李曉婷，劉文龍

(1.河北地質(zhì)大學(xué)勘查技術(shù)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050000；2.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048)

0 引言

泥石流是山區(qū)常見的一種自然地質(zhì)災(zāi)害，其發(fā)生對(duì)山區(qū)的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重大影響。武都區(qū)石門鄉(xiāng)江南片的鹽土溝、廟溝、草壩子西溝、閘子溝、下東溝和洪水溝泥石流流域內(nèi)松散固體物質(zhì)豐富，流域面積適中，溝深坡陡。持續(xù)強(qiáng)降雨有利雨水迅速匯聚，匯集以后水勢(shì)兇猛，邊流動(dòng)邊攜帶流域內(nèi)的松散物質(zhì)，從而形成泥石流。泥石流對(duì)石門鄉(xiāng)小山坪村、草壩子村、旱地村、棗川村、廟上村和棗川小學(xué)的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。因此，武都區(qū)石門鄉(xiāng)泥石流的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)對(duì)該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。劉麗等[1]基于云南昭通滑坡、泥石流溝泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)度模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，完成了昭通滑坡、泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)度分區(qū)。張漢雄[2]進(jìn)行了人為泥石流災(zāi)害嚴(yán)重等級(jí)的定量模糊綜合評(píng)判。魏永明等[3]運(yùn)用關(guān)聯(lián)度分析法和模糊綜合評(píng)判法對(duì)北京市北部山區(qū)重點(diǎn)泥石流溝進(jìn)行了危險(xiǎn)度劃分。劉加龍等[4]采取了基于模糊模式識(shí)別理論的模糊綜合評(píng)判法，對(duì)貴州省畢節(jié)區(qū)域泥石流災(zāi)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。王學(xué)武等[5]應(yīng)用多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法對(duì)西南某擬建水電站壩址鄰近泥石流溝危險(xiǎn)性做出了評(píng)價(jià)。劉濤等[6]運(yùn)用層次分析法對(duì)密云縣泥石流危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。陳明等[7]以單溝泥石流溝為研究對(duì)象，應(yīng)用云模型對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行改善。但取得的成果不足之處在于各地泥石流發(fā)生的地形地貌、松散物來源和水源條件等存在很大的差異，因此，本文綜合專家指導(dǎo)和對(duì)武都區(qū)石門鄉(xiāng)泥石流概況的具體分析，合理的從當(dāng)?shù)啬嗍鞯牡刭|(zhì)條件、地形地貌條件、水動(dòng)力條件中選取10個(gè)指標(biāo)建立泥石流危險(xiǎn)度的評(píng)價(jià)模型，并通過多層次評(píng)價(jià)來了解泥石流發(fā)生的可能性。

1 研究區(qū)概況

1.1 泥石流溝發(fā)育分布、災(zāi)害史與威脅對(duì)象

武都區(qū)石門鄉(xiāng)江南片的鹽土溝、廟溝、草壩子西溝、閘子溝、下東溝和洪水溝各泥石流流域面積0.16～2.52 km2，主溝道長(zhǎng)790～2 600 m，溝道呈上陡下緩的折線形，平均比降150‰～230‰，主溝道及支溝斷面呈“V”字型，除洪水溝溝內(nèi)有常流水外，其余溝谷均為季節(jié)性洪流，江南片各泥石流溝相對(duì)分布位置詳見圖1。以上溝谷以前均有發(fā)生泥石流的歷史記錄，部分溝道也曾發(fā)生過多次崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，造成了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。武都區(qū)石門鄉(xiāng)江南片的鹽土溝、廟溝、草壩子西溝、閘子溝、下東溝和洪水溝泥石流共計(jì)威脅人數(shù)約3 290人，威脅財(cái)產(chǎn)約15 160萬元。

圖1 武都區(qū)石門鄉(xiāng)江南片泥石流溝相對(duì)位置平面分布圖Fig.1 Relative location of debris flow gully in Jiangnan area, Shimen Township, Wudu District, Longnan City

1.2 自然地理與氣候條件

鹽土溝、廟溝、草壩子西溝、閘子溝、下東溝和洪水溝泥石流均位于武都區(qū)石門鄉(xiāng)白龍江右岸，7條溝溝口相距較近，沿白龍江呈帶狀分布。武都區(qū)受地域構(gòu)造支配的山體總體走向?yàn)闁|西向，總地勢(shì)為西北高，東南低?？偟牡匦翁攸c(diǎn)是溝谷發(fā)育、切割強(qiáng)烈、地表起伏大、山勢(shì)陡峭、相對(duì)高差大(1 000～1 500 m)，坡度大。據(jù)調(diào)查區(qū)附近氣象站、哨監(jiān)測(cè)資料，武都區(qū)多年平均降水量487.2 mm，其中5～9月降水量占全年降水總量的75%～85%。24小時(shí)最大降水量為90.5 mm，1 h最大降水量40 mm，10 min最大降水量16.2 mm。

2 多層次泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)度綜合評(píng)價(jià)原理

2.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的建立

武都區(qū)石門鄉(xiāng)泥石流災(zāi)害的致災(zāi)因子較多，各個(gè)因素的綜合作用對(duì)泥石流的影響是復(fù)雜的。根據(jù)該地區(qū)的自然地理及地質(zhì)環(huán)境概況和泥石流的形成條件、發(fā)育特征等因素，在對(duì)野外實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取沿溝松散物儲(chǔ)量u1、不良地質(zhì)現(xiàn)象u2、溝口泥石流堆積活動(dòng)程度u3、河溝堵塞程度u4、產(chǎn)砂區(qū)溝槽橫斷面u5、河溝縱坡u6、流域面積u7、流域植被覆蓋率u8、溝岸山坡坡度u9、河溝近期一次變幅u10這10項(xiàng)因素作為評(píng)價(jià)因子，建立武都區(qū)石門鄉(xiāng)泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因素層次結(jié)構(gòu)模型(圖2)。

