普布次仁 普布扎西 邊巴次仁 格桑多吉 多吉次旦 米瑪扎西

（西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，西藏 拉薩 851400）

1 風(fēng)險評價方法

本文單體地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價采用層次疊加法（圖1），其每個圖層反映的內(nèi)容如下：

（1）易發(fā)性評價圖層:對斜坡單元、溝谷單元等進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評判，找出工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險源，劃出危險源的分布范圍及其危險區(qū)范圍界線。圖層顯示的是“危險區(qū)范圍界線”。

（2）人口密度圖層:顯示工作區(qū)人口分布密度圖,可查找到工作區(qū)任一格柵計算單元的人口密度值。

（3）財產(chǎn)密度圖層:顯示工作區(qū)財產(chǎn)分布密度圖,可查找到工作區(qū)任一格柵計算單元的財產(chǎn)密度值。

（4）風(fēng)險評價圖層:層次疊加法，不同風(fēng)險概率下地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)范圍變化，危險區(qū)范圍內(nèi)：

R=∑n（人）·S·M（人）

R:受威脅人數(shù)；n（人）：人口損毀率（此次取1）；S:格柵計算單元面積；M（人）：格柵計算單元人口密度值；

C=∑n（財）·S·M（財）

C：受威脅財產(chǎn)；n（財）：財產(chǎn)損毀率（此次取1）；S：格柵計算單元面積；M（財）格柵計算單元財產(chǎn)密度值。

據(jù)此判定不同風(fēng)險概率下地質(zhì)災(zāi)害危險等級。

單體地質(zhì)災(zāi)害危害性是在已有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)威脅對象調(diào)查的基礎(chǔ)上，參照細(xì)則表M.5 進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危害性等級劃分［1］，等級劃分見表1。

表1 單體地質(zhì)災(zāi)害危害性等級劃分表

然后按照矩陣疊加法進(jìn)行單體地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險性評價，評價等級見表2。

表2 單體地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)風(fēng)險定性評價建議表

本文單體地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價采用層次疊加法（圖1），其每個圖層反映的內(nèi)容如下：

（1）易發(fā)性評價圖層:對斜坡單元、溝谷單元等進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評判，找出工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險源，劃出危險源的分布范圍及其危險區(qū)范圍界線。圖層顯示的是“危險區(qū)范圍界線”。

（2）人口密度圖層:顯示工作區(qū)人口分布密度圖,可查找到工作區(qū)任一格柵計算單元的人口密度值。

（3）財產(chǎn)密度圖層:顯示工作區(qū)財產(chǎn)分布密度圖,可查找到工作區(qū)任一格柵計算單元的財產(chǎn)密度值。

（4）風(fēng)險評價圖層:層次疊加法，不同風(fēng)險概率下地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)范圍變化，危險區(qū)范圍內(nèi)：

R=∑n（人）·S·M（人）

R:受威脅人數(shù);n（人）：人口損毀率（此次取1）;S:格柵計算單元面積;M（人）：格柵計算單元人口密度值；

C=∑n（財）·S·M（財）

C：受威脅財產(chǎn)；n（財）：財產(chǎn)損毀率（此次取1）；S：格柵計算單元面積；M（財）格柵計算單元財產(chǎn)密度值。據(jù)此判定不同風(fēng)險概率下地質(zhì)災(zāi)害危險等級。

2 基于MassFlow的卓湯溝泥石流危險性評價

MassFlow 軟件是基于深度積分的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，利用改進(jìn)的MacCormack-TVD 有限差分方法，兼有考慮復(fù)雜地形地貌、具有二階精度和自適應(yīng)求解域特征的山地災(zāi)害動力學(xué)高效計算模擬軟件［1］?；趧恿W(xué)過程的數(shù)值模擬研究能夠揭示山地災(zāi)害隨時空演化過程，為山地災(zāi)害定量風(fēng)險評估、基礎(chǔ)設(shè)施與城鎮(zhèn)規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)與救災(zāi)策略制定提供理論與技術(shù)支撐。除此之外MassFlow軟件提供基礎(chǔ)源代碼，可以以Microsoft Visual Studio為編譯平臺，以fortran語言為基礎(chǔ)，在程序中二次開發(fā)。因此可以基于實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上對動力模型進(jìn)行優(yōu)化，提高目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害模擬的精度。

2.1 運(yùn)動參數(shù)分析

在能確保計算精度和準(zhǔn)確性的情況下，選用參數(shù)少的計算模型即可以降低災(zāi)害勘測的工作量還可以提高程序計算效率。本次模擬建立的基底摩擦模型為Voellmy 模型。此模型需要三個參數(shù)，分別是基底摩擦系數(shù)、泥石流紊動系數(shù)以及泥石流容重。一般山區(qū)流域泥石流紊動系為200～600之間，實(shí)測溝床基底摩擦系數(shù)0.085。泥石流容重1.70～1.75。因此本文以現(xiàn)場實(shí)地測量參數(shù)作為泥石流動力過程模擬的重要指標(biāo)。

