王春山，巴仁基，劉宇杰，鄧國(guó)仕

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川成都610081)

安順場(chǎng)位于四川省西南部的大渡河中游南岸，距石棉縣城11 km，是太平天國(guó)著名的軍事將領(lǐng)石達(dá)開(kāi)全軍覆滅的地方，也是中國(guó)工農(nóng)紅軍強(qiáng)渡大渡河革命紀(jì)念地。由于紅色教育基地的建立以及當(dāng)?shù)卣畬?duì)旅游事業(yè)的大力扶持，安順場(chǎng)成為中外友人旅游之地和青少年愛(ài)國(guó)主義教育的重要場(chǎng)所。飛水巖泥石流溝位于安順場(chǎng)鄉(xiāng)政府東南方向1Km左右，地理位置:29°15'47.69″N、102°17'10.41″E。該溝在1976年和2003年發(fā)生大規(guī)模的泥石流，造成了嚴(yán)重的生命及財(cái)產(chǎn)損失，近些年來(lái)每年發(fā)生小規(guī)模的泥石流，嚴(yán)重地威脅了當(dāng)?shù)厝罕娂巴鶃?lái)行人的生命財(cái)產(chǎn)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)性分析。

1 泥石流形成的環(huán)境背景條件

1.1 地形地貌

飛水巖泥石流溝位于石棉縣下側(cè)，屬中山地區(qū)。在大地構(gòu)造單元上位于揚(yáng)子陸塊康顛斷層帶的北部。飛水巖溝海拔分布范圍為960～2 140 m，流域面積為4.62 km2，但溝口到源頭海拔高差達(dá)到1 180 m，主溝縱坡比降達(dá)236‰。流域源頭地形陡峻，坡降大，岸坡坡度30°～40°。流域內(nèi)地貌格局受受構(gòu)造和巖性的制約，地殼的強(qiáng)烈上升形成了深切的溝道，呈“V”字型。河谷中發(fā)育有滑坡、崩塌地貌。

1.2 水文、氣象

飛水巖所屬區(qū)域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫10.7℃～18.0℃，最高溫度40.3℃，最低溫度零下15.0℃。多年平均年降水量為1 200.9 mm，但分布不均，主要集中于5～9月，占全年降水量的86.4%。同時(shí)，山地降雨多于河谷地帶，且多以暴雨或陣雨出現(xiàn)。年蒸發(fā)量達(dá)1 573.9 mm，為降雨量的1.31倍。相對(duì)濕度為69%，變化規(guī)律與降水一致。全年日照豐富，無(wú)霜期長(zhǎng)，平均日照數(shù)1 237 h，夏季較多、冬季較少，平均無(wú)霜期為236 d。

1.3 地層巖性

根據(jù)區(qū)域資料和工程地質(zhì)測(cè)繪，飛水巖流域的地層較為簡(jiǎn)單，主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積物四系沖洪與泥石流堆積四系冰水堆積四系崩坡第三系沖洪積水巖組(D2b)(圖1)。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

飛水巖泥石流溝位于磨西斷裂帶的南端，受構(gòu)造作用有麂子坪—大橋斷層和安順場(chǎng)—公益海斷層發(fā)育在流域周?chē)?。其中麂子坪—大橋斷層距上游分水嶺邊界約1.0 km，安順場(chǎng)—公益海斷層距飛水巖分水嶺下游邊界約1.5 km。在磨西構(gòu)造帶的影響下，流域內(nèi)的巖體節(jié)理發(fā)育，崩塌現(xiàn)象普遍。

1.5 土壤及植被

流域內(nèi)以白云質(zhì)大理巖強(qiáng)風(fēng)化形成的紅褐色壤土為主，保水能較好，土中含有5%左右的角礫和碎石，土質(zhì)較薄，含水量很少。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，地下水以弱裂隙含水層為主，地下水位普遍埋深較大，泉水出露點(diǎn)少見(jiàn)。

圖1 飛水巖溝工程地質(zhì)圖

飛水巖溝流域內(nèi)森林植被保護(hù)極好，植被覆蓋率達(dá)80%以上。植被類(lèi)型有:針葉林、灌木林、草地。從流域內(nèi)整體土地利用上看，森林占40%、灌叢占50%、草地占5%，植被覆蓋率達(dá)95%。在橋白路有緩坡耕地占5%，流域的其他耕地已經(jīng)退耕還林。

