魏興麗, 何建勛, 于國(guó)強(qiáng)

(1.國(guó)土資源部 黃土地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安710054;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心, 陜西 西安 710054; 3.云南省水文水資源局 楚雄分局, 云南 楚雄 675000)

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不同降雨特征條件下舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃

魏興麗1,2, 何建勛3, 于國(guó)強(qiáng)1,2

(1.國(guó)土資源部 黃土地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安710054;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心, 陜西 西安 710054; 3.云南省水文水資源局 楚雄分局, 云南 楚雄 675000)

摘要：[目的] 合理區(qū)劃甘肅省甘南藏族自治州舟曲縣區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性，為該區(qū)以及類(lèi)似區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。[方法] 從舟曲縣暴雨地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)因素入手，結(jié)合野外勘察，采用無(wú)限邊坡穩(wěn)定性SINMAP模型，開(kāi)展不同降雨特征條件下區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究，對(duì)不同級(jí)別下災(zāi)害區(qū)域面積和所占比例的遷移與轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。[結(jié)果] 地勢(shì)低洼地區(qū)與地形濕度較高區(qū)域、災(zāi)害點(diǎn)分布規(guī)律一致，隨著降雨量的逐漸增大，地表淺層土壤水分、土壤濕度區(qū)域面積逐漸增加，逐漸擴(kuò)展到山脊和坡度較緩的斜坡單元；隨著降雨預(yù)警級(jí)別的升高，1 h雨量從10 mm升至56 mm，穩(wěn)定性區(qū)域面積比例和所占滑坡比例分別減少22%和38%，不穩(wěn)定性區(qū)域比例值分別增加121%和125%，潛在不穩(wěn)定區(qū)域面積和所占滑坡比例始終最高，均值高達(dá)35%和39%；同時(shí)，基本穩(wěn)定區(qū)、潛在不穩(wěn)定區(qū)正逐漸向不穩(wěn)定區(qū)及極不穩(wěn)定區(qū)遷移與過(guò)渡，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的潛在性逐漸增大，危險(xiǎn)程度日益加?。活A(yù)警級(jí)別升至藍(lán)色Ⅳ級(jí)時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害即被觸發(fā)，預(yù)警級(jí)別升至黃色Ⅲ級(jí)后，危害程度發(fā)生質(zhì)變，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度顯著加劇。[結(jié)論] 降雨是舟曲地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素，如遇合適的強(qiáng)降雨條件，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度依然嚴(yán)峻。

關(guān)鍵詞：舟曲; 地質(zhì)災(zāi)害; 危險(xiǎn)性區(qū)劃

文獻(xiàn)參數(shù)： 魏興麗, 何建勛, 于國(guó)強(qiáng).不同降雨特征條件下舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：224-229.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.038

甘肅省舟曲縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型眾多，成災(zāi)機(jī)理復(fù)雜，危害嚴(yán)重，歷史上曾多次發(fā)生泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，屬于地質(zhì)災(zāi)害重災(zāi)區(qū)。降雨既是災(zāi)害發(fā)生的動(dòng)力來(lái)源，也是其形成的主要誘發(fā)因素[1-4]。降雨會(huì)使地下水位、基質(zhì)吸力發(fā)生改變，也使巖土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、含水量、應(yīng)力狀態(tài)、強(qiáng)度發(fā)生改變，導(dǎo)致巖土體強(qiáng)度明顯降低。因此，對(duì)于降雨型地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行空間預(yù)測(cè)分析是一項(xiàng)重要而又艱難的工作，是進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于災(zāi)后重建，防災(zāi)減災(zāi)具有十分重要的意義。

