崔瑞峰，竇 斌，李磊升

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北武漢 430074）

云南省馬鞍山溝泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)

崔瑞峰，竇 斌，李磊升

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北武漢 430074）

為了保證金沙江某碼頭工程的順利進(jìn)行，特對(duì)馬鞍山溝泥石流做危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。根據(jù)對(duì)馬鞍山溝泥石流的調(diào)查與分析，結(jié)合前人的研究成果，選取了一次泥石流最大沖出量、松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量、最大漂礫粒徑、最大容重、最大12小時(shí)暴雨量、流域最大相對(duì)高差、泥石流發(fā)生頻率、流域面積等8個(gè)危險(xiǎn)因子。采用模糊綜合評(píng)判法，建立評(píng)價(jià)因子隸屬函數(shù)與模糊矩陣；依據(jù)最大隸屬度原則得出所屬危險(xiǎn)度；結(jié)果顯示：馬鞍山溝泥石流的危險(xiǎn)度為中度危險(xiǎn)，在強(qiáng)降雨激發(fā)下有可能發(fā)生泥石流災(zāi)害。

泥石流；模糊綜合評(píng)判法；危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)；馬鞍山溝；防災(zāi)減災(zāi)

0 引言

泥石流是指在山區(qū)溝谷或地形險(xiǎn)峻的地區(qū)，由暴雨、冰雪融化或其他自然災(zāi)害引起的一種含有大量泥沙石塊的特殊洪流。它往往是受外部環(huán)境觸發(fā)的突發(fā)性事件，在很短的時(shí)間內(nèi)將大量泥沙石塊沖出溝外，在寬闊場(chǎng)地漫流堆積，常常給生命財(cái)產(chǎn)造成很大的危害［1］。因此在工程建設(shè)的選址階段，評(píng)定場(chǎng)地發(fā)生泥石流的可能性及其危害程度是十分必要的。

泥石流危險(xiǎn)度是指遭到泥石流損害的可能性大小，它的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)工程選址、山區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)以及人民財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。為了評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀，前人們做了很多的探索和研究。以劉希林［2］、唐川、蘇經(jīng)宇等為首的專(zhuān)家們先后提出了許多從定性到定量的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，為泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［3－14］。文章采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)馬鞍山溝泥石流進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)，考慮了在危險(xiǎn)因子的選取以及權(quán)重確定中的模糊性，相對(duì)來(lái)講結(jié)果更加客觀。

1 馬鞍山溝概況

金沙江白鶴灘水電站集運(yùn)漁碼頭位于金沙江下游河段（攀枝花至宜賓），是為魚(yú)類(lèi)過(guò)壩的集放魚(yú)船提供靠泊、作業(yè)的碼頭，工程建成后利于發(fā)展庫(kù)區(qū)航運(yùn)和保護(hù)魚(yú)類(lèi)等綜合利用效益。集運(yùn)漁下游碼頭選址位于馬鞍山溝溝口處，為了滿(mǎn)足初步設(shè)計(jì)工作的需要，需對(duì)馬鞍山溝泥石流進(jìn)行勘察，做出危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。

1.1 地形地貌

馬鞍山溝流域位于云南省昭通市巧家縣金沙江白鶴灘峽谷右岸，藥山山脈西坡。溝谷流向由東西向，流域內(nèi)地勢(shì)東高西低，流域基本地貌類(lèi)型屬構(gòu)造侵蝕中高山區(qū)。地形較陡且不規(guī)則，坡度一般25°～40°，并有階狀緩坡臺(tái)地、陡坎分布，植被整體覆蓋率較低，溝谷兩側(cè)植被較茂密，馬鞍山社緩坡臺(tái)地和白鶴灘社緩坡有梯狀耕地和居民居住。

馬鞍山溝屬金沙江一級(jí)支流，全長(zhǎng)2.28km，總流水面積約0.95km2。馬鞍山溝發(fā)源于楊家火山后緣陡坡，起點(diǎn)高程1960m，最低點(diǎn)海拔575m，相對(duì)高差1385m。溝床縱比降為445‰～680‰，平均縱比降589‰。分水嶺南側(cè)水流匯入白鶴灘溝流域，北側(cè)水流匯入麻塘灣溝流域。馬鞍山溝有兩條主要分支，從溝源流經(jīng)馬鞍山社，于白鶴灘社附近匯合后匯入金沙江。沖溝坡降及地貌特征見(jiàn)圖1、圖2。

