天磨沟泥石流危险性综合评判及风险性分析

蒋清明,邓英尔,王军朝,张佳佳,陈龙

(1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；

2.中国地质科学院探矿工艺研究所，成都 611734)

1 引言

西藏林芝地区受印度洋暖流影响，因特殊地形地貌及地质构造，该地区泥石流灾害发育。天磨沟泥石流位于西藏林芝地区波密县古乡松饶村，如图1。处于易贡藏布-帕隆藏布深切割断裂带上，此处也为我国现代冰川和海洋性冰川比较发育的地区。主沟沟谷形态呈“V”型，汇水面积达17.4 km2，沟道上游海拔3 800 m以上发育有现代冰川，如图2。冰川面积达8.63 km2，主沟长约4 km，主沟纵坡降约256‰，流域内最高海拔为5 560 m，相对高差达到3 100 m。天磨沟在冰川的发育下形成了大量的冰碛物、岩崩冰崩碎屑物及残坡积物，固体松散物储量在5×107m3以上，大量的松散堆积物及良好的汇水条件为泥石流的发生提供了非常有利的条件[1]。2007年9月4日波密县天磨沟发生特大型泥石流灾害，造成1人死亡，7人失踪，9人受伤，318国道中断近43 h，直接经济损失达500余万元。鉴于该泥石流地理位置的特殊性及较大危害性，对其进行危险性综合评判及风险性分析是十分必要的。

泥石流危险性综合评判及风险性分析是个十分复杂的问题。目前有部分学者利用模糊综合评判方法对泥石流的危险性进行评判，王春山[2]等人详细讨论了该方法对泥石流危险性评判的运用。模糊综合评判法是在“泥石流灾害防治工程勘察规范”中使用的数量化综合评价方法的基础上进行的改进，此方法的结果是以概率的形式呈现出来的，避免了数量化综合评价方法结果的绝对性。刘希林[3]通过大量的泥石流实例，总结出了评价泥石流风险的模型，该模型选择泥石流物源储量、一次性最大冲出方量、流域面积等10个主要因子对泥石流的风险进行评价，该模型在实际运用中得到了较为理想的效果。该模型尚未对林芝地区的泥石流进行评价，本文将通过该模型对天磨沟泥石流进行风险性评价，并对结果进行分析。本文将运用模糊综合评判方法及泥石流风险评价模型对天磨沟泥石流的危险性及风险进行量化分析。

图1 天磨沟地理位置

图2 冰川发育图

2 地质环境背景条件

2.1 地形地貌

研究区位于青藏高原东南部，受青藏高原在新构造运动中快速抬升的缘故，河流强烈下蚀，形成高山与峡谷相间的地貌，山脉与河谷受断裂构造控制，延伸方向为北西向及东西向。该区为峡谷深切，高山陡峭，高山与峡谷相对高差大，这样的地形地貌有利于泥石流灾害的形成[4]。

2.2 地层岩性

天磨沟下伏基岩地层较复杂，沟顶形成区位置主要发育念青唐古拉b岩群，岩性主要为黑云斜长片麻岩；沟道中下部地层为念青唐古拉c岩群，岩性主要以长石石英变粒岩，条带状黑云钾长片麻岩为主；沟道下部泥石流堆积区地层为侏罗系，岩性主要为石英闪长岩[5]。

2.3 地质构造

该区整体位于冈底斯-念青唐古拉板块，是印度板块与欧亚板块碰撞的前缘地带，发育的嘉黎断裂走向SSE向，总体表现为左旋走滑性质，受断裂影响，天磨沟下伏基岩岩体节理裂隙发育[6]。

2.4 水文条件

天磨沟泥石流地区主要受印度洋季风气候的影响，印度洋孟加拉湾暖湿气流沿雅鲁藏布大转弯及其山口向北进入该区域，致使该区域雨季较长，雨量较多，年降雨量在1 000 mm以上，这里不仅夏季降雨量丰富，冬季降雪量也大。由于冰川区降雨量丰富，气温相对较高，位置相对较低，故冰川消融强烈，为冰川泥石流的发生提供了极为充沛的水源条件[6]。

3 天磨沟泥石流类型与分区特征

3.1 泥石流类型

天磨沟泥石流为典型的冰水混合型泥石流，泥石流暴发诱因主要为冰雪融水及暴雨，物源丰富，主要为冰碛物。天磨沟泥石流最近暴发大规模泥石流过程是在2007年9月4日，最近几年基本均暴发过不同程度的泥石流过程，但规模较小，属于高频泥石流沟。