2 泥石流特征

2.1 泥石流溝谷特征

飛水巖溝主溝長(zhǎng)5 km，流域總面積約4.62 km2，海拔范圍900～2 100 m，高差1 180 m，流域邊界周長(zhǎng)4.64 km，主溝縱比降為236‰。主溝以“V”型谷為主，各支流與主溝呈銳角交匯，根據(jù)其地貌及泥石流物源補(bǔ)給特征，將飛水巖溝劃分為清水區(qū)、物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)四個(gè)區(qū)，各區(qū)的特征見(jiàn)表1。

表1 飛水巖溝泥石流分區(qū)特征

2.2 泥石流分區(qū)特征

(1)清水區(qū)

飛水巖溝清水區(qū)面積約3.67 km2，溝道高程范圍為1 360～2 100 m，該區(qū)植被覆蓋良好，未見(jiàn)基巖出露。清水區(qū)溝道總長(zhǎng)約3 282 m，溝道比降為225‰，以“V”型谷為主，溝床平均寬度約5 m。該區(qū)域植被覆蓋良好，清水匯集方式主要為山坡型。雖然坡面殘積物分布較廣，但基本被植被根系所固定，所以匯流區(qū)地表松散物質(zhì)對(duì)飛水巖溝泥石流的貢獻(xiàn)不大。

(2)物源區(qū)

飛水巖溝形成區(qū)主要分布在主溝的中上游段，區(qū)域面積約0.96 km2，高程范圍為1 000～1 360 m，物源區(qū)溝道長(zhǎng)為1 125 m，溝道比降為320‰。物源區(qū)溝道以“V”型谷為主，部分溝道兩岸坡度陡，呈“U”型谷，溝床較寬，平均寬度約15m。物源區(qū)內(nèi)主要有滑坡、崩塌，其中以滑坡為主。物質(zhì)總儲(chǔ)量為295 007 m3，強(qiáng)活動(dòng)物源(一次泥石流最大可能提供的物源量)儲(chǔ)量達(dá)177 000 m3。

(3)流通區(qū)

流通區(qū)位于飛水巖溝的下游段，溝道高程范圍940～1 000 m，全長(zhǎng)僅262 m，面積約0.066 km2，溝道平均寬度3～5 m，溝道縱比降為299‰，兩岸皆有基巖出露，巖石為白云質(zhì)大理巖。溝谷呈典型的“V”字形，兩岸山坡陡峭，坡度在55°～80°，大部分由植被覆蓋。流通區(qū)溝谷內(nèi)的物質(zhì)儲(chǔ)量較少，多為山上的崩塌的塊石。在溝口處形成一個(gè)近百米的陡巖，有流水跌落，這就是飛水巖名字的由來(lái)。

(4)堆積區(qū)

堆積區(qū)主要分布在飛水巖溝下游基巖狹窄處與大渡河之間，地勢(shì)開(kāi)闊，堆積體特征明顯。堆積區(qū)總長(zhǎng)344 m，總面積約0.18 km2，高程分布范圍900～940 m，溝道縱比降為116‰，擴(kuò)散角為90°，溝道平均寬度6 m，溝內(nèi)物質(zhì)以卵礫砂組成，含泥。其中最大粒徑1.5 m，30～50 cm粒徑占20%，10～30 cm粒徑占25%，1～10 cm粒徑占50%。堆積區(qū)分布大量建筑物與農(nóng)田，左側(cè)有安順場(chǎng)鄉(xiāng)醫(yī)院和華能?chē)?guó)際公司辦公樓和3棟民居2層小樓，右側(cè)為11棟2層小樓，并有電線桿16根，高壓電塔一座。飛水巖堆積區(qū)沖溝有上游至下游分別修建了4個(gè)攔擋壩，受近年來(lái)泥石流的破壞作用，下游的3個(gè)攔擋壩已經(jīng)破壞失效，上游的5 m高攔擋壩已經(jīng)被物質(zhì)淤滿(mǎn)，失去了防護(hù)作用。

2.3 泥石流類(lèi)型及運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征

飛水巖溝有明顯的分區(qū)特征，屬于溝谷型泥石流，泥石流爆發(fā)誘因?yàn)楸┯?，物質(zhì)來(lái)源較多，但主要以滑坡失穩(wěn)為主。飛水巖溝有記錄的大規(guī)模泥石流最早發(fā)生在1976年，在2003年又發(fā)生一次規(guī)模大的泥石流，最近幾年小規(guī)模泥石流爆發(fā)不斷，屬于中頻泥石流。

飛水巖泥石流的流速計(jì)算采用《規(guī)范》［1］中推薦的綜合西藏古鄉(xiāng)溝、東川蔣家溝、武都火燒溝的粘性泥石流通用公式:

其中，取Hc泥位為4.2 m，主溝坡度為13°，則Ic水力坡度為0.226，粘性泥石流的河床糙率取15.5。通過(guò)以上公式計(jì)算，飛水巖泥石流的平均流速為6.05 m/s。

飛水巖泥石流的流量采用了雨洪法和形態(tài)法進(jìn)行計(jì)算。雨洪法假設(shè)泥石流與暴雨同頻率、且同步發(fā)生，先按水文方法計(jì)算出斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量Qp，然后選用堵塞系數(shù)和泥砂修正系數(shù)，按下式計(jì)算泥石流流量Qc:

式中:Φ為泥沙修正系數(shù);Qp為清水洪峰流量;Dc為堵塞系數(shù)。形態(tài)法在泥石流溝道中選擇測(cè)流斷面，計(jì)算出泥石流流速Vc，再與泥石流過(guò)流斷面面積Wc結(jié)合，按下式求泥石流斷面峰值流量:

相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)雨洪法計(jì)算出泥石流流量做比較，飛水巖溝泥石流形態(tài)調(diào)查法流量值與p=20%(50年一遇)基本吻合。

表2 流量計(jì)算結(jié)果

泥石流撞擊力是泥石流防治工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，按照規(guī)范中的公式對(duì)飛水巖溝泥石流整體沖擊力和塊石沖擊力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為整體沖壓力約為1.05×104Pa，石塊的沖擊力為1.17 KN。

3 泥石流綜合評(píng)判

3.1 泥石流數(shù)量化綜合評(píng)判

早在1986年譚炳炎將數(shù)量化綜合評(píng)判方法用在了泥石流的嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)中，并取得了基本滿(mǎn)意的成果［2］。之后許多學(xué)者開(kāi)展了泥石流的數(shù)量化綜合評(píng)判的研究?！兑?guī)范》［1］中對(duì)泥石流的綜合評(píng)判是國(guó)內(nèi)諸多著名專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和建議，選用泥砂沿程補(bǔ)給長(zhǎng)度比、河溝縱坡、植被覆蓋率、區(qū)域構(gòu)造影響等15個(gè)因素，通過(guò)對(duì)每一項(xiàng)的評(píng)分最后取總分進(jìn)行評(píng)價(jià)。按照規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飛水巖溝泥石流進(jìn)行各項(xiàng)評(píng)分(表3)，評(píng)分總結(jié)果為88分，嚴(yán)重等級(jí)為中等。表中數(shù)據(jù)顯示崩塌滑坡及水土流失、泥沙沿途補(bǔ)給長(zhǎng)度比以及河溝縱坡度這三個(gè)因素較為活躍，對(duì)泥石流的發(fā)生起到主要的作用。

表3 飛水巖溝數(shù)量化綜合評(píng)判表

3.2 泥石流模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判

控制和激發(fā)泥石流發(fā)生發(fā)展的各個(gè)因素?cái)?shù)量多且變化復(fù)雜，數(shù)量化綜合評(píng)判雖然可以對(duì)泥石流進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，但不能對(duì)泥石流這種變化特性進(jìn)行表述，因此模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判便被提出來(lái)。模糊數(shù)學(xué)是一種以模糊推理為主的定性與定量相結(jié)合、精確與非精確相統(tǒng)一的分析評(píng)判方法，它對(duì)受多種因素影響的現(xiàn)象或事物進(jìn)行總的評(píng)價(jià)，很多學(xué)者在該方面進(jìn)行了廣泛地研究和應(yīng)用［3－7］。模糊數(shù)學(xué)方法雖然在泥石流研究中地應(yīng)用已較為廣泛，但其影響因素的選取和權(quán)重的取值并未統(tǒng)一，因此本文將以《規(guī)范》中數(shù)值量化綜合評(píng)判中的因子為基礎(chǔ)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)，具體方法見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)［8］。通過(guò)計(jì)算得到評(píng)判矩陣R，由于權(quán)重子集W=［0.16，0.12，0.11，0.09，0.07，0.07，0.06，0.05，0.05，0.05，0.04，0.04，0.04，0.03，0.03］，模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判集為B=W·R，得到評(píng)判結(jié)果(表4)，由表4可以看出飛水巖溝泥石流更偏重于中等嚴(yán)重的泥石流。