對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃的研究工作，大致上可以分為3類(lèi)[5-8]。第1類(lèi)是針對(duì)地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，分析潛在災(zāi)害地區(qū)[5-8]。根據(jù)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)、地形、氣候等各項(xiàng)因子評(píng)估邊坡的穩(wěn)定度，但此類(lèi)研究必須仰賴(lài)有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)估，才能精確地劃設(shè)潛在危險(xiǎn)區(qū)。第2類(lèi)是利用統(tǒng)計(jì)方法，針對(duì)地質(zhì)、水文因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸納，找出影響地災(zāi)的重要因子。但統(tǒng)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)歸納及相關(guān)性，因此必須有大量的資料及樣本，才具有代表性。第3類(lèi)則是采用物理機(jī)制模型，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)分析。此類(lèi)模型是依靠理論推導(dǎo)，比較邊坡抗滑力與下滑力，推估邊坡失穩(wěn)的可能性。由于降雨常常是觸發(fā)邊坡失穩(wěn)的主要驅(qū)動(dòng)力，因此許多模型是結(jié)合水文模型與無(wú)限邊坡庫(kù)倫破壞模型，利用GIS與數(shù)值高程模型(DEM)進(jìn)進(jìn)行模擬，再和實(shí)際災(zāi)害事件進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性并評(píng)估潛在危險(xiǎn)區(qū)，這類(lèi)模擬多以降雨型地質(zhì)災(zāi)害為主。水文模型可大致區(qū)分為2類(lèi)：一是穩(wěn)定狀態(tài)模型，假設(shè)水文狀況不隨時(shí)間變動(dòng)，最大的優(yōu)點(diǎn)在于操作較簡(jiǎn)單，并且可以表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定；但由于過(guò)于簡(jiǎn)化的假設(shè)，也經(jīng)常導(dǎo)致不符合真實(shí)狀況的推論。二是動(dòng)態(tài)水文模型，考慮隨著時(shí)間變動(dòng)的水文狀態(tài)，模擬結(jié)果可能較接近真實(shí)狀況，但其操作需要考慮許多參數(shù)。由于模型參數(shù)選取，觀測(cè)資料準(zhǔn)確度、觀測(cè)時(shí)間有限，可能造成模擬結(jié)果的不確定，尤其當(dāng)處理的問(wèn)題擴(kuò)展到其他研究區(qū)、其他季節(jié)時(shí)，復(fù)雜程度更是增大。

在Montgomery和Dietrich物理機(jī)制模型的基礎(chǔ)上，Pack R T等[8]建立了SINMAP(stability index mapping)模型，兼具以上2種水文模型優(yōu)點(diǎn)，在ArcGIS平臺(tái)下，將無(wú)限斜坡確定性模型與基于DEM的水文分析模型進(jìn)行集成，綜合考慮降雨引起的地下水分布對(duì)滑坡的影響，以及地質(zhì)條件、地形地貌、水文及氣候、土壤、植被等因素，同時(shí)解決了水文和巖土體參數(shù)不確定性的途徑，使該模型具有一定的通用性。

因此，本研究擬從舟曲縣暴雨地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)因素入手，結(jié)合野外勘察、水文氣象監(jiān)測(cè)，開(kāi)展舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害臨界閾值研究，采用SINMAP模型，對(duì)不同降雨預(yù)警級(jí)別下，災(zāi)害點(diǎn)分布范圍、變化趨勢(shì)、危險(xiǎn)性分布等進(jìn)行研究，開(kāi)展舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃及空間預(yù)測(cè)，最終建立舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型，以期為舟曲區(qū)域乃至高山峽谷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供有效手段，為中國(guó)山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)、工程建設(shè)及減災(zāi)防災(zāi)提供科學(xué)技術(shù)支撐。

