山西省保德縣梅花溝泥石流危險度評價

【摘 要】泥石流是一種非常復雜的地質災害，不同地區、不同溝谷、不同地質環境因子的作用方式和影響程度各不相同，且相互之間的關系十分復雜，各因子之間即存在一定程度的關聯性又存在相互制約和相互影響的關系，使其危險度評價的研究較為復雜，文章在分析山西省保德縣梅花溝泥石流地質環境背景的基礎上，分別采用灰色關聯分析法和層次分析法評價泥石流災害的危險度，為提出科學合理的防治措施提供依據，對保障當地國民經濟持續、穩定地發展，具有重要的理論價值和實踐意義。

【關鍵詞】泥石流；發育特征；危險度評價；梅花溝

Shanxi Baode Plum debris flow risk assessment

Zhang Guo-hong

【Abstract】Debris flow is a very complex geological disasters in different regions， different valleys and different mode of action of geological and environmental factors with varying degrees of impact， and the complex relationship between various factors that exist between the degree of relevance but also there is mutual restraint and mutual influence of the relationship to the risk assessment study of more complex， the article in the analysis of Shanxi Baode plum debris flow， based on the background of the geological environment， respectively， the gray relational analysis and hierarchical analysis to evaluate debris flow disaster risk， to make scientific and rational basis for prevention and control measures on the protection of local sustained， stable development， has important theoretical and practical significance.

【Key words】Debris flow;Development characteristics;Risk assessment;Plum ditch

1. 引言

保德縣位于山西省西北部忻州市境內，地處呂梁山脈北段西坡、黃土高原東部邊緣，地勢東高西低，北南東三面環山，西與陜西省府谷縣隔黃河相望。梅花溝主溝即發源于縣城東關鎮新莊子村，于縣境東南向西北穿越下游的城區注入黃河。1995年7月28日至29日凌晨，保德縣持續降雨量達168.8mm，全縣多處發生地質災害，梅花溝發生大型泥石流并襲擊了保德縣城，造成14人死亡，21253人受災，直接經濟損失達2.4億元。2003年7月30日，相隔整八年后的梅花溝又發生了同等規模的泥石流，損失慘重，又高達1.5億元。目前該溝溝道彎曲，固體物源儲量豐富，并沒有因暴發的兩次泥石流規模大、間歇時間較短就消除了危險，遇連續降雨或暴雨有可能再次暴發泥石流，存在較大的安全隱患，主要是對坐落在溝域下游段的6萬保德縣城居民及工礦企業、學校帶來極大的危害，因此正確分析評價泥石流危險度，并提出科學合理的防治措施是非常緊要的。

2. 地質環境背景

保德縣屬溫帶半干旱大陸季風氣候，多年平均降雨量為475.9mm，70％的降雨量集中在七、八、九三個月，且多以暴雨出現。梅花溝為黃河左岸一級支溝，屬于季節性河溝，地處低山丘陵區，地勢總體東南高西北低，地質構造簡單，溝域形態呈桃葉狀，總面積約12.44Km2，主溝全長6.3Km，平均縱坡降26.9‰，溝域內地勢陡峭，沖溝發育，溝谷深切，侵蝕剝蝕強烈，最大相對高差311m；谷坡坡度25°～45°；多呈“V”型或“U”型，發育大小支溝26條，1Km以上的2條，0.5～1Km的16條，溝道總長度37.7Km，溝壑密度為0.33Km/Km2，較大支溝有王家窨子溝、金家溝和新莊子溝等。地表以二疊系上統上石盒子組二三段泥頁巖夾泥質砂巖、砂巖為主，坡頂分布有透水性差異較大的第四系黃土、第三系紅土，巖土體工程地質條件差，滑坡、崩塌等不良地質現象發育。植被覆蓋率約20％［1］。

3. 泥石流危險度評價

為了能較為準確、全面地對梅花溝泥石流進行危險度評價，選取具有代表性的四條單溝：梅花溝主溝、王家窨子溝、金家溝和新莊子溝，分別采用灰色關聯分析法與層次分析法進行危險度評價。物源方面選取一次泥石流沖出物最大方量(Cl)、松散固體物質平均厚度(C₂)；地貌方面選取溝域面積(C3)、主溝長度(C4)、溝域相對高差(C5)、形成區山坡平均坡度(C6)、切割度(C7)、溝域植被覆蓋度(C10)；水源方面選取24h最大降雨量(C8)、1h最大降雨量(C9)，人類工程活動選取溝域人口密度(C11)，共計11項環境因子（表1）進行分析。