2.2 模型建立方法

針對泥石流災(zāi)害的動力過程分析，計算起始點(diǎn)的選取為第一項(xiàng)工作。在此之前，需要將標(biāo)準(zhǔn)的地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入MassFlow程序中。針對泥石流災(zāi)害評估，無人機(jī)拍攝構(gòu)建地表模型為一種常用的手段。通過在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的控制點(diǎn)，并在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)使用規(guī)劃航線或手動拍攝的方法，獲取整個工作區(qū)域的無人機(jī)影像（TIF 格式，具備坐標(biāo)信息）。下一步將獲取的無人機(jī)航拍照片導(dǎo)入Smart3D、Photoscan、Pix4D等三維建模軟件進(jìn)行建模，完成空中三角測量之后，獲取該地區(qū)的數(shù)字高程模型（DEM）正射影像（DOM）。通常獲取的DEM 數(shù)據(jù)為大地坐標(biāo)系系統(tǒng)（經(jīng)緯度），不能直接用于程序數(shù)據(jù)讀取，需要在ArcGIS軟件中使用定義投影坐標(biāo)系的功能，將大地坐標(biāo)系的DEM 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為投影坐標(biāo)系中，并將DEM 柵格數(shù)據(jù)重分類，劃分為整數(shù)正方形網(wǎng)格數(shù)據(jù)（例如5m×5 m）。最后將重分類好的DEM 柵格數(shù)據(jù)，使用ArcGIS 軟件柵格轉(zhuǎn)ASCLL 碼功能，將DEM 柵格數(shù)據(jù)保存為ASCLL 碼數(shù)據(jù)（txt文檔），即可導(dǎo)入MassFlow計算程序。

獲取地形和物源數(shù)據(jù)，確定邊界完成建模構(gòu)建物源是建模的核心任務(wù)，也是建模的難點(diǎn)［2］。首先需要目前的地形數(shù)據(jù)，基于現(xiàn)有的地形數(shù)據(jù)和遙感影像和實(shí)地勘測資料，通過ARCGIS 軟件圈定物源范圍h。最后通過MassFlow 軟件將得到地形和物源高度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到模型中，并設(shè)置相應(yīng)的邊界條件完成建模如圖2所示。根據(jù)獲得的影像數(shù)據(jù)、實(shí)地勘察，建立了如下圖的泥石流數(shù)值模擬模型［1］，計算模型采用12m 的正方形網(wǎng)格。

2.3 卓湯溝泥石流地質(zhì)災(zāi)害反演

模型通過對卓湯溝泥石流模擬反演結(jié)果見圖2～10。在卓湯溝泥石流災(zāi)害反演模擬中，松散堆積物主要淤積在溝口形成泥石流堆積扇，由圖2 可知最大的淤積深度為6.5m，平均的淤積深度為2.1m，卓湯溝泥石流沖出范圍較小，主要淤積于溝口和河道，對房屋、道路等的破壞較小。由圖3可知在泥石流運(yùn)動過程的速度上，最大的運(yùn)動速度為4.9m/s，平均速度為0.6m/s，在泥石流初始位置，泥石流流速較大，這是由于在此處卓湯溝溝道較陡，溝道縱比降較大，因此流速較大。泥石流堆積于溝口公路，并擠壓吉隆藏布，對當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸?shù)恼Ｖ刃蛟斐闪藝?yán)重不利影響，不利于當(dāng)?shù)卮迕裾ｉ_展生產(chǎn)活動，也威脅到村道的行人和車輛的正常通行，泥石流主要威脅對象為溝口G216線及過往車輛行人、吉隆藏布主河道等，如爆發(fā)大規(guī)模泥石流，有堵塞基隆藏布形成泥石流堰塞湖誘發(fā)更大規(guī)模的次生災(zāi)害。

2.4 卓湯溝泥石流危險性預(yù)測結(jié)果與分析

本課題將泥石流強(qiáng)度與暴發(fā)的重現(xiàn)周期（10 年、20 年）相互結(jié)合用來劃分泥石流的危險性［3］，將卓湯溝劃分為高危險性，中危險性，低危險性區(qū)域。

（1）P=5%工況條件下卓湯溝泥石流危險性預(yù)測結(jié)果。圖4、圖5 為P=5%工況條件下卓湯溝泥石流1500s 時的泥石泥深度和速度云圖。圖6 為P=5%工況條件下卓湯溝泥石流危險等級劃分圖。

（2）P=10%工況條件下卓湯溝泥石流危險性預(yù)測結(jié)果。圖7、圖8 為P=10%工況條件下卓湯溝泥石流1500s 時的泥石流深度和速度云圖，圖9 為P=10%工況條件下卓湯溝泥石流危險等級劃分圖。

