達木斯鄉英巴格村滑坡風險性評價

摘 要：我國新疆地區地形地貌和地質構造復雜，莎車縣境內滑坡災害頻發，對區域內居民的生產生活造成嚴重影響。該文以新疆維吾爾自治區莎車縣達木斯鄉英巴格村滑坡為研究對象，首先基于野外實地調查通過Massflow數值模擬軟件獲取滑坡啟動機理和運動特征，然后選取核算承災體價值法，計算承災體現有的價值，得到承災體易損性；最后結合地質災害危險性評價及易損性評價方法，共同建立單體地質災害定量風險評價體系。模擬結果顯示，英巴格村典型滑坡面積較小，整體運動時長約20 s，最大滑動速度約17.03 m/s，對于滑坡前緣區域的房屋和農村道路構成直接威脅。在100年一遇風險概率下，英巴格村滑坡中風險區域內有2棟磚混結構房屋，用途均為羊圈；高風險區域內威脅公路約73 m，公路等級為鄉道；極高風險區域內有1棟磚混結構房屋，用途為住宅，威脅村民6人。

關鍵詞：Massflow；滑坡；運動過程；風險評價；模擬分析

中圖分類號：P642.22 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0105-05

Abstract： China's Xinjiang region has complex topography， geomorphology and geological structure， and landslide disasters are frequent in Shache County， which have a serious impact on the production and life of the residents in the region. Taking the landslide in Yimbag Village， Damus Township， Shache County， Xinjiang Autonomous Region as the research object. Firstly， based on the field investigation， the starting mechanism and movement characteristics of the landslide are obtained by Massflow numerical simulation software. Then， the method of calculating the value of the disaster-bearing body is selected to calculate the existing value of the disaster-bearing body， and the vulnerability of the disaster-bearing body is obtained. Finally， based on geological hazard risk assessment and vulnerability assessment methods， a single geological hazard quantitative risk assessment system is established. The simulation showed that the typical landslide in Yimbag Village had a small area， the overall movement duration was about 20 s， and the maximum sliding velocity was about 17.03 m/s， which constituted a direct threat to the houses and rural roads in the area of the leading edge of the landslide. At most once in 100 years， there are two brick-concrete structure houses in the risk area of Yimbag landslide， both of which are used as sheep sheepfolds， the threat highway in the high-risk area is about 73 m and the highway grade is rural road， and there is one brick-concrete structure house in the extremely high-risk area. it is used as a residence and threatens 6 villagers.

Keywords： Massflow; landslide; motion process; risk assessment; simulation analysis

莎車縣位于新疆維吾爾族自治區喀什地區，南接昆侖山脈，北接帕米爾高原，地形呈西南高、東北低特點，從西南部山區到東北部平原地區可劃分為5個地貌區：侵蝕剝蝕高山、剝蝕中山低山、洪積礫質平原、沖積細土平原和風積沙漠[1]。英巴格村位于新疆喀什地區莎車縣的西南部山區，該區域共發育6處滑坡地質災害隱患點。斜坡表層巖土體易受到降雨或地震活動影響而發生崩塌和淺層滑坡。國內外學者從不同角度對滑坡形態變化及運動過程進行了研究，提出了以下模型：平滑粒子流模型、離散元模型、有限元模型和流體力學模型。計算機技術的迅猛發展使得數值模擬技術得以廣泛運用，對滑坡運動特性的研究提供了重要幫助手段，便于進行更精確的可視化分析。李俊等[2]利用解譯得到的地震波信號參數，選取Massflow軟件來模擬分析2000年易貢滑坡-碎屑流事件中的3種動力學過程。宋德光等[3]通過融合遙感技術、現場調研、數值模擬等多種手段，深入研究了四川省瀘定縣環環村的滑坡的形成特點、潛在的失穩模式以及滑坡-泥石流的運動過程。曹水合等[4]基于現有研究和應急勘察成果，對白格滑坡殘留體的特性和發展趨勢進行細致分析，并采用Massflow軟件對殘留體堵江的可能范圍和高度進行了風險評估。徐璐等[5]基于野外實地調查，運用Massflow對金沙江上游圭利滑坡的失穩過程進行了預測分析，結果顯示圭利滑坡會堵塞金沙江。王學良等[6]基于連續介質和非連續介質力學理論，采用Massflow和PFC3D 2種方法對尾礦庫潰壩運動特征開展模擬研究。陳聞瀟等[7]提出了一種結合計算流體力學軟件OpenFOAM和離散元程序PFC的先進計算方法，用以分析水下滑坡現象?；莺降萚8]利用PFC2D軟件對柿子樹坪滑坡的破壞過程和變形特征進行了詳細模擬研究。羅忠行等[9]基于FLAC3D數值模擬技術，對比分析整體強度折減法和雙參數強度折減法下滑坡穩定性，結果表明，雙參數強度折減法更適用于滑坡治理，安全性較高。

