雙溝、灘山溝泥石流流域特征及危險性評價研究

柳 軍，王梅香，成子宇，鄒轉妮

(1.甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020； 2.甘肅省小隴山林業實驗局林業科學研究所，甘肅 天水 741020)

天水地區自古以來就是滑坡、泥石流等自然災害多發地，歷史上曾多次暴發災害性泥石流[1]。據調查，1965—1999年秦州區羅玉溝先后發生4次泥石流災害[2]；1990年麥積區鍛壓機床廠暴發泥石流災害；受2008年汶川地震和2013年7月極端天氣影響，接連暴發麥積區大溝泥石流、秦州區娘娘壩泥石流和龍王溝泥石流災害，造成巨大損失。關于天水地區泥石流災害的成因和特征，學者們進行了大量研究：1988年李樹德等[3]分析了天水劉家堡泥石流的地貌特征和災害特點，提出了滑坡型泥石流的概念；2003年吳瑋江[1]研究了天水地區泥石流災害特征、分布范圍、災害類型和成災原因，提出了切實可行的防治措施；2017年翟張輝等[4]基于LS_RAPID模型重現了天水市大溝泥石流的發生、發展，模擬了致災范圍并開展了驗證；2018年羅健等[5]分析了天水龍王溝泥石流的形成條件，計算了其運動參數，并進行了危害分區。基于上述研究背景，本研究選取麥積區西北部歷史上曾多次發生泥石流災害的雙溝、灘山溝，在實地調查的基礎上分析了流域特征和流域內泥石流孕災條件，采用劉希林等[6]提出的單溝泥石流危險性分析方法分析泥石流危險性，確定了危險性分區，希望能為麥積區泥石流災害危險性研究提供參考。

1 研究區概況

1.1 流域特征

雙溝、灘山溝地處麥積區琥珀鎮境內，流域總面積1.2 km2。兩泥石流溝距離較近，且以灘山溝為主溝，故通常作為一個流域進行分析。流域內交通條件便利，溝口處有鄉鎮公路通過，距鎮政府約1 km，距麥積區城區約50 km，隴海鐵路線自溝口200 m處通過，此外G310國道在流域南側的渭河右岸通過。據記載，雙溝、灘山溝流域泥石流災害頻發，1998年以后更是平均每2年暴發1次，其中2018年7月10日發生的泥石流災害對溝口處長達350 m的排洪渠造成了嚴重破壞，造成溝口兩側民房大量倒塌，道路及果園、農田被掩埋，損失巨大。

1.2 分區特征

根據現場調查及分區原則，將雙溝、灘山溝流域劃分為泥石流形成區、流通區和堆積區(圖1)。其中，形成區包括清水匯集區和固體物質補給區。清水補給區為流域內的滑坡發育區，面積0.064 km2，占流域總面積的5.33%。固體物質補給區面積0.946 km2，占流域總面積的78.83%，主要包括流域內的滑坡發育區及主溝中游的面蝕區域；坡面相對陡峻，絕大部分地段坡度在30°左右，主溝形態為V形；降水充沛，清水匯集條件良好；植被茂密，植被類型主要為低山草甸；坡面物質松散，面狀侵蝕較強，受構造、地形、地層巖性等因素影響，滑坡和崩塌較為發育且規模不等；主溝溝口處堆積有沖洪積物，擠占溝道，形成卡口壅流，現雖被主流切開，但主溝道仍顯狹窄；松散固體物質儲量占流域內總儲量的75%以上，是泥石流固體物質的主要補給區域。流通區位于流域溝口至中部，面積0.030 km2，占流域總面積的2.50%；區內溝床比降97.51‰，溝谷形態呈V形，溝道以直線展布為主，時寬時窄，平均寬度3～5 m；松散物源較少，能夠轉換為泥石流的松散物質也相對較少，是泥石流的運行通道。堆積區分布于流通區的下游至渭河，兩條溝泥石流堆積扇連為一體，形成一個山前規模較大的整體性堆積扇；該堆積扇群長170～2 220 m、寬250 m，縱坡降47‰～83‰，總面積0.160 km2，占流域總面積的13.33%。

圖1 流域分區概況

2 泥石流成因分析

2.1 物源儲量

勘查分析表明，雙溝、灘山溝流域內松散固體物源豐富，巖性以泥盆系板巖、片麻巖為主，第四系殘坡積層分布范圍廣，溝道堆積物積累豐富，物源補給條件優越。因其軟硬相間的地層巖性組合，加之構造運動、降水、風化等內外動力作用，溝坡兩岸山體容易沿軟弱結構面發生滑移產生崩塌滑坡。