1研究區(qū)概況

舟曲縣位于甘肅省南部。該縣總面積為3 008.98 km2，海拔在1 500～3 500 m的區(qū)域占縣面積的90%以上，其中海拔在2 500～3 000 m的區(qū)域占縣面積的33.14%。海拔較低的河川地帶，氣候溫和濕潤(rùn)，高山地帶則較為寒冷，春季溫暖回升快而穩(wěn)，秋季溫涼陰雨多。多年平均氣溫13.0 ℃，歷年極端最高氣溫35.2 ℃(19740723)；極端最低氣溫-10.2 ℃(19751214)。歷年最大積雪深度達(dá)3.0 cm，最大凍土深度達(dá)24.0 cm[1-2]。白龍江橫貫舟曲縣城，縣境內(nèi)干流總長(zhǎng)70.7 km。白龍江為嘉陵江上游一級(jí)支流。白龍江流域內(nèi)山巒重迭，溝壑縱橫，河谷下切甚深，河道曲折，川峽相間，水流湍急，是一個(gè)典型的高、中山峽谷區(qū)，流域面積1 330 km2。該區(qū)屬西秦嶺構(gòu)造帶的西延部分，在構(gòu)造形態(tài)上為一北西向古生界復(fù)背斜，其軸部位于白龍江南部，核部地層為志留系。境內(nèi)以坪定—化馬斷層為主，構(gòu)成北西、南東向斷裂帶，其走向與區(qū)域性斷裂帶走向基本一致，為正斷層，其錯(cuò)段山體而呈現(xiàn)階梯狀斷塊山特征。斷裂兩側(cè)巖層破碎，褶曲強(qiáng)烈，角礫巖、破碎巖十分發(fā)育，沿?cái)嗔延腥雎叮瑪嗔褜捯话銛?shù)十厘米，最寬1.2 m。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在境內(nèi)十分活躍，表現(xiàn)為山地強(qiáng)烈隆升，流水急劇下切。該區(qū)地下水類(lèi)型分為基巖裂隙水和第四系松散巖類(lèi)孔隙水?；鶐r裂隙水賦存于二疊系基巖構(gòu)造和風(fēng)化裂隙內(nèi)，主要靠大氣降水補(bǔ)給，多以泉的形式排向溝底。自水盡頭溝出露的泉水流量最大，枯水期流量約16 L/s，豐水期流量達(dá)到20～60 L/s，其余泉水流量很小。第四系松散巖類(lèi)孔隙水主要賦存于溝床碎石土層中，接受大氣降水和地表水入滲補(bǔ)給，沿溝谷向下游排泄[1-2]。

2研究方法

2.1SINMAP模型原理和方法

SINMAP的詳細(xì)理論參見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。本研究利用修正后的無(wú)限邊坡理論配合數(shù)值地形、衛(wèi)星影像資料與地質(zhì)資料進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)估。SINMAP方法以無(wú)限斜坡模型為基礎(chǔ)，分析促使地表土層穩(wěn)定的抗滑力與使之失衡的下滑力之間的平衡關(guān)系，以這2種力的比率作為衡量斜坡穩(wěn)定性的指標(biāo)即安全系數(shù)(FS)，無(wú)限邊坡模式已被廣泛地使用在滑坡的評(píng)估上，其形式各類(lèi)不一，安全系數(shù)無(wú)量綱形式為：

(1)

式中：無(wú)量綱土壤黏聚力c=(cr+cs)/(hρsg)；cr——植物根系黏聚力(N/m2)；cs——土壤本身黏聚力(N/m2);θ——坡度(°);ρs——濕土密度(kg/m3);ρw——水密度(kg/m3);g——重力加速度(9.81 m/s2)；令h=Dcosθ，D——土壤鉛直深度(m)，h=Dcosθ，w=Dw/D=hw/h；φ——土壤內(nèi)摩擦角(°)，令r為水與土體的相對(duì)密度，表達(dá)式為r=ρw/ρs。

當(dāng)FS>1，邊坡穩(wěn)定，數(shù)值越高，穩(wěn)定程度越好。當(dāng)FS=1，處于臨界平衡狀態(tài)，此時(shí)若有外力作用(降雨、地震)，斜坡失穩(wěn)。當(dāng)FS<1，斜坡無(wú)條件失穩(wěn)。

進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，由于參數(shù)具有時(shí)間、空間不確定等原因，輸入準(zhǔn)確參數(shù)十分困難。因此在模型中引入滑坡穩(wěn)定性指標(biāo)概念，并提供了一種解決參數(shù)不確定性或變性的概率方法。滑坡穩(wěn)定性指標(biāo)SI根據(jù)FS所得的概率計(jì)算而得：

SI=Prob(FS>1)

(2)

令R/T=x，tanφ=t，同時(shí)定義了這3個(gè)變量的均勻分布的上限和下限，C～U(C1,C2)，x～U(x1,x2)，t～U(t1,t2)。當(dāng)取C1，t1和x2時(shí)，F(xiàn)S最小，此時(shí)穩(wěn)定性處于最差狀態(tài)，此時(shí)處于這樣的情況的區(qū)域的FS依然大于1，則斜坡無(wú)條件穩(wěn)定。

根據(jù)FS計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行穩(wěn)定性級(jí)別劃分[8](如表1所示)。

