張奮翔， 張路青， 周 劍， 王 頌

(1.中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所 頁(yè)巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029； 2.中國(guó)科學(xué)院 地球科學(xué)研究院， 北京 100029； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

1 研究背景

泥石流是山區(qū)溝谷或坡面在暴雨、洪水等自然或人為因素作用下發(fā)生的一種挾帶大量泥砂、石塊或巨礫等固體物質(zhì)的特殊洪流，會(huì)對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)或生存環(huán)境造成較大危害[1]。青藏高原地區(qū)地貌多變，峽谷、河谷、寬谷等交替出現(xiàn)，在喜馬拉雅塊體、拉薩塊體和羌塘塊體的相互作用下，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍[2]。其中，青藏鐵路、拉日鐵路、G318國(guó)道、G109國(guó)道等交通工程沿線風(fēng)化劇烈，巖土體完整性較差，發(fā)育著大量泥石流，對(duì)交通安全及線路運(yùn)維造成了極大威脅。因此，對(duì)此區(qū)域泥石流動(dòng)力過程的研究十分必要。

隨著泥石流動(dòng)力模型研究的深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和完善，數(shù)值模擬已逐漸成為泥石流動(dòng)力過程研究的重要手段[3]。利用已有的或新建動(dòng)力模型，選擇合適的數(shù)值方法進(jìn)行計(jì)算分析是泥石流動(dòng)力過程數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。在數(shù)值算法和本構(gòu)模型的研究相對(duì)成熟后，出現(xiàn)了描述泥石流運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬軟件[4]。Debris-2D，F(xiàn)LO-2D和Geoflow等是國(guó)際上應(yīng)用比較成熟的數(shù)值模擬軟件[5]，能夠開展較大尺度的工程問題分析。其中，F(xiàn)LO-2D軟件通過建立微分形式的質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程，采用顯式中心差分法進(jìn)行求解，可以計(jì)算流深、流速和影響范圍隨時(shí)間的變化。作為二維洪災(zāi)模型，F(xiàn)LO-2D的計(jì)算時(shí)間可以由用戶控制，操作簡(jiǎn)單且實(shí)用，近年來應(yīng)用廣泛。Bertolo等[6]運(yùn)用FLO-2D模擬了小流域泥石流運(yùn)動(dòng)淤積過程；阮德修等[7]將FLO-2D與3DMine耦合模擬了尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害下的泥石流流動(dòng)過程；龔柯等[8]利用FLO-2D對(duì)四川省汶川縣綿虒鎮(zhèn)簇頭溝進(jìn)行了泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

西藏地區(qū)由于地理位置偏遠(yuǎn)、人口居住密度小、人類活動(dòng)工程少等原因，泥石流災(zāi)害的研究程度較低，且僅限于拉薩、日喀則、林芝等地區(qū)。戚國(guó)慶等[9]通過建立降雨型泥石流預(yù)測(cè)模型，對(duì)貢覺縣的3條泥石流溝進(jìn)行了災(zāi)害分析；韋方強(qiáng)等[10]進(jìn)行了西藏古鄉(xiāng)溝泥石流的數(shù)值模擬；劉偉朋等[11]研究了拉日鐵路沿線(年木鄉(xiāng)-日喀則段)泥石流的分布特征。

若如村泥石流位于拉薩市堆龍德慶區(qū)德慶鄉(xiāng)，青藏公路、青藏鐵路及在建的青藏高速公路位于該泥石流堆積扇的前緣，繞避或下穿泥石流扇。2016年7月2日，德慶鄉(xiāng)暴發(fā)降雨頻率為5%的持續(xù)性暴雨，當(dāng)日20時(shí)至次日20時(shí)累計(jì)降雨量為26.6 mm，計(jì)算最大雨強(qiáng)為14.09 mm/h，此次降雨使得原若如村泥石流的堆積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)上述工程區(qū)域產(chǎn)生極大威脅。在詳細(xì)野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用FLO-2D軟件對(duì)青藏鐵路、青藏高速公路及若如村的泥石流危險(xiǎn)性進(jìn)行了研究。