1.2 地層巖性

流域范圍內(nèi)上游段坡面、中下游陡坎處基巖裸露，中下游兩岸多為殘坡積或崩坡積覆蓋層分布?；鶐r為峨眉山組（P2β）玄武巖、棲霞—茅口組（P1q+m）灰?guī)r、幺棚子組（D2y）白云巖，覆蓋層主要有第四系崩坡積（Qcol+dl）、殘坡積（Qedl）等。馬鞍山溝流域主要地層和土體分布見(jiàn)圖3。

（1）崩坡積（Qcol+dl）：

①混合土塊石，主要堆積于溝谷1150m以上溝段溝谷及兩側(cè)岸坡，兩側(cè)坡度40°～50°，溝底坡度30°～35°，體積約3～6萬(wàn)m3，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，不會(huì)受地表水沖刷成為物源。

②碎石混合土，主要堆積于中下游溝谷、兩側(cè)岸坡、馬鞍山和白鶴灘社緩坡臺(tái)地表層粉土質(zhì)礫以下，厚度約2～4m，體積約60萬(wàn)m3。中下游段

溝谷岸坡陡峭，局部見(jiàn)小規(guī)模坍塌，從地形條件分析，溝谷及兩側(cè)松散岸坡范圍內(nèi)淺層在強(qiáng)地表水徑流沖刷時(shí)，成為泥石流物源之一。

（2）殘坡積（Qedl）

主要為粉土質(zhì)礫、少量碎石混合土，主要堆積于馬鞍山和白鶴灘社緩坡臺(tái)地表層，厚約2m，體積約40萬(wàn)m3。從地形條件分析在地表強(qiáng)降水沖刷時(shí)，淺層可成為泥石流物源之一。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)為單斜構(gòu)造，茂租斷裂在馬鞍山溝流域上部通過(guò)。巖層總體產(chǎn)狀為為NE 40°～60°，SE∠20°～30°。

1.4 水文氣象

馬鞍山溝區(qū)域地處金沙江干熱河谷區(qū)，屬西南季風(fēng)氣候區(qū)，年內(nèi)干濕季節(jié)分明，氣候溫暖而略顯干燥。由于流域內(nèi)地形高差巨大，受大氣環(huán)流和地形的影響，氣候帶的垂直變化顯著。

區(qū)域降雨量隨海拔的增高而增多，通過(guò)區(qū)域降雨的觀測(cè)資料分析，該區(qū)在海拔約600m金沙江邊的白鶴灘村，年均降雨量727.2mm；在海拔1375m的巧家縣大寨鎮(zhèn)，據(jù)1995—2001年的降雨觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，年平均雨量達(dá)811.7mm；而在海拔2600m地區(qū)，年平均降雨量可達(dá)1484.9mm。流域降水年內(nèi)分配不均，高度集中，降雨主要集中在5～10月，降雨量占全年降雨總量的85%以上，雨季多暴雨。

2 泥石流形成條件

2.1 地形條件

馬鞍山溝流域溝源（高程1960m）至馬鞍山臺(tái)地后緣（高程1150m）段，平均縱坡降680‰，呈“V”字溝谷，溝底寬2～3m，岸坡高6～8m為主，岸坡陡峻，坡度多60°～70°。

馬鞍山臺(tái)地后緣（高程1150m）至白鶴灘社（高程810m）段，平均縱坡降445‰，溝谷多呈“V”型，局部呈“U”型，溝底寬2～3m，岸坡高2～5m為主，左側(cè)岸坡較陡峭，60°～70°，局部近直立，右岸岸坡稍緩，35°～45°。

白鶴灘社（高程810）至炸藥庫(kù)公路（高程690m）段，平均縱坡降680‰，溝谷呈“V”型，溝底寬3～4m，岸坡高5～8m為主，兩側(cè)岸坡陡峭，50°～70°，左側(cè)較陡峭，右側(cè)稍緩。