表1　滑坡穩(wěn)定性指數(shù)SI的穩(wěn)定性級(jí)別劃分

2.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與參數(shù)設(shè)置

2.2.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備經(jīng)過(guò)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)實(shí)地調(diào)查，同時(shí)廣泛收集研究區(qū)有關(guān)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估資料與制圖所需的孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子數(shù)據(jù)，包括舟曲縣滑坡分布圖、地形圖、地質(zhì)圖、地貌圖、土地利用圖、土壤圖、水文地質(zhì)圖等專(zhuān)題圖件及研究區(qū)遙感影像。以一般調(diào)查區(qū)1∶50 000地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量(草測(cè))、重點(diǎn)調(diào)查區(qū)1∶50 000地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量(正測(cè))區(qū)分調(diào)查層次。其中一般調(diào)查區(qū)面積2 231.7 km2，工作手段以遙感解譯調(diào)查及野外核查為主；對(duì)重點(diǎn)調(diào)查區(qū)進(jìn)行1∶50 000地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量，面積752 km2，以野外調(diào)查與地面測(cè)繪為主要手段，并輔以適量的山地工程，對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害全面系統(tǒng)地調(diào)查。按照上述調(diào)查要求，2011年野外工作共完成地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)169處[9]。

2.2.2參數(shù)設(shè)置經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察我們注意到，大多數(shù)滑坡都是淺表層平移運(yùn)動(dòng)。許多山體災(zāi)害都源于崩積層、風(fēng)化層和坡殘積層物質(zhì)。鑒于研究區(qū)基本屬于高山峽谷區(qū)，有著相似的工程地質(zhì)條件，同時(shí)模型中地質(zhì)參數(shù)的輸入值是采用區(qū)間范圍確定，避免了引入難以確定的單一參數(shù)值的缺點(diǎn)，因此將研究區(qū)劃分為同一校準(zhǔn)區(qū)，區(qū)內(nèi)采用相同的校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行模擬運(yùn)算，具有一定的代表性。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型，我們需要考察以下參數(shù)，滑體相對(duì)容重r，內(nèi)摩擦角φ，黏聚力c，土體輸水性系數(shù)(導(dǎo)水系數(shù))T，坡度θ，比集水區(qū)面積a和穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的流量(有效降雨量)R[8]。其中前4個(gè)參數(shù)為滑坡巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)；容重、內(nèi)摩擦角、黏聚力根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采取的原狀試驗(yàn)樣的室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，并參考以前舟曲縣的試驗(yàn)成果和滑坡，得出模型計(jì)算中的各物理參數(shù)見(jiàn)表2。坡度及比集水區(qū)面積可以通過(guò)ArcGIS平臺(tái)，從數(shù)字地形模型DEM中得出。

表2　SINMAP模型選取的基本參數(shù)值

難以確定的參數(shù)是滑坡體的導(dǎo)水系數(shù)T(與滑坡體的滲透系數(shù)K和滑坡巖土體厚度有關(guān))以及穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的流量(有效降雨量)R。在進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，將R/T作為一個(gè)整體的單一因子進(jìn)行考慮。比集水區(qū)面積a與R/T是決定飽和因子的2個(gè)重要變量。按照比集水區(qū)面積的確定方法，根據(jù)數(shù)字地形模型可以方便地計(jì)算確定每一個(gè)單元的比集水區(qū)面積，當(dāng)選定模型單元時(shí)，單元的比集水區(qū)面積、坡度隨之確定，因此，在此我們重點(diǎn)考察變量R/T。一般認(rèn)為飽和因子小于或等于1，當(dāng)飽和因子大于1時(shí)，一種比較合理的解釋是存在地表徑流。在合理的水文參數(shù)下，大于1的飽和因子分布應(yīng)該與流域中真實(shí)的水系的分布吻合。通過(guò)反復(fù)驗(yàn)算可知當(dāng)R/T大約介于2 000～3 000 m時(shí)，大于1的飽和因空間分布情況與舟曲流域真正的水系分布情況極為類(lèi)似。即如果一個(gè)30°的坡面的T/R介于2 000～3 000 m，說(shuō)明水流流經(jīng)2 000～3 000 m，坡面達(dá)到飽和[8]。