2 若如村泥石流概況

若如村泥石流距離拉薩市中心60 km，地處當(dāng)雄至拉薩峽谷出口段。此地段屬高原寒溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均降水量近460 mm；堆龍曲從區(qū)內(nèi)經(jīng)過，流域面積約5 100 km2；處于雅魯藏布江縫合線與班公錯(cuò)-怒江縫合線之間，巖性主要是花崗閃長(zhǎng)巖和以砂巖為代表的堅(jiān)硬陸源碎屑巖。G109公路沿線南側(cè)邊坡較高，平均坡度大于30°，在風(fēng)化侵蝕和降雨的綜合作用下，坡面巖體破碎，有大量松散體堆積，因此，泥石流的發(fā)育具備良好的動(dòng)力和物源條件。除了若如村泥石流，區(qū)段內(nèi)還發(fā)育有近15條規(guī)模較大的泥石流。

若如村泥石流流域面積約3.2 km2，主溝道長(zhǎng)2.5 km，最高海拔5 440 m，相對(duì)高差1 330 m，兩側(cè)山坡的平均坡度為30°，主溝平均坡降30.6%。坡體上部有大量松散堆積體，沖溝內(nèi)也有碎屑物堆積，為泥石流的發(fā)育提供了充足的物源。先前泥石流活動(dòng)在若如村口形成了一個(gè)較大的泥石流堆積扇，堆積扇頂角約40°，扇長(zhǎng)350 m，扇寬410 m，面積約0.07 km2。若如村泥石流概況見圖1。

圖1 若如村泥石流概況

在泥石流溝口處，青藏鐵路設(shè)置涵洞穿過堆積體，遠(yuǎn)離堆積體后鐵路建立高架橋；堆積體前緣和青藏鐵路之間建有三級(jí)重力式擋土墻來保障行車安全，墻體高15 m左右，基底寬度為6～7 m；青藏高速公路目前正在修建中，堆積體前方為明洞開挖區(qū)(以下簡(jiǎn)稱明挖區(qū))，開挖深度近5 m；沿著泥石流溝口至高速路施工區(qū)設(shè)置主排導(dǎo)槽，槽寬1.5 m，深約0.5 m。該泥石流的主要威脅對(duì)象為青藏鐵路、青藏高速公路和若如村，此外，主排導(dǎo)槽在泥石流流動(dòng)過程中可能面臨淤積失效的風(fēng)險(xiǎn)。

3 數(shù)值模型構(gòu)建

3.1 高精度DEM網(wǎng)格劃分

根據(jù)FLO-2D泥石流運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的方法和理論[8]建立模型。為了進(jìn)行本次研究，在若如村泥石流堆積區(qū)前緣飛行無人機(jī)獲得了泥石流流域的航拍照片。將航拍照片的高程和GPS信息提取后，獲得流域的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)而轉(zhuǎn)化為FLO-2D軟件能夠識(shí)別的ASCII文件。主要步驟可分為：

(1)獲取DEM。將航拍照片利用Agisoft PhotoScan Professional軟件進(jìn)行處理，得到流域的DEM數(shù)據(jù)。

(2)ASCII文件轉(zhuǎn)化。運(yùn)用Uedit64中工具箱的轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行文件格式的轉(zhuǎn)換，得到FLO-2D建模所需的DTM數(shù)據(jù)。

(3)在FLO-2D中新建項(xiàng)目，將帶有高程數(shù)據(jù)的DTM文件加載進(jìn)去作為基礎(chǔ)地形并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。選取的網(wǎng)格尺寸為2 m，網(wǎng)格數(shù)量146 972個(gè)。計(jì)算網(wǎng)格如圖2所示，劃分出計(jì)算區(qū)域，最后對(duì)選定的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行高程插值。模型的入水口設(shè)置在泥石流溝上游的物源區(qū)，出水邊界設(shè)置為堆龍曲河道。