2.5 卓湯溝泥石流風(fēng)險評價結(jié)果分析

基于MassFlow 對卓湯溝泥石流建立評價模型進(jìn)行風(fēng)險評價，可以看到模擬計算的結(jié)果與現(xiàn)場勘查的結(jié)果結(jié)論基本一致，即卓湯溝泥石流在極端暴雨天氣的情況下，容易爆發(fā)泥石流，淤積的泥石流堆積體對溝口的G216 線及吉隆藏布主河道造成威脅，但數(shù)值模擬過程和現(xiàn)場勘查關(guān)于泥石流的堆積過程，存在一定差異，對于存在的差異，我們認(rèn)為主要基于以下兩點(diǎn)原因：一是采用MassFlow對卓湯溝泥石流風(fēng)險評價計算模型采用12m 的正方形網(wǎng)格，網(wǎng)格間距較大，一定程度上影響了模擬地形的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致與現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查情況存在一定偏差；二是數(shù)值模擬過程是基于相同類型地質(zhì)災(zāi)害的通用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模擬災(zāi)害體的運(yùn)動過程，具有普適性缺在針對性上略有欠缺，因此也可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與現(xiàn)場勘查結(jié)論存在一定偏差，我們認(rèn)為此種偏差是在正常的誤差范圍。

因此基于前述數(shù)值模擬結(jié)果所示，可見卓湯溝溝口靠近公路的區(qū)域風(fēng)險較高，可能對G216 線公路造成一定的損毀，威脅過往車輛及行人，溝口靠近吉隆藏布方向風(fēng)險也較高，泥石流極有可能對建主河道成很大的危害，需要進(jìn)行及時的治理以防止出現(xiàn)人員傷亡及財產(chǎn)的損失。

3 結(jié)論

根據(jù)“地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價技術(shù)要求（1:50000）（試行）”附錄評價方法［1］，對卓湯溝泥石流風(fēng)險進(jìn)行定量評價。

3.1 泥石流到達(dá)概率

根據(jù)泥石流的溝域幾何形態(tài)特征以及溝道特征，泥石流堆積體體到達(dá)堆積區(qū)承災(zāi)體的概率P1=1.0。

3.2 泥石流發(fā)生概率

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及資料收集，該泥石流產(chǎn)生變形時的降雨強(qiáng)度為二十年一遇降雨強(qiáng)度，降雨持續(xù)1天。因此，泥石流發(fā)生概率P2=1×1/（20×365）/年=.000137/年。

3.3 人員的時空概率

根據(jù)野外實(shí)際調(diào)查記錄推測可知在工作區(qū)范圍內(nèi)，國道G216 總長52.0km，國道上日均車流量在600輛左右，同時根據(jù)向當(dāng)?shù)亟还懿块T詢問可知，在旅游旺季（7～9）月份時候，車流量在600～700 輛/天，在旅游淡季時候，車流量在400 輛/天左右，綜合考慮推測國道上每日車輛數(shù)為500 輛左右，機(jī)動車合計當(dāng)量為700 當(dāng)量。通過野外實(shí)際調(diào)查情況，可知工作區(qū)內(nèi)的車輛可認(rèn)為近似平均分布于國道上。因此結(jié)合卓湯溝泥石流危險區(qū)范圍內(nèi)國道G216 總長500m，推測危險區(qū)范圍內(nèi)每日的當(dāng)量平均數(shù)為當(dāng)量6.73，每輛車平均按3 名乘員計算，泥石流威脅對象共21 人，估算每車通過時間5分鐘。房屋中個人的時空概率為：P3=5/60/24=0.0035。

3.4 易損性分析

由于公路和房屋位于泥石流堆積扇上，根據(jù)泥石流的規(guī)模及運(yùn)動特征，推測泥石流堆積體爆發(fā)之后正面沖擊中人員死亡的易損性為1.0。

3.5 泥石流風(fēng)險綜合評價

泥石流危險區(qū)內(nèi)人員傷亡的年概率為：P=P1×P2×P3×132=0.0000004795/年。

綜上所述，單體地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價是區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價的基礎(chǔ)。對單個地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的成災(zāi)機(jī)理分析，初步確定其穩(wěn)定性與運(yùn)動模式。通過運(yùn)用MassFlow軟件模擬不同風(fēng)險概率下的泥石流危險源的危險區(qū)范圍；再借助人口與財產(chǎn)分布密度圖來確定危險區(qū)范圍內(nèi)的受威脅人口與財產(chǎn)，最后通過查表法（表1、表2）與查圖法確定危險區(qū)內(nèi)的風(fēng)險性等級，詳見圖10。

在高風(fēng)險概率下，卓湯溝泥石流處于中風(fēng)險狀態(tài)；在中風(fēng)險概率下，卓湯溝泥石流處于中風(fēng)險狀態(tài)；在低概率和極低風(fēng)險概率情況下，卓湯溝泥石流風(fēng)險性均處于高風(fēng)險狀態(tài)，風(fēng)險評價結(jié)果為場鎮(zhèn)建設(shè)和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，從而有效地規(guī)避風(fēng)險和減災(zāi)防災(zāi)。