由于舟曲縣滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生大多是由于峰值降雨(暴雨)造成的，以舟曲縣兩年一遇降雨頻率每1 h最大降雨量10 mm[14]作為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的流量(有效降雨量)R，可以推斷舟曲地區(qū)的導(dǎo)水系數(shù)T大約為20.32～30.48 m2/h 〔T=3 000(2 000)×q=3 000(2 000)×10/1 000=30.48(20.32)m2/h)〕?？紤]q應(yīng)為有效降水量，因此在計(jì)算過(guò)程中應(yīng)加以修正。

根據(jù)筆者前期對(duì)舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害降雨臨界閾值的研究成果，將誘發(fā)舟曲地質(zhì)災(zāi)害的降雨預(yù)警級(jí)別劃分為紅(Ⅰ級(jí))、橙(Ⅱ級(jí))、黃(Ⅲ級(jí))、藍(lán)(Ⅳ級(jí))4個(gè)預(yù)警級(jí)別和2個(gè)預(yù)備預(yù)警級(jí)別(Ⅴ級(jí)和Ⅵ級(jí))，并確定了各個(gè)預(yù)警級(jí)別下單位小時(shí)降雨量和降雨雨強(qiáng)與降雨歷時(shí)的函數(shù)關(guān)系[10]。根據(jù)以上舟曲地區(qū)導(dǎo)水系數(shù)T的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合不同降雨預(yù)警級(jí)別下小時(shí)降雨量，求解不同預(yù)警級(jí)別下的T/R值，同時(shí)進(jìn)行修正，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

3結(jié)果與討論

3.1不同降雨特征條件下區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃

本研究針對(duì)1 h降雨量從10～56 mm不同降雨預(yù)警級(jí)別下舟曲淺層滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了危險(xiǎn)性區(qū)劃。由計(jì)算結(jié)果可知，舟曲區(qū)域穩(wěn)定性分布規(guī)律也存在一定的空間差異?？傮w來(lái)講，舟曲整體穩(wěn)定性均較差，危險(xiǎn)性級(jí)別較高的不穩(wěn)定區(qū)和極不穩(wěn)定區(qū)分布范圍非常廣，尤其在白龍江左右兩岸、舟曲縣城周邊穩(wěn)定性最差，危險(xiǎn)性級(jí)別最高的區(qū)域多分布于此，在這些區(qū)域，河流侵蝕強(qiáng)烈，坡度大，地勢(shì)低洼，處于演化的最強(qiáng)烈時(shí)期，侵蝕劇烈，滑坡較多，地質(zhì)災(zāi)害隱患相對(duì)集中，與野外觀測(cè)情況一致。特別是白龍江兩側(cè)斜坡被水系切割劇烈，為兩側(cè)災(zāi)害體發(fā)育提供了豐富的物源。流域上游地區(qū)的穩(wěn)定性很差，下游地區(qū)稍稍好于上游，但總體的穩(wěn)定性也較差，不穩(wěn)定和潛在不穩(wěn)定區(qū)域分布非常遍及。穩(wěn)定性相對(duì)較好的區(qū)域位于武坪鄉(xiāng)周邊，分布范圍很小，該區(qū)段地勢(shì)較為平坦，坡度較緩，植被覆蓋較好，不易發(fā)生淺層滑坡，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性相對(duì)較小。

注：Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ為降雨預(yù)警級(jí)別紅、橙、黃、藍(lán)； Ⅴ和Ⅵ為2個(gè)預(yù)備預(yù)警級(jí)別。下同。

隨著降雨量(降雨雨強(qiáng))的逐漸增加，預(yù)警級(jí)別的逐漸升高，區(qū)域潛在不穩(wěn)定、不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定區(qū)域的范圍增加，危險(xiǎn)程度增大；穩(wěn)定、基本穩(wěn)定區(qū)域分布范圍逐漸減小，并且逐漸向潛在不穩(wěn)定、不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定區(qū)域過(guò)渡，危險(xiǎn)性逐漸增大。

3.2不同降雨特征條件下區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性定量分析

本研究對(duì)不同預(yù)警級(jí)別下的地表穩(wěn)定性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1—4所示。