圖2 FLO-2D計(jì)算網(wǎng)格

3.2 模型參數(shù)取值

FLO-2D數(shù)值模擬選取的主要參數(shù)有[12]：降雨強(qiáng)度i，等效曼寧系數(shù)n，泥石流土石材料比重Gs和體積濃度CV，層流阻滯系數(shù)K，屈服應(yīng)力τ及黏滯系數(shù)η，其中τ、η用相關(guān)系數(shù)α1、β1、α2、β2表征。

η=α1eβ1CV

(1)

τ=α2eβ2CV

(2)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將泥石流物源分為坡體上部和沖溝內(nèi)兩部分。實(shí)地調(diào)查得到坡體上部松散體平均厚度約0.25 m，沖溝內(nèi)碎屑物的平均厚度約0.15 m，結(jié)合衛(wèi)星圖進(jìn)一步得出：坡體上部松散體面積約1.7×105m2，沖溝內(nèi)碎屑物面積約3×105m2。日降雨量按照實(shí)際工況26.6 mm計(jì)算，該泥石流流域內(nèi)的集水量為8.5×104m3。按照以上數(shù)據(jù)得到泥石流土石材料的體積濃度為50.6%，取0.51。根據(jù) FLO-2D 手冊(cè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，若如村泥石流土石材料的比重取值為2。

由土石材料重度和體積濃度，劃分為中阻泥石流，則泥砂比Rns=0.75，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查若如村泥石流的堆積扇厚度約5 m。根據(jù)王裕宜等[13]提出的不同泥砂比條件下的統(tǒng)一公式：

(3)

τ=0.021Rns-0.3exp(19.64Rns0.25·CV)

(4)

η=1.39×10-4Rns-0.47exp(18.07Rns0.13·CV)

(5)

式中：h為泥深，m。將h=5，Rns=0.75代入公式(3)，得到流動(dòng)區(qū)域曼寧系數(shù)n=0.09；將公式(1)、(2)、(4)、(5)聯(lián)立，得：

α1=1.39×10-4Rns-0.47,β1=18.07Rns0.13

(6)

α2=0.021Rns-0.3,β2=19.64Rns0.25

(7)

將Rns=0.75代入公式(6)、(7)，得到α1=0.000159，β1=17.41，α2=0.0229，β2=18.28。

層流阻滯系數(shù)K的取值范圍為 24～50 000，鑒于土石材料的體積濃度值處于0.48～0.55，且具有黏性泥石流的特點(diǎn)，參考FLO-2D手冊(cè)中對(duì)于層流阻滯系數(shù)K的建議，取K=2 285。模擬參數(shù)取值見表1。

表1 FLO-2D輸入?yún)?shù)值

為全面分析流域內(nèi)的危險(xiǎn)性，以德慶鄉(xiāng)1998-2018年的降雨數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別對(duì)降雨頻率為5%、2%和1%下的若如村泥石流進(jìn)行模擬計(jì)算，并以上述頻率設(shè)計(jì)泥石流流量過程線。

根據(jù)水文地質(zhì)手冊(cè)，對(duì)降雨數(shù)據(jù)分析計(jì)算得到2%和1%頻率下的日降雨強(qiáng)度分別為48.1mm和57.8mm，采用雨洪法計(jì)算出該泥石流在不同降雨頻率下集水點(diǎn)的流量，結(jié)果見表 2。

由于 FLO-2D數(shù)值模擬時(shí)無法考慮泥石流對(duì)溝道的侵蝕效應(yīng)，因此在清水流量的基礎(chǔ)上乘以流量放大系數(shù)，得到泥石流流量再生成流量過程線輸入到FLO-2D中：

(8)

