日西河流域火后泥石流隱患的致災(zāi)預(yù)測與易發(fā)性評判

摘要：森林火災(zāi)會干擾破壞過火區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，改變山區(qū)流域中次生泥石流災(zāi)害的致災(zāi)條件，從而使發(fā)災(zāi)頻率升高、規(guī)模擴大。本文主要分析新田縣日西河流域火后潛在泥石流的致災(zāi)條件，預(yù)測各支溝流域內(nèi)火后泥石流的致災(zāi)與否及易發(fā)程度，為過火區(qū)次生地質(zhì)災(zāi)害防治與生態(tài)環(huán)境修復(fù)提出合理建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：過火區(qū)；次生泥石流災(zāi)害；致災(zāi)及易發(fā)程度；數(shù)量化評判

DOI：10.12433/zgkjtz.20240453

眾所周知，山區(qū)泥石流的暴發(fā)必須具有豐富的松散物源、短時間內(nèi)匯聚充足的水源及有利于集水集物的溝谷地形三個條件。但對火后的泥石流溝而言，隨著火燒跡地植被燒毀和巖土體裸露， 強降雨對山坡面的沖刷面蝕作用增強，引發(fā)泥石流的降雨閾值降低及物源條件明顯增加，使得火后泥石流的易發(fā)性和風(fēng)險性增高。

一、自然地理及地質(zhì)環(huán)境條件

新田縣“10.17”森林火災(zāi)過火區(qū)面積約115km2。日西河流域處于火區(qū)中心部位，是火災(zāi)始發(fā)點和嚴重火燒區(qū)，如圖1所示，流域?qū)俚蜕角鹆甑孛玻傮w北高南低，最高點海拔876.8m（九峰山主峰），最低點海拔237.8m。流域內(nèi)山高谷深，山坡較陡峻，地形坡度25～68°，平均坡度為35°。

根據(jù)新田縣20年氣象統(tǒng)計資料，年平均氣溫為18.2℃，最高氣溫為39.7℃，最低氣溫為－7.2℃； 年平均降雨量1502.3mm，過火區(qū)年平均降水量介于1500～1600mm，如圖2所示；降水集中在5、6月，最大月降水量達464.2mm，日最大降雨量169.2mm，時最大降雨量74.5mm。

圖1? 過火區(qū)與日西河流域相對關(guān)系

圖2? 過火區(qū)2000～2020年平均降雨量分布

區(qū)內(nèi)主要分布以侏羅系下統(tǒng)兩江河組（S1 lj）中厚—厚層狀淺變質(zhì)砂巖與板巖互層為主的碎屑巖 巖組，東南部為奧陶系中下統(tǒng)淺變質(zhì)砂巖、硅質(zhì)巖、板巖巖組。地質(zhì)構(gòu)造中等發(fā)育，以短軸背、向 斜伴少量斷層為主，巖體風(fēng)化強烈易碎裂，節(jié)理裂隙及巖層面等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育；地表多為殘坡積碎石土，透水性好。地下水類型主要有松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水。

二、泥石流溝谷特征

日西河發(fā)源于九峰山南麓，主溝長約16km，流域形態(tài)呈倒葫蘆狀，面積35.6km2。自然落差為422.7m，坡降為26.4‰。支溝發(fā)育，呈樹枝狀分布，共計大小支溝26條，如圖3所示。其中，①～⑥號支溝的溝道與溝口分布有民居、學(xué)校及公路等威脅對象，兩側(cè)山坡均為嚴重火燒區(qū)，坡降、匯水面積及物源等條件有利于泥石流的形成和發(fā)展，為潛在的泥石流溝谷；其他支溝雖然位于過火區(qū)，也具備引發(fā)泥石流的基本條件，但基本無威脅對象。各支溝溝谷特征如表1所示。

三、潛在泥石流致災(zāi)預(yù)測及易發(fā)程度數(shù)量化評判

（一）火后次生泥石流的致災(zāi)條件變化

過火區(qū)植被燒毀后次生泥石流的致災(zāi)條件發(fā)生了變化，比火前更容易暴發(fā)泥石流災(zāi)害。火燒跡地地形因素一般在短期內(nèi)不會出現(xiàn)改變；強降雨是泥石流啟動的水源條件，植被燒毀后降低了過火區(qū)誘發(fā)泥石流需要的降雨閾值；火燒跡地植被損毀，巖土體裸露，土壤火燒后結(jié)構(gòu)松散，受暴雨作用，松散物源顯著增加。第一，火后泥石流首次及第二次暴發(fā)的主要啟動物源是地表徑流沖刷、面蝕的灰燼層及土壤松散粘粒和砂粒，平均厚度為5～10cm。第二，火后土壤涵養(yǎng)水源能力差，各支流坡面徑流沖刷匯水能力增強，坡面徑流匯入溝床不斷沖刷下切溝床和側(cè)蝕溝岸，沿程補給物源增加。第三，火后山坡易引發(fā)崩塌滑坡，可參與泥石流的松散固體物源量也隨之增加。