3.2 泥石流分区特征

(1) 物源区

天磨沟形成区主要集中在沟道中上游，海拔区间在2 700～5 560 m之间，区域面积约15.1 km2；沟道为 “V”型谷，两侧斜坡坡度较陡，平均坡度在40°以上，沟道比降约532 ‰；沟域内松散物质非常丰富，松散物源在3×107m3以上，主要为冰碛物，易启动物源较多，最近一次启动物源估算为18×104m3。

(2) 流通区

流通区主要位于沟道中下游段，海拔区间在2 500～2 600 m之间，面积约1.2 km2，沟道长约560 m，沟道比降为179 ‰，沟道平均宽度约30 m，沟道右侧有基岩出露，岩性为花岗片麻岩，基岩上部为少量泥石流堆积以及坡积物(图3)；沟谷呈典型的“V”字型，两岸坡度较陡，平均坡度在50°以上，植被发育，覆盖率在70%以上，主要为乔灌木。

图3 流通区图

(3) 堆积区

堆积区位于沟道的下游段，海拔区间在2 460～2 600 m之间，面积约1.1 km2，沟道长度约1 100 m，沟道比降为127 ‰，沟道平均宽度约50 m；堆积区形态呈扇形，长1 965 m，宽778 m，扩散角为30°，扇形地完整性为80%，扇面发展趋势为下切；沟道左侧可见三期泥石流堆积，最老一期泥石流堆积物可见高度为24 m，次一期泥石流堆积物可见高度为8 m，最新一期泥石流堆积物厚度为1 m，主要为碎块石夹砂，碎块石占比约为70%，整体呈次棱角-次磨圆状，碎块石粒径在2～30 cm之间，偶见直径为2 m左右的大漂石；堆积区植被发育较好，覆盖率在60%以上，主要为乔灌木。

4 天磨沟泥石流危险性的综合评判

模糊综合评判法是运用模糊数学的原理对灾害危险性进行综合评价的一种方法[2]。泥石流的发生受松散物储量、流域面积、一次性冲出方量等多种因素的影响，利用模糊综合评判法来确定最大隶属度，根据隶属度值的大小来判断泥石流的危险性等级。此方法的结果是以概率的形式呈现出来，避免了以数量化综合评价方法得出的结果的绝对性。

4.1 数量化综合评价结果

利用规范[7]中泥石流沟易发程度量化评分表对天磨沟泥石流的危险性进行评价，对影响天磨沟泥石流发生的各个因素进行评分(表1)，综合评分结果为116分。根据规范评分表评分结果，天磨沟泥石流属于极易发泥石流沟。

4.2 灾害因素隶属度函数的确定

根据各个影响因素的数量化标准和模糊模式识别理论，记隶属函数分别为u1，u2，u3，u4，则各隶属函数为

(1)

(2)

(3)

(4)

式(1)～(4)中x为泥石流各影响因素归一化后的评分值；e1，e2，e3，e4为各影响因素归一化后的评判数值，其中e1

表1 泥石流沟易发程度数量化综合评判

4.3 模糊子集矩阵和权重子集的生成

根据表1中的评判分数和标准，通过隶属函数式(1)～(4)计算，可得到天磨沟泥石流各个影响因素的模糊子集矩阵：

从表1中可以看出，规范中各个因素的最高评分不同，最高评分的大小代表了该因素对灾害发生的影响程度，即对灾害发生的贡献度，将各个因素评分进行归一化后作为权重子集，则权重子集W为：W=[0.16,0.12,0.11,0.09,0.07,0.07,0.06，0.05,0.05,0.05,0.04,0.04,0.04,0.03,0.03]。

4.4 危险性模糊综合评判

泥石流的危险性评价结果为权重子集与模糊子集矩阵的乘积，即B=W·R。B=[不易发，轻微易发，中等易发，易发]。经计算，得到天磨沟泥石流危险性模糊综合评判的结果，见表2。由表2可知，天磨沟泥石流目前有69%的概率属于易发泥石流，12%的概率属于中等易发泥石流，这与规范中数量化评判的结果几乎一致。

表2 模糊综合评判结果

5 泥石流的风险性分析

泥石流风险度是指在一定的区域范围和时间段内，因泥石流灾害造成的生命财产和社会经济活动的期望损失值[8]。泥石流自身的危险性与承灾体的易损性的乘积即为泥石流的风险性。泥石流的危险性是自身的自然属性，承灾体的易损性是自身的社会属性，泥石流的风险分析即为自然属性与社会属性的综合分析。刘希林教授提出的泥石流风险评价模型在实践运用中取得了较为理想的结果[9]，本文将采用该风险评价模型对天磨沟泥石流进行风险评价。