從圖1—2所示可以看出，不同預(yù)警級(jí)別下，失穩(wěn)區(qū)域、穩(wěn)定區(qū)域的面積所占比例與所占滑坡的比例整體變化趨勢(shì)一致。隨著降雨量逐漸增加，預(yù)警級(jí)別逐漸提高，整個(gè)流域穩(wěn)定區(qū)域的面積所占比例與所占滑坡比例明顯降低，區(qū)域面積所占比例由1 h雨量10 mm降雨條件下54.93%減少到1 h雨量56 mm條件下的42.67%，所占滑坡的比例由46.07%減少到28.65%。相反，所占滑坡的比例與不穩(wěn)定區(qū)域的面積所占比例明顯增加，不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定分區(qū)的面積由11.54%增至25.47%，所占滑坡比例由15.73%增至35.39%?；c不滑的潛在不穩(wěn)定區(qū)，屬于穩(wěn)定區(qū)到不穩(wěn)定區(qū)的過(guò)渡區(qū)域，該區(qū)域比例在不同降雨預(yù)警級(jí)別下變化不大，面積所占比例在32%～38%之間，所占滑坡比例在36%～41%之間。

圖1舟曲縣不同預(yù)警級(jí)別下區(qū)域面積所占比例變化圖2舟曲縣不同預(yù)警級(jí)別下所占滑坡比例變化

如圖1—2所示，極穩(wěn)定、穩(wěn)定和基本穩(wěn)定區(qū)中，區(qū)域面積所占比例均值為48%，所占滑坡比例均值為37%，分界線右側(cè)區(qū)中，滑坡所占的比例均值達(dá)到63%，區(qū)域面積所占比例均值為52%，進(jìn)一步證實(shí)了舟曲整體穩(wěn)定性較差這一結(jié)論。在不同預(yù)警級(jí)別下，所占滑坡比例和潛在不穩(wěn)定區(qū)域面積所占比例始終最高，均值達(dá)38.58%和34.83%，說(shuō)明舟曲區(qū)域整體穩(wěn)定性一般，如遇強(qiáng)的降雨、地震條等外力因素，向不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定區(qū)域遷移與過(guò)渡的可能性很大。

圖1—2中穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，基本上都是隨著預(yù)警級(jí)別的逐漸升高，區(qū)域面積所占比例和所占滑坡比例逐漸減低，穩(wěn)定區(qū)域逐漸向不穩(wěn)定區(qū)域遷移和過(guò)渡。這是由于降雨引發(fā)斜坡中水的瞬時(shí)入滲和土中含水量的重新分布，土中含水量改變或入滲過(guò)程對(duì)土的容重和穩(wěn)定系數(shù)具有雙重影響，會(huì)造成土的強(qiáng)度或有效應(yīng)力發(fā)生改變，當(dāng)穩(wěn)定入滲率達(dá)到斜坡材料的飽和滲透系數(shù)時(shí)，地下水位以上土層發(fā)生破壞。雖然有些情況下，降雨入滲引起的土的容重增大可能小幅度降低斜坡的穩(wěn)定系數(shù)，但是，在特定的條件下可能足以誘發(fā)滑坡。潛在穩(wěn)定區(qū)至極不穩(wěn)定區(qū)，以潛在穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)為主，區(qū)域面積所占比例均值為34.83%和12.76%，所占滑坡比例均值為38.58%和17.04%，極不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，區(qū)域面積所占比例均值為4.3%，滑坡所占比例均值為7.21%。穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，基本上都是隨著預(yù)警級(jí)別的逐漸升高，所占滑坡比例逐漸升高，發(fā)生災(zāi)害的趨勢(shì)進(jìn)一步加大，舟曲區(qū)域危險(xiǎn)性逐漸加劇。

舟曲縣不同預(yù)警級(jí)別下，穩(wěn)定性分區(qū)、潛在不穩(wěn)定分區(qū)、失穩(wěn)分區(qū)和潛在與失穩(wěn)總和分區(qū)中，各個(gè)比例趨勢(shì)變化曲線如圖3—4所示?？梢钥闯觯髯苑謪^(qū)曲線整體變化趨勢(shì)一致，即隨著預(yù)警級(jí)別的逐漸升高，失穩(wěn)分區(qū)與潛在不穩(wěn)定總和分區(qū)、失穩(wěn)分區(qū)中的兩項(xiàng)比例曲線均逐漸增加；與之相反，穩(wěn)定分區(qū)的2項(xiàng)比例曲線逐漸下降，說(shuō)明隨著預(yù)警級(jí)別的逐漸升高，降雨量的逐漸增加，舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性逐漸加劇。

