韋 璐，裴向軍，崔曉光，楊華陽

（成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，成都610059）

0 引言

泥石流是各種自然因素和人為因素綜合作用的結果，其發(fā)生可以看作是地質災害從量變到質變的一個過程，而其量變到質變的一個拐點就是泥石流發(fā)生的激發(fā)因子。因此在泥石流危險性評價模型中應體現(xiàn)出泥石流激發(fā)因子在其發(fā)生過程中的作用［1］。迄今，國內外學者多從泥石流風險性研究或堵河預測等方面來進行泥石流評價，但很少將危險性評價與堵河分析預測進行綜合考慮，更加全面地去考慮泥石流的易損度與危險性。

洪槽溝，位于馬爾康鎮(zhèn)阿壩州人民醫(yī)院旁，該溝曾于1982年暴發(fā)過大型泥石流，造成溝道兩旁茅屋被毀，直接經濟損失約20萬元。

隨著近年來全球氣溫變化趨勢，極端氣候頻繁出現(xiàn)，加之地震等不確定因素，洪槽溝隨時都可能暴發(fā)泥石流，而其危害對象又直接牽涉到縣城，人口眾多，潛在經濟損失巨大，為了保障區(qū)域人們的生命財產安全，有效控制泥石流規(guī)模及暴發(fā)頻率，消除或減輕泥石流危害，研究洪槽溝發(fā)育特征，預測其暴發(fā)規(guī)模，并提出相應的工程措施非常必要。

1 洪槽溝泥石流流域特征

洪槽溝屬川西高原季風氣候區(qū)，總體氣候特征是冬寒、夏涼，日溫差大，多年平均氣溫為16.4℃。洪槽溝是梭磨河右岸一條小型支溝，徑流主要補給方式為降雨和高山融雪，降雨補給主要集中在每年5月—9月，年降雨量可達1 057.7mm。

圖1 洪槽溝遙感圖

洪槽溝屬四川西部地槽區(qū)，位居北西向鮮水河大斷裂與北東向龍門山華夏系構造帶之間的金湯弧形構造帶之北側，流域內地形條件較復雜，上游地勢陡峻，下游較緩，屬構造侵蝕高山區(qū)。洪槽溝流域內出露三疊系及第四系地層。巖性為灰色—灰褐色薄—中厚層狀變質砂巖與砂質板巖互層，風化作用下巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，滑坡、崩塌等不良現(xiàn)象廣布，第四紀松散物質分布在溝床與岸坡上，區(qū)域構造穩(wěn)定性較差。

2 泥石流發(fā)育條件分析

2.1 溝谷特征

洪槽溝泥石流屬于溝谷型泥石流，溝域形態(tài)呈不規(guī)則扇形，主溝長度5.6km，溝域面積12.02km2，溝域整體呈上、中游最寬，向下游逐漸變窄的特征。溝頭最大高程為4 100m，溝口與梭磨河交匯處高程為2 540m，相對高差1 520m，溝谷平均縱坡降為264‰。溝谷形態(tài)以“V”字為主，溝寬20～60m，兩岸山坡較陡，坡度一般為40°～70°，溝谷以侵蝕、搬運為主。由于人類工程活動，泥石流堆積扇已被改造，完整性差。該河谷區(qū)植被覆蓋較好。根據地形地貌等條件，可將該流域分為清水區(qū)、物源流通區(qū)及堆積區(qū)（如圖2）。

