劉樹林,王建智,朱有祿,李 萍,強 菲

(1.中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院,陜西 西安 710054;2.長安大學(xué)地質(zhì)工程系,陜西 西安 710054;3.陜西地質(zhì)工程總公司,陜西 西安 710000)

0 引 言

受2008年5月12日汶川地震的影響,陜西省略陽縣由此引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重,加之該縣地形地貌、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及人類活動等因素,誘發(fā)較多的泥石流災(zāi)害。經(jīng)2010年10月風(fēng)險詳查,該縣共有12處泥石流災(zāi)害隱患點,對當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳拓敭a(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。對該縣泥石流風(fēng)險進行評估是當(dāng)前工作的重中之重。

國內(nèi)有關(guān)泥石流風(fēng)險評估的探討較多,如運用地理信息系統(tǒng)[1]、模糊數(shù)學(xué)法[2]、圖形疊加分析法[3]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[4]、數(shù)量化評分法與逐步回歸綜合法[5]、GIS和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[6]及單溝泥石流綜合評價方法[7]等。劉希林[8-12]提出并應(yīng)用單溝泥石流風(fēng)險度評價模型,對云南東川因民礦區(qū)黑山溝泥石流進行了分析討論,驗證了這一方法對溝谷泥石流風(fēng)險評價的可行性。國外奧地利、瑞士等歐洲國家對泥石流災(zāi)害危險性評價提出采用類似于交通信號的方式劃分泥石流危險區(qū)、潛在危險區(qū)和無危險區(qū)[13]。加拿大O.Hungr等認(rèn)為泥石流危險方位的確定應(yīng)以理論作基礎(chǔ)[14]。雖然略陽縣曾經(jīng)做過地震災(zāi)后詳查及汛期排查,但均未對泥石流單獨分析研究其風(fēng)險性、易損性。

本文采用單溝泥石流危險度的評價方法,應(yīng)用該縣泥石流影響區(qū)域的詳細(xì)調(diào)查數(shù)據(jù),對12處泥石流隱患點進行了風(fēng)險評估,希望評價結(jié)果能對泥石流的防治提供一定的參考。借助略陽縣地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測點建設(shè)為該縣汛期預(yù)警工作提供可靠的依據(jù)。

1 略陽泥石流發(fā)育條件

1.1 地理位置及氣象水文

略陽縣位于陜西省漢中市西北部,地理位置在東經(jīng) 105°42′～ 106°31′,北緯 33°07′～33°38′之間 ,轄區(qū)面積2834 km2,轄21個鄉(xiāng)鎮(zhèn),人口20余萬,縣內(nèi)礦產(chǎn)資源、生物資源、水力資源十分豐富。

略陽縣地處內(nèi)陸腹地,受大陸性氣候和海洋性氣候影響,縣城北部為南暖溫帶氣候,南部為北亞熱帶氣候。據(jù)縣氣象站多年觀測資料,年平均氣溫13.2℃,極端最高氣溫 37.7℃,極端最低氣溫-11.2℃,年均降水量826.2mm。全年降水量分配不均勻,春冬兩季較少,夏秋兩季較多,7月～9月降水約占全年降水量的50%以上;月降水量7月達最大值187.3mm,其次為8月 162.7mm;最長連續(xù)降水日數(shù)達16 d。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

調(diào)查區(qū)大地構(gòu)造位置跨一級構(gòu)造單元昆侖秦嶺褶皺系,構(gòu)造極為復(fù)雜,以東西向線狀褶皺為主。斷裂構(gòu)造也很復(fù)雜,正逆斷層發(fā)育,部分有長期復(fù)活的征兆,一般斷層線隨大單元構(gòu)造線的變化而轉(zhuǎn)移,但各主要斷裂也常構(gòu)成不同構(gòu)造單元的分界線。主要斷裂有北東東、北西西、近南北及北西、北東向等幾種類型。

調(diào)查區(qū)出露的地層主要有元古界碧口群、震旦系、古生界志留系、泥盆系、石炭系及各期火成巖與新生界第四系。出露巖性為凝灰?guī)r、安山巖、砂巖、砂礫巖、千枚巖、頁巖、灰?guī)r、風(fēng)坡積黃土及粉質(zhì)粘土。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

由于略陽縣的地理位置、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性以及人類工程活動等諸多因素,導(dǎo)致該縣地質(zhì)災(zāi)害具有以下幾種特征:

(1)多樣性。地質(zhì)災(zāi)害類型有滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等;

(2)鏈生性。主要體現(xiàn)在同一地質(zhì)災(zāi)害可以誘發(fā)或伴生其它地質(zhì)災(zāi)害,例如滑坡、崩塌為泥石流提供了充足的物源;

(3)周期性。體現(xiàn)在不同年份或同一年不同月份,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻數(shù)明顯增多;