圖3舟曲縣不同預(yù)警級(jí)別下區(qū)域面積所占比例變化圖4舟曲縣不同預(yù)警級(jí)別下所占滑坡比例變化

值得注意的是2條分界線，一是從Ⅴ預(yù)備預(yù)警到藍(lán)色Ⅳ級(jí)預(yù)警級(jí)別的分界線。從圖3—4可以看出，從Ⅴ預(yù)備預(yù)警級(jí)別向藍(lán)色Ⅳ級(jí)過(guò)渡的過(guò)程中，穩(wěn)定性分區(qū)比例線均與潛在不穩(wěn)定分區(qū)或潛在與失穩(wěn)總和分區(qū)比例線有所交叉，交叉之后，過(guò)渡到分界線右側(cè)，穩(wěn)定性分區(qū)比例線開(kāi)始逐漸低于不穩(wěn)定比例線，說(shuō)明不穩(wěn)定分區(qū)面積所占比例和所占災(zāi)害點(diǎn)比例逐漸超出穩(wěn)定性分區(qū)比例，地質(zhì)災(zāi)害已被觸發(fā)，危險(xiǎn)性開(kāi)始加劇，這也證明了藍(lán)色Ⅳ級(jí)預(yù)警級(jí)別以及臨界降雨閾值設(shè)置的合理性。另一條則是黃色Ⅲ級(jí)預(yù)警級(jí)別處的分界線，從圖3—4可以看出，潛在不穩(wěn)定分區(qū)中的區(qū)域面積比例線和所占滑坡比例線，在經(jīng)過(guò)黃色Ⅲ級(jí)預(yù)警級(jí)別線(分界線)后突然下降，而失穩(wěn)分區(qū)中的區(qū)域面積比例線和所占滑坡比例線突然上升，說(shuō)明在預(yù)警級(jí)別超過(guò)Ⅲ級(jí)之后，當(dāng)遇重現(xiàn)期大于20 a一遇洪水時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度由量變產(chǎn)生質(zhì)變，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的程度顯著增大。

通過(guò)將模型應(yīng)用于舟曲縣的滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性分析，可以有效地確定舟曲地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性與降雨、地形坡度、匯水區(qū)面積等影響因素的定量關(guān)系，分析和預(yù)測(cè)隨不同預(yù)警級(jí)別的變化，地質(zhì)災(zāi)害變形失穩(wěn)區(qū)域的擴(kuò)展趨勢(shì)及空間分布規(guī)律，為流域的地質(zhì)災(zāi)害防治研究、工程決策等提供了快速、高效、可視化的分析手段。

4結(jié) 論

(1) 舟曲縣的高山峽谷地形地貌和工程地質(zhì)條件，為地質(zhì)災(zāi)害提供了豐富的物源補(bǔ)給和易于發(fā)生破壞的條件，導(dǎo)致舟曲總體穩(wěn)定性較差，同時(shí)舟曲地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性存在地域性差別。地勢(shì)低洼地區(qū)往往與地形濕度較高區(qū)域、滑坡災(zāi)害點(diǎn)分布規(guī)律一致。

(2) 隨著降雨預(yù)警級(jí)別的逐漸升高，地表淺層土壤水分逐漸增加，土壤濕度區(qū)域面積逐漸增加，不穩(wěn)定區(qū)的分布區(qū)域快速增長(zhǎng)，逐漸擴(kuò)展到山脊和坡度較緩的斜坡單元。隨著降雨量逐漸增大，區(qū)域穩(wěn)定區(qū)域面積由54.93%減少到42.67%，所占滑坡的比例由46.07%減少到28.65%；而極不穩(wěn)定區(qū)域和不穩(wěn)定區(qū)域面積由11.54%增至25.47%，所占滑坡比例由15.73%增至35.39%。潛在不穩(wěn)定區(qū)，區(qū)域面積所占比例在32%～38%浮動(dòng)，所占滑坡比例在36%～41%浮動(dòng)，變化不甚明顯，但在各穩(wěn)定級(jí)別中比例始終最高，均值高達(dá)35%和39%。表明舟曲縣整體危險(xiǎn)性較大，基本穩(wěn)定區(qū)、潛在不穩(wěn)定區(qū)正逐漸向不穩(wěn)定區(qū)及極不穩(wěn)定區(qū)遷移與過(guò)渡。