式中：BF為流量放大系數(shù)。

表2 若如村泥石流不同降雨頻率下的集水點(diǎn)流量

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，采用典型洪水過程放大法求取泥石流流量過程線[14]如圖3。

4 模擬結(jié)果驗(yàn)證

由于實(shí)際24 h降雨量達(dá)到20年一遇的級(jí)別，將5%降雨頻率下的模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用堆積范

圍、溝口最大沖出距離與橫向最大堆積寬度3個(gè)指標(biāo)，將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與遙感影像結(jié)合得到的實(shí)際堆積數(shù)據(jù)與模擬情況進(jìn)行對(duì)比，見表3。根據(jù)表3數(shù)據(jù)，計(jì)算泥石流數(shù)值模擬精度因子A，公式如下：

(9)

式中：S1為實(shí)際堆積面積，m2；S2為模擬堆積面積，m2；S0為模擬與實(shí)際堆積范圍重疊的面積，m2。

圖3 不同降雨頻率下泥石流流量概化過程線

表3 模擬堆積與實(shí)際堆積數(shù)據(jù)對(duì)比

將表3數(shù)據(jù)代入公式(9)進(jìn)行計(jì)算，得到此次模擬的精度因子為68.7%。通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高速公路明挖坑周邊及隧道口、青藏鐵路路基下方都有殘留的泥石流松散體，若如村西北角房屋前方仍可見0.5 m厚的土石堆積體，與模擬結(jié)果基本相符。由于溝口最大沖出距離的模擬誤差率為19.4%，橫向最大堆積寬度的模擬誤差率為8.4%，與精度因子結(jié)合來看，此次模擬結(jié)果比較符合實(shí)際。

5 模擬結(jié)果分析

該泥石流的危險(xiǎn)性分析主要包括兩方面：(1)主排導(dǎo)槽在不同降雨強(qiáng)度下的導(dǎo)流情況分析；(2)堆積區(qū)下穿交通工程和若如村在不同降雨頻率下的危險(xiǎn)性分析。主排導(dǎo)槽從泥石流溝口向下延伸，經(jīng)過鐵路涵洞上方，將沖溝上游的洪水引導(dǎo)至高速公路隧道明挖區(qū)。主排導(dǎo)槽深度約0.5 m，當(dāng)其邊界的泥石流流深大于0.5 m時(shí)，流體會(huì)從導(dǎo)槽內(nèi)溢出，此時(shí)主排導(dǎo)槽失效。下面將結(jié)合不同日降雨強(qiáng)度下泥石流流深、流動(dòng)速度以及沖擊力，對(duì)主要威脅區(qū)域的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。

分別選取各威脅區(qū)域內(nèi)最易產(chǎn)生堆積的網(wǎng)格記錄不同降雨工況下泥石流的流動(dòng)情況，各威脅區(qū)域代表性點(diǎn)的具體位置如表4所示，取點(diǎn)位置如圖4。

表4 各威脅區(qū)域危險(xiǎn)性分析的選點(diǎn)網(wǎng)格單元及位置

5.1 泥石流的流動(dòng)深度分析

圖5給出了3種降雨頻率下模擬得到的泥石流最大流深。從堆積范圍來看，5%降雨頻率下的堆積范圍約15.8×104m2，2%頻率下約17×104m2，1%頻率下為18×104m2。在5%、2%和1% 3種降雨頻率下，青藏鐵路涵洞西出口及其以西鐵路段、鐵路涵洞、高速公路隧道明挖工程區(qū)以及若如村的大部分區(qū)域都被泥石流所覆蓋。鐵路涵洞東出口、高速路東側(cè)工程區(qū)以及河漫灘在5%降雨頻率下未見泥石流覆蓋，在2%降雨頻率下開始有流體堆積；1%頻率下的泥石流堆積范圍更廣，鐵路涵洞東出口完全被覆蓋。

