汶川地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃*

喬建平,王　萌，吳彩燕

(1.中國科學院地表過程與山地災害重點實驗室， 四川 成都 610041; 2.中國科學院·水利部成都山地災害與環境研究所, 四川 成都610041；3.西南科技大學，四川 綿陽 621000)

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汶川地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃*

喬建平1，2,王萌1，2，吳彩燕3

(1.中國科學院地表過程與山地災害重點實驗室， 四川 成都 610041; 2.中國科學院·水利部成都山地災害與環境研究所, 四川 成都610041；3.西南科技大學，四川 綿陽 621000)

摘要:地震擾動區小流域地質災害(滑坡、崩塌、泥石流)風險區劃研究主要涉及兩方面的問題：①地震擾動區小流域滑坡泥石流與一般地區的滑坡泥石流有什么差異？②這種特定環境的滑坡泥石流風險區劃與一般地區風險區劃有什么不同？根據這兩個關鍵命題討論了汶川地震災區都江堰白沙河小流域滑坡泥石流風險區劃問題，認為在地震擾動區的一個獨立地貌單元小流域中，滑坡泥石流比非地震區小流域的分布數量更多，范圍更廣，規模更大。尤其在后期降雨條件下發生頻率更高，潛在危險性更高。所以在危險度區劃階段必須結合地震因子，評價與地震動因素的相關性，突出地震動的破壞作用。易損度區劃階段應該考慮承載體的抗震因子。風險區劃模型與一般地區模型基本一致，而差別在危險度區劃階段結合了地震因素的影響。

關鍵詞:地震擾動區；小流域；地質災害；風險；汶川地震

汶川8.0級大地震之后擾動區的地質災害(以滑坡泥石流為主)極為活躍，災后重建安置區受其影響的風險損失可能性加大。作者在已有的風險區劃基礎上[1-6]，選擇地震烈度Ⅺ度區的都江堰白沙河小流域開展滑坡泥石流風險區劃研究，探索地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃特點和方法。根據文獻[1-6]中的探討總結可知，近年來國內外開展的關于地質災害風險研究眾多，包括各種定義、各種評價模型、各種區劃方法等等。但到目前為止，尚未見到有關地震擾動區小流域地質災害風險區劃的專題研究。將地震擾動區小流域視為一個有限的獨立完整地貌系統，針對系統內滑坡泥石流的具體特點，建立較為系統、精細的風險研究系統模式，更有助于提高滑坡泥石流風險區劃的精度。地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃研究的關鍵問題有兩個：①地震擾動區小流域滑坡泥石流的發育特點是什么，與其它滑坡泥石流發育有什么不同；②地震擾動區小流域滑坡泥石流風險與其它區域滑坡泥石流風險相比有什么特點，采用風險區劃方法有什么區別。本文針對這兩個關鍵問題進行探討，認為地震擾動區小流域的滑坡泥石流發育程度、危害程度都遠遠超過一般區域，并在小流域內就可以形成系統的災害鏈，各類災害轉化互為一體。地震擾動區小流域的滑坡泥石流風險區劃與常規方法相比，主要是在危險度區劃階段必須增加與地震相關的因子指標來評價地震動對區內滑坡泥石流破壞貢獻。

1地震擾動區和小流域的概念

1.1地震擾動區

廣義地震區可以沿地震斷裂構造帶分布，延伸幾十至幾百公里，甚至更大范圍，如西南地震區、西北地震區、華北地震區等等。而狹義地震擾動區應該有明確的范圍標準，特指在地震動過程中地面遭到嚴重破壞的區域。本文提出“地震擾動區”概念的主要目的是針對地震滑坡泥石流易發區，重點研究這些特殊范圍內地震誘發滑坡泥石流的發育規律及潛在風險。雖然目前國內外沒有地震擾動區明確的劃分標準，但根據作者研究地震滑坡的經驗[7-11]，認為可以將我國地震烈度標準作為參考。我國1990年修訂的地震烈度表標準，Ⅸ度區內“滑坡塌方常見”。即從地震烈度的Ⅸ度區開始，山區可能出現典型的滑坡崩塌泥石流。作者對中國西南地區已有的大于7級以上的地震災區進行了實地考查，認為Ⅸ度區以上為滑坡泥石流易發區。所以相對滑坡泥石流發育環境條件和地震動破壞動力而言，可以將地震烈度的Ⅸ度區以上區域劃分為適宜滑坡泥石流發育的地震擾動區。