圖2 評(píng)價(jià)因素層次結(jié)構(gòu)模型圖Fig.2 Evaluation factor hierarchy model

2.1.1判斷矩陣的構(gòu)建及權(quán)重的確定

本文引用A. L. Satty教授建議的1～9的整數(shù)及其倒數(shù)的標(biāo)度方法[8-10]。根據(jù)1～9標(biāo)度法，按兩兩比較的結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣。求判斷矩陣的最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量，再對(duì)特征向量進(jìn)行歸一化后記W(權(quán)重)。

可得出上述方案層各影響因素的權(quán)重值(表1～表3)。

表1 準(zhǔn)則層D的權(quán)重

表2 方案層A的權(quán)重

表3 方案層B的權(quán)重

2.1.2判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

為了衡量矩陣兩兩不相容所造成的yMax和W的誤差，則需構(gòu)建一個(gè)一致性指標(biāo)CI，再查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI[11-12]。計(jì)算一致性比例CR=CI/RI。當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣滿足一致性要求。否則應(yīng)該對(duì)判斷矩陣做適應(yīng)修改。

經(jīng)過計(jì)算檢驗(yàn)各矩陣的一致性均可接受。

2.2 模糊綜合評(píng)判模型

按照泥石流危險(xiǎn)度程度大小可將其劃分為4個(gè)等級(jí)：無危險(xiǎn)、輕度危險(xiǎn)、中度危險(xiǎn)、高度危險(xiǎn)，建立泥石流的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)集，即V=(V1,V2,V3,V4)=(無危險(xiǎn)，輕度危險(xiǎn)，中度危險(xiǎn)，高度危險(xiǎn))。建立泥石流危險(xiǎn)指標(biāo)等級(jí)及賦值表(表4)。

表4 泥石流危險(xiǎn)指標(biāo)等級(jí)及其賦值表

以廟溝為例，根據(jù)廟溝的評(píng)價(jià)因子實(shí)際取值(表5)，求得評(píng)價(jià)因素U對(duì)評(píng)價(jià)集V的隸屬度，從而建立模糊關(guān)系矩陣R[13-14]。根據(jù)指標(biāo)越大越優(yōu)的特性，現(xiàn)選定半梯形分布模型進(jìn)行隸屬度函數(shù)的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的隸屬度函數(shù)如下[15-17]：

式中：xi——各因子實(shí)際值；

ei——評(píng)價(jià)集的上下界限。

表5 廟溝的評(píng)價(jià)因子實(shí)際取值

3 研究區(qū)泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

當(dāng)權(quán)重向量W和模糊關(guān)系矩陣R已知時(shí)，即可對(duì)泥石流的危險(xiǎn)性進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。根據(jù)O=W×R(O表示模糊綜合評(píng)判集)(2)[18-21]，可取得一級(jí)模糊綜合評(píng)判：

WA=(0.254,0.074,0.192,0.146,0.334)

WB=(0.107,0.415,0.293,0.185)

WC=1

OA=WA·RA=

(0,0.146,0.083,0.662)

OB=WB·RB=

(0.345,0.267,0.059,0.292)

OC=WC·RC=1[0,0.50,0.28,0]=(0,0.50,0.28,0)

二級(jí)模糊綜合評(píng)判：

(0.170,0.275,0.110,0.350)

經(jīng)過歸一化得，OD=(0.187,0.304,0.122,0.387)。

根據(jù)最大隸屬度原則，在OD中選擇最大值，最大值對(duì)應(yīng)的等級(jí)就是該條泥石流溝危險(xiǎn)性綜合評(píng)判的結(jié)果。OD中最高值為0.387，即高度危險(xiǎn)。因此綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示廟溝泥石流的危險(xiǎn)度等級(jí)為高。

依據(jù)上述方法，分別對(duì)鹽土溝、草壩子西溝、閘子溝、下東溝、洪水溝進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(表6為區(qū)域內(nèi)5條泥石流溝的評(píng)價(jià)因子實(shí)際取值)。如下：

O鹽土溝=(0.234,0.320,0.029,0.417)

O草壩子西溝=(0.184,0.175,0.037,0.604)

O閘子溝=(0.199,0.249,0.156,0.396)

O下東溝=(0.215,0.101,0.068,0.616)

O洪水溝=(0.169,0.279,0.156,0.396)

根據(jù)最大隸屬度原則，所選的武都區(qū)石門鄉(xiāng)5條泥石流溝的最后評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。

通過對(duì)鹽土溝、草壩子西溝、閘子溝、下東溝、洪水溝的模糊綜合評(píng)判結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，綜合評(píng)判結(jié)果顯示該5條泥石流溝均處于高度危險(xiǎn)狀態(tài)。

表6 區(qū)域內(nèi)5條泥石流溝的評(píng)價(jià)因子實(shí)際取值

4 結(jié)論

使用層次分析法的模糊綜合評(píng)判模型對(duì)武都區(qū)石門鄉(xiāng)泥石流危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果與該區(qū)的實(shí)際情況具有較好的一致性。研究表明，該評(píng)價(jià)模型能較好的應(yīng)用于武都區(qū)石門鄉(xiāng)泥石流的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中，是一種具有較強(qiáng)的科學(xué)性和有效性的評(píng)價(jià)方法。

表7 評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比分析