圖2 洪槽溝流域示意圖

2.2 物源條件

根據現(xiàn)場調查，洪槽溝泥石流溝域內植被覆蓋良好，松散物源主要分布在中下游，溝域內地質構造復雜，致使巖層破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面風化堆積物與溝道內松散堆積體是洪槽溝泥石流固體物質的主要來源之一。坡面松散物源參與泥石流活動的方式主要為水土流失，包括面蝕和溝蝕情況，侵蝕強烈的可能形成坡面泥石流或坡面沖溝泥石流，總體上這些坡面侵蝕物源區(qū)坡度均較大，溝口段植被破壞也較為嚴重，其溝側垮塌段可參與泥石流活動的物源量約8×104m3。物源流通區(qū)與堆積區(qū)溝道中均有松散物質堆積，厚度4～7m，泥石流通過對溝床的侵蝕階地獲取固體物質，可參與泥石流活動的固體物質為3×104m3。除此之外，洪槽溝溝域內有5處泥石流、2處崩塌以及1處由于人工開挖堆積的隧道棄渣，提供固體物質量為3×104m3。松散物質總量為1.22×106m3，而不穩(wěn)定物源1.4×105m3，占物源總量的11.5%。從目前來看，一旦發(fā)生連續(xù)強降雨，就有可能形成中—大型泥石流，造成嚴重的危害。

3 泥石流危險性評價

泥石流災害的危險性評價是災害預測預報的基礎性工作，對減災救災具有重要的指導意義。本文采用泥石流的定性評價和定量評價兩種方法對洪槽溝泥石流危險性進行評價。

3.1 洪槽溝泥石流危險性的定性評價

3.1.1 發(fā)展階段識別

根據《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》以及現(xiàn)場調查，洪槽溝泥石流主溝侵蝕速度大于支溝，其主河河形基本穩(wěn)定，松散物質儲量大于1.0×104m3，不良地質現(xiàn)象發(fā)育，溝槽以縱向切蝕為主，橫向切蝕也較發(fā)育，其溝槽平均切蝕速率5.22mm／a，大于支溝侵蝕速率。溝形順直束窄，觸發(fā)雨量較大。由此可知，洪槽溝泥石流處在發(fā)展壯年期。

3.1.2 泥石流危險性分級

按照《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》，根據泥石流一次性暴發(fā)規(guī)模，可分為4個等級；根據泥石流災害一次造成的死亡人數或直接經濟損失可分為4個災害等級；對于潛在可能發(fā)生的泥石流受威脅人數或可能造成的直接經濟損失，可將泥石流的潛在危險性分為4級。洪槽溝泥石流的主要危害對象包括110多戶340多村民、鎮(zhèn)道路500m、公路涵洞1處、醫(yī)院1 500m2等，可能造成的損失約1 300萬元，人員340多人，洪槽溝百年一遇洪峰流量為111.35m3／s，一次泥石流總量達2.2萬m3。由此推斷，洪槽溝泥石流規(guī)模為中—大型，危險性為特大型，其潛在危險性為中型。

3.1.3 易發(fā)程度分級

洪槽溝泥石流流域內不良地質現(xiàn)象發(fā)育，泥石流固體物源量較多，泥砂的補給充分，活動強度較大，利于泥石流的發(fā)育。參照DZ／T 0220—2006《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》附錄G，對洪槽溝泥石流進行易發(fā)程度評分（見表1），判定洪槽溝泥石流屬于中等易發(fā)型。

3.2 洪槽溝泥石流危險性的定量評價

泥石流危險性的定量評價一般指泥石流的危險度評價，為了能達到更好的預測和防止泥石流的目的，國內外對于泥石流潛在危險程度的研究越來越多。由于泥石流災害成因和評價因子的復雜性，其危險度評價存在一定的困難，目前尚無統(tǒng)一的泥石流危險度評價標準。近年來，研究者將數學模型運用到了泥石流的危險性評價中，包括層次分析法、灰色關聯(lián)分析法、模糊綜合評判法等，對泥石流災害的危險性系統(tǒng)有一定的分析與辨識能力，其中以綜合評分法最為常用。