（二）潛在泥石流溝致災(zāi)預(yù)測評判

針對上述6個潛在泥石流溝建立由降雨條件函數(shù)和流域環(huán)境動態(tài)函數(shù)組成的泥石流發(fā)生判別函 數(shù)，判別是否形成泥石流。

Y=R·M （1）

式中：Y—泥石流發(fā)生的判別函數(shù)；

R—降雨條件函數(shù)；

M—流域環(huán)境動態(tài)函數(shù)。

1.降雨條件函數(shù)的確定

根據(jù)門樓下鄉(xiāng)區(qū)域的1/6h、1h、24h 多年最大暴雨量平均值，采用下式計算暴雨強度指標：

R =K++ （2）

式中：K—前期降雨量修正系數(shù)，取值1.1；

H24—24h 最大降雨量，取值100mm；

H24（D）—門樓下鄉(xiāng)可能發(fā)生泥石流的24h限界雨量，按年均降雨量分區(qū)取值100mm；

H1—1h 最大降雨量，取值40mm；

H1（D）—門樓下鄉(xiāng)可能發(fā)生泥石流的1h限界雨量；按年均降雨分區(qū)取值40mm；

H1/6—10min最大降雨量，取值17.5mm；

H1/6（D）—門樓下鄉(xiāng)可能發(fā)生泥石流的10min限界雨量；按年均降雨分區(qū)取值12mm。

經(jīng)計算，日西河流域降雨條件函數(shù)R為3.8，發(fā)生泥石流概率＜0.2。

2.流域環(huán)境動態(tài)函數(shù)的確定

對①～⑥號支溝流域影響泥石流活動的15項因素進行逐一調(diào)查，并對泥石流溝易發(fā)程度及流域環(huán)動態(tài)因素進行數(shù)量化評判打分，如表2所示。

綜合判定結(jié)果：①～⑥號支溝流域環(huán)境動態(tài)因素得分為 8.25～9.82，除①號泥石流溝基本穩(wěn)定外，②～⑥號溝均為不穩(wěn)定。

3.火后泥石流發(fā)生與否的判定

經(jīng)計算，火后泥石流發(fā)生的綜合評判結(jié)果為：②③⑥號溝發(fā)生泥石流災(zāi)害的概率約85%，①④⑤號溝發(fā)生泥石流的概率約64%。綜合評判標準如表3所示，綜合判別結(jié)果如表4所示。

（三）火后潛在泥石流易發(fā)程度的數(shù)量化評判

根據(jù)影響泥石流溝易發(fā)程度的15項因素評判結(jié)果：①～⑥號支溝得分為84～93。按照數(shù)量化綜合評判等級標準評判：①④⑤號溝得分N＜86，屬輕度易發(fā)溝谷；②③⑥號溝得分87≤N≤115， 為中等易發(fā)溝谷。數(shù)量化評分結(jié)果如上表2所示。

（四）火后泥石流隱患的類型及危害程度

6條支溝兩側(cè)多為坡度陡峻在30°以上的凹型斜坡，坡面巖土體裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，易產(chǎn)生小規(guī)模崩滑，沿程物源補給長度較大，形成區(qū)與流通區(qū)無明顯界限。因此，火后泥石流的類型以坡面型泥石流為主。2017年7月，起頭嶺滑坡堵塞溝道形成堰塞湖威脅溝口群眾安全；火后冬季小雨引發(fā)小型（約100m3）坡面型泥石流掩埋鄉(xiāng)村公路。

據(jù)調(diào)查，6條支溝共威脅村民238人，房屋200余間，公路350m，潛在經(jīng)濟損失2100萬元。除②號泥石流災(zāi)害隱患險情為中型外，其余均為小型。

四、結(jié)語

日西河流域6條潛在泥石流溝谷中致災(zāi)機率及易發(fā)程度：②③⑥號溝谷中等，①④⑤號溝谷輕度。根據(jù)潛在泥石流溝發(fā)育特征、易發(fā)程度及危害性，結(jié)合現(xiàn)場實際，本文提出防治措施如下：

第一，在過火區(qū)飛播草籽、種植樹苗，提高植被覆蓋率，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。火后第一年撒播草籽已生長復(fù)綠，但多局限于路旁及緩坡地。

第二，對日西河流域內(nèi)在冊的14處崩滑災(zāi)害隱患點，要優(yōu)化完善防災(zāi)預(yù)案、細化防災(zāi)措施，加強監(jiān)測預(yù)警工作，選擇重要災(zāi)害點進行工程治理，減少泥石流啟動物源。

第三，對6處潛在泥石流溝按照“固源、攔擋、排導(dǎo)、避讓”的治理思路，建議有針對性地采取工程治理、搬遷避險、排危除險、監(jiān)測預(yù)警等風(fēng)險管控措施有效防治，以消除災(zāi)害隱患。

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作者簡介：鄒謙（1987），男，湖南省隆回縣人，本科，地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查工程師，水工環(huán)地質(zhì)工程師，主要研究方向為水工環(huán)地質(zhì)。