1.2小流域

根據我國水利行業規定標準[12]，小流域(small watershed)指面積不超過50 km2的集水單元。原則上控制在30～50 km2之間，特殊情況下不宜小于3 km2或大于100 km2，且為一個獨立自然集水地貌單元。小流域由一個或多個微流域歸并而成。小流域滑坡泥石流風險區劃是針對這些小區域范圍、獨立流域地貌單元的滑坡泥石流災害可能遭受的損失類型進行綜合劃分，評價不同類型區風險危害損失的程度和發生概率。

研究區位于汶川大地震的都江堰白沙河流域，屬長江流域岷江水系，系岷江一級支流。流域面積364 km2，微流域共16條，其中無人區面積占310 km2，災后重建的集中安置區面積僅51.57 km2，符合小流域的劃分標準。該區位于極震區，距震中汶川映秀僅8.6 km，地震烈度為Ⅺ度。本文重點將選擇游災后集中安置區51.57 km2范圍進行滑坡泥石流風險區劃(圖1)。

圖1　白沙河流域圖

2災害發育特點

2.1分布密度大

汶川大地震誘發的崩塌滑坡泥石流數量和規模遠遠超過一般地區。根據實地調查和遙感判譯，白沙河流域的崩塌滑坡泥石流總數達到6 119處，分布密度達到了16.8處/km2, 全流域地表破壞總面積達到39.7 km2，占流域總面積的10.9 %，這個比例在汶川地震災區已屬于高水平分布(表1、圖2)[13-14]。

圖2　白沙河流域崩塌滑坡分布圖

2.2大型崩滑體極為發育

汶川大地震誘發了大量的地震滑坡，根據文獻統計的滑坡面積大于5×104m2的地震滑坡排行表[15]，汶川震區共發育112處面積大于5×104m2的滑坡，其中有9處發育在都江堰轄區內。這9處滑坡中，有8處座落在研究區境內。

2.3災變程度高、危害嚴重

地震誘發的崩塌、滑坡、碎屑流等災害物源極為豐富，在降雨條件下極易轉化為泥石流，從而造成災害損失加重。例如集中安置區內的深溪溝、鍋圈巖滑坡、銀洞子溝滑坡、干溝崩塌群等已經產生了數次泥石流，給當地居民帶來了嚴重的危害。其中，2010年8月13日，2013年7月9日的兩次強降雨過程促使區內泥石流群發，使安置區新建住宅、道路等遭到嚴重破壞，并致人員傷亡。

綜上所述，與非地震區相比較，地震擾動區小流域的滑坡泥石流具有分布密度極高、大型災害體居多、后期極易轉化泥石流和危害嚴重的發育特點。

3地震擾動區小流域風險區劃

3.1區劃方法

地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃是根據地震滑坡泥石流發育特點，將精細空間化的獨立自然集水地貌單元內的滑坡泥石流危險度與承災體易損度區劃結果進行綜合分析，劃分可能遭受危害損失的區域范圍，并評價危害損失類型和發生可能性(概率)。根據地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃的原則，可以建立區劃方法的基本結構模型(圖3)。

表1　白沙河流域崩塌滑坡泥石流統計表

表2　小流域滑坡泥石流風險區劃分類表

圖3　地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃框圖

地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃與常規滑坡泥石流風險區劃的主要區別有如下兩方面。

(1)區劃的精度標準更高。要求滑坡泥石流災害的基礎要素內容更全面，承載體的基本信息內容更詳細，概率分析更準確。各種災害體將以點狀要素變為面狀要素，能更真實地、準確地體現了滑坡泥石流在小范圍空間中的影響作用，獲得的風險可靠度更高。參考水利部門對小流域的劃分標準，可以對滑坡泥石流風險區劃空間尺度進行標準劃分(表2)。

(2)區劃指標與地震因素相關。地震擾動區滑坡泥石流風險區劃必須關聯地震因子，如地震斷裂層距、加速度等。這些因子都將在風險區劃的基礎部分危險度區劃階段增加。

3.2危險度區劃

區劃范圍包括白沙河流域下游51.75 km2災害重建集中安置區。危險度區劃評價因子共7個。在常規危險度區劃的坡度、坡向、巖性、高差、溝床距5個因子指標基礎上，又增加了地震斷層距、斜坡臨界加速度2項與地震因子相關的指標，代表地震因子對滑坡泥石流發育的貢獻。