(3) 舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害存在2條分界線(臨界線)，一條是從Ⅴ預(yù)備預(yù)警級(jí)別升至藍(lán)色Ⅳ級(jí)預(yù)警級(jí)別，降雨頻率從5年一遇升至10年一遇，1 h雨量從17 mm增至24 mm，此時(shí)滑坡被觸發(fā)，開(kāi)始發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害；另外是黃色Ⅲ級(jí)預(yù)警線，升至該預(yù)警級(jí)別后，降雨規(guī)模大于20年一遇暴雨，1 h雨量超過(guò)32 mm，此時(shí)潛在不穩(wěn)定區(qū)域面積所占比例和所占滑坡比例迅速下降，向不穩(wěn)定區(qū)區(qū)域急速轉(zhuǎn)化，危害程度由量引起質(zhì)變，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度顯著加劇。

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收稿日期：2015-06-26修回日期：2015-08-16

通訊作者：于國(guó)強(qiáng)(1979—),男(民族),內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市人,博士后,從事土壤侵蝕與水土保持及地質(zhì)災(zāi)害等方面的研究。E-mail:yuguoqiang23@163.com。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0224-06

中圖分類(lèi)號(hào)：P642

Risk Zoning of Regional Geo-hazards Under Different Rainfall Characteristics in Zhouqu County

WEI Xingli1,2, HE Jianxun3, YU Guoqiang1,2

(1.KeyLaboratoryforGeo-hazardsinLoessArea,MinistryofLandandResources,Xi’an,Shaanxi710054,China; 2.Xi’anCenterofGeologicalSurvey,ChinaGeologicalSurveyBureau,Xi’an,Shaanxi710054,China; 3.ChuxiongBranchBureauofLaboratoryofEco-environment,HydrologyandWaterResourcesofYunnanProvince,Chuxiong,Yunnan675000,China)

Abstract：[Objective] We analyze the risk zoning of regional geo-harzards in order to provide a scientific basis for regional geo-hazards prevention and reduction in Zhouqu County, Gansu Province and similar areas. [Methods] We established regional risk assessment models for shallow geo-harzards under different rainfall characteristics, by using SINMAP model. [Results] The distribution pattern of disaster spot in low-lying areas was consistent with high humidity area. With the increasing of rainfall, the shallow soil moisture and area of wetness region increased gradually, and extended to the ridge and gentler slopes. With the rise of rainfall warning level, 1 hour rainfall amount increased from 10 mm to 56 mm. The area proportion and landslide proportion in the stable region decreased by 22% and 38%, respectively, the related proportion in the unstable region increased by 121% and 125%, respectively, and the related proportion in the potentially unstable region was the highest, and reached to 35% and 39%, respectively. Meanwhile, the basically stable and potential unstable region was gradually transferred into unstable and very unstable region. The potential of geological harzard occurrence in the study area was increasing gradually. The geo-hazards such as landslides and debris flow could be triggered when the warning level was raised to the level Ⅳ blue warning, while when the warning level was raised to the level Ⅲ yellow warning, the risk degree of geo-hazards was increased significantly. [Conclusion] Rainfall is a factor that induced geo-hazards in Zhouqu County. In case of heavy rainfall suitable conditions, the risk of geo-hazards remains severe.

Keywords:Zhouqu County; geological hazard; risk zoning

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高山峽谷區(qū)域暴雨泥石流成災(zāi)臨界閾值研究”(41302224); 陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“高山峽谷區(qū)域暴雨泥石流啟動(dòng)閾值研究—以舟曲泥石流為例”(2014KJXX-20); 國(guó)家地質(zhì)找礦專(zhuān)項(xiàng)“西北地區(qū)典型重大突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查”(12120114025901); 國(guó)家地質(zhì)找礦專(zhuān)項(xiàng)“秦嶺及寧東礦產(chǎn)資源集中開(kāi)采區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查”(121201011000150022)

第一作者：魏興麗(1967—),女(漢族)，陜西省長(zhǎng)安市人,學(xué)士,高級(jí)工程師,從事地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)及礦山環(huán)境等方面調(diào)查研究。E-mail:wxltyf@163.com。