5.1 泥石流危险度评价

表3列出了影响泥石流危险度的7个主要因素及其权重系数、转换函数、实际值及转换值。将各个因素的转换值代入泥石流危险度评价公式：

H单=0.29M+0.29F+0.14S1+0.09S2

+0.06S3+0.11S4+0.03S5

(5)

式中,H单为泥石流的危险度(0～1)；M为泥石流规模；F为泥石流发生频率；S1为流域面积；S2为主沟长度；S3为流域相对高差；S4为流域切割密度；S5为不稳定沟床比例。通过式(5)可得天磨沟泥石流的危险度为0.804。由单沟泥石流的危险度分级标准可得出天磨沟泥石流属于极高危险泥石流。

表3 单沟泥石流危险度评价的权重系数、转换函数及转换值

5.2 泥石流易损度评价

泥石流的易损度评价主要包括物质易损度评价、经济易损度评价、环境易损度评价和社会易损度评价，这4个方面包括若干子项目[3,10-11]。单沟泥石流的易损度计算公式为：

V1单=I+E+L单

(6)

Fv1单=1/(1+exp(-1.25(logV1单-2)))

(7)

Fv2单=1-exp(0.003 5V2单)

(8)

(9)

式中,I为物质易损度；E为经济易损度；L单为环境易损度；V单为单沟泥石流易损度；Fv1单为财产指标V1单的转换函数赋值；Fv2单为人口指标V2单(人/km)的转换函数赋值。

根据表4～5中的具体数据(据走访调查)及公式6～9，可计算得到天磨沟泥石流易损度为0.65，据表6可判断天磨沟泥石流沟易损度为高度易损。

表4 易损度各个子项数值列表

表5 易损度评价指标及结果

表6 单沟泥石流易损度分级标准

5.3 泥石流风险度评价

根据单沟泥石流风险度计算公式[12,13]，可计算得到天磨沟泥石流风险度为：

R单=H单·V单=0.804×0.65=0.52

(10)

由表7可知，天磨沟泥石流属于高度风险的泥石流沟。

表7 单沟泥石流风险分级标准[14]

6 结论

(1) 天磨沟泥石流沟域面积较大，相对高差达到3 100 m，主沟纵坡降为256 ‰，松散物源丰富，这些条件均有利于泥石流的发生，对附近松饶村村民、318国道及帕隆藏布主河构成极大威胁。

(2) 通过数量化综合评价及模糊数学综合评判，得到该泥石流沟易发概率为69%，中等易发概率为12%，轻微易发概率为19%。结果显示天磨沟泥石流属于易发泥石流，需对其保持密切关注。

(3) 对天磨沟泥石流进行风险性分析，结果显示其危险度为0.804，属于极高危险泥石流；易损度为0.65，其承灾体高度易损；风险度为0.52，属于风险度高的泥石流沟。

[1] 余忠水,德庆卓嘎,马艳鲜，等.西藏波密天摩沟“9·4”特大泥石流形成的气象条件[J].山地学报,2009,20(1):82-87.

[2] 王春山,巴仁基,刘宇杰，等.低频泥石流特征及其危险性的模糊综合评判[J].人民长江,2012,43(5):42-46.

[3] 刘希林,莫多闻,泥石流风险评价[M].成都:四川科学技术出版社,2003.

[4] 高鹏.藏东南地质灾害危险性评估及预测[D].中国地质大学(北京),2010.

[5] 刘洋.基于RS的西藏帕隆藏布流域典型泥石流灾害链分析[D].成都理工大学,2013.

[6] 郭国和.川藏公路南线泥石流堵塞坝溃决机理与洪水特征研究[D].重庆交通大学,2009.

[7] 中华人民共和国国土资源部.泥石流灾害防治工程勘察规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[8] 倪化勇,巴仁基,刘宇杰.四川省石棉县地质灾害发生的雨量条件与气象预警(报)[J].水土保持通报,2010,(30)6:112-118.

[9] 刘希林,莫多闻.泥石流风险及沟谷泥石流风险度评价[J].工程地质学报,2002,(10)3:266-273.

[10] 刘希林.我国泥石流危险度评价研究:回顾与展望[J].自然灾害学报,2002,(11)4:1-8.

[11] 刘希林,唐川.泥石流危险性评价[M].北京：科学出版社,1995:1-93.

[12] United Nations, Department of Humanitarian Affairs. Mitigating Natural Disasters: Phenomena, Effects and Options-A Manual for Policy Makers and Planners [M].New York: United Nations,1991:1-164.

[13] United Nations, Department of Humanitarian Affairs. Internationally Agreed Glossary of Basic Terms Related to Disaster Management,DNA/93 /36,Geneva,1992.

[14] 丁继新,杨志法,尚彦军,等.区域泥石流灾害的定量风险分析[J].岩土力学,2006,27(7):1071-1076.