為了能合理地評價洪槽溝泥石流，結合現(xiàn)有資料和實際情況，本文采用劉希林［2］提出的單溝泥石流危險度評價方法。該方法經過10多年的完善和改進，已初步成型，并獲得較廣泛的認同和引用。最新改進的單溝泥石流危險度評價方法共采用7個評價因子（見表2），除主要內在因子泥石流規(guī)模M和發(fā)生頻率F外，其他次要環(huán)境因子減少至5個，它們是：流域面積S1、主溝長度S2、流域相對高差S3、流域切割密度S6和不穩(wěn)定溝床比例S9。這5個次要因子可從流域地形圖上比較準確地獲取。次要因子選取的方法是：從與單溝泥石流危險度有關的14個候選因子中，采用雙系列關聯(lián)度分析方法，分別將14個候選因子與泥石流規(guī)模和發(fā)生頻率進行關聯(lián)度分析，再根據每個候選因子與泥石流規(guī)模和發(fā)生頻率得出的2個關聯(lián)度的平均值來確定是否與主要因子關系密切，從而決定其取舍［2］。洪槽溝泥石流其主要影響因素為泥石流暴發(fā)規(guī)模及暴發(fā)頻率，因此可用此方法進行評價。此方法通過將以上因子的取值進行數值轉換［3］帶入模型：

得：洪槽溝危險度H單＝0.471，按危險度5級分級標準（極低危險0＜H單＜0.2，低度危險0.2＜H單＜0.4，中度危險0.4＜H單＜0.6，高度危險0.6＜H單＜0.8，極高度危險0.8＜H單＜1），洪槽溝屬于中度危險的泥石流溝。

表1 洪槽溝泥石流易發(fā)程度評判表

表2 泥石流危險度評價因子取值及其轉換值

4 泥石流特征值及堵塞主河分析

4.1 泥石流特征值

假設泥石流與暴雨同頻率、同步發(fā)生，計算斷面的暴雨洪水設計流量全部轉變?yōu)槟嗍髁髁?。根據水文手冊?］中公式計算出斷面不同頻率下的暴雨洪峰流量：

式中：S為暴雨雨力（mm／h），計算公式S＝H×tn－1（H 為歷時為t、設計頻率為P的暴雨量）；n為暴雨指數；F為流域面積（km2）；τ為流域匯流時間；μ為產流系數（mm／h），按μ＝3.6F－0.19計算。

在確定堵塞系數Dc后，計算泥石流峰值流量：

式中：Qc為頻率為P 的泥石流峰值流量（m3／s）；Qp為頻率為P的暴雨洪峰流量；φ為泥石流泥砂修正系數；Dc為泥石流堵塞系數。

根據泥石流的歷時和最大流量，按泥石流暴漲暴落的特點，將其過程線概化為一個理想的五邊形，計算一次泥石流總量：

式中當F＜5km2，K＝0.202；F＝5～10km2，K ＝0.113；F＝10～100km2，K＝0.037 8；F＞100km2，K ＜0.025 2。

洪槽溝河道較順直，堵塞系數取1.5，取1982年泥石流暴發(fā)時間30min為泥石流歷時，計算得到洪槽溝不同頻率下的泥石流特征值見表3。

表3 洪槽溝不同頻率下的泥石流特征值

4.2 洪槽溝堵塞主河分析

由于洪槽溝泥石流位置特殊，一旦泥石流堵塞主河梭磨河，將對G317及馬爾康縣城造成嚴重的損失。

泥石流是否堵塞主河，主要根據一次泥石流規(guī)模、主河流量和扇形地的泥石流溝床條件進行分析［5］。本文選用一次泥石流規(guī)模進行分析。

根據現(xiàn)場調查，洪槽溝與主河梭磨河正交（如圖3）。主河寬度為Bw，主河水深為Hw，由于主河底坡較小，視為水平。堵塞體上游坡度滿足泥石流堵塞體在飽和狀態(tài)下的內摩擦角φ。堵塞體下游坡度采用河床物質發(fā)生水石流的起始坡度，取14°，則堵塞主河需要土體方量Vc為：

洪槽溝泥石流為低容重的稀性泥石流，其容重為1.625t／m3，其堵塞體僅為砂粒以上的粗顆粒，取折算系數0.7，則一次泥石流在匯口斷面堵塞主河的規(guī)模為：

圖3 洪槽溝泥石流堵河示意圖

根據梭磨河實測典型斷面測得梭磨河Bw為30m，內摩擦角φ取41°，CV為0.3，CVPV為0.255。根據不同主河洪水頻率洪水高度計算得到梭磨河泥石流一次堵塞規(guī)模見表4。

