形；降水充沛，清水匯集條件良好；植被茂密，植被類型主要為低山草甸；坡面物質(zhì)松散，面狀侵蝕較強(qiáng)，受構(gòu)造、地形、地層巖性等因素影響，滑坡和崩塌較為發(fā)育且規(guī)模不等；主溝溝口處堆積有沖洪積物，擠占溝道，形成卡口壅流，現(xiàn)雖被主流切開(kāi)，但主溝道仍顯狹窄；松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量占流域內(nèi)總儲(chǔ)量的75%以上，是泥石流固體物質(zhì)的主要補(bǔ)給區(qū)域。流通區(qū)位于流域溝口至中部，面積0.030 km2，占流域總面積的2.50%；區(qū)內(nèi)溝床比降97.51‰，溝谷形態(tài)呈V形，溝道以直線展布為主，時(shí)寬時(shí)窄，平均寬度3～5 m；松散物源較少，能夠轉(zhuǎn)換為泥石流的松散物質(zhì)也相對(duì)較少，是泥石流的運(yùn)行通道。堆積區(qū)分布于流通區(qū)的下游至渭河，兩條溝泥石流堆積扇連為一體，形成一個(gè)山前規(guī)模較大的整體性堆積扇；該堆積扇群長(zhǎng)170～2 220 m、寬250 m，縱坡降47‰～83‰，總面積0.160 km2，占流域總面積的13.33%。

圖1 流域分區(qū)概況

2 泥石流成因分析

2.1 物源儲(chǔ)量

勘查分析表明，雙溝、灘山溝流域內(nèi)松散固體物源豐富，巖性以泥盆系板巖、片麻巖為主，第四系殘坡積層分布范圍廣，溝道堆積物積累豐富，物源補(bǔ)給條件優(yōu)越。因其軟硬相間的地層巖性組合，加之構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、降水、風(fēng)化等內(nèi)外動(dòng)力作用，溝坡兩岸山體容易沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移產(chǎn)生崩塌滑坡。

根據(jù)雙溝、灘山溝流域物源特征、類型、溝坡侵蝕等調(diào)查數(shù)據(jù)，計(jì)算得到流域內(nèi)固體物源儲(chǔ)量約122.5萬(wàn)m3。其中：發(fā)育滑坡9個(gè)、塌方1處，體積約5.8萬(wàn)m3，占總物源儲(chǔ)量的4.73%；坡面物源約110.0萬(wàn)m3，占總物源儲(chǔ)量的89.80%；溝道堆積物質(zhì)約為6.7萬(wàn)m3，占總物源儲(chǔ)量的5.47%。

2.2 地形條件

雙溝、灘山溝流域平面形態(tài)為不規(guī)則的骨頭形(見(jiàn)圖1)，主溝(灘山溝)長(zhǎng)1.12 km，流域整體高差365 m，溝坡坡降大，切割強(qiáng)烈，其中中、下游段坡度較緩，高差361 m，縱坡降51.16‰，較為順直。兩溝上游坡面均呈V形，沖蝕較強(qiáng)，底部寬1～5 m、深3～4 m，中游也呈V形，但沖蝕較弱，底部寬8～15 m、深4～6 m。這種地形條件對(duì)物質(zhì)補(bǔ)給和水流匯集均十分有利，且主溝道內(nèi)局部地段被擠占形成峽谷，為流體能量聚集和釋放提供了條件，非常有利于泥石流的形成并致災(zāi)。

2.3 水源條件

雙溝、灘山溝流域地處秦嶺北麓，暴雨頻發(fā)，且降水主要集中在每年6—9月份，期間降水量可達(dá)全年65%以上。這種集中式、高強(qiáng)度降水容易匯聚形成地表徑流，為泥石流的發(fā)育提供了可靠的水源條件。