(4)集中性。該縣12處泥石流隱患點主要分布在城關(guān)鎮(zhèn)、橫現(xiàn)河鎮(zhèn)、馬蹄灣鄉(xiāng)、白水江鎮(zhèn)、白雀寺鄉(xiāng)、郭鎮(zhèn)和觀音寺鄉(xiāng)7個鄉(xiāng)鎮(zhèn),分別為城關(guān)鎮(zhèn)枝草溝泥石流、城關(guān)鎮(zhèn)后溝泥石流、馬蹄灣溝泥石流、白陽溝泥石流、龍王廟泥石流、賢草溝山坪上泥石流、紀(jì)家溝泥石流、木瓜溝泥石流、陳家山泥石流、米尖溝泥石流、碾子灣溝泥石流、喬溝泥石流。

2 泥石流危險度、易損度和風(fēng)險度的原理

2.1 單溝泥石流風(fēng)險評價方法

風(fēng)險是在一定區(qū)域和給定時段內(nèi),由于某一自然災(zāi)害而引起的人們生命財產(chǎn)和經(jīng)濟活動的期望損失值。單溝泥石流風(fēng)險度指標(biāo)法由危險度和易損度綜合確定。

2.2 危險度計算方法

劉希林提出的單溝泥石流風(fēng)險評價模型采用7個評價因子,包括主要內(nèi)在因子泥石流規(guī)模 M、發(fā)生頻率P,及次要環(huán)境因子流域面積S1、主溝長度S2、流域相對高差 S3、流域切割密度 S6、不穩(wěn)定溝床比例S9。通過對七個因子轉(zhuǎn)換并考慮每個因子的權(quán)值,得到單溝泥石流危險度,計算公式如下:

式中:M 、F 、S1、S2、S3、S6、S9分別為 m,f,s1,s2,s3,s6,s9的轉(zhuǎn)換值見表1。

2.3 易損度的計算方法

2.3.1 易損度(V)

式中:V為易損度(0～1或0%～100%);FV1為財產(chǎn)指標(biāo)。V1為財產(chǎn)指標(biāo)(萬元);V1的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值(0～1),表達式為:

FV2為人口指標(biāo)。V2為人口指標(biāo)(人 /km2)。V2的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值(0～1),表達式為:

表1 單溝泥石流危險度評價因子的轉(zhuǎn)換函數(shù)

2.3.2 財產(chǎn)指標(biāo)(V1)

單溝泥石流易損度評價中的財產(chǎn)指標(biāo):

式中:I為物質(zhì)易損度指標(biāo)(萬元);E為經(jīng)濟易損度指標(biāo)(萬元);L為土地資源易損度指標(biāo)(萬元)。

其中物質(zhì)易損度指標(biāo)

式中:I1為建筑資產(chǎn)(萬元);I2為交通設(shè)施資產(chǎn)(萬元);I3生命線工程財產(chǎn)(萬元)

經(jīng)濟易損度指標(biāo)E=(E1+E2+E3)×N,E1為人均年收入(萬元/年);E2為人均儲蓄存款余額(萬元/人);E3為人均擁有的固定資產(chǎn)年收入(萬元/人);N為人口數(shù)。

2.3.3 人口指標(biāo)(V2)

單溝泥石流易損度評價中的人口指標(biāo):

式中:a為65歲(含)以上老人和15歲以下少年兒童的比例;b為只接受過初等教育(小學(xué))及以下人口的比例;r為人口自然增長率(%);D為人口密度(人/km2)。

2.4 風(fēng)險度計算方法

泥石流風(fēng)險度的數(shù)學(xué)計算公式為:

式中:R為泥石流風(fēng)險度(0～1或0%～100%);H為泥石流危險度(0～1或0%～100%);V為泥石流易損度(0～1或0%～100%)。

3 風(fēng)險評價指標(biāo)的確定以及危險度、易損度的計算

3.1 危險度參數(shù)確定及危險計算

通過轉(zhuǎn)換函數(shù)得到略陽縣12處單體泥石流的相關(guān)參數(shù),并計算其危險度,見表2。

3.2 泥石流易損度計算

通過野外調(diào)查、實地走訪及地質(zhì)條件分析,利用2.1節(jié)的計算方法得出每個隱患點的易損性指標(biāo)。

3.2.1 財產(chǎn)指標(biāo)

據(jù)實地調(diào)查,磚混結(jié)構(gòu)房屋平均造價為650元/m2,土木結(jié)構(gòu)房屋平均造價為400元/m2,公路2萬元/km,鐵路 3萬元/km,村村通水泥路4000元/km,人均年收入取0.25萬元/年,人均儲蓄存款取0.35萬元/人,人均擁有的固定資產(chǎn)按陜西省農(nóng)村地區(qū)平均水平取 0.8萬元/人,土地基價取 90元/m2,森林基價取35元/m2。計算方法求出12處泥石流的財產(chǎn)易損度指標(biāo),見表2。

3.2.2 人口指標(biāo)

通過實際調(diào)查,確定每一隱患點威脅的總?cè)藬?shù)、每個年齡段的人口數(shù)、接受初等教育的比例,進而求得人口密度D,其中r依地方計生部門計劃取4%。