圖6給出了上述各代表性點(diǎn)在3種不同降雨頻率下泥石流流深隨時(shí)間的變化曲線。結(jié)合圖5、6分析如下：

(1)在5%、2%和1%降雨頻率下，鐵路涵洞西出口的流深分別為1.4、1.9、2.1 m；與涵洞西出口相比，涵洞東出口受泥石流影響較小，在5%和2%降雨頻率下幾乎無流體堆積，在1%降雨頻率下的流深小于0.1 m。根據(jù)鐵路行車規(guī)范，當(dāng)流體覆蓋道床時(shí)鐵路將無法通行，由此判斷5%降雨頻率下的泥石流流深就會(huì)影響鐵路正常通車。

(2)主排導(dǎo)槽左邊界在5%、2%和1%降雨頻率下的流深分別為2.39、2.74和2.91 m，導(dǎo)槽深度僅有0.5 m，由此判斷在5%降雨頻率下主排導(dǎo)槽就會(huì)失效。從流深曲線來看，主排導(dǎo)槽在最初10 min里的流深小于0.5 m，因此，當(dāng)泥石流流量較小時(shí)，主排導(dǎo)槽可以較好地發(fā)揮排導(dǎo)作用。

(3)由于地勢(shì)較低，高速公路明挖點(diǎn)成為各個(gè)方向的匯水區(qū)，其流深變化曲線的規(guī)律性不強(qiáng)。5%降雨頻率下的流深約5.4 m，而明挖坑深5 m，處于溢滿狀態(tài)，對(duì)施工人員安全和工程穩(wěn)定有顯著影響；2%和1%降雨頻率下的流深超過6 m，對(duì)明挖區(qū)域的安全和穩(wěn)定影響更大。

(4)在5%降雨頻率下，若如村西北角流深的最大值為0.67 m，村民的居住和通行將受到嚴(yán)重影響；2%和1%降雨頻率下的流深超過1 m，居民安全將面臨威脅。

(5)隨著時(shí)間的變化，各代表性點(diǎn)的流深都經(jīng)歷了無堆積-突然增大-逐漸減小的過程，符合泥石流突然暴發(fā)和逐漸消退的特點(diǎn)。

5.2 泥石流流動(dòng)速度與沖擊力分析

圖7給出了不同降雨頻率下各代表性點(diǎn)模擬過程中的泥石流流速變化，由圖7可以得出：

(1)5%降雨頻率下，泥石流在鐵路涵洞西出口的最大流速為0.52 m/s；在鐵路涵洞東出口的流速為0，這與流深的變化相對(duì)應(yīng)；主排導(dǎo)槽左邊界的最大流速達(dá)到1.35 m/s，為工程區(qū)域內(nèi)最大流速點(diǎn)，再次驗(yàn)證了主排導(dǎo)槽的導(dǎo)流功能；與流深變化曲線類似，高速路明挖區(qū)的流速變化呈無規(guī)律曲線，可以得出其最大流速為0.65 m/s；若如村西北角房屋邊界的最大流速為0.1 m/s，威脅相對(duì)較小。

(2)與流深變化相同，各代表性點(diǎn)的模擬流速基本呈現(xiàn)不流動(dòng)-突然增大-逐漸減小的過程；與流深變化不同的是，各點(diǎn)最大流速并非隨著日降雨強(qiáng)度的提高而增大，如主排導(dǎo)槽左邊界的最大流速在1%降雨頻率下為1.44 m/s，小于2%降雨頻率下的1.59 m/s，而高速路明挖區(qū)在5%降雨頻率下的最大流速也大于2%降雨頻率，說明流深增大產(chǎn)生的淤積效應(yīng)可能引起泥石流流速的降低。

圖8為不同降雨頻率下各代表性點(diǎn)模擬過程中泥石流沖擊力變化。根據(jù)圖8可以得出，在5%降雨頻率下，鐵路涵洞西出口的最大泥石流沖擊力約1.1 kPa，東出口沖擊力為0；主排導(dǎo)槽左邊界在泥石流運(yùn)移過程中的最大沖擊力為16.29 kPa；高速路明挖點(diǎn)的最大沖擊力為7.51 kPa；若如村西北角房屋承受的最大沖擊力僅25.06 Pa。

