朱海麗

(1.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016； 2.中國科學(xué)院 青海鹽湖研究所，青海 西寧 810008)

海東市樂都區(qū)廟溝泥石流易發(fā)性評價

朱海麗1,2

(1.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016； 2.中國科學(xué)院 青海鹽湖研究所，青海 西寧 810008)

廟溝泥石流；易發(fā)性；綜合評分法；模糊綜合評價法；層次分析法

泥石流具有強烈的區(qū)域特色、復(fù)雜性和不確定性。以青海省海東市樂都區(qū)廟溝泥石流為研究對象，分別運用綜合評分法、模糊綜合評價法對泥石流易發(fā)程度進行評價，得出廟溝泥石流易發(fā)程度綜合評分分別為95分和77分，易發(fā)等級均為中等，兩種評價方法結(jié)果一致；采用層次分析法分析得出研究區(qū)巖性、山坡坡度、植被覆蓋率等對研究區(qū)泥石流的易發(fā)程度影響較大。利用模糊綜合評價法的優(yōu)勢，建立了快速、準(zhǔn)確、實用的泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價模型，為模糊綜合評價法的工程應(yīng)用拓展了新的領(lǐng)域，對該區(qū)泥石流防治及線路工程的設(shè)計具有實際指導(dǎo)意義。

我國是世界上泥石流活動最強烈、災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，占國土面積2/3的山丘區(qū)普遍存在山洪、泥石流，每年因泥石流災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失高達36億元[1]。隨著人類社會經(jīng)濟活動的不斷增強，人們對自然資源的過度索取和對環(huán)境的持續(xù)破壞使泥石流等自然災(zāi)害更趨嚴(yán)重，因此必須加強泥石流災(zāi)害的研究、評估、預(yù)測預(yù)報和減災(zāi)管理，實施積極有效的防災(zāi)減災(zāi)工程，盡可能預(yù)報災(zāi)害的發(fā)生和減輕災(zāi)害損失[2-3]。泥石流易發(fā)性評價是泥石流預(yù)測預(yù)報、災(zāi)害治理的重要依據(jù)[4]，劉希林、崔鵬、羅元華等[5-9]進行了系統(tǒng)研究，建立了基于不同方法的評估指標(biāo)體系、評估模型和評價方法?；谏鲜鲅芯砍晒?，綜合考慮泥石流的區(qū)域特色、復(fù)雜性和不確定性，以青海省海東市樂都區(qū)廟溝泥石流為例，針對災(zāi)害發(fā)生的特點、影響因素，采用模糊綜合評價法，建立泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價模型，希望能為該區(qū)泥石流防治措施設(shè)計，以及相關(guān)公路建設(shè)和運營管理中的防災(zāi)減災(zāi)工作提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廟溝位于青海省海東市樂都區(qū)洪水鎮(zhèn)馬趟村(圖1)。研究區(qū)屬典型的高原半干旱大陸性氣候區(qū)，具有寒長暑短、晝夜溫差大、多風(fēng)少雨、蒸發(fā)量大的特點，雨季尤其是6—9月份暴雨集中，降雨強度大。該區(qū)屬湟水流域東段，水系由湟水及其支流(溝)組成，湟水流量年季變化大，汛期6—10月徑流量約占全年徑流量的70%。地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水和基巖裂隙水三類。該區(qū)為新生界碎屑巖充填的高原盆地的一部分[10]，盆地地形地貌自周邊向中央分別為古老變質(zhì)巖、火成巖組成的高山、中高山和黃土覆蓋的低山丘陵，以及寬廣的第四系河谷平原。地層主要包括元古界深變質(zhì)巖系構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)結(jié)晶基底和碎屑巖，以及第四系松散層兩部分。在地質(zhì)構(gòu)造方面，所屬的西寧-民和盆地位于祁連加里東褶皺系中祁連中間隆起帶的東段，褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，新構(gòu)造運動異?；钴S，以振蕩式間歇性垂直升降運動為主，其顯著標(biāo)志為山區(qū)形成夷平面、河流下切形成多級階地。該區(qū)低山丘陵區(qū)多形成由黃土和新近系泥巖組成的高陡邊坡，為崩塌、滑坡的形成提供了地形條件，表部松散的殘坡積巖層及溝底松散堆積物亦為泥石流的形成提供了豐富的物源條件。