3.1 灰色關聯分析法。

灰色關聯分析法是透過一定的方法，去尋求不確定系統中各影響因子之間的數值關系并進行定量化分析［2］。對11項環境因子進行綜合分析，將綜合反映降水、物源、地形地貌等條件的一次泥石流沖出物最大方量作為主導因子(Cl)，其它因子作為關聯因子。

(1)無量綱化處理。

采用均值法對原始數據進行無量綱化處理，得到可比較的均值化矩陣X1(i，j)，公式如下：

(5)評價模型建立。

將各關聯因子關聯度按大小順序排列，組成關聯序列矩陣，計算各因子的權重，參照劉希林的泥石流危險度劃分方法［3］對各危險因子進行等級劃分并定量賦值，以賦值乘以各關聯因子的權重（表2），即得泥石流危險度（H）。

3.2 層次分析法評價泥石流危險度。

層次分析法是將復雜問題條理化，明確總目標，將總目標分解為不同的影響因素，并按照各因素之間的相互影響及制約關系將各因素按照不同的層次組合在一起，整理出遞級層次結構，形成一個多層分析結構模型［4］。

（1）評價體系的構建。

將泥石流評價指標體系按重要程度分解為目標層A (危險度)、條件層B (地質條件、地貌條件、氣象條件、植被條件和人類活動條件)和因子層C (11個同級評價指標) 三個層次(圖1)，并按照美國著名運籌學家T.L.Saaty提出的1～9標度方法賦予相應的的分值，構建成對比較矩陣。

（2）評價指標權重計算。

應用層次分析法（AHP）計算軟件（yaahp0.5.2）分別計算條件層和因子層指標的最大特征根λmax及對應的特征向量，并進行隨機一致性檢驗，最后求取各級指標相對于目標層的權重（表3、表4）。

（3）評價模型建立。

同樣參照劉希林的泥石流危險度劃分方法［3］對各危險因子進行等級劃分并定量賦值，以賦值和各指標相應的權重(Wci)相乘即可得泥石流危險度值(R) (表5)，評價的模型為：

3.3 評價結果。

兩種方法評價結果較為接近：梅花溝主溝屬高度危險，王家窨子和金家溝屬中度危險，新莊子溝屬低度危險（表6），與實際調查結果相符。

兩種方法雖均能較好地應用于泥石流危險度評價，而層次分析法體現了降雨因素的主導地位，灰色關聯分析法卻沒有突出降雨的影響，就其原因主要是受小區域降水資料采集的局限性，各條溝所用的降雨資料均相同，而關聯度是通過量的變化來體現的，相同的降雨資料不能很好地體現其與主導因子的關聯度，因此從主導環境因子的來看層次分析法分析結果與實際情況有更好的一致性。

4. 結論

灰色關聯分析法和層次分析法能很好地解決泥石流危險度綜合評價問題；在掌握梅花溝泥石流發育特征和危險度評價基礎上提出應根據泥石流溝危險度的不同等級，因地制宜地采取相應的預防為主，治理為輔的綜合治理對策，建議防治工程分三期進行：一期主要為排導工程、已有骨干工程的修建改造和局部生物工程；二期主要為支溝谷坊工程的修復、集雨旱井和流通區的生物工程；三期主要為監測預警系統的建設與運行和生物工程。

參考文獻

［1］ 周永昌等.山西省保德縣梅花溝泥石流綜合治理初步設計．山西省第三地質工程勘察院，2007.

［2］ 鄧聚龍.灰色系統基本方法［M］.武漢：華中科技大學出版社，1996，17～42.

［3］ 劉希林，唐川，張松林.中國山區溝谷泥石流危險度的定量判定法［J］.災害學， 1993， 8(2)： 1～7.

［4］ 許樹柏.層次分析法原理［M］.天津：天津大學出版社，1988.

［文章編號］1619-2737（2011）06-22-164

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