(1)將距離地震斷層的遠近按照500 m的間隔劃分為6個等級：0～500 m，500～1 000 m,1 000～1 500 m, 1 500～2 000 m，2 000～2 500 m，>2 500 m。然后與災害分布圖層進行疊加，計算不同地震斷裂距對滑坡發育的貢獻率。

(2)采用采用基于Newmark法的斜坡臨界加速度，如式(1)所示。

a=(Fs-1)gsinα′。

(1)

計算白沙河小流域斜坡臨界加速度分布區間為0～1.71 g，將其按照自然斷點法劃分為5級：0～0.46 g、0.46～0.74 g、0.74～0.96 g、0.96～1.20 g、1.20～1.71 g。然后與災害分布圖層進行疊加，計算不同斜坡臨界加速度對滑坡發育的貢獻率。

采用區劃模型式(2)進行白沙河小流域下流集中安置區滑坡泥石流危險度區劃，即：

(2)

圖4　白沙河小流域下游集中安置區危險度區劃

3.3易損度區劃

災后重建時國家對地震重災區基本采取集中安置，統一規劃的方略。因此白沙河小流域的居民基本集中安置在下游51.57 km2范圍內。區內承災體的性質也較地震前發生很大改變，如社會、經濟、物質、資源生態等分布密度相對增大，單位價值提高，成為災后重建區的特點。與常規的易損度評價指標相比，沒有更大的差異，基本延用了社會、經濟、物質、資源生態4大類指標選取。

表3　白沙河小流域下游集中安置區滑坡、泥石流危險度區劃統計

表4　白沙河小流域下游集中安置區滑坡、泥石流易損度區劃統計

采用區劃模型式(3)進行白沙河小流域集中安置區承載體易損度劃，即：

(3)

圖5　白沙河小流域下游集中安置區易損度區劃

3.4風險區劃

根據危險度和易損度區劃的結果，采用文獻[1]的地質災害風險區劃模型，將式(2)、(3)代入式(4)，即：

R=H×V；

(4)

式中：R為滑坡泥石流風險。采用式(4)進行地震擾動區白沙河小流域下游集中安置區滑坡泥石流風險區劃，并按照表2中Ⅱ類小流域區劃標準(1:10 000比例尺)進行區劃，并對區劃數據采用自然斷點法分區，最后輸出區劃結果(圖6、表5)。

圖6　白沙河小流域下游集中安置區滑坡泥石流風險區劃

風險等級風險等級面積/km2比例/%分布范圍ⅠR低9.15817.76白沙河中游左岸大部區域,以及下游左右岸大部區域,包括高原村、廟壩村部分范圍,虹口場鎮、燕巖村、久紅村、棕花村大部區域ⅡR較低19.44537.7白沙河中游左岸大部區域,以及下游左右岸大部區域,包括高原村、廟壩村部分范圍,虹口場鎮、燕巖村、久紅村、棕花村大部區域ⅢR中等14.84128.78白沙河中游右岸區域,包括聯合村、高原村、廟壩村部分范圍ⅣR較高3.9277.61白沙河中、下游右岸部分區域,包括聯合村、高原村、廟壩村、深溪溝村部分范圍ⅤR高4.2068.15白沙河中、下游右岸部分區域,包括聯合村、高原村、廟壩村、深溪溝村部分范圍總計5級劃分51.577100/

4結語

(1)地震擾動區是汶川8.0級大地震后提出的相對滑坡泥石流發育區域的概念，本文結合地震烈度的標準及野外實地調查的結果，認為可以將地震烈度的Ⅸ度區確定為有利于滑坡泥石流發育的地震擾動區。

(2)小流域為一個獨立的集水地貌單元，進行小流域滑坡泥石流風險區劃關鍵是提高區劃的精度。根據小流域面積的大小，應制定適宜的區劃精度標準。研究地震擾動區小流域地質災害風險的意義在于揭示一個獨立系統的地質災害類型，演變規律，以及風險的特點。

(3)地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃與非地震區滑坡泥石流風險區劃的主要差別是：首先準確分析地震滑坡泥石流的發育規律和特點，以及潛在的危險性；增加與地震動相關的因子，評價地震對區內滑坡崩塌泥石流的潛在影響；其次將小流域評價區域進行精細化處理后，分別采用不同尺度標準對全區域、重點區域、典型地災體開展層次風險區劃和評價，提高了風險研究的精度和可靠性。目的是形成一個完整獨立地貌單元的風險區劃結果，便于管理者充分掌握流域內的風險信息。

參考文獻

[1]喬建平. 滑坡風險區劃.滑坡風險區劃理論與實踐[M].成都：四川大學出版社，2010：85-89.