圖1 廟溝流域概況

廟溝泥石流溝匯水面積2.2 km2，主溝長3.8 km，相對高差273.6 m，溝域總體坡降72‰，溝源處溝谷橫斷面呈V形，兩岸坡度38°，溝道內(nèi)崩塌、滑坡發(fā)育，溝底寬2～10 m，切割深度1.0～1.5 m，植被覆蓋率38%，以草本植物為主。松散固體物質(zhì)主要是來自兩側(cè)坡體坡面的殘坡積物、坡腳松散堆積物和溝道中松散堆積物的再次搬運，松散物儲量較豐富，溝道下游段地形相對平緩，為泥石流流通區(qū)，溝口泥石流扇侵入湟水河道。

2 研究方法

2.1 綜合評分法

綜合評分法是統(tǒng)計泥石流易發(fā)性影響因素——崩塌、滑坡和水土流失(溝谷和人為)嚴(yán)重程度、泥沙補給段長度比、溝口泥石流堆積活動程度等15項指標(biāo)，對其進行定性描述、定量打分，實現(xiàn)泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評價。泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分詳見表1。

表1 泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分

注：易發(fā)程度綜合評分>114分為高易發(fā)(嚴(yán)重)，84～114分為中易發(fā)(中等)，40～84分為低易發(fā)，≤40分為不易發(fā)。

泥石流易發(fā)性判斷參照《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)程》(DB 63/489—2004)中泥石流溝嚴(yán)重程度(易發(fā)程度)數(shù)量化表(表H13)。根據(jù)該表所列參數(shù)，對廟溝泥石流進行賦分評價，得出廟溝泥石流特征及易發(fā)程度數(shù)量化指標(biāo)。具體賦分情況：崩塌、滑坡和水土流失程度嚴(yán)重，21分；泥沙沿程補給段長度比70%，16分；溝口泥石流堆積活動程度一般，1分；河溝縱坡坡降72‰，6分；區(qū)域構(gòu)造為強抬升區(qū)，9分；流域植被覆蓋率38%，5分；河溝近期一次沖淤變幅為0.3 m，4分；巖性為軟巖、黃土，6分；沿溝松散物儲量為10萬m3/km2，5分；溝岸山坡坡度為38°，6分；產(chǎn)沙區(qū)溝谷斷面為V形，5分；產(chǎn)沙區(qū)松散物平均厚度達0.8 m，1分；流域面積2.2 km2，5分；流域相對高差274 m，2分；河溝堵塞程度中等，3分。綜合以上15項指標(biāo)得出廟溝泥石流綜合評分為95分，評分在84～114之間，屬于中等易發(fā)性泥石流。

2.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是從定性和定量角度去研究解決問題的規(guī)律和方法，客觀反映泥石流易發(fā)級別的模糊性與連續(xù)性，由此使評價結(jié)果更具綜合性和合理性。本研究采用層次分析法來確定泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性影響因子的加權(quán)系數(shù)，使計算結(jié)果更符合客觀實際并易于定量表示，從而提高模糊綜合評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2.1 評價指標(biāo)體系及量化分級

溝谷為泥石流溝的發(fā)育形成提供了必要條件，然而是否暴發(fā)泥石流還受到許多因素的綜合影響，其中地形條件、松散固體物質(zhì)匯聚條件和降水條件是主要方面。結(jié)合研究區(qū)和周邊地質(zhì)環(huán)境背景和發(fā)育特征，選取巖性(x1)、溝床比降(x2)、山坡坡度(x3)、流域完整系數(shù)(x4)、流域發(fā)育程度(x5)、降水(x6)、斷層密度(x7)7 個影響因子[4]構(gòu)建泥石流易發(fā)性評價指標(biāo)體系，其分級和表征意義如表2所示。