炸藥庫(kù)公路（高程690m）以下至溝口（高程575m）段稍緩，平均縱坡降450‰，溝谷呈“V”型，溝寬2～3m，兩側(cè)岸坡稍緩30°～40°，公路將溝道截?cái)?，通過(guò)排水渠對(duì)溝水進(jìn)行改到引排；高程650～625m段右側(cè)邊坡有人工棄渣，部分掩埋溝道。

2.2 物源條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，流域內(nèi)的松散堆積物較豐富，主要為崩坡堆積、殘坡積、人工堆積，主要分布位于沖溝溝谷、兩側(cè)岸坡以及流域內(nèi)緩坡臺(tái)地、604＃公路以下。

中下游段溝谷岸坡陡峭，局部見(jiàn)小規(guī)模坍塌，從地形條件分析，溝谷及兩側(cè)松散岸坡范圍內(nèi)淺層在強(qiáng)地表水徑流沖刷時(shí)，可成為泥石流物源之一。該處物源零星分布，單個(gè)體積小，不足200m3，整體物源體積小于1000m3。

馬鞍山社、白鶴灘社緩坡臺(tái)地表層的粉土質(zhì)礫在地表強(qiáng)降水沖刷下可成為泥石流物源之一。但這兩處臺(tái)地多為耕地，植被較發(fā)育，近期能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量不足10萬(wàn)m3。

溝口段高程650～625m段右側(cè)邊坡有人工棄渣，為炸藥庫(kù)、公路施工產(chǎn)生的混合土碎塊石為主，少量碎石混合土，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)地表水沖刷下可成為物源之一。該部分堆渣總計(jì)約3～4萬(wàn)m3，近期能參與泥石流的動(dòng)儲(chǔ)量約1000m3。

綜上所述，在強(qiáng)降雨條件激發(fā)下，整條溝近期能參與一次泥石流最大沖出量約10.2萬(wàn)m3，最大松散固體物質(zhì)總儲(chǔ)量約為14.1萬(wàn)m3。

2.3 降雨條件

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑馁Y料顯示，馬鞍山溝流域年均降雨量為727.2～1484.9mm，最大12小時(shí)降雨為 49.5mm，最大 1小時(shí)降雨量為30.5mm，水源條件充足，滿(mǎn)足泥石流啟動(dòng)的臨界雨強(qiáng)條件。

2.4 泥石流發(fā)生歷史

通過(guò)對(duì)王貴忠（35歲左右，馬鞍山社村民）、龍廷營(yíng)（馬鞍山社村民、40歲左右）以及白鶴灘社一戶(hù)村民的調(diào)查訪(fǎng)問(wèn)，結(jié)合當(dāng)?shù)卣峁┑馁Y料顯示，歷史上馬鞍山溝曾多次發(fā)生泥石流，最大規(guī)模泥石流深約1m，持續(xù)近10天，在退耕還林之后，流域內(nèi)植被情況得到改善，近三年未見(jiàn)泥石流發(fā)生。

3 泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)

目前泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)從定性到定量有很多方法，例如：灰色關(guān)聯(lián)度分析法、層次分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，各有其特點(diǎn)，但沒(méi)有考慮到泥石流評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性，即模糊性。模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法，該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問(wèn)題，適合泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)中非確定性問(wèn)題的解決，故本文使用模糊綜合評(píng)判法對(duì)馬鞍山溝泥石流進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。

（1）建立因子集與評(píng)價(jià)集

根據(jù)對(duì)馬鞍山泥石流的調(diào)查與分析，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)法，本文選取了具有代表性的危險(xiǎn)因子作為因子集，即一次泥石流最大沖出量S1、松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量S2、最大漂礫粒徑S3、最大容重S4、最大12小時(shí)暴雨量S5、流域最大相對(duì)高差S6、泥石流發(fā)生頻率S7、流域面積S88個(gè)危險(xiǎn)因子，馬鞍山溝泥石流危險(xiǎn)因子的特征值取值見(jiàn)表1。

表1 馬鞍山溝泥石流各危險(xiǎn)因子特征值Tab.1 Characteristic value of each risk factor of Maanshan