目前，動力學模擬技術在滑坡運動過程的研究中已經相當成熟，根據不同巖土體的特性選擇適合的數值模型進行分析，對于預測滑坡災害和應急響應具有顯著意義。本研究以達木斯鄉英巴格村的滑坡事件為研究對象，基于野外實地考察和無人機遙感數據，結合Massflow和ArcGIS軟件構建滑坡的三維模型，進行滑坡運動過程的模擬分析，根據數值計算結果分析滑坡的運動特征與危險性，為后續提供科學合理的工程防治措施奠定基礎。

1 滑坡基本特征

莎車縣英巴格村中心坐標為E76°36′26.22″， N37°46′47.58″，面積2.26 km2，距離莎車縣城約200 km。達木斯鄉由于地處特定的地理位置和構造環境，地質巖性和地層情況顯得相當復雜和多變。主要由二疊紀的桑株組中層構成，以紅色、灰綠色的砂巖夾雜泥巖為主，具有較為明顯的層理結構。地表覆蓋著第四系的流水沉積物和風成沉積物，以風成砂和河流沖積物為主，這些沉積物通常呈現出較為松散的結構特點，透水性較好。在巖土體的組成上，以砂質土和粉砂土為主，粗粒成分多為次圓形的砂巖碎片，細粒則主要包括細砂和粉土，這些組成的層面間連續性較好，但在局部區域可能因受風化和侵蝕作用影響，出現結構疏松和層理不連續的情況。坡體的淺層部分，約在1～3 m深處，多為風成砂和細砂層，含有較少的砂巖碎片；而深層則以較為密實的砂巖和泥巖為主，這部分巖層通常具有較好的承載力和穩定性。

2 模型選取

Massflow是一款針對山地災害動態模擬的高效軟件，它采用了基于深度積分的連續介質力學理論。通過將復雜的三維問題轉化為二維計算，顯著提升了數值模擬的效率，并在山地災害動態演化模擬領域取得了創新成果。通過采用改進的MacCormack-TVD有限差分方法，并結合質量和動量守恒方程，軟件能夠對滑坡等山地災害中的關鍵參數進行準確的模擬。這一過程涉及對Navier-Stokes方程中的物理量在垂直方向上進行積分。Massflow能處理復雜地形，并且具備二階精度以及能自適應求解域的特點，專為山地災害動力學模擬而開發。該軟件能揭示災害動態隨時間和空間變化的過程，對于災害風險的定量評估、防災措施的規劃與設計，以及救援和應對策略的制定具有重要意義。已在2017年四川茂縣新磨村[10]和2018年金沙江白格村[11]的滑坡案例中得到了成功應用，為科學防范災害決策提供了理論技術支撐。

式中：h為流體高度，m；u、？淄為x和y方向上的流體速度，m/s；ρ為流體密度，kg/m3；kap為土壓力系數；g為重力加速度，m/s2；t為時間，s；（τzx）b，（τzy）b為zx方向和zy方向的剪應力，Pa。

Massflow軟件主要提供了3種計算模型：Coulomb模型、Manning模型、Voellmy模型，本文采取Coulomb計算模型進行模擬，通過查閱相關規范和使用手冊可知，本次模擬達木斯鄉英巴格村滑坡的滑帶物質主要為互層狀較堅硬-軟弱碎屑巖體，碎塊石塊徑1～3 cm，含量約55%，呈棱角狀，泥質充填，以上數據可作為平均摩擦系數的重要參考。模擬其在最不利情況下，決定達木斯鄉英巴格村滑坡基底平均摩擦系數采用0.3。

在使用Massflow軟件進行滑坡模擬前，需要獲取地形數據、物源數據和邊界條件，進行物源滑動面的構建。對于當前正在發生緩慢變形的滑坡，可以通過模擬來預測滑坡發生后的影響，具體操作步驟如下。

首先，通過ArcGIS軟件對災害發生前的航拍圖進行處理，得到滑動前的地形數據z1；其次根據無人機航拍和鉆探確定滑面位置，利用ArcGIS處理后，獲得DEM格式的滑后地形數據z2，通過計算滑前和滑后地形數據之差，可以獲取啟動物源的深度分布數據（h=z1-z2）。

然后，將滑前地形數據與物源深度相減，就可以計算出整個滑動面的地形數據（z=z1-h），利用ArcGIS中的轉換工具將地形數據z與物源厚度h轉換成ASCII格式。

最后，將h與z導入Massflow軟件模型中完成建模計算。

再將模擬結果導入ArcGIS軟件中進行成果可視化分析。該數值計算過程有效地結合了地理信息系統（GIS）技術和數值模擬軟件，具有精確性和直觀性?；聰抵的M計算模型采用5 m的正方形網格（圖1）。