5.3 其他極端降雨條件下的泥石流危險(xiǎn)性分析

為了更加全面地分析各威脅區(qū)域在極端降雨天氣下的泥石流危險(xiǎn)性，以研究區(qū)域近20年的年最大24 h降雨量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取其中的最小值19.5 mm作為極端降雨區(qū)間的下限，將1%降雨頻率下的24 h降雨量57.8 mm作為上限，對(duì)降雨量每隔5 mm進(jìn)行插值，進(jìn)行了19.5、24.5、29.5、34.5、39.5、44.5、49.5、54.5、57.8 mm共9種日降雨強(qiáng)度的模擬。將模擬結(jié)果進(jìn)行處理，得到各威脅區(qū)域的最大流深和最終流深隨降雨量的變化曲線，如圖9所示。

由圖9可得，當(dāng)日降雨強(qiáng)度在19.5～57.8 mm變化時(shí)：

(1)泥石流在鐵路涵洞西出口的最大瞬時(shí)流深大于1 m，在日降雨強(qiáng)度為54.5 mm時(shí)可達(dá)2.2 m，根據(jù)鐵路行車規(guī)范，列車在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)無法安全通行；然而，從最終流深變化曲線分析，涵洞西出口的泥石流流深會(huì)逐漸消退至0.4 m以下，對(duì)列車通行安全影響有所減小，19.5～34.5 mm日降雨強(qiáng)度下的最終流深在0.2m左右，對(duì)列車通行幾乎無影響。鐵路涵洞東出口的泥石流最大流深幾乎為零，對(duì)列車通行無影響。

(2)主排導(dǎo)槽左邊界的最大瞬時(shí)流深大于2m，在日降雨強(qiáng)度為54.5 mm時(shí)接近3 m；不同日降雨強(qiáng)度下主排導(dǎo)槽左邊界的最終流深在0.7～1.1 m之間變化，流深始終大于主排導(dǎo)槽深度，故判斷為失效。

圖6 3種降雨頻率下各代表性點(diǎn)的泥石流流深變化曲線

圖7 3種降雨頻率下各代表性點(diǎn)的泥石流流動(dòng)速度變化曲線

(3)當(dāng)日降雨強(qiáng)度大于19.5 mm時(shí)，明挖坑的瞬時(shí)流深大于5 m，此時(shí)坑內(nèi)已被泥石流淤滿，施工安全及工程穩(wěn)定將會(huì)受到嚴(yán)重影響；從最終流深來看，坑內(nèi)泥石流流深會(huì)逐漸消退至2～4 m，可能延誤工期。

(4)日降雨強(qiáng)度在19.5～29.5 mm變化時(shí)，若如村內(nèi)的最大瞬時(shí)流深小于0.8 m，可能影響居民出行；當(dāng)日降雨強(qiáng)度大于29.5 mm時(shí)，村內(nèi)的最大瞬時(shí)流深大于1m，可能危及居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。從最終流深變化曲線分析，若如村的泥石流流深會(huì)逐漸消退至0.4 m以下，此時(shí)仍可能影響居民交通，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全幾乎無影響。

(5)隨著日降雨強(qiáng)度逐漸增大，各威脅區(qū)域的最大瞬時(shí)流深均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在日降雨強(qiáng)度為54.5 mm時(shí)達(dá)到最大值，說明此降雨強(qiáng)度下的若如村泥石流危險(xiǎn)性最強(qiáng)。