建立的因子集為U＝｛u1，u2，…，u8｝＝｛一次泥石流最大沖出量，松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量，最大漂礫粒徑，最大容重，最大12小時(shí)暴雨量，流域最大相對(duì)高差，泥石流發(fā)生頻率，流域面積｝。

評(píng)價(jià)集即危險(xiǎn)性等級(jí)，本文將評(píng)價(jià)集分為四個(gè)等級(jí)，即輕微、中等、嚴(yán)重、危險(xiǎn)，建立的評(píng)價(jià)集為V＝｛v1，v2，v3，v4｝＝｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝。

（2）確定危險(xiǎn)因子的權(quán)重

該泥石流危險(xiǎn)因子的權(quán)重是參考我國(guó)西南地區(qū)部分泥石流數(shù)據(jù)，以一次泥石流最大沖出量為主要因子，其他7項(xiàng)為次要因子，利用關(guān)聯(lián)分析得出各因子的權(quán)重。其原理如下：

設(shè)有i個(gè)有序數(shù)列：

其中i代表危險(xiǎn)因子序號(hào)，k代表泥石流序號(hào)，各有序數(shù)列即各泥石流中獲取的危險(xiǎn)因子的性狀數(shù)據(jù)，另外，再給定有序參考數(shù)列：

關(guān)聯(lián)度公式為

采用均值化變換，將原始數(shù)據(jù)初始化，去掉量綱，其原理為：若某因素（或某指標(biāo)）的原始數(shù)據(jù)為：xi（b），b＝1，2，…，n，則其均值化序列為

表2 泥石流各危險(xiǎn)因子權(quán)重Tab.2 Each risk factor＇s weight of debris flow

（3）建立評(píng)價(jià)因子隸屬函數(shù)

建立評(píng)價(jià)因子隸屬函數(shù)能夠定量的對(duì)各危險(xiǎn)因子與危險(xiǎn)性等級(jí)的隸屬度進(jìn)行計(jì)算，本文采用服從正態(tài)型隸屬函數(shù)，其公式如下：

式中的x分別代表8種危險(xiǎn)因子，xi+1、xi為某一危險(xiǎn)等級(jí)相應(yīng)的評(píng)價(jià)因子的上、下界限。

根據(jù)以上公式結(jié)合泥石流危險(xiǎn)等級(jí)劃分表3（數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)［2］），求出各危險(xiǎn)因子對(duì)某一危險(xiǎn)等級(jí)的隸屬函數(shù)中的系數(shù)m、c，見(jiàn)表4。

表3 泥石流危險(xiǎn)等級(jí)劃分Tab.3 Debris flow hazard grade classification

表4 隸屬函數(shù)中的m和c值Tab.4 m and c values of membership functions

（4）建立模糊關(guān)系

因子集與評(píng)價(jià)集之間存在一種模糊關(guān)系，可以用矩陣來(lái)表示，建立的模糊矩陣如下：

利用模糊推論可求得模糊向量B為

式中rij表示單個(gè)危險(xiǎn)因子對(duì)某個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度，A表示危險(xiǎn)因子權(quán)重向量。

最后選取模糊向量B中最大的元素所屬危險(xiǎn)等級(jí)（最大隸屬度原則）即為所求泥石流危險(xiǎn)度。

（5）馬鞍山溝泥石流危險(xiǎn)度計(jì)算

結(jié)合表4，將表1中的數(shù)據(jù)帶入公式（1）中，求得的模糊矩陣：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式（3）得：

由以上計(jì)算結(jié)果可知，模糊向量B中最大的元素為0.563（Ⅱ），根據(jù)最大隸屬度原則，馬鞍山溝泥石流危險(xiǎn)等級(jí)屬于Ⅱ等級(jí)，即中度危險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）利用模糊綜合評(píng)判法建立模糊矩陣，求得模糊向量，根據(jù)最大隸屬度原則，馬鞍山溝泥石流危險(xiǎn)度屬于中度危險(xiǎn)，在強(qiáng)降雨的激發(fā)下有可能發(fā)生泥石流災(zāi)害，會(huì)對(duì)集運(yùn)漁下游碼頭的選址、施工以及建成之后的安全運(yùn)行造成一定程度的威脅，而且泥石流一旦發(fā)生，對(duì)白鶴灘社、馬鞍山社的村民人身及財(cái)產(chǎn)安全都有直接的損害。因此，建議對(duì)該泥石流進(jìn)行工程防治，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，密切注意其發(fā)展動(dòng)向，并且向當(dāng)?shù)鼐用裥麄髂嗍鳛?zāi)害群測(cè)群防政策，必要時(shí)可建立預(yù)警避難系統(tǒng)，避免一些不必要的災(zāi)害損失。