[2]喬建平，王萌.滑坡風險的類型與層次鏈[J].工程地質學報，2010，18(1):84-90.

[3]喬建平，楊宗佶.滑坡風險評估的三要素[J].工程地質學報，2012，20(1):1-6.

[4]喬建平，王萌，石莉莉. 區域滑坡風險評估中的風險區劃與概率分析[J].自然災害學報，2012，21(2):51-56.

[5]喬建平，王萌，吳彩燕.汶川地震災區滑坡風險區劃研究[J].工程地質學報，2015，23(2):1-7.

[6]喬建平，王萌，吳彩燕.汶川8級地震災區風險評估方法[J].災害學，2016,31(1):49-53.

[7]喬建平，黃棟，楊宗佶，等. 汶川大地震宏觀震中問題討論[J].災害學，2013,28(1):1-5.

[8]喬建平，蒲曉紅.川西南滇北接壤帶地震滑坡概述[J].山地研究，1987，5(3)：181-188.

[9]喬建平.云南地震與崩塌滑坡[J].地理，1988，1(1):15-22.

[10]喬建平，蒲曉紅.川滇地震滑坡分布規律探討[J].地震研究，1991，15(4)：411-417.

[11]喬建平，黃棟，楊宗佶，等.汶川大地震誘發滑坡的震中距[J].中國地質災害與防治學報，2013，24(2)：1-7.

[12]中華人民共和國水利部行業標準.(SL653-2013)小流域劃分及編碼規范[S].北京:中國水利水電出版社，2013.

[13]許沖，戴福初，陳劍，等.汶川Ms8.0地震重災區次生地質災害遙感精細解譯[J].遙感學報，2009，13(4)：754-762.

[14]王猛，王軍，江煜，等.汶川地震地質災害遙感調查與空間特征分析[J].地球信息科學學報，2010，12(4)：480-486.

[15]許強，李為樂.汶川地震誘發大型滑坡分布規律研究[J].工程地質學報，2010(6)：818-826.

Landslide and Debris Flow Risk Zonation at Small Watershed Scale in Wenchuan Earthquake Disturbed Area

Qiao Jianping1, 2, Wang Meng1, 2and Wu Caiyan3

(1.KeyLaboratoryofGeo-SurfaceProcessandMountainHazards,CAS,Chengdu610041,China;2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,CAS,Chengdu610041,China; 3.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China)

Abstract:Geological hazards risk zonation at small watershed scale in seismic disturbed area mainly involves two issues. One is about the difference between the hazards in the small watershed of seismic disturbed area with them in the normal place. The other is about the difference between the geological hazards risk zonation in the particularenvironment with the general area. We discussed landslide and debris flow risk zonation of Baishahe watershed in Wenchuan Earthquake disturbed region according to these two key issues. It considered that landslide and debris flow distributed more largely and widely in a separatedgeomorphological unit of small watershed than in the none-seismic area. They would occur in a higherfrequency and have more potential hazards in the rainfall condition especially. So, in the stage of hazard zonation, it should combine with the seismic factors, evaluate the correlation with them, and highlight the damage effect of seismic vibration. Vulnerability zonation should consider hazard bearing body’s seismic factors. However, risk zonation model is consistent with general area evaluation model, only considering the seismic factors in the hazard zonation stage.

Key words:seismic disturbed area; small watershed; geological disaster; risk; Wenchuan earthquake

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.02.001

中圖分類號：X43；P642

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)02-0001-05

作者簡介：喬建平(1953-)，男，四川成都人，研究員，博士生導師，研究方向為滑坡規律、滑坡機理與滑坡危險度區劃、地震滑坡. E-mail：jpqiao@imde.ac.cn

基金項目：科技部重點國際合作項目(2013DFA21720)；國家青年科學基金(41301592)；中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室自主支持基金項目資助(2013年度)；長江科學院開放研究基金資助項目(CKWV2015228/KY)；國家電網公司科技項目(521999150031)

*收稿日期：2015-10-21修回日期：2016-01-06

喬建平，王萌，吳彩燕. 汶川地震擾動區小流域滑坡泥石流風險區劃[J].災害學, 2016,31(2):1-5.[ Qiao Jianping ,Wang Meng and Wu Caiyan. Landslide and Debris Flow Risk Zonation at Small Watershed Scale in Wenchuan Earthquake Disturbed Area[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(2)：1-5.]