表4 洪槽溝泥石流一次堵塞規(guī)模統(tǒng)計表

對比洪槽溝不同頻率下的一次過流總量，主河10a一遇以下，泥石流20a一遇以上均可能堵河。主河10～20a一遇，泥石流20～50a一遇可能堵河。

5 結論

（1）洪槽溝泥石流屬于溝谷型泥石流，溝域形態(tài)為不規(guī)則扇形，流域分為清水區(qū)、物源流通區(qū)和堆積區(qū)。

（2）洪槽溝縱坡降較大、固體松散物質儲量非常豐富、降雨集中并且雨量非常大，物源、地形地貌、降雨等各方面均為泥石流的形成提供了充足的條件。

（3）洪槽溝泥石流處于發(fā)展壯年期，為中—大型地質災害，其災害危險性屬于特大型，危險程度嚴重，潛在的危險性屬于中型，危險度為0.471，為中度危險泥石流。

（4）運用雨洪法確定洪槽溝不同頻率下的一次過流總量，對比主河泥石流一次堵塞規(guī)模，反推出當梭磨河10a一遇的洪水遭遇洪槽溝20a一遇以上頻率的泥石流或梭磨河20a一遇洪水遭遇洪槽溝50a一遇泥石流時發(fā)生堵河的可能性較大。一旦泥石流堵塞主河梭磨河，將對G317及馬爾康縣城造成嚴重的損失。

（5）綜合其危險性評價及堵河分析，建議在泥石流災害防治時以防為主，采用攔粗排細的方案，將易造成堵河的礫石攔擋住，同時排走細小顆粒，增加攔擋壩庫容。

（6）由于洪槽溝泥石流暴發(fā)時間久遠，泥石流持續(xù)時間是通過老鄉(xiāng)訪問及地區(qū)泥石流溝資料類比的形式確定的，存在一定的誤差。

［1］侯蘭功，崔鵬.單溝泥石流災害危險性評價研究［J］.水土保持研究，2004，11（2）：125－128.

［2］劉希林，唐川.泥石流危險性評價［M］.北京：科學出版社，1995：15－19.

［3］劉希林.我國泥石流危險度評價研究：回顧與展望［J］.自然災害學報，2002，11（4）：1－8.

［4］四川省水利電力廳.四川省中小流域暴雨洪水計算手冊［M］.成都：四川省水利廳，1984.

［5］周必凡，李德基，羅德福，等.泥石流防治指南［M］.北京：科學出版社，1991：51－93

［6］DZ／T 0220—2006泥石流災害防治工程勘查規(guī)范［S］.北京：中國標準出版社，1984.

［7］蘇小琴，朱靜，沈娜.四川省瀘定縣深家溝泥石流特征及危險度評價［J］.中國地質災害與防治學報，2008，19（2）：27－31.

［8］宋志，巴仁基，劉宇杰，等.磨西河特大型泥石流堵塞大渡河分析［J］.災害學，2010，25（2）：73－75.

［9］唐川.汶川地震區(qū)暴雨滑坡泥石流活動趨勢預測［J］.山地學報，2010，28（13）：341－349.

［10］楊成林，陳寧生，李戰(zhàn)魯.汶川地震次生泥石流形成模式與機理［J］.自然災害學報，2011，20（3）：31－37.

［11］韓用順，李龍偉，朱穎彥，等.汶川地震災區(qū)泥石流危險性評估—以都江堰—汶川公路為例［J］.中國水土保持科學，2012，10（1）：6－11.

［12］王維早，王濱，許強.基于灰色關聯(lián)度理論的河北省太行山區(qū)下瓦岔泥石流災害危險性評估研究［J］.北京：地球與環(huán)境，2012，40（1）：121－125.