表2 判識指標(biāo)分級及表征意義[4]

在模糊綜合評判模型中，權(quán)重反映了各個因素在泥石流易發(fā)程度中所占的地位和所起的作用，直接影響綜合評價的結(jié)果。目前，多采用層次分析法、加權(quán)統(tǒng)計法、回歸分析法等確定權(quán)重。本研究采用層次分析法[10]確定影響泥石流暴發(fā)的權(quán)數(shù)分配，首先構(gòu)造判斷矩陣如下：

(1)

應(yīng)用MATLAB軟件，計算機編程求得各個判識因子的權(quán)重(W)為

W=[0.302，0.247，0.159，0.108，0.079，0.060，0.045]

(2)

對判斷矩陣的最大特征根進行檢驗，得到判斷矩陣具有滿意的一致性，說明上述權(quán)重的計算結(jié)果正確。

2.2.2 評價結(jié)果

根據(jù)各個因子的權(quán)重，得出廟溝泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分(表3)。根據(jù)表3計算分析得出數(shù)據(jù)，通過打分得出廟溝泥石流易發(fā)性為77分，介于70～114分，屬于中等易發(fā)性泥石流。

表3 廟溝泥石流易發(fā)程度數(shù)量化評分

注：易發(fā)程度綜合評分≥114分為高易發(fā)(嚴(yán)重)，70～114分為中易發(fā)(中等)，30～70分為低易發(fā)，≤30分為不易發(fā)。

3 結(jié) 論

以廟溝泥石流為研究對象，運用綜合評分法和模糊綜合評價法，從地形地貌、巖性構(gòu)造、巖土體等方面進行綜合評價。得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)位于低山丘陵區(qū)，丘陵外貌呈起伏狀，以黃土梁峁?fàn)畹匦螢橹?，黃土披覆于古近系碎屑巖地層之上，部分地段紅層出露。由于流水的強烈侵蝕，沖溝溝道特別發(fā)育，谷坡陡，水土流失嚴(yán)重，是主要地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)。

(2)研究區(qū)分布有廣泛的軟巖和黃土，抗壓強度低且受到風(fēng)化。黃土具大孔隙、垂直節(jié)理和濕陷性等特性，增加了泥石流的易發(fā)性。

(3)研究區(qū)新構(gòu)造運動的抬升區(qū)形成多級夷平面，沉降區(qū)形成多級河流階地，晚更新世黃土及底礫石被抬升至侵蝕基準(zhǔn)面以上數(shù)十至數(shù)百米，并受到流水的強烈侵蝕，呈現(xiàn)出千溝萬壑的梁峁地貌。分布于低山丘陵區(qū)的黃土和泥巖為崩塌、滑坡的形成提供了地形條件，表部松散的殘坡積巖層及溝底松散堆積物亦為泥石流的形成提供了豐富的物源。

(4)分別選用綜合評分法和模糊綜合評價法對廟溝泥石流易發(fā)性進行評價。由分析結(jié)果可知，巖性、山坡坡度、植被覆蓋率等對泥石流溝易發(fā)性影響較大。

(5)運用綜合評分法分析15個因素，為廟溝泥石流打出的分值為95分，為中等易發(fā)。運用模糊綜合評價法選取7個因子，采用層次分析法得出因子權(quán)重，再打分，結(jié)果為77分，為中等易發(fā)。綜合以上兩種方法可知，廟溝屬于中等易發(fā)性泥石流溝。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

國家自然科學(xué)基金項目(41302258)；青海大學(xué)中青年科研基金資助項目( 2012-QGY-5)；青海大學(xué)“123高層次人才培養(yǎng)工程”資助項目；青海大學(xué)“地質(zhì)資源與地質(zhì)工程創(chuàng)新團隊”項目(4056051201)

S157.1

A

1000-0941(2015)09-0055-04

朱海麗(1977—)，女，江蘇溧陽市人，副教授，博士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境地質(zhì)方面的教學(xué)與研究。

2015-05-08