根據雙溝、灘山溝流域物源特征、類型、溝坡侵蝕等調查數據，計算得到流域內固體物源儲量約122.5萬m3。其中：發育滑坡9個、塌方1處，體積約5.8萬m3，占總物源儲量的4.73%；坡面物源約110.0萬m3，占總物源儲量的89.80%；溝道堆積物質約為6.7萬m3，占總物源儲量的5.47%。

2.2 地形條件

雙溝、灘山溝流域平面形態為不規則的骨頭形(見圖1)，主溝(灘山溝)長1.12 km，流域整體高差365 m，溝坡坡降大，切割強烈，其中中、下游段坡度較緩，高差361 m，縱坡降51.16‰，較為順直。兩溝上游坡面均呈V形，沖蝕較強，底部寬1～5 m、深3～4 m，中游也呈V形，但沖蝕較弱，底部寬8～15 m、深4～6 m。這種地形條件對物質補給和水流匯集均十分有利，且主溝道內局部地段被擠占形成峽谷，為流體能量聚集和釋放提供了條件，非常有利于泥石流的形成并致災。

2.3 水源條件

雙溝、灘山溝流域地處秦嶺北麓，暴雨頻發，且降水主要集中在每年6—9月份，期間降水量可達全年65%以上。這種集中式、高強度降水容易匯聚形成地表徑流，為泥石流的發育提供了可靠的水源條件。

3 泥石流多因子綜合危險性評價

泥石流危險性是指泥石流對下游受災體造成損失的可能性大小，是定性表述，危險度則是其定量表述，其值在[0,1]之間[6]。泥石流危險性評價是對泥石流發育地質環境及災害可能造成的不良效應進行綜合判定，其結果為泥石流預警預測、災害防治、救災減災提供支撐。目前，常用的評價方法有單溝泥石流危險性評價法、模糊綜合評判法、層次分析法、灰色關聯度法、基于GIS的信息量疊加法、數值模擬法等。劉希林是較早開展泥石流危險性研究的學者之一，其成果泥石流多因子綜合危險性評價模型應用廣泛。因此，本研究采用劉希林等[6]提出的泥石流多因子綜合危險性評價模型進行雙溝、灘山溝流域泥石流危險性評價。

3.1 評價因子

結合流域地形和堆積特征并經現場調查，選取以下10項危險性評價因子，見表1。其中L1、L2為主要因子，其余為次要因子。根據劉希林等[6]提出的泥石流多因子綜合危險性評價模型，結合何添杰[7]在桂林七分水村泥石流危險性評價中對危險因子權數的賦值，得到雙溝、灘山溝泥石流危險性評價因子權數、權重、等級及權重賦值，見表1。

表1 泥石流多因子綜合危險性評價因子權數、權重、等級及其權重賦值標準

將各危險性評價因子的定量賦值與其權重相乘再求和便得到研究區泥石流危險度，計算公式[2]為

Rd=0.235 3GL1+0.235 3GL2+0.117 6GS1+

0.088 2GS2+0.073 5GS3+0.102 9GS4+0.014 7GS5+

0.058 8GS6+0.044 3GS7+0.029 4GS8

(1)

式中：Rd為泥石流危險度；Gi為各項危險性評價因子的定量賦值。

危險度是對泥石流影響范圍和演進趨勢評估的定量化表示[8]，數值越大，泥石流危險度越高。根據上述標準對雙溝、灘山溝泥石流進行評價，結果見表2。雙溝、灘山溝泥石流危險度均為0.5，介于0.33～0.60之間，說明兩泥石流溝均為中度危險，存在發生重大災害的可能性，有必要進行治理。

表2 雙溝、灘山溝泥石流危險性評價因子權重賦值及危險度計算結果

3.2 危險性分區

根據研究區泥石流災害的危害程度、特征、發展趨勢、預估經濟損失及危害對象的重要性，將雙溝、灘山溝泥石流災害活動范圍劃分為極危險區、危險區和影響區，見圖2。由于兩溝溝口緊臨，危險性分區存在重疊，因此對泥石流分區進行統一劃分，雙溝、灘山溝泥石流危險性分區見表3。

圖2 雙溝、灘山溝泥石流危險性分區

表3 雙溝、灘山溝泥石流危險性分區

4 結 論

(1)雙溝、灘山溝流域地勢陡峻，溝道縱坡降大，植被覆蓋率低，地表固體物質松散破碎，降雨集中且頻發，具備暴發泥石流的有利條件。

(2)基于劉希林等提出的泥石流多因子綜合危險性評價模型，確定兩溝危險度均為0.5，為中度危險，存在暴發較大規模泥石流的可能性，因此有必要進行治理。