（2）模糊綜合評(píng)判法具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問(wèn)題，在泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)中重點(diǎn)考慮了危險(xiǎn)因子選取以及權(quán)重確定方面的模糊性，從而解決了其他評(píng)價(jià)方法未考慮泥石流不確定性因素的問(wèn)題，所以使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀。

［1］ 劉希林，張松林，唐川.溝谷泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)研

究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，1993，7（3）：20－25.

［2］ 蘇經(jīng)宇，周錫元.泥石流危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的模糊數(shù)學(xué)方法［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1993，2（2）：83－90.

［3］ 宋志，陳澤碩.西南區(qū)泥石流堵河分布規(guī)律與形成特征［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，17（4）：1－8.

［4］ 沈簡(jiǎn)，饒軍，傅旭東.基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.災(zāi)害學(xué)，2016，31（2）：171－175.

［5］ 寧娜，張鵬，馬金珠，等.基于灰色關(guān)聯(lián)度與模糊評(píng)判的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［J］人民長(zhǎng)江，2013，44（增刊1）：111－114.

［6］ 郭萬(wàn)銘，焦金魚(yú).基于模糊綜合評(píng)判法分析的岷縣洮河流域單溝泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2010，21（2）：15－18.

［7］ 張晨，王清，陳劍平，等.金沙江流域泥石流的組合賦權(quán)法危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)［J］.巖土力學(xué)，2011，32（3）：831－836.

［8］ 余宏明，袁宏成，唐輝明.巴東縣新城區(qū)沖溝泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2003，（增刊1）：47－49.

［9］ 陳玉.基于經(jīng)驗(yàn)權(quán)重方法的舟曲縣易發(fā)性評(píng)估［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，15（4）：54－59.

［10］ 魏永明，謝又予，伍永秋.關(guān)聯(lián)度分析法和模糊綜合評(píng)判法在泥石流溝谷危險(xiǎn)度劃分中的應(yīng)用——以北京市北部山區(qū)懷柔、密云兩縣為例［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1998，7（2）：109－117.

［11］ 高宗軍，付青，孟燕，等.模糊綜合評(píng)判法在崩塌預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，15（1）：1－4.

［12］ 杜國(guó)梁，高金川，李瑞冬.基于模糊綜合評(píng)價(jià)法和熵值法的泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)［J］.安全與環(huán)境工程，2013，20（5）：15－18.

［13］ 楊敏，胡偉，楊栓成.寶興縣隴東鎮(zhèn)初旭山滑坡形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，18（1）：25－32.

［14］ 劉光旭，戴爾阜，吳邵洪，等.泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與方法研究［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2012，31（3）：383－391.

Risk Degree Evaluation of Debris Flow in Maanshan，Yunnan

Cui Ruifeng，Dou Bin，Li Leisheng
（College of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

In order to ensure the smooth progress of a pier project in Jinsha River，especially do the risk evaluation of debris flow in Maanshan.Based on investigating and analyzing the feature of debris flow in Maanshan，combined with previous research results，this paper chooses eight risk factors：the maximum amount out of a debris flow，loose solid material reserves，the largest bulk density，the maximum amount rain of 12 hours，the largest relative elevation of river basin，the frequency occurrence of debris flow and basin area.Using fuzzy comprehensive evaluation method，establish the subjection function of evaluation factors and fuzzy matrix.The results showed that the risk degree of debris flow in Maansan is moderate，debris flow may occur in heavy rainfall excitation.

debris flow；fuzzy comprehensive evaluation；risk degree evaluation；Maanshan；disaster prevention and mitigation

P642.23

A

1673－8047（2016）03－0038－07

2016－05－12

崔瑞峰（1992—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治。