表4 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

4 泥石流風(fēng)險(xiǎn)性分析

泥石流風(fēng)險(xiǎn)度是指一定區(qū)域和時(shí)段內(nèi)，由于泥石流災(zāi)害而引起的生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的期望損失值。泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度除了與承災(zāi)體的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境屬性有關(guān)以外，還與災(zāi)害發(fā)生的頻率(概率)有關(guān)，同時(shí)也與災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模有關(guān)［9］。風(fēng)險(xiǎn)度包括危險(xiǎn)度和易損度兩個(gè)方面。危險(xiǎn)度表示了形成災(zāi)害的自然屬性，易損度表示了承災(zāi)體的社會(huì)特征，因此風(fēng)險(xiǎn)度是自然屬性和社會(huì)特征的有機(jī)結(jié)合。許多學(xué)者利用風(fēng)險(xiǎn)性分析方法對(duì)不同泥石流溝進(jìn)行了研究［10－13］，主要采用的是劉希林教授提出的泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型［14］，因此本文也將采用該方法對(duì)飛水巖溝進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)

飛水巖溝泥石流的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)需要發(fā)生頻率、流域面積等10個(gè)因素，表5列出了這10個(gè)因素的實(shí)際值和轉(zhuǎn)換值，將轉(zhuǎn)換值代入泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)公式:

得出飛水巖溝危險(xiǎn)度為0.52，根據(jù)單溝泥石流的危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，飛水巖溝泥石流屬于中度危險(xiǎn)泥石流。

表5 飛水巖溝泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)因子

4.2 泥石流易損度評(píng)價(jià)

泥石流的易損度評(píng)價(jià)涉及到物質(zhì)易損度、經(jīng)濟(jì)易損度、環(huán)境易損度和社會(huì)易損度，而這四個(gè)方面又包含若干子項(xiàng)目，由于篇幅所限，各子項(xiàng)的說(shuō)明和公式將不再累述，僅給出飛水巖溝各子項(xiàng)的數(shù)值(表6)及易損度評(píng)價(jià)中的指標(biāo)值(表7)，計(jì)算結(jié)果顯示飛水巖溝泥石流的易損度V單=0.59，屬于中度易損泥石流溝。

表6 易損度各子項(xiàng)數(shù)值列表

表7 飛水巖溝易損度評(píng)價(jià)指標(biāo)及結(jié)果

4.3 泥石流風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)價(jià)

根據(jù)單溝泥石流風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算公式，最終得到石棉縣安順場(chǎng)鄉(xiāng)飛水巖溝泥石流風(fēng)險(xiǎn)度為:

根據(jù)最新單溝泥石流的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):極低風(fēng)險(xiǎn)0＜H單＜0.04，低度風(fēng)險(xiǎn)0.04＜H單＜0.16，中度風(fēng)險(xiǎn)0.16＜H單＜0.36，高度風(fēng)險(xiǎn)0.36＜H單＜0.64，極高風(fēng)險(xiǎn)0.64＜H單＜1?？芍w水巖溝泥石流屬于具有中度風(fēng)險(xiǎn)的泥石流溝。

5 結(jié)論及防治建議

(1)該溝分區(qū)明顯，具有典型溝谷泥石流的特征，固體物質(zhì)儲(chǔ)量較大且流速?zèng)_擊力大，對(duì)溝口的辦公樓、醫(yī)院、住房以及公路農(nóng)田和行人等造成嚴(yán)重威脅。

(2)數(shù)量化綜合評(píng)價(jià)和模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判結(jié)果顯示，飛水巖溝泥石流屬于或者說(shuō)更趨向于中等嚴(yán)重泥石流。泥石流風(fēng)險(xiǎn)性分析結(jié)果顯示，飛水巖泥石流具有中度危險(xiǎn)特征，其承災(zāi)體具有中度易損特征，該溝泥石流屬于中度風(fēng)險(xiǎn)的泥石流溝，需要對(duì)其進(jìn)行密切關(guān)注。

(3)飛水巖泥石流整治工程主要是攔擋、排導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行整治，主要工程措施包括:在泥石流的流通區(qū)布置多級(jí)攔沙壩;在堆積區(qū)內(nèi)修建排洪溝，將泥石流物質(zhì)直接引入大渡河。此外，繼續(xù)退耕還林恢復(fù)植被，以減少泥石流固體物質(zhì)來(lái)源;同時(shí)要加強(qiáng)泥石流監(jiān)測(cè)和天氣預(yù)報(bào)工作，及時(shí)準(zhǔn)確地做出災(zāi)前預(yù)報(bào)和預(yù)警，加強(qiáng)群測(cè)群防。

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