3 泥石流多因子綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

泥石流危險(xiǎn)性是指泥石流對(duì)下游受災(zāi)體造成損失的可能性大小，是定性表述，危險(xiǎn)度則是其定量表述，其值在[0,1]之間[6]。泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是對(duì)泥石流發(fā)育地質(zhì)環(huán)境及災(zāi)害可能造成的不良效應(yīng)進(jìn)行綜合判定，其結(jié)果為泥石流預(yù)警預(yù)測(cè)、災(zāi)害防治、救災(zāi)減災(zāi)提供支撐。目前，常用的評(píng)價(jià)方法有單溝泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)判法、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法、基于GIS的信息量疊加法、數(shù)值模擬法等。劉希林是較早開(kāi)展泥石流危險(xiǎn)性研究的學(xué)者之一，其成果泥石流多因子綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型應(yīng)用廣泛。因此，本研究采用劉希林等[6]提出的泥石流多因子綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行雙溝、灘山溝流域泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

3.1 評(píng)價(jià)因子

結(jié)合流域地形和堆積特征并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，選取以下10項(xiàng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子，見(jiàn)表1。其中L1、L2為主要因子，其余為次要因子。根據(jù)劉希林等[6]提出的泥石流多因子綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，結(jié)合何添杰[7]在桂林七分水村泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中對(duì)危險(xiǎn)因子權(quán)數(shù)的賦值，得到雙溝、灘山溝泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子權(quán)數(shù)、權(quán)重、等級(jí)及權(quán)重賦值，見(jiàn)表1。

表1 泥石流多因子綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子權(quán)數(shù)、權(quán)重、等級(jí)及其權(quán)重賦值標(biāo)準(zhǔn)

將各危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子的定量賦值與其權(quán)重相乘再求和便得到研究區(qū)泥石流危險(xiǎn)度，計(jì)算公式[2]為

Rd=0.235 3GL1+0.235 3GL2+0.117 6GS1+

0.088 2GS2+0.073 5GS3+0.102 9GS4+0.014 7GS5+

0.058 8GS6+0.044 3GS7+0.029 4GS8

(1)

式中：Rd為泥石流危險(xiǎn)度；Gi為各項(xiàng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子的定量賦值。

危險(xiǎn)度是對(duì)泥石流影響范圍和演進(jìn)趨勢(shì)評(píng)估的定量化表示[8]，數(shù)值越大，泥石流危險(xiǎn)度越高。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雙溝、灘山溝泥石流進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。雙溝、灘山溝泥石流危險(xiǎn)度均為0.5，介于0.33～0.60之間，說(shuō)明兩泥石流溝均為中度危險(xiǎn)，存在發(fā)生重大災(zāi)害的可能性，有必要進(jìn)行治理。

表2 雙溝、灘山溝泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子權(quán)重賦值及危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果

3.2 危險(xiǎn)性分區(qū)

根據(jù)研究區(qū)泥石流災(zāi)害的危害程度、特征、發(fā)展趨勢(shì)、預(yù)估經(jīng)濟(jì)損失及危害對(duì)象的重要性，將雙溝、灘山溝泥石流災(zāi)害活動(dòng)范圍劃分為極危險(xiǎn)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)和影響區(qū)，見(jiàn)圖2。由于兩溝溝口緊臨，危險(xiǎn)性分區(qū)存在重疊，因此對(duì)泥石流分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一劃分，雙溝、灘山溝泥石流危險(xiǎn)性分區(qū)見(jiàn)表3。

圖2 雙溝、灘山溝泥石流危險(xiǎn)性分區(qū)

表3 雙溝、灘山溝泥石流危險(xiǎn)性分區(qū)

4 結(jié) 論

(1)雙溝、灘山溝流域地勢(shì)陡峻，溝道縱坡降大，植被覆蓋率低，地表固體物質(zhì)松散破碎，降雨集中且頻發(fā)，具備暴發(fā)泥石流的有利條件。

(2)基于劉希林等提出的泥石流多因子綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，確定兩溝危險(xiǎn)度均為0.5，為中度危險(xiǎn)，存在暴發(fā)較大規(guī)模泥石流的可能性，因此有必要進(jìn)行治理。