圖8 3種降雨頻率下各代表性點(diǎn)的泥石流沖擊力變化曲線

圖9 各威脅區(qū)域流深隨日降雨量的變化曲線

6 人類活動(dòng)區(qū)的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

基于上述模擬獲得的泥石流流深與流速，對(duì)人類活動(dòng)區(qū)整體的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更具代表性，將1%、2%和5% 3種降雨頻率進(jìn)行綜合分析。根據(jù)FLO-2D手冊(cè)，泥石流的危險(xiǎn)性與災(zāi)害程度及暴發(fā)頻率相關(guān)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如圖10。泥石流的災(zāi)害程度受流體的流深和流動(dòng)速度控制，采用汶川泥石流強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)[8]，如表5所示。

圖10 泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

各顏色表示意義如下：透明色(無標(biāo)注色)為無危險(xiǎn)區(qū)，表征安全區(qū)域；黃色為低危險(xiǎn)區(qū)，表示該區(qū)域內(nèi)，泥石流可導(dǎo)致工程建筑物輕微損傷；橙色為中危險(xiǎn)區(qū)，表示該區(qū)域內(nèi)工程建筑物部分摧毀，可能出現(xiàn)人員傷亡；紅色為高危險(xiǎn)區(qū)，表示泥石流會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)工程建筑摧毀、人員傷亡慘重。從透明色到紅色依次分級(jí)為0～3。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，得到若如村泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖見圖11。

表5 泥石流災(zāi)害程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖11 若如村泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖(人類活動(dòng)區(qū))

從圖11來看，高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在主排導(dǎo)槽、涵洞西出口以及高速路明挖區(qū)，此區(qū)域內(nèi)包括居住、鐵路通行以及高速公路施工在內(nèi)的一系列人類活動(dòng)將面臨極大的安全威脅，這與前文分析一致；鐵路涵洞、高速公路隧道以北的工程區(qū)以及若如村的小部分區(qū)域處在中危險(xiǎn)區(qū)，可能出現(xiàn)工程設(shè)施摧毀和人員傷亡；涵洞東出口及其以東的青藏鐵路段、高速公路隧道以東的工程區(qū)基本無危險(xiǎn)。

7 結(jié) 論

(1)在實(shí)際降雨頻率5%的情況下，泥石流堆積面積約1.58×105m2，最大流深為5.7 m，最大流速13.1 m/s，人類活動(dòng)區(qū)域會(huì)出現(xiàn)鐵路無法正常通車、主排導(dǎo)槽失效和高速路明挖區(qū)溢滿等問題，若如村村民的住行安全也將受到影響。

(2)當(dāng)日降雨強(qiáng)度在19.5～57.8 mm變化時(shí)：青藏鐵路若如村段在降雨期間無法通車，雨后列車通行不受影響；主排導(dǎo)槽始終失效；高速公路隧道明挖坑在降雨期間達(dá)到淤滿狀態(tài)，雨后淤積深度2～4 m，可能延誤工期；日降雨強(qiáng)度小于29.5 mm時(shí)，若如村民出行不便，大于29.5 mm時(shí)，泥石流會(huì)危及居民的生命財(cái)產(chǎn)安全；54.5 mm日降雨強(qiáng)度下的泥石流危險(xiǎn)性最高，在防治工作中應(yīng)高度重視。

(3)根據(jù)危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)圖，高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在主排導(dǎo)槽、涵洞西出口以及高速路明挖區(qū)，鐵路涵洞、高速路隧道以北工程區(qū)以及若如村的小部分區(qū)域處在中危險(xiǎn)區(qū)，涵洞東出口及其以東鐵路段、高速公路隧道以東工程區(qū)基本無危險(xiǎn)。

(4)在中、高危險(xiǎn)區(qū)，需要加強(qiáng)泥石流防治工程建設(shè)，建議在鐵路涵洞西出口或若如村西北角布置降雨觀察點(diǎn)，根據(jù)雨情采取相應(yīng)的預(yù)防措施。此外，建議增加主排導(dǎo)槽坡降以增大流體流速，考慮采用速流結(jié)構(gòu)。