據(jù)2.3節(jié)計算方法求得12處泥石流的人口易損度指標(biāo),見表2。

3.2.3 易損度指標(biāo)

據(jù)2.3節(jié)計算方法求得12處泥石流的易損度指標(biāo),見表2。

3.3 該區(qū)泥石流風(fēng)險計算

據(jù)2.2危險度及易損度計算結(jié)果,進而求得風(fēng)險指標(biāo),計算結(jié)果見表2。

4 略陽縣泥石流風(fēng)險分級

由R=H×V,風(fēng)險度R為變量危險度H和變量易損度V的函數(shù),風(fēng)險度數(shù)值、風(fēng)險度分級分別由危險度和易損度的數(shù)值及分級確定。危險度和易損度均按布拉德福定律中的區(qū)域分析方法,將0～1等分為5個數(shù)值區(qū)域,即5個風(fēng)險度等級,見表3,0.00～0.04為極低風(fēng)險,0.04～0.16為低風(fēng)險,0.16～0.36為中等風(fēng)險,0.36～0.64為高風(fēng)險,0.64～1.00為極高風(fēng)險。由風(fēng)險等級的函數(shù)確定每一風(fēng)險等級出現(xiàn)的概率,極低風(fēng)險、低風(fēng)險、中風(fēng)險、高風(fēng)險、極高風(fēng)險出現(xiàn)的概率分別為 16.88%、28.44%、27.64%、19.78%、7.44%。

表2 略陽縣12處泥石流易損度、危險度、風(fēng)險度及風(fēng)險等級結(jié)果

表3 單溝泥石流風(fēng)險度的分級標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié) 論

通過對略陽縣12處泥石流的調(diào)查和分析,利用單溝泥石流風(fēng)險評價方法的危害度計算模型計算,對該縣12處泥石流逐一進行了危險性、易損性、風(fēng)險性評價,其中中極低風(fēng)險、低風(fēng)險、中風(fēng)險、高風(fēng)險、極高風(fēng)險出現(xiàn)的概率分別為16.88%、28.44%、27.64%、19.78%、7.44%,并定量得出該縣 12處小流域在100 a尺度內(nèi)發(fā)生泥石流的概率、潛在的經(jīng)濟(直接的和間接的)損失以及風(fēng)險評價結(jié)果。結(jié)果表明在該小流域發(fā)生泥石流的可能性較大,要求做好泥石流防范工作和應(yīng)急措施,該風(fēng)險性評價結(jié)果為該縣汛期地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報及今后治理次序提供參考依據(jù),并為該縣預(yù)警體系建設(shè)提供良好的建議指標(biāo)。

[1]唐川,朱大奎.基于GIS技術(shù)的泥石流風(fēng)險評價研究[J].地理科學(xué),2002,22(3):300-304.

[2]余宏明,袁宏成,唐輝明.巴東縣新城區(qū)沖溝泥石流危險度評價[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)增刊,2004,(增刊):47-49.

[3]鐘敦倫,謝洪,韋方強.長江上游泥石流危險度區(qū)劃的步驟[J].山地研究,1994,12(2):84-93.

[4]劉涌江,胡厚田,白志勇.泥石流危險度評價的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[J].地質(zhì)與勘探,2001,37(2):84-87.

[5]汪明武,金菊良,李麗.投影尋蹤新方法在泥石流危害度評價中的應(yīng)用[J].水土保持學(xué)報,2002,16(6):79-81.

[6]李闊,唐川.昆明市東川城區(qū)后山泥石流危險性評價[J].云南地理環(huán)境研究,2005,17(6):23-28.

[7]李新坡,莫多聞.應(yīng)用GIS和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行泥石流危險度評價的研究[J].水土保持研究,2005,12(4):7-9.

[8]劉希林.區(qū)域泥石流風(fēng)險評價研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2000,9(1):54-61.

[9]劉希林,莫多聞.泥石流風(fēng)險及溝谷泥石流風(fēng)險度評價[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2002,10(3):266-273.

[10]劉希林.我國泥石流危險度評價研究:回顧與展望[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2002,11(4):1-8.

[11]劉希林,王全才,孔紀(jì)名,等.都(江堰)汶(川)公路泥石流危險性評價及活動趨勢[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報,2004,24(1):41-46.

[12]劉希林,趙 源,李秀珍,等.四川得昌縣典型泥石流災(zāi)害風(fēng)險評價[J].地質(zhì)災(zāi)害學(xué)報,2006,15(1):11-16.

[13]Carrara A,Cardinali M,Detti R,Guzzetti F.GIS techniques and statistical models in evaluating landslide hazard[J].Earth Surface Processes and Landforms,1991,(16):427-445.

[14]Hungr O,Morgan C G,Vandine F D,et al.Debris flow defenses in British Columbia[J].Geological Society of America Reviews in Engineering Geology,1987,(7):201-222.