3 滑坡模擬結果分析及危險性分區

通過數值計算對達木斯鄉英巴格村滑坡在其最不利情況下進行模擬，得到了數值模擬結果，分別為T=5 s，10 s，15 s，20 s時的滑坡體模擬堆積情況和運動速度，如圖2、圖3所示。根據模擬結果顯示，滑坡體土層較厚，坡度較陡，整體呈圈椅狀，滑坡失穩時，從后緣開始發生較大變形破壞，逐漸向前緣推移，直至整體破壞。當滑坡發生T=5 s時，后緣斜坡物源迅速向下滑動至居民集中居住區域，最大速度為17.0 m/s，累計滑動距離約為13 m，計算平均速度約為2.6 m/s，滑坡前緣少量物質以較大的速度向下部溝道滑動；T=10 s時，由于滑坡土層厚度較大，部分物質在滑坡中部即停止滑動、開始堆積，部分物質達到滑坡底部堆積處，底部堆積厚度約為6.70 m，2個堆積區速度明顯降低，后緣累計滑動距離約為30 m，平均速度約為3 m/s，而滑體在滑坡前緣溝道中的最大速度達到了15.9 m/s；T=15 s時，圈椅狀內滑坡各區域基本達到穩定堆積狀態，最大堆積區位于滑坡底部，堆積厚度約為6.74 m，滑坡前緣少量物質仍然保持較大速度在溝道中運動；T=20 s時，滑坡整體停止運動，由于滑坡方量較大，滑坡在斜坡坡體以及溝道中都有較厚堆積，堆積區厚度約為6.02 m。

基于MassFlow數值模擬下的滑坡運動特征分析，結合野外調查驗證，以滑體的沖擊力為標準，將滑坡危險性分為極高、高、中、低4級，得到達木斯鄉英巴格村滑坡危險性區劃圖（圖4）。

4 英巴格村滑坡易損性評價及風險性評價

根據滑坡分布范圍內承災體分布情況，在Arcgis中建立的達木斯鄉英巴格村滑坡承災體屬性數據庫。達木斯鄉英巴格村滑坡發育于斜坡中部，滑坡威脅范圍內共有村民1戶6人，0～18歲范圍內2人，19～60歲范圍內4人；區域內房屋共3棟，均為磚混結構，其中1棟用途為住宅，其余2棟為羊圈；滑坡區域還包括1條公路，威脅公路約73 m，公路等級為鄉道。達木斯鄉英巴格村滑坡易損性評價結果如圖5所示。

結合Arcgis空間分析功能，對前文所求得的危險性評價圖和易損性評價圖進行空間疊加分析，得到達木斯鄉英巴格村滑坡風險評價圖。根據單體地質災害危險評價結果，結合工作區實際情況，對各地質災害點危險范圍內進行風險區劃，將其劃分為極高風險區、高風險區、中風險區、低風險區，其中極高風險區表示該地區人口財產分布集中，各種土地極容易遭受嚴重損失，嚴重威脅居民的生命安全，基礎設施、生態環境、社會經濟活動受到嚴重影響。高風險區表示該區內各類承災體很容易遭受災害，造成較嚴重的損失，威脅居民的生命安全。中風險區表示各類承災體部分遭受損失，威脅到居民的日常生活，基礎設施、生態環境、社會經濟活動受到一定程度的影響。低風險區表示該區內幾乎沒有居民活動和建筑分布，基礎設施、社會經濟活動受到影響不大（圖6）。

在20年一遇風險概率下，英巴格村滑坡低風險區域內有2棟磚混結構房屋，用途均為羊圈；中風險區域內有1棟磚混結構房屋，用途為住宅，威脅村民6人以及威脅公路約73 m，公路等級為鄉道。在50年一遇風險概率下，英巴格村滑坡低風險區域內有2棟磚混結構房屋，用途均為羊圈；中風險區域內威脅公路約73 m，公路等級為鄉道；高風險區域內有1棟磚混結構房屋，用途為住宅，威脅村民6人。在100年一遇風險概率下，英巴格村滑坡低風險區域內無威脅承災體；中風險區域內有2棟磚混結構房屋，用途均為羊圈；高風險區域內威脅公路約73 m，公路等級為鄉道；極高風險區域內有1棟磚混結構房屋，用途為住宅，威脅村民6人。

5 結論

本文通過Massflow對英巴格村滑坡運動全過程進行模擬，結合Arcgis軟件對滑坡風險性進行預測分析，結論如下。

1）通過Massflow 軟件平臺完成了英巴格村滑坡運動過程的預測模擬，結果表明，滑坡整體滑動持續時間約20 s，最大滑動速度約17.03 m/s，最大堆積厚度約6.74 m，后緣累計滑動距離約為30 m。

2）根據現場調查結果對滑坡分布范圍內承災體類進行分類，再疊加危險性評價圖得到英巴格村滑坡風險評價結果。為后續滑坡災害防治提供理論分析指導。同時建議編制相應應急救援行動方案，保障受災群眾的人身安全，減少因災傷亡人數。

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第一作者簡介：向蘭蘭（1998-），女，碩士研